蒸汽-燃气联合循环实例：北京京桥电站的效率计算
北京京桥电站与2013年投入使用，是一个蒸汽燃气联合循环的例子。我们将通过一些网络上公开的数据，对北京京桥电站的最大效率进行一个
北京京桥电站与2013年投入使用，是一个蒸汽燃气联合循环的例子。我们将通过一些网络上公开的数据，对北京京桥电站的最大效率进行一个估计的计算。
主要信息来源：
powermag网站-中国北京京桥电站SGT5-4000F | F-class Gas Turbine | Gas Turbines | Manufacturer | Siemens Energy Global主要结构的建立
由power网站的信息可以得到：
京桥电站是蒸汽-燃气联合电站，它包含两个燃气循环和一个蒸汽循环，为了简化，我们将两个燃气循环并为一个，我们将其抽象为布雷顿循环和兰金循环的组合。
在其兰金循环中，有三个涡轮：高压涡轮(HP)，中压涡轮(IP)和低压涡轮(LP)。在最大功率时，三台涡轮机同时工作。
还有一些其他信息，不再贴图，直接提取：
布雷顿循环也就是燃气循环有两个SGT5-4000F（290 MW ISO）燃烧涡轮机，兰金循环也就是蒸汽循环两台三压热回收蒸汽发生器（HRSG），处于三个涡轮中间，设计工作在12.5 MPa，过热温度为545℃，再热温度为540℃，冷凝器的压力为0.4MPa,不使用低压涡轮时，出水温度为260℃。电站输出功率为838MW。
我们可以画出其结构示意图如下：
我们的目的是计算其效率，图中红色部分都是系统与外界之间的能量交换，那么总的效率有：
通过状态进行的计算
我们可以通过对状态的计算来帮助我们找到吸收的热量。
理想兰金循环的计算
我们将电站的蒸汽循环简化为理想的兰金循环。其T-S图如下：
红色线为蒸汽饱和曲线
- 1-2为泵中的等熵压缩
- 2-3为锅炉中的等压吸热，包含过加热部分
- 3-4为高压涡轮中的等熵膨胀
- 4-5为再加热过程（HRSG）
- 5-6为中压涡轮中的等熵膨胀
- 6-7为再加热过程（HRSG）
- 7-8为低压涡轮中的等熵膨胀
- 8-1为冷凝器中的等压放热
状态1的计算：
因为冷凝器的压力为0.4MPa，所以初始压力为0.4MPa,且状态1是在饱和曲线上的，所以我们可以得到状态1的熵与焓：
所以我们有状态1的信息：
状态2的计算：
1-2为等熵压缩，2-3为等压吸热，由此我们查表来确定状态2(过冷水)的信息：
查表发现并没有给出 
可以看到 
所以再对一眼就能看出插值是 
我们就能得到状态2的信息：
状态3的计算：
状态3是加热完毕进入高压涡轮时的状态，鉴于已有HRSG的数据，那么我们这里就使用这个数据作为计算依据，即： 
所以我们对温度插值有状态3的信息：
状态4的计算：
由书上可知，最佳的再加热压力为循环最大压力的四分之一
所以有： 
而3-4为等熵膨胀，则： 
同样进行查表（过热蒸汽）
所以再对一眼就能看出插值是 
我们就能得到状态4的信息：
状态5的计算：
HSRG在12.5MPa工作，所以： 
与4类似进行查表：
可以得到：
可得到状态5的信息：
状态6的计算：
5-6为中压涡轮中的等熵膨胀,后面接着进入HSRG，所以有：
同样查表进行计算：
再对压强进行插值可得：
所以有状态6的信息：
状态8的计算：
我们假设状态8也正好位于饱和曲线上（其实是没有其他数据没法算了，实际还有一定偏移）
那么 
所以我们有状态8的信息：
状态7的计算：
7-8为等熵膨胀，那么： 
所以我们有了所有状态的信息：
| 状态 | 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 |
理想布雷顿循环的计算：
这部分信息主要来自西门子官网，
其T-S图如下：
状态9的计算
我们使用标准冷空气假设，以此作为进气条件，那么有：
可以得到状态9的信息：
状态10的计算：
由西门子官网得到的信息：
燃气机的压缩比为20.1：1,我们近似为20：1
所以我们有： 那么 
查表获取状态10信息：
进行插值：
可以得到状态10的信息：
状态12的计算：
根据西门子的数据，出气温度约为600℃，即： 
状态11的计算：
已知压缩比，那么 
查表：
于是我们有布雷顿循环的所有状态：
| 状态 | 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 |
理想状态下的效率：
那么我们已经有了所有信息：
兰金循环：
| 状态 | 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 |
布雷顿循环：
| 状态 | 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 |
所以我们有整个系统的输入输出信息：
而根据西门子官网和网站信息，我们可以得到两个循环的质量流动率：
所以我们有：
且我们可以计算出总输出功率为：
可以看出与838MW十分不相符
那么我们可以得到理想效率：
明显是偏大不符合实际的
使用等熵效率对实际效率的逼近
我们对各个等熵过程使用等熵效率进行对实际情况的逼近，我们这里认为等熵效率为80%，那么则有：
,
所以我们能得到：
所以我们重新计算整个系统的输入输出信息：
而根据西门子官网和网站信息，我们可以得到两个循环的质量流动率：
所以我们有：
且我们可以计算出总输出功率为：
与实际输出功率838MW比较相近
此时布雷顿循环中燃气涡轮的效率为：
与实际描述290MW比较相近
那么我们可以得到近似实际效率：
比较符合实际情况
通过输出输出直接计算：
既然我们之前已经得到：
那么吸热就只有布雷顿循环的吸热，我们可以通过布雷顿循环找出热量输入即可计算效率
我们正好有西门子官网燃气机的参数：
燃气机的效率为41%，而描述中燃气机的功率为290MW，与西门子官网不太一样，我们就使用描述中的功率
所以我们可以计算出吸热：
所以效率为：
与真实情况的对比：
通过描述，我们可以找到，京桥电站在不供热纯发电的情况下，可以达到59.5%的效率
我们通过状态计算出的效率只有49.08%，可能的原因有如下：
- 等熵效率：80%是一个给定的通常的值，可能以现在的技术手段，可以达到比80%更高的等熵效率
- 没有考虑其他提高效率的手段，比如布雷顿循环的再生，兰金循环在压缩阶段的冷却等
而通过涡轮效率计算出的效率为59.238%，是十分贴近给定的效率的
鸣谢
感谢Merle以及同小组的Lucie Ethan Jérémy Zachary，在projet中的讨论和努力，以及我们整个小组的不太正确的答案，为本文寻找一个比较正确的答案提供了参考和坚实的基础。同样感谢白嫖怪们的催更。
