热力发电厂 课件 第九章其它热力发电技术简介

2026/11/41第九章其它热力发电技术简介第一节

燃气—蒸汽联合循环2026/11/42

一、燃气-蒸汽联合循环的特点常识：燃气轮机的排气温度一般在400～600℃之间，大功率燃气轮机的工质流量在300kg/s以上，蕴含能量很大优点：提高热经济性：供电效率普遍在54.5%以上，有的已经超过了57%建设成本低，周期短，用地用水都比较少：比投资大约为500～600美元/kW，带FGD的燃煤电站为1100～1400美元/kW运行高度自动化，便于快速黑启动，每天都能启停，运行的可用率高达85%～95%污染物排放量大大降低适合于改造旧电厂2026/11/43二、燃气-蒸汽联合循环的类型不补燃的余热锅炉型联合循环2026/11/44常识：按燃气循环排气放热量被蒸汽循环的利用特点以及蒸汽锅炉结构特征，燃气-蒸汽联合循环可分为不补燃的余热锅炉型、有补燃的余热锅炉型、助燃锅炉型、增压锅炉型四类工作原理：将燃气轮机的排气直接引入余热锅炉中，利用其余热将锅炉中的给水加热成蒸汽来驱动蒸汽轮机特点：燃气轮机为主，蒸汽轮机为辅蒸汽轮机容量约为燃气轮机容量的1/3左右，蒸汽轮机不能单独运行余热锅炉实际上是个热交换器，结构较简单，造价低，但其容量与参数取决于燃气轮机的排气量和温度，机组单位出力的冷却水量小燃气轮机仍需用轻质燃料示例香港BlackPoint电站的不补燃余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环系统：如图所示特点：采用无再热的双压汽水发生系统的余热锅炉，每台装置的总功率为312MW，设计供电效率为52.9%机组的主要参数：见表2026/11/45

主要优点：热功转换效率高：当进气温度提高到1200～1300℃后，其热功转换效率普遍在50%以上，并有望超过58%基本投资费用低，结构简单，锅炉和厂房都很小运行可靠性高，运行可用率达90%～98%启动快，18～20min内便能发出2/3的功率，80min内发出全部功率2.有补燃的余热锅炉型联合循环原理：在余热锅炉中还需补充一定数量的燃料特点：可以增大在余热锅炉中产生的蒸汽量提高主蒸汽的热力参数增大联合循环的单机功率补燃量增加，蒸汽轮机容量的比例随之增大，可占到50%～90%根据燃机排气温度，可确定一个使机组热效率最高的最佳补燃量补燃可用煤或其他廉价燃料随补燃量的增加，冷却用水量随之增加2026/11/46示例德国Gersteinwerk电站的以天然气为燃料的、有补燃余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环系统，图机组主要参数：2026/11/47主要优点：装置尺寸小、占地少、投资低运行机动性好部分负荷工况下装置的热效率比较高在余热锅炉中可以烧煤或其它劣质燃料蒸汽参数不受燃气轮机排气温度的限制，可以采用效率较高的蒸汽轮机循环与之匹配，机组的总功率较大2026/11/483.助燃锅炉型联合循环原理：将燃气轮机排气引入普通锅炉做助燃空气之用特点：蒸汽轮机容量比例可达到80%～90%高温燃气轮机排气中剩余氧量减少，需鼓风补充空气可燃用任何燃料，运行灵活，既可联合运行，也可在配备全容量送风机条件下实现蒸汽轮机的单独运行系统的冷却用水量比常规电站的稍少适用于大容量的燃气-蒸汽联合循环2026/11/494.增压锅炉型联合循环特点压气机取代送风机，空气经压缩为0.6～1MPa后，引入正压锅炉正压锅炉和燃气轮机的燃烧室合二为一用燃气轮机拖动压气机，排气可直接送入烟囱，也可经省煤器后再排往烟囱，且无需引风机传热面积大为减少，锅炉体积可缩至1/6～1/5，其金属耗量、厂房投资等大为降低厂用电也相应减少正压锅炉启动只需7～8min时间正压锅炉燃料受炉膛密封和燃气轮机工作要求的限制，目前还不能用煤，而且蒸汽轮机不能单独运行2026/11/410

