北京京橋電站與2013年投入使用，是一個蒸汽燃氣聯合循環的例子。我們將通過一些網絡上公開的數據，對北京京橋電站的最大效率進行一個

北京京橋電站與2013年投入使用，是一個蒸汽燃氣聯合循環的例子。我們將通過一些網絡上公開的數據，對北京京橋電站的最大效率進行一個估計的計算。

主要信息來源：

powermag網站-中國北京京橋電站SGT5-4000F | F-class Gas Turbine | Gas Turbines | Manufacturer | Siemens Energy Global

主要結構的建立

由power網站的信息可以得到：

京橋電站是蒸汽-燃氣聯合電站，它包含兩個燃氣循環和一個蒸汽循環，為了簡化，我們將兩個燃氣循環并為一個，我們將其抽象為布雷頓循環和蘭金循環的組合。

在其蘭金循環中，有三個渦輪：高壓渦輪(HP)，中壓渦輪(IP)和低壓渦輪(LP)。在最大功率時，三臺渦輪機同時工作。

還有一些其他信息，不再貼圖，直接提?。?/p>

布雷頓循環也就是燃氣循環有兩個SGT5-4000F（290 MW ISO）燃燒渦輪機，蘭金循環也就是蒸汽循環兩臺三壓熱回收蒸汽發生器（HRSG），處于三個渦輪中間，設計工作在12.5 MPa，過熱溫度為545℃，再熱溫度為540℃，冷凝器的壓力為0.4MPa,不使用低壓渦輪時，出水溫度為260℃。電站輸出功率為838MW。

我們可以畫出其結構示意圖如下：

我們的目的是計算其效率，圖中紅色部分都是系統與外界之間的能量交換，那么總的效率有：

，很容易可以知道分子就是有用功，是電站的功率838MW，但是對于吸熱我們并不知道。這就需要我們通過熱力學知識或者其他手段來進行估計了。

通過狀態進行的計算

我們可以通過對狀態的計算來幫助我們找到吸收的熱量。

理想蘭金循環的計算

我們將電站的蒸汽循環簡化為理想的蘭金循環。其T-S圖如下：

紅色線為蒸汽飽和曲線

• 1-2為泵中的等熵壓縮
• 2-3為鍋爐中的等壓吸熱，包含過加熱部分
• 3-4為高壓渦輪中的等熵膨脹
• 4-5為再加熱過程（HRSG）
• 5-6為中壓渦輪中的等熵膨脹
• 6-7為再加熱過程（HRSG）
• 7-8為低壓渦輪中的等熵膨脹
• 8-1為冷凝器中的等壓放熱

狀態1的計算：

因為冷凝器的壓力為0.4MPa，所以初始壓力為0.4MPa,且狀態1是在飽和曲線上的，所以我們可以得到狀態1的熵與焓：

所以我們有狀態1的信息：

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狀態2的計算：

1-2為等熵壓縮，2-3為等壓吸熱，由此我們查表來確定狀態2(過冷水)的信息：

查表發現并沒有給出 時的信息，所以這里使用雙線性插值法進行計算，先用熵進行插值，再用壓強進行插值。

可以看到 時，溫度處于 之間，：

時：

時：

所以再對一眼就能看出插值是 的壓力進行插值，

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• 

我們就能得到狀態2的信息：

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狀態3的計算：

狀態3是加熱完畢進入高壓渦輪時的狀態，鑒于已有HRSG的數據，那么我們這里就使用這個數據作為計算依據，即： ,然后查找過加熱蒸汽的表格，找出焓和熵。

所以我們對溫度插值有狀態3的信息：

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狀態4的計算：

由書上可知，最佳的再加熱壓力為循環最大壓力的四分之一

所以有：

而3-4為等熵膨脹，則：

同樣進行查表（過熱蒸汽）

時：

時：

所以再對一眼就能看出插值是 的壓力進行插值，

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• 

我們就能得到狀態4的信息：

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狀態5的計算：

HSRG在12.5MPa工作，所以：

與4類似進行查表：

可以得到：

可得到狀態5的信息：

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狀態6的計算：

5-6為中壓渦輪中的等熵膨脹,后面接著進入HSRG，所以有：

同樣查表進行計算：

時：

時：

再對壓強進行插值可得：

所以有狀態6的信息：

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狀態8的計算：

我們假設狀態8也正好位于飽和曲線上（其實是沒有其他數據沒法算了，實際還有一定偏移）

那么

所以我們有狀態8的信息：

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狀態7的計算：

7-8為等熵膨脹，那么：

所以我們有了所有狀態的信息：

狀態	P:MPa	T：℃	h：kJ/kg	s:kJ.kg·K
1	0.4	75.86	317.62	1.0261
2	12.5	76.585	333.27	1.0261
3	12.5	545	3463.21	6.615
4	3.125	323.42	3048.3	6.615
5	12.5	540	3396.76	6.53174
6	3.125	303.5	2998.875	6.53174
7	12.5	972.13	4535.8	7.6691
8	0.4	40	2636.1	7.6691

