汽轮机装置-演示文稿(1)

1、第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 西安交通大学西安交通大学 能源与动力工程学院能源与动力工程学院 动力机械及工程系动力机械及工程系 王新军王新军 汽轮机装置汽轮机装置Steam Turbine Plant 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环 工程热力学：对各种热力循环进行了系统的分析和讨论工程热力学：对各种热力循环进行了系统的分析和讨论 包括包括: : 卡诺循环、郎肯循环、回热循环、再热循环、热电循环、卡诺循环、郎肯循环、回热循环、再热循环、热电循环、 冷热电

2、循环、抽汽式汽轮机组循环冷热电循环、抽汽式汽轮机组循环 等。等。 本课程研究内容：现代电站本课程研究内容：现代电站汽轮机装置中汽轮机装置中实际应用的实际应用的 几种热力循环的几种热力循环的具体设计问题具体设计问题。 锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器4321Ts第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU1.1 1.1 循环分类和循环的工作特点循环分类和循环的工作特点 图图1.0 1.0 火力发电厂火力发电厂 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.0 1.0 火力发电厂中的汽轮机装置火力发电厂中的汽轮机装置

3、 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.1 1.1 蒸汽动力装置及其三个封闭回路的示意图蒸汽动力装置及其三个封闭回路的示意图 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU简单蒸汽热力循环装置示意图简单蒸汽热力循环装置示意图 过过 热热 蒸蒸 汽汽汽轮机汽轮机冷却水冷却水给水泵给水泵 燃燃 料料( (煤、油气等煤、油气等) )凝结水凝结水主汽阀主汽阀发电机发电机第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU一、四个主要设备一、四个主要设备过热蒸汽过热蒸汽汽轮机汽轮机冷却水冷却水给水泵给水泵 燃燃 料料( (

4、煤、油气等煤、油气等) )凝结水凝结水主汽阀主汽阀发电机发电机产生高温、高压蒸汽的设备产生高温、高压蒸汽的设备蒸汽膨胀对外作功的设备，带动发电机蒸汽膨胀对外作功的设备，带动发电机 工质的低温放热源工质的低温放热源 消耗部分功来完成热力循环中的压缩过程消耗部分功来完成热力循环中的压缩过程 动力生产动力生产设备设备 动力消耗动力消耗设备设备 注注：蒸汽动力装置中的其它：蒸汽动力装置中的其它 机械设备，基本上都是机械设备，基本上都是 服务于：服务于：锅炉锅炉、 汽轮机汽轮机、 凝汽器凝汽器。 锅锅 炉炉： 汽轮机汽轮机： 凝汽器凝汽器： 给水泵给水泵：第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机

5、装置的热力循环XJTU锅锅 炉炉凝汽器凝汽器循环循环高温端高温端工作工作 循环循环低温端低温端工作工作 烟烟 气气水和蒸汽（等压吸热）水和蒸汽（等压吸热）水蒸汽水蒸汽冷却水冷却水 （等压放热）（等压放热） 换热器换热器热交换热交换汽轮机汽轮机 给水泵给水泵在热力循环在热力循环高温端高温端 和和低温端低温端之间工作之间工作 动力设备动力设备锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝凝汽汽器器过热器过热器4321Ts对外作功（高压到低压膨胀过程）对外作功（高压到低压膨胀过程） 消耗功（低压到高压的压缩过程）消耗功（低压到高压的压缩过程） 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热

6、力循环XJTU二、三个封闭回路二、三个封闭回路1 1）汽水回路）汽水回路2 2）空气烟气回路空气烟气回路3 3）冷却水回路冷却水回路第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU1 1）汽水回路）汽水回路 锅炉产生高温高压的水蒸汽锅炉产生高温高压的水蒸汽； 蒸汽在汽轮机中膨胀做功，蒸汽的温度和压力降低；蒸汽在汽轮机中膨胀做功，蒸汽的温度和压力降低； 低温低压的蒸汽在凝汽器中经过热交换凝结成水；低温低压的蒸汽在凝汽器中经过热交换凝结成水； 凝结水由给水泵加压后送入锅炉，吸热后又变成蒸汽。凝结水由给水泵加压后送入锅炉，吸热后又变成蒸汽。 主汽水封闭回路：主汽水封闭回路：锅炉

7、锅炉汽轮机汽轮机凝汽器凝汽器给水泵给水泵锅炉锅炉 副汽水封闭回路：副汽水封闭回路：汽机抽汽汽机抽汽加热器加热器给水系统给水系统锅炉锅炉汽机抽汽汽机抽汽第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU2 2）空气烟气回路）空气烟气回路 空气进入锅炉参加燃料的燃烧过程，产生高温的烟气；空气进入锅炉参加燃料的燃烧过程，产生高温的烟气； 高温烟气将部分热量传递给水，高温烟气将部分热量传递给水， 温度降低并由烟囱排出锅炉进入大气；温度降低并由烟囱排出锅炉进入大气； 空气又不断进入锅炉参与燃烧。空气又不断进入锅炉参与燃烧。 烟气的封闭回路烟气的封闭回路：大气：大气锅炉锅炉大气大气第一

