联合循环的总体热效率如何计算？

总体热效率为 η_cc = η_gas + (1−η_gas)·η_HRSG·η_steam。第1项 η_gas 是燃气轮机单独的热效率，第2项是「燃气轮机排弃的排热 (1−η_gas) 中 HRSG 回收的部分 η_HRSG，被蒸汽轮机以效率 η_steam 转换为电力」的贡献。例如 η_gas=0.38、η_HRSG=0.85、η_steam=0.33 时，η_cc=0.38+0.62·0.85·0.33≈0.554，即约55%。

联合循环发电模拟器 — 热效率·输出计算

参数设置

燃气轮机热效率 η_gas

顶部循环（布雷顿）单独的热效率

蒸汽轮机热效率 η_steam

底部循环（朗肯）单独的热效率

燃料投入热量

燃料所含化学能的投入率

余热回收锅炉（HRSG）回收率 η_HRSG

燃气轮机排热中HRSG回收的比例

计算结果

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联合循环热效率 η_cc (%)

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总发电输出 (MW)

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燃气轮机输出 (MW)

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蒸汽轮机输出 (MW)

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烟道损失 (MW)

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单独运行效率提升 (百分点)

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厂区组成图 — 能量流动

燃料进入燃气轮机，其高温排气通过HRSG生成蒸汽，驱动蒸汽轮机。箭头粗细与运输能量（MW）成正比，粒子表示流动的能量。

联合循环效率 vs 燃气轮机效率

能量配分

理论·主要公式

$$\eta_{cc}=\eta_{gas}+(1-\eta_{gas})\,\eta_{HRSG}\,\eta_{steam}$$

联合循环的总体热效率。第1项是燃气轮机（顶部循环）的效率，第2项是燃气轮机排弃的排热 (1−η_gas) 中 HRSG 以回收率 η_HRSG 回收的部分，被蒸汽轮机以效率 η_steam 转化为电力的底部循环贡献。

$$P_{total}=P_{gas}+P_{steam}$$

总发电输出为燃气轮机输出与蒸汽轮机输出之和。蒸汽（底部）循环以燃气轮机排热为热源发电，无需追加燃料即可上乘输出。

联合循环发电概述

🙋

我经常听到「联合循环发电」，这与普通火力发电有什么区别？

🎓

简单说就是「分两段驱动轮机」的发电方式。先燃烧燃料驱动燃气轮机。这是布雷顿循环。出来的排气还有500～650°C的高温。普通燃气轮机直接从烟道排放这部分气体。联合循环则利用排气加热水、产生蒸汽来驱动蒸汽轮机。这是朗肯循环。说白了就是「用应该排弃的热再发一次电」。

🙋

排气那么热呢。直接排放太浪费了…

🎓

完全同意。试试把左边「燃气轮机热效率」滑块设为0.38。投入200MW燃料，燃气轮机只能发电76MW。剩下的124MW以排气形式排出。单独运行的话，这124MW就完全浪费了。联合循环把这些排气通过余热回收锅炉，简称HRSG来处理。

🙋

HRSG是做什么的？

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Heat Recovery Steam Generator，余热回收锅炉。高温排气通过它时，利用其热量将给水加热、蒸发、过热成高压蒸汽的巨大热交换器。「HRSG回收率」滑块设为0.85的话，124MW排热中的105.4MW可转化为蒸汽。剩下的18.6MW从烟道逃逸。那105.4MW的热通过效率0.33的蒸汽轮机，就能产生约34.8MW的额外发电。看厂区组成图，箭头的粗细代表能量大小，很直观。

🙋

加起来燃气76MW加蒸汽34.8MW等于110.8MW…效率超过55%了！太强了。

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正是这样。η_cc＝110.8÷200约等于55.4%。而燃气轮机单独是38%，提升了17百分点。这是「应该排弃的热」产生的收益，根本不花额外的燃料。最新的联合循环通过提高进气温度，已达到接近64%。传统汽力发电40%、核电约33%，所以联合循环是当今火电中最高效的。这也是为什么最近新建的燃气火电基本都是联合循环方式。

🙋

要是想进一步提高效率，应该调哪里？

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有3个方向。第一是提高燃气轮机效率 η_gas。增加进口燃气温度是王道，但轮机叶片的耐热就成了瓶颈。第二是提高HRSG回收率 η_HRSG，减少烟道损失。第三是提高蒸汽轮机效率 η_steam。看下面的「联合循环效率 vs 燃气轮机效率」图，会发现提高 η_gas 总体效率的提升其实不大。从式子 η_cc＝η_gas＋(1−η_gas)η_HRSG η_steam 可以看出，η_gas 增大时第2项的 (1−η_gas) 就在减小，燃气侧和蒸汽侧是某种程度的竞争关系。平衡设计才是真本领。

