發(fā)電廠聯(lián)合循環(huán)極限熱效率的分析

1、聯(lián)合循環(huán)極限熱效率的分析聯(lián)合循環(huán)極限熱效率的分析本文回顧了已有聯(lián)合循環(huán)熱效率的水平，分析了美、日專家對(duì)聯(lián)合循環(huán)熱效率預(yù)測(cè)不準(zhǔn)的原因，并預(yù)言十年后聯(lián)合循環(huán)熱效率可達(dá)62%，二十年后可達(dá)65％，其最高熱效率為70%。前言前言早在七十年代初，美國電力研究院（EPRI）發(fā)表文章，預(yù)測(cè)聯(lián)合循環(huán)的熱效率可達(dá)53％。八十年代中期，日本聯(lián)合循環(huán)專欄評(píng)論家玉貫滋提出聯(lián)合循環(huán)的熱效率可達(dá)55％。七十年代未，日本曾撥款260億日元實(shí)施月亮計(jì)劃中的一項(xiàng)重要科研

2、項(xiàng)目“高效燃?xì)廨啓C(jī)的研究開發(fā)”，該燃?xì)廨啓C(jī)是雙軸。中間冷卻再熱循環(huán)，透平進(jìn)氣溫度1300℃（高壓）1200℃（低壓）壓比55，功率10萬千瓦。用于聯(lián)合循環(huán)，其熱效率設(shè)計(jì)值為55％，所有這些都表明，人們對(duì)聯(lián)合循環(huán)的祈望值都不很高，對(duì)其發(fā)展?jié)摿Χ紘?yán)重估計(jì)不足。近年，美國GE與法國ALSTHOM公司聯(lián)合推出的“MS9001FA”燃?xì)廨啓C(jī)為基礎(chǔ)的三壓再熱式蒸汽系統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)，在透平前溫1288℃下，竟獲得56％的熱效率（供電效率55.1％），使

3、人們無不驚訝。目前世界普遍認(rèn)為聯(lián)合循環(huán)的熱效率可以達(dá)到并超過60％。究竟聯(lián)合循環(huán)熱效率有無極限’如有，其極限應(yīng)是多少？在什么條件下聯(lián)合循環(huán)可以獲得更高的熱效率？本文擬就這些問題，進(jìn)行深入的分析。一、一、8484％的熱效率是極限％的熱效率是極限卡諾循環(huán)是熱力學(xué)的理想循環(huán)，其熱效率僅與環(huán)境溫度和加熱溫度有關(guān)。即：從上述公式可以看出，環(huán)境溫度越低越有利。在地球上，人類測(cè)出的最低溫度在南極，為一88℃，即185K。Th為等溫加熱溫度，在實(shí)際上，

4、不存在可以完全等溫加熱的物質(zhì)。故此，在工程上我們以平均加熱溫度來代替。以空氣為工質(zhì)，在通常使用的燃料中，用天然氣（CH4一甲烷）可以獲得最高的溫升，這一數(shù)值為1923℃。平均加熱溫度Thcp＝1923＋185＝1146.5K。故此原來汽機(jī)、鍋爐參數(shù)套用普通火電的參數(shù)系列，現(xiàn)普遍根據(jù)燃機(jī)的排煙溫度以能量分級(jí)應(yīng)用的原理來設(shè)計(jì)蒸汽循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在更有人研究以卡里納循環(huán)來把余熱鍋爐的排煙溫度進(jìn)一步降低。單壓蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的效率低于20％，雙壓低于3

5、2％，三壓可達(dá)35％或更高。所以作為聯(lián)合循環(huán)，改進(jìn)完善其蒸汽循環(huán)部分潛力量很大的。由于上述三方面的原因，使美。日專家對(duì)聯(lián)合循環(huán)熱效率的預(yù)測(cè)很快被科技進(jìn)步所超越和淹沒。三、今后十年聯(lián)合循環(huán)熱效攣的目標(biāo)一三、今后十年聯(lián)合循環(huán)熱效攣的目標(biāo)一6262％現(xiàn)在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的發(fā)電效率已可實(shí)現(xiàn)56％，供電效率55％，預(yù)計(jì)本世紀(jì)來，會(huì)出現(xiàn)熱效率接近或達(dá)到60％的機(jī)型。這一機(jī)型的透平前溫會(huì)是2600F1427℃左右，至2005年逐步改進(jìn)提高至1500℃，

6、提高參數(shù)主要技術(shù)措施將會(huì)是以蒸汽冷卻透平的高溫部件。有些公司會(huì)在個(gè)別靜態(tài)高溫部件上試用高溫陶瓷材料的器件。這些器件主要是諸如燃燒室火焰筒。燃燒室至透平之間的過渡段。透平的靜葉片（噴嘴組）等。至二十一世紀(jì)的二十年代，聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)會(huì)接近尾聲，這時(shí)透平前溫會(huì)達(dá)到3000”F（1649℃），由于燃?xì)廨啓C(jī)是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，其動(dòng)葉片和輪盤等輪動(dòng)件所受應(yīng)力非常大。所以一定要有組織得非常好，非?？煽康?，有效的冷卻，當(dāng)燃?xì)鉁囟雀哂?000F（燒天然

7、氣高于3100F）時(shí)，燃?xì)獾膹?qiáng)烈輻射熱會(huì)使冷卻變得無能為力。故此，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)，會(huì)在1650～1700℃而終止透平前溫的增長。這時(shí)大型聯(lián)合循環(huán)的熱效率會(huì)在65～66％左右。四、四、聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱效率的終點(diǎn)一熱效率的終點(diǎn)一7070％開發(fā)高溫位能并首先在燃?xì)廨啓C(jī)得以利用是聯(lián)合循環(huán)首要技術(shù)原則，但隨著透平前溫的提高，輻射熱會(huì)變得越來越顯著，如前所述，透平前溫會(huì)在1650一1700℃而停止增長。透平前溫的停止增長并不能完全扼住聯(lián)合循環(huán)

8、效率會(huì)繼續(xù)增長的熱頭，因?yàn)楦鶕?jù)燃機(jī)的工作原理，降低環(huán)境的溫度同樣可以提高效率，而且更有效。地球上的南北極常年所處溫度非常低。例如在南極的冷極最低溫度為一88℃，常年平均溫度為一55℃。常年平均氣溫在一30℃的南北極面積有近二千萬平方公里。如果下世紀(jì)人類開發(fā)南北極，在那些地方建聯(lián)合循環(huán)電站。那么，這樣的聯(lián)合循環(huán)電站將會(huì)達(dá)到最高的熱效率，預(yù)計(jì)可接近70％。所以說聯(lián)合循環(huán)可實(shí)現(xiàn)的最高效率為70％。當(dāng)然，這些機(jī)組應(yīng)根據(jù)低溫予以特殊的設(shè)計(jì)和選材。