8、章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU3 3）冷却水回路）冷却水回路 冷却工质（河流、冷却塔冷却工质（河流、冷却塔/ /池中的水）被冷却水泵池中的水）被冷却水泵 打入凝汽器；打入凝汽器； 冷却工质在凝汽器中与蒸汽进行热交换，温度升高，冷却工质在凝汽器中与蒸汽进行热交换，温度升高， 并排出凝汽器进入冷却水源；并排出凝汽器进入冷却水源； 冷却水源中的冷却工质又不断进入凝汽器进行热交换；冷却水源中的冷却工质又不断进入凝汽器进行热交换； 冷却水的封闭回路冷却水的封闭回路：冷却水源：冷却水源凝汽器凝汽器冷却水源冷却水源第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力

9、循环XJTU三、蒸汽动力循环的特点三、蒸汽动力循环的特点 1 1）三个不同工质的封闭回路；）三个不同工质的封闭回路；2 2）三个回路相对独立，使装置主要设备相互影响减小；）三个回路相对独立，使装置主要设备相互影响减小； 3 3）比其它装置复杂的多。）比其它装置复杂的多。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU与与三种单回路三种单回路动力装置的动力装置的对比对比：1 1）开式燃气轮机循环装置：）开式燃气轮机循环装置： 大气中空气大气中空气压缩机压缩机燃烧室燃烧室燃气透平燃气透平大气环境大气环境 2 2）废气增压内燃机循环装置：）废气增压内燃机循环装置： 大气中空气大

10、气中空气压缩机压缩机内燃机内燃机废气透平废气透平大气环境大气环境3 3）冲击式水轮机循环装置：）冲击式水轮机循环装置： 高位水库水高位水库水水轮机水轮机低位水库低位水库自然作用（雨水）自然作用（雨水）高位水库高位水库图图1.2 1.2 三种单回路动力装置三种单回路动力装置 燃气轮机装置燃气轮机装置内燃机装置内燃机装置水轮机装置水轮机装置第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU四、循环的分类四、循环的分类 现代火力发电汽轮机装置现代火力发电汽轮机装置的四种热力循环系统的四种热力循环系统 （研究对象：蒸汽动力装置中的（研究对象：蒸汽动力装置中的汽水回路汽水回路）：）：

11、 1) 1) 简单回热抽汽给水预热循环系统简单回热抽汽给水预热循环系统2) 2) 中间再热回热抽汽循环系统中间再热回热抽汽循环系统 3) 3) 湿蒸汽（核电站）循环系统湿蒸汽（核电站）循环系统4) 4) 小汽轮机给水泵中间再热回热抽汽循环系统小汽轮机给水泵中间再热回热抽汽循环系统第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 在新型动力装置循环系统中，应用有：在新型动力装置循环系统中，应用有：1)1) 简单燃气简单燃气- -蒸汽联合循环；蒸汽联合循环；2)2) 超临界参数循环；超临界参数循环；3)3) 整体煤气化联合循环（整体煤气化联合循环（IGCC）；）；4)4) 增

12、压流化床联合循环（增压流化床联合循环（PFBCC）；）；5)5) 高性能动力循环（高性能动力循环（HIPPS）；）；6) 6) 湿空气循环等。湿空气循环等。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU1.2 1.2 回热抽汽给水预热循环回热抽汽给水预热循环 回热抽汽回热抽汽给水预热给水预热循循 环环利用汽轮机中间级抽出一部分蒸汽加热锅炉利用汽轮机中间级抽出一部分蒸汽加热锅炉给水称为给水回热，给水称为给水回热，相应的蒸汽循环称为给水回热循环。相应的蒸汽循环称为给水回热循环。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 效效 果果： 减少了凝汽

13、器中的热损失减少了凝汽器中的热损失提高循环提高循环的热效率的热效率 应用时间应用时间： 19201920年前后开始应用，年前后开始应用，已经成为汽轮机动力循环的基本构成部分已经成为汽轮机动力循环的基本构成部分 应用范围应用范围： 各种类型、大小的汽轮机装置各种类型、大小的汽轮机装置（某些舰用汽轮机装置外）（某些舰用汽轮机装置外）减小了给水加热过程的不可逆性减小了给水加热过程的不可逆性 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.3 n1.3 n 级混合式加热器的回热抽汽系统级混合式加热器的回热抽汽系统 一、回热抽汽循环的简化理论模型一、回热抽汽循环的简化理论模

