大学物理现代新型动力循环介绍与评价

1、现代新型动力循环介绍与评价现代新型动力循环介绍与评价蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：l 提高初参数，向亚临界和超临界发展；提高初参数，向亚临界和超临界发展；l 采用大功率机组，降低厂用电率；采用大功率机组，降低厂用电率；l 采用热电联供。采用热电联供。火电厂发展现状火电厂发展现状l 占总装机容量的占总装机容量的80%左右，效率左右，效率3740%；l 耗煤占总产量耗煤占总产量30%，油占，油占10%左右；左右；l 提高供电效率和改善环境有重要意义。提高供电效率和改善环境有重要意义。高效、绿色发电技术高效、绿色发电技术硫资源化脱硫硫资源化脱硫高效发高效发电电超超(

2、超超)临界机组临界机组联合循环联合循环多联产多联产煤炭加工与转化煤炭加工与转化流化床流化床FBC整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环IGCC可再生能源发电及核电可再生能源发电及核电烟气净化烟气净化灰渣及废水资源化灰渣及废水资源化空冷机组空冷机组烟气循环流化床脱硫烟气循环流化床脱硫其它节水技术其它节水技术燃料电池燃料电池微型燃气轮机微型燃气轮机太阳光发电太阳光发电风力发电风力发电洁净发电洁净发电节水发电节水发电分布式电源分布式电源新型发电新型发电 以煤气化为核心以煤气化为核心以发电为核心以发电为核心超临界、超超临界机组超临界、超超临界机组- -现实而先进的发电技术现实而先进的发电技术超临界点：超

3、临界点：22.115MPa,374.1522.115MPa,374.15超临界机组（超临界机组（SCSC）：）：全世界已运行全世界已运行600600多台，一般主多台，一般主汽压力汽压力24MPa24MPa及以上及以上, ,主汽和再热汽温度主汽和再热汽温度540-560540-560 （效率比亚临界机组高约（效率比亚临界机组高约2%2%）超超临界机组（超超临界机组（USCUSC） ：全世界已运行全世界已运行6060多台，一多台，一般主汽压力般主汽压力25-28MPa25-28MPa及以上或主汽和再热汽温度及以上或主汽和再热汽温度580580以上（效率比超临界机组高约以上（效率比超临界机组高约4%

4、4%） 20032003年年-2010-2010年新建火电机组年新建火电机组4040为为SCSC机组；机组； 20102010年年-2020-2020年：年：600MW600MW及以上新建机组将全部建及以上新建机组将全部建 SCSC机组；新建火电机组一半以上为机组；新建火电机组一半以上为USCUSC； 美美 国国 前前 苏苏 联联 日日 本本 中中 国国 第一台机组第一台机组 投运年份投运年份 1957 1953 1967 1962最大单机容量，最大单机容量，MW 1300 1200 1050 900 装机情况装机情况1982年年166台台 112898MW1988年年222台台，占火电机组，

5、占火电机组容量的容量的51%94台，占火台，占火电机组容量电机组容量的的61%投 运投 运 1 0 2 0 0 1 0 2 0 0 MW,MW,占火电机占火电机组 容 量 的组 容 量 的3.5%3.5% 容量范围容量范围500MW以上以上300MW以上以上450MW以上以上300MW以上以上我国与主要国家超临界机组我国与主要国家超临界机组 燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环燃气轮机的发展燃气轮机的发展l热力参数与单机容量逐步提高，达热力参数与单机容量逐步提高，达W200MW，热效率热效率3541%；l可靠性可靠性9598.5%，可作为基本负荷电站；，可作为基本负荷电站；联合循环的现实可行

6、性联合循环的现实可行性l燃气轮机排气温度燃气轮机排气温度t4=400600 ；l大功率机组排气量大功率机组排气量300kg/s以上；以上；l利用排气能量加热蒸汽轮机给水利用排气能量加热蒸汽轮机给水( (取代锅炉取代锅炉) )，大大提高供电效率。大大提高供电效率。Combined Gas-Vapor Power Cycles燃燃气气蒸蒸汽汽联联合合循循环环空气压气机燃气轮机燃烧室发电机发电机凝汽器给水泵蒸汽轮机余热锅炉排气燃气蒸汽联合循环燃气蒸汽联合循环Ts燃气轮机循环燃气轮机循环蒸汽轮机循环蒸汽轮机循环燃气蒸汽联合循环燃气蒸汽联合循环法国法国GEC Alsthom公司的联合循环电站公司的联合循

7、环电站燃气轮机：燃气轮机：227.2 MW蒸汽轮机：蒸汽轮机：128.3 MW燃料：天然气燃料：天然气热效率：热效率：54.5%重型燃机的技术性能与发展趋势重型燃机的技术性能与发展趋势过去过去5050年中世界重型年中世界重型GTGT技术持续发展，水平不断提高技术持续发展，水平不断提高1950s 2000s1950s 2000s透平工作温度透平工作温度 800 800 1300 1430-1500 1300 1430-1500 压气机压缩比压气机压缩比 6-8 6-8 3030单机功率单机功率 10MW 10MW 300MW300MWNONOX X 10ppm GH9H10ppm GH9H 32

8、0-340MW 320-340MWGTGT单循环效率单循环效率 20% 20% 38% 39.538% 39.5GTCCGTCC效率效率 58-60% 6058-60% 60当代先进燃气轮机及联合循环性能当代先进燃气轮机及联合循环性能 机型机型项目项目西屋西屋501-ATS501-ATSGE-MS7001HGE-MS7001HABB GT26ABB GT26西门子西门子KWUKWU燃气初温，燃气初温，15101510143014301260126011901190压压 比比28282323303016.616.6简单循环净出力简单循环净出力,MW,MW290290265265240240简单循