三、燃气-蒸汽联合循环的热力循环联合循环的实质：把燃气轮机的布雷登循环与蒸汽轮机的朗肯循环叠置在一起，组合成一个总的循环系统2026/11/411燃气-蒸汽联合循环T-S图燃气轮机实际循环过程：1-2-3-4-1蒸汽轮机实际循环过程：6-7-8-9-10-6不补燃余热锅炉型联合循环系统燃机排气冷却过程4-5释放出来的热能，被用来加热汽水循环中的给水水经历过程6-11-7-8-9，变为具有一定压力的过热蒸汽蒸汽初温T9必然受到燃气轮机温度T4的限制，即T9＜T4机组总输出功率不可能很大蒸汽轮机功率约是燃机功率的50%左右有补燃的余热锅炉型联合循环系统温度为T4的燃机排气进入锅炉后，被喷入的燃料补充燃烧加热到T12给水经历过程6-11-7-8-9，变为压力和温度更高的过热蒸汽T12＞T4，蒸汽T9可高于T4，即蒸汽初温不受燃气轮机排气温度T4限制蒸汽量可以大幅度地增加蒸汽轮机发出的功率可以剧增，它能比燃气轮机的功率高2～6倍2026/11/412其它两种联合循环系统请同学们课后自己分析小知识为使燃气轮机排气余热能够在余热锅炉中被充分利用，应力争尽可能地降低排气离开余热锅炉时的温度T52026/11/413T5是不可能降得很低的，因为在余热锅炉的设计中，总得保证锅炉给水的饱和蒸发段的起始点7，与燃气侧之间有一定的温差△T7，通常称之为节点温差

四、整体煤气化燃气-蒸汽联合循环(IGCC)概念：将煤在一定压力下气化成可燃粗煤气，粗煤气经净化(除尘、脱硫)后供燃气轮机，燃气轮机的排气引至余热锅炉加热水产生蒸汽，供蒸汽轮机组成：一般由煤气发生炉及其净化系统、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机以及有关附属设备构成示例：美国世界首台120MWCoolWaterIGCC发电系统工艺流程图我国“绿色煤电”的系统流程示意图2026/11/414第二节

核能发电厂2026/11/415

一、概述世界上第一座核电站：1954年建成以来目前全球电力17%以上来自核电我国核电：1992年7月秦山一期核电站投产，功率为300MW我国电力发展“十三五”规划明确提出坚持安全发展核电的原则，加大自主核电示范工程建设力度，着力打造核心竞争力，加快推进沿海核电项目建设建成三门、海阳AP1000自主化依托项目，建设福建福清、广西防城港“华龙一号”示范工程开工建设CAP1400示范工程等一批新的沿海核电工程深入开展内陆核电研究论证和前期准备工作认真做好核电厂址资源保护工作十三五期间，全国核电计划投产约3000万千瓦、开工3000万千瓦以上，2020年装机达到5800万千瓦预计今后30～50年内，核电站发电总量将达到世界发电总量的35%以上2026/11/416

二、核能发电厂的组成及其工作原理工作原理组成：核岛和常规岛两部分，如图所示核岛(原子锅炉)：由一回路系统及其附属设备、安全设施等构成的一套整体装置，它被封闭在一个巨大的安全壳式厂房内常规岛：由二回路系统及其设备等构成的整体装置，与常规火电厂基本相同汽轮机入口蒸汽：压力5～7MPa的微过热或饱和蒸汽(湿度约为0.5%)排汽进入凝汽器凝结成水，再通过回热系统后用泵送回蒸汽发生器2026/11/4172.核反应堆的堆型2026/11/4183.二回路系统及其热力设备的特点核电汽轮机蒸汽初参数较火电厂汽轮机的蒸汽初参数低：初压力一般都在5.9MPa～6.9MPa之间，温度微过热，使得汽轮机通流部分大部分处于湿蒸汽区工作状态。同样功率下，核电汽轮发电机组比火电机组体积大、质量大、效率低一般大型饱和蒸汽的汽轮机不设中压缸在高、低压缸之间设置汽水分离器、再热器高、低压缸均采用双流程形式再热器由高、低压两级串联组成不采用烟气而用新蒸汽和高压缸抽汽进行加热核电汽轮机的转速有半速(1500rpm)和全速(3000rpm)两种核电机组的循环冷却水比同容量的火电机组大得多2026/11/419