常见问题

总体热效率为 η_cc = η_gas + (1−η_gas)·η_HRSG·η_steam。第1项 η_gas 是燃气轮机单独的热效率，第2项是「燃气轮机排弃的排热 (1−η_gas) 中 HRSG 回收的部分 η_HRSG，被蒸汽轮机以效率 η_steam 转化为电力」的贡献。例如 η_gas=0.38、η_HRSG=0.85、η_steam=0.33 时，η_cc=0.38+0.62·0.85·0.33≈0.554，即约55%。

单独燃气轮机将燃料能量的约6成以高温排气形式排放到大气。联合循环通过余热回收锅炉（HRSG）获取排气热量，将水加热、蒸发、过热为高压蒸汽，驱动第二台轮机（蒸汽轮机）。将原本应排弃的热量用于再次发电，燃气轮机输出的约一半电力「附加」上去，总体效率可达55～64%。这是当今火力发电方式中最高的效率。

HRSG（Heat Recovery Steam Generator）接收燃气轮机排出的500～650°C高温排气，利用其热量对供水加热、蒸发、过热，产生高压蒸汽的热交换器。是联合循环的「桥接」装置，为底部循环（蒸汽侧）提供热源。HRSG热回收率越高，从烟道逃逸的热越少，送给蒸汽轮机的热越多，总体效率越高。

传统汽力发电（锅炉+蒸汽轮机）效率约40%，单独燃气轮机运行也是30～40%。联合循环将燃气轮机与蒸汽轮机串联，燃气侧排热被蒸汽侧再利用，实现55～64%的高效率。启动快、负荷跟随性好，近年新建燃气火电几乎全部改为联合循环方式。

实际应用

大型燃气火电站：城市周边的大规模LNG火电，几乎全部采用联合循环方式。一台燃气轮机配套HRSG和蒸汽轮机的「单轴型」，或多台燃气轮机的排热集中到一台蒸汽轮机的「多轴型」。每个机组输出数百MW～1GW级，以55～64%的高效率供电。本工具的燃料投入设为1000MW时，可体会大型机组的规模。

调节电源·负荷追踪运行：联合循环启动快、输出升降迅敏，因此用于补偿太阳能、风能等出力波动的可再生能源。白天太阳能增加时降低输出，傍晚需求上升时快速升功率。作为电力系统稳定运行不可或缺的调节电源，是现代电力结构的核心。

热电联产（冷热电三联供）：工厂、地区供热中，利用蒸汽轮机的抽汽或排气作工业蒸汽、供暖热水。既发电又供热，燃料能量总利用率可达80%以上。联合循环与热利用结合的方案，是能量「级联利用」的典范。

火电厂改造升级（Repowering）：给既有老旧汽力电站（锅炉+蒸汽轮机）加装新燃气轮机和HRSG，原蒸汽轮机改作底部循环利用。不用全部更新设备，就能把效率从40多%提到50多%，是低成本改造、削减CO2的手段。

常见误区与注意事项

最常见的误解是「总体效率就是燃气效率加蒸汽效率」。正确公式是 η_cc = η_gas + (1−η_gas)·η_HRSG·η_steam，不是简单相加。蒸汽轮机只能用「燃气轮机排弃的排热」，所以第2项必然乘以 (1−η_gas) 系数。η_gas 提高时第1项增加但第2项的 (1−η_gas) 减小，燃气侧和蒸汽侧处于热的竞争关系。简单相加（例0.38+0.33=0.71）在物理上不可能。

其次，「HRSG回收率可以做到100%」的幻想。HRSG是热交换器，无法把排气完全冷却到给水温度。排气温度低于露点（约100°C左右）时，燃料中的硫分会形成硫酸腐蚀管道，所以实机特意让烟道出口保持90～110°C左右。即一部分排热必然从烟道逃逸，本工具就此把 η_HRSG 上限设为0.95。

最后，「无条件提高燃气轮机进口温度就能提效率」的简化。确实进口燃气温度越高布雷顿循环效率越好，但1500°C以上的极端高温会让轮机动叶接近金属熔点。实机用叶内空气冷却、陶瓷隔热涂层、单晶合金等尖端材料技术才能抵抗，同时还要权衡叶片寿命、冷却空气抽气损失、NOx排放量的折中。效率不只是热力学问题，还涉及材料、冷却、排放法规的全盘考量。

联合循环发电模拟器

联合循环发电概述

常见问题

实际应用

常见误区与注意事项

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具体计算案例

实务中的注意点