9、环效率简单循环效率,%,%414138.538.53838联合循环净出力联合循环净出力,MW,MW426426400400396396359359联合循环效率联合循环效率,%,%6161606058.558.558.158.1注蒸汽燃气循环注蒸汽燃气循环( (陈式循环陈式循环) )Steam Injection Gas-turbine (STIG)气化炉煤气净化装置 煤空气蒸汽渣粗煤气洁净煤气去气化炉压气机燃气轮机燃烧室发电机发电机去电网蒸汽轮机水水凝汽器蒸汽去气化炉余热锅炉烟道整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环(IGCC-Integrated Gasification Combined C

10、ycle)煤整体气化蒸汽燃气联合循环煤整体气化蒸汽燃气联合循环(IGCC)(IGCC)整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环(IGCC)优点优点l热效率高，目前热效率高，目前4046%，预计可，预计可52%；l环保性能好，环保性能好，SO2, NOx, CO2, 粉尘排放低，粉尘排放低，可燃用高硫煤；可燃用高硫煤；l可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲醇、尿素等；醇、尿素等；l单机功率可达单机功率可达300400MW缺点缺点l目前煤气化和净化的热损失还偏大；目前煤气化和净化的热损失还偏大；l初期投资大。初期投资大。整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环(IG

11、CC)应用应用l目前已建成或拟建的目前已建成或拟建的IGCC电站电站10余座，余座，美国预测，美国预测，2030年年IGCC市场份额达市场份额达35%左右左右l如美国加州有一个电站，如美国加州有一个电站，“世界上最世界上最洁净的燃煤火电站，脱硫洁净的燃煤火电站，脱硫98-99%，产，产生元素硫，排渣中主要是生元素硫，排渣中主要是Al、Si、Fe、Ca等无害元素，用于绝缘材料和筑路等无害元素，用于绝缘材料和筑路材料材料气化炉 煤空气蒸汽种子渣高温燃气热燃气烟道磁流体通道发电渣用过的种子水热回收装置蒸汽轮机凝汽器先进烟气净化系统烟气发电机磁流体发电联合循环磁流体发电联合循环磁流体发电联合循环(MH

12、D-CC)(Magnetohydrodynamics Combined Cycle)特点：特点：1、无运动机械，热转变为电不经机械能无运动机械，热转变为电不经机械能2、温度温度3000K，热效率可达，热效率可达60%3、污染小、种子（钾、铯化合物）有脱硫污染小、种子（钾、铯化合物）有脱硫作用作用4、目前实验室阶段目前实验室阶段气化炉煤气净化装置 煤空气蒸汽渣粗煤气洁净煤气蒸汽轮机燃料电池发电机水凝汽器余热锅炉烟道阳极阴极燃烧器空气膨胀透平整体煤气化燃料电池联合循环整体煤气化燃料电池联合循环整体煤气化燃料电池联合循环 (IGFC-CC)Integrated Gasfication Fuel Ce

13、ll Combined Cycle燃料电池：燃料电池： 燃料燃料+氧化剂氧化剂 化学能化学能 电能电能 电化学反应电化学反应分类：分类： 熔融碳酸盐型熔融碳酸盐型(MCFC) 磷酸盐型磷酸盐型 (PAFC) 固体氧化剂型固体氧化剂型(SOFC)特点：特点：高效高效60%、洁净、排放接近、洁净、排放接近0 目前试验室阶段目前试验室阶段以煤气化为核心的发电、煤化工以煤气化为核心的发电、煤化工综合能源利用系统综合能源利用系统21世纪能源工厂的预计指标：世纪能源工厂的预计指标：l发电效率发电效率：燃煤：燃煤 60% （HHV），）， 天然气天然气 75% (LHV)l热电联产热电联产：热效率：热效率

14、85-90%l污染排放污染排放：粉：粉 尘和尘和SO2、NOx接近零排放接近零排放l温室气体温室气体：排放减少：排放减少50%，并，并100%分离分离l联产产品联产产品：合成气、：合成气、H2、煤化工产品等、煤化工产品等“ “展望展望 2121世纪世纪“ 能源系统能源系统 高温高压高温高压气化炉气化炉变换制氢变换制氢氢气分离氢气分离高温高温燃料燃料电池电池煤煤煤气煤气高温高压高温高压热交换器热交换器 氧气分离氧气分离空气空气先进循环先进循环SSO2电电热水热水CO2 (去埋藏去埋藏), 污染物污染物(H2S, PM, 碱金属碱金属)H2O2O2煤化工、电力、能源多联产煤化工、电力、能源多联产煤煤煤煤电力电力氢能氢能火箭燃料火箭燃料汽、柴、煤汽、柴、煤等洁净油品等洁净油品油煤浆系统油煤浆系统加氢系统加氢系统粗油粗油分离系统分离系统芳烃系统芳烃系统重整重整加氢系统加氢系统制氢系统制氢系统液氢系统液氢系统变换反应变换反应水煤浆系统水煤浆系统水煤浆系统水煤浆系统加压气化加压气化合成气净化合成气净化液相催化液相催化IGCC气体分离气体分离一碳化工系统一碳化工系统烯烃烯烃C=2、C=3、C=4配合高技术创配合高技术创新发展的高新新发展的高新技术产品技术产品各种石化产品各种石化产品