三、核电站原则性热力系统举例机组额定容量为900MW汽轮机为通用电气公司设计和制造的饱和蒸汽、中间再热、冲动式汽轮机由1个双流高压缸和3个双流、双排汽低压缸组成最大输出功率为983.8MW高压主汽阀前蒸汽压力为6.63MPa、蒸汽温度283℃、湿度0.48%，流量1532.7kg/s机组热耗率为10629kJ/(kW∙h)。2026/11/4201.900MW压水堆核电站二回路原则性热力系统2.AP1000核电站二回路原则性热力系统组成：包括反应堆、冷却剂系统、蒸汽发生器、稳压器、汽轮发电机组及其附属设备、控制保护系统特点属于第三代核电技术采用了非能动安全设计理念，使核电站的安全设计发生了革命性的变化更安全、更简化、更经济具有预防和缓解严重事故的设施堆芯融化事故概率、大量放射性物质释放到环境的事故概率的设计标准比二代改进型核电站降低了两个数量级2026/11/421主要设计参数2026/11/422第三节

太阳能热发电技术2026/11/423

一、概述概念：太阳能热发电技术是指聚集太阳光将其转化为足够温度的热能，将集热工质加热到一定的温度，经换热器将热能传递给动力回路中循环做功的工质或直接产生高温高压的过热蒸汽(或空气)，来驱动汽轮机(或燃气轮机)，并带动发电机发电的过程工作原理：通过Rankine循环、Brayton循环或Stirling循环将热能转换为电能组成：太阳能集热子系统、吸热与输送热量子系统、蓄热子系统、蒸汽发生系统、动力子系统和发电子系统效率：太阳集热场效率、动力系统效率和发电机效率的乘积2026/11/424

二、太阳能热力发电系统的类型聚光式太阳能热力发电系统槽式太阳能热发电系统概念：利用槽式抛物面反射镜聚光的太阳能热发电系统系统工作流程：图特点：聚光比在10～100之间，温度可达400℃左右容量可大可小设备在地面安装，维修、操作等都比较方便，费用低输热管路系统复杂，损失较大，热效率偏低，只有10%左右造价比定日镜阵偏低，但仍然较高2026/11/425(2)塔式太阳能热发电系统：集中式太阳能热发电概念：利用定日镜将太阳光聚焦在中心吸热塔的吸热器上，在那里将聚焦的辐射能转变成热能，然后将热能传递给热力循环的工质，再驱动热机做功发电系统工作流程：图特点：聚光比为300～1500，运行温度可达1000～1500℃；接收器处的热流量高，蒸汽温度、压力都比较高，可以达到350～500℃、10.44MPa；电站总效率可以达到15%存在的主要问题：定日镜阵造价昂贵；不能接收占太阳辐射1/3左右的漫射辐射；要持续发电需要蓄能装置，成本高；接收器锅炉和部分管道在高空，维护保养困难2026/11/426(3)碟式太阳能热力发电系统：概念：借助双轴跟踪，利用旋转抛物面反射镜，将入射的太阳辐射进行点聚集，吸热器吸收这部分辐射能并将其转换成热能，加热工质以驱动热机，从而将热能转换成电能的系统系统工作流程：图特点：聚光点的温度一般在500～1000℃加热来自回热器的高压空气到850℃，然后进入燃气轮机做功当太阳能供应不足时，利用燃料进入燃烧室补燃系统的太阳能净发电效率高达30%2026/11/427三种聚光式太阳能热力发电站的发展状态及优缺点2026/11/428