理想布雷頓循環的計算：

這部分信息主要來自西門子官網，

其T-S圖如下：

狀態9的計算

我們使用標準冷空氣假設，以此作為進氣條件，那么有：

可以得到狀態9的信息：

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狀態10的計算：

由西門子官網得到的信息：

燃氣機的壓縮比為20.1：1,我們近似為20：1

所以我們有： 那么

查表獲取狀態10信息：

進行插值：

可以得到狀態10的信息：

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狀態12的計算：

根據西門子的數據，出氣溫度約為600℃，即： ,那么查表可得：

狀態11的計算：

已知壓縮比，那么

查表：

于是我們有布雷頓循環的所有狀態：

狀態	T	Pr	h
9	298K	1.3543	298.18kJ/kg
10	688.51K	27.08	700.96kJ/kg
11	1808.6K	1338.4	2013.97kJ/kg
12	873K	66.92	902.7585kJ/kg

理想狀態下的效率：

那么我們已經有了所有信息：

蘭金循環：

狀態	P:MPa	T：℃	h：kJ/kg	s:kJ.kg·K
1	0.4	75.86	317.62	1.0261
2	12.5	76.585	333.27	1.0261
3	12.5	545	3463.21	6.615
4	3.125	323.42	3048.3	6.615
5	12.5	540	3396.76	6.53174
6	3.125	303.5	2998.875	6.53174
7	12.5	972.13	4535.8	7.6691
8	0.4	40	2636.1	7.6691

布雷頓循環：

狀態	T K	Pr	h kJ/kg
9	298	1.3543	298.18
10	688.51	27.08	700.96
11	1808.6	1338.4	2013.97
12	873	66.92	902.7585

所以我們有整個系統的輸入輸出信息：

而根據西門子官網和網站信息，我們可以得到兩個循環的質量流動率：

所以我們有：

且我們可以計算出總輸出功率為：

可以看出與838MW十分不相符

那么我們可以得到理想效率：

明顯是偏大不符合實際的

使用等熵效率對實際效率的逼近

我們對各個等熵過程使用等熵效率進行對實際情況的逼近，我們這里認為等熵效率為80%，那么則有：

, ,

, , ,

所以我們能得到：

, ,

, ,

所以我們重新計算整個系統的輸入輸出信息：

而根據西門子官網和網站信息，我們可以得到兩個循環的質量流動率：

所以我們有：

且我們可以計算出總輸出功率為：

與實際輸出功率838MW比較相近

此時布雷頓循環中燃氣渦輪的效率為：

與實際描述290MW比較相近

那么我們可以得到近似實際效率：

比較符合實際情況

通過輸出輸出直接計算：

既然我們之前已經得到：

，很容易可以知道分子就是有用功，是電站的功率838MW

那么吸熱就只有布雷頓循環的吸熱，我們可以通過布雷頓循環找出熱量輸入即可計算效率

我們正好有西門子官網燃氣機的參數：

燃氣機的效率為41%，而描述中燃氣機的功率為290MW，與西門子官網不太一樣，我們就使用描述中的功率

所以我們可以計算出吸熱：

所以效率為：

與真實情況的對比：

通過描述，我們可以找到，京橋電站在不供熱純發電的情況下，可以達到59.5%的效率

我們通過狀態計算出的效率只有49.08%，可能的原因有如下：

• 等熵效率：80%是一個給定的通常的值，可能以現在的技術手段，可以達到比80%更高的等熵效率
• 沒有考慮其他提高效率的手段，比如布雷頓循環的再生，蘭金循環在壓縮階段的冷卻等

而通過渦輪效率計算出的效率為59.238%，是十分貼近給定的效率的

鳴謝

感謝Merle以及同小組的Lucie Ethan Jérémy Zachary，在projet中的討論和努力，以及我們整個小組的不太正確的答案，為本文尋找一個比較正確的答案提供了參考和堅實的基礎。同樣感謝白嫖怪們的催更。