14、型 理论模型假定理论模型假定： 1) 1) 回热加热系统是由回热加热系统是由n n个个抽汽点和抽汽点和n n个个混合式加热器混合式加热器 组成；组成；2) 2) 各加热器中的给水都由一个小水泵打入，各水泵耗功忽略不计；各加热器中的给水都由一个小水泵打入，各水泵耗功忽略不计； 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU5) 5) 各加热器的各加热器的焓升焓升分配相等；分配相等； 给水通过整个加热系统的总焓升为：给水通过整个加热系统的总焓升为： 给水通过每个加热器的焓升相等为：给水通过每个加热器的焓升相等为： cniiRnRr/3) 3) 从汽轮机各抽汽点到相应加热器之

15、间的管道流动阻力忽略不计；从汽轮机各抽汽点到相应加热器之间的管道流动阻力忽略不计； 4) 4) 混合式加热器中没有传热端差；混合式加热器中没有传热端差； 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.4 n1.4 n 级回热抽汽系统的级回热抽汽系统的T-ST-S图图 图图1.5 1.5 实际汽轮机过程曲线上实际汽轮机过程曲线上蒸汽的凝结放热蒸汽的凝结放热 6) 6) 各点抽出蒸汽在抽汽压力下等压放热各点抽出蒸汽在抽汽压力下等压放热 凝结成饱和水凝结成饱和水 放出总热量（放出总热量（过热放热过热放热 + + 潜热潜热）：）：常数iiiiiiikkrr00第一章第一

16、章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU分析分析1 1：与每公斤排汽量相对应的汽轮机进汽量：与每公斤排汽量相对应的汽轮机进汽量 给水量：给水量： 给水吸热量：给水吸热量：抽汽量：抽汽量： 抽汽放热量：抽汽放热量： iii1111)(热平衡方程热平衡方程： )(1)(1111ciiii即：即： nRi/1有：有： inR1inR1111 1号加热器：号加热器：1 1 kgkgnRiic/)(11 kg kg1第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU给水量：给水量： 给水吸热量：给水吸热量：抽汽量：抽汽量： 抽汽放热量：抽汽放热量：热平衡方程热平衡

17、方程： iii2222)(nRinRi)1 (2有：有： inRinR)1 (22211)1 (11inRinRinRinR2 2号加热器：号加热器：11kgkgnRinRii）（1)(1 (121kgkg2第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU对对3 3，4 4， n n号号加热器，同样可以推导出加热器，同样可以推导出: : 332111inRnninR 11321 结论：结论：对应对应1kg1kg的排汽量，汽轮机的进汽量为的排汽量，汽轮机的进汽量为: : nninR 111321第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU分析分析2

18、 2：最有利的给水加热范围（最佳给水总焓升）：最有利的给水加热范围（最佳给水总焓升）Rn 回给回给热水系热水系抽预统抽预统汽热汽热给水的总焓升给水的总焓升/ /最大焓升的百分比：最大焓升的百分比： 0/ RRxn无穷多个加热器无穷多个加热器 给水的最大焓升可以达到：给水的最大焓升可以达到： n n 级加热器级加热器 给水的总焓升为：给水的总焓升为： 确定确定与最大循环效率（最小热耗率）相对应的与最大循环效率（最小热耗率）相对应的给水总焓升给水总焓升 Rn ciiR00cnniiR第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU热力循环的热力循环的热耗率热耗率： 21221

19、11QQQQQQq循环循环吸热量吸热量： )()()1 ()(1 (00001nniiiiiiQ0)1 ()1 (Rxi循环循环放热量放热量： 常数iiiQcc)(12Q1Q2W第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU热力循环的热力循环的热耗率热耗率改为：改为： iRxiiq0)1 ()1 (1iRxiinxRin00)1 (11在循环的进排汽参数已定的情况下：在循环的进排汽参数已定的情况下： 最大焓升和抽汽放热量都是常数；最大焓升和抽汽放热量都是常数； 热耗率最小，上式中的分母最大；热耗率最小，上式中的分母最大； 即循环吸热量即循环吸热量 Q1 最大。最大。nn

20、ninxRinR011)1 (第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU循环吸热量循环吸热量Q1：0001)1 (1)1 ()1 (RxiinxRRxiQn令：令：01dxdQ得到得到：1nnxxn循环循环最小热耗率最小热耗率： 1) 1(11110nninRq结论结论：一个：一个n n级给水加热系统，当级给水加热系统，当 时，时， 10nnxRRnn该循环的循环效率最高，热耗率最小。该循环的循环效率最高，热耗率最小。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU分析分析3 3：热耗率与加热级数的关系：热耗率与加热级数的关系 n n级回热抽