塔式槽式碟式发展状况提供高温过程热，联网发电运行。处于试验示范阶段，最大容量为10MW。提供中温过程热，联网发电运行。商业化阶段，最大容量为80MW，总容量为354MW。提供高温过程热，分散独立运行。处于试验示范阶段，独立系统容量小于50kW。优点从长远来看前景很好，效率高，可以通过蓄热或互补降低成本。具有商业化运行经验，互补方式已得到验证。高的转化效率，可以模块化或者复合运行。缺点聚光场与吸热场优化配合问题还需要研究。真空管的寿命还没有达到大规模的验证。定日镜更换成本高。没有商业化的与蝶式聚光器配合的Stirling机。2.非聚光式太阳能热力发电系统太阳能热气流发电系统：太阳烟囱发电系统工作原理：类似于温室效应，利用冷、热空气的温度差或密度差，热空气向屋顶上方运动，并通过烟囱迅速上升，速度可达15m/s组成：包括地面空气集热器与蓄热器、烟囱(能量变换器)、风力机(做功装置)与发电机(机械能-电能转换装置)等2026/11/429(2)太阳能热池发电系统实质：盐水池，池水深度六米以上沿深度分为三层：淡水对流层：顶部，很薄浓盐水对流层(储热层)：底部，较厚非对流层(隔热层)：一定厚度组成：太阳池平板太阳集热器(热盐池)、泵、热交换器、膨胀透平、凝汽器以及储能设备等2026/11/4303.单纯太阳能热发电系统抛物槽太阳能热发电站：美国加州，九座，其中SEGS-I利用昂贵的导热油作为蓄热介质，增加了系统的开发成本太阳能塔式热电站：美国加州SolarOne和SolarTwo，西班牙的CASE-1、PS10，法国的Themis等电站。SolarOne塔式电站年可用率为96%，太阳能转化为电能的峰值效率为15%，年平均效率为7.3%2026/11/4314.太阳能与化石能源互补复合发电系统类型将太阳能简单地集成到朗肯循环(汽轮机)系统中将太阳能集成到布雷顿循环(燃气轮机)系统中将太阳能集成到联合循环ISCCS中2026/11/4325.太阳能热化学重整复合发电系统类型太阳能甲烷重整发电系统中温太阳能甲烷热解互补发电系统2026/11/4336.聚光式光伏/光热一体化热/电/冷三联供系统第四节

其它新能源热发电技术简介2026/11/434

一、地热能发电技术蒸汽型地热发电：把蒸汽中的干蒸汽直接引入汽轮发电机组，但在引入发电机组前，应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去，应用较少热水型地热发电闪蒸式(扩容法)：羊八井电站2026/11/435双循环式(中间介质法)：指地热水与发电系统不直接接触，而是将热量传给某种低沸点介质(如丁烷、氟利昂等)，使低沸点介质沸腾而产生蒸汽，再引入汽轮机进行发电，形成一个封闭循环。那曲电站地热汽水混合物汽水分离器一次蒸汽进入汽轮机高压段地热水进入减压器(闪蒸器或扩容器)二次蒸汽引入汽轮机低压段驱动汽轮发电机

二、生物质能发电技术发电方式：直接燃烧发电、混合燃烧发电、气化发电、沼气发电等存在问题秸秆直燃发电缺乏核心技术和设备秸秆收储运困难秸秆价格、发电能耗、厂用电及发电成本偏高2026/11/436十三五规划目标：到2020年，生物质发电总装机达到1500万千瓦，年发电量超过900亿千瓦时城镇生活垃圾焚烧发电装机达到750万千瓦农林生物质直燃发电装机达到700万千瓦沼气发电达到50万千瓦

三、海洋能发电技术定义：海洋能是指蕴藏在蓝色大海中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、潮流能、海流能、海水温度差能和海水盐度差能等不同的能源形态海洋能储存能量的形式机械能：潮汐能、波浪能、海流能、潮流能热能：