21、汽的级回热抽汽的最小热耗率为：最小热耗率为： 1) 1(11110nninRq括号项展开并括号项展开并略去高次项，得到：略去高次项，得到： iRnniRqn2111100当循环的进排汽参数给定后：当循环的进排汽参数给定后： 最大最大焓升焓升和抽汽和抽汽放热量放热量都是常数；都是常数； 影响回热抽汽装置最小热耗率的因素只有影响回热抽汽装置最小热耗率的因素只有抽汽级数抽汽级数 n n； 抽汽级数抽汽级数 n 大大, , 最小热耗率最小热耗率 qn 小；小； 每增加每增加1 1个个 n ，qn 的减小百分数越来越小。的减小百分数越来越小。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环

22、XJTU1 1）极限情况下，）极限情况下，n = 0 2 2）极限情况下，）极限情况下，n = 无预热（郎肯循环）无预热（郎肯循环） 无穷多级数预热，热耗率最小，无穷多级数预热，热耗率最小， 理论回热抽汽的最小热耗率为：理论回热抽汽的最小热耗率为： iRiRqqn211100001Riqqn 热耗率为：热耗率为： 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU分析分析4 4：回热抽汽在热耗率上的效益：回热抽汽在热耗率上的效益 以郎肯循环的热耗率为基准的绝对效益以郎肯循环的热耗率为基准的绝对效益 n n级回热抽汽循环的热耗率为级回热抽汽循环的热耗率为 ，绝对效益，绝对效益

23、: :qq 0q n n级抽汽（级抽汽（ ）时）时1nnx最大绝最大绝对效益对效益: :iRnnnniRnniRRiqqn211121211100000 n= n=时，理论最大绝对效益时，理论最大绝对效益: :iRqq2112100第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 以郎肯循环的热耗率以郎肯循环的热耗率 为基准的相对效益：为基准的相对效益： 001Riq n n级抽汽（级抽汽（ ）时，）时，1nnx00021111Rinnqqqn n= n=时，时，0002111Riqqq可以看出可以看出：当循环进汽温度不变或变化不大时，：当循环进汽温度不变或变化不大时，

24、进汽压力进汽压力 ，R R0 0 热效率提高的百分数就越大热效率提高的百分数就越大；i0/2Ri结论结论：当给水预热级数相同时，在：当给水预热级数相同时，在高压汽轮机高压汽轮机装置中采用装置中采用 回热抽汽比在回热抽汽比在低压汽轮机低压汽轮机置中置中效果好效果好。 郎肯循环改为回热抽汽郎肯循环改为回热抽汽系统热效率提高百分数系统热效率提高百分数第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.6 1.6 各种抽汽次数下的相对效益各种抽汽次数下的相对效益与给水比焓升关系曲线与给水比焓升关系曲线 可以看出：可以看出： 循环效益随回热级数循环效益随回热级数n n的增加而增

25、大，的增加而增大， 但效益提高值随但效益提高值随n n增加而逐渐减小，过多级数是不利的；增加而逐渐减小，过多级数是不利的； 不同的回热级数不同的回热级数n n对应不同的最佳给水温度，此时循环效益最大；对应不同的最佳给水温度，此时循环效益最大； 回热级数越多，最佳给水温度越高。回热级数越多，最佳给水温度越高。 表表1-11-1给出汽轮机的蒸汽初终参数、功率给出汽轮机的蒸汽初终参数、功率 范围、给水回热级数、给水回热温度等范围、给水回热级数、给水回热温度等 参数的对应值。参数的对应值。 实际采用的给水温度要低于最佳温度实际采用的给水温度要低于最佳温度 给水温度影响循环效益；给水温度影响循环效益；

26、还影响装置的技术经济性。还影响装置的技术经济性。 通常给水温度大约为通常给水温度大约为x=0.65-0.75x=0.65-0.75。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU二、最优化的比焓升分配二、最优化的比焓升分配 但但 Rn 在各级加热器如何分配？在各级加热器如何分配？ 才能使装置的热效率最高，汽耗率最低？才能使装置的热效率最高，汽耗率最低？答案：答案：等比焓升等比焓升分配分配 n n级加热系统中，最佳的给水总焓升为级加热系统中，最佳的给水总焓升为 ； 01RnnRn第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTUfg)1 (1g)1 (

27、1f)1 (1eg f 从系统中任意选取两个相邻的加热器从系统中任意选取两个相邻的加热器f f和和g g， 给水通过两个加热器的给水通过两个加热器的总焓升总焓升为：为：fgr加热器加热器f f: : 进入给水流量：进入给水流量： ； 出口给水流量：出口给水流量： 给水的焓升：给水的焓升： ； 抽汽流量：抽汽流量： )1 (1e)1 (1ffgarf 热平衡方程式：热平衡方程式： iiiffff)(fgera)1 (1证明证明：第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU加热器加热器g g: : 进入给水流量：进入给水流量： 出口给水流量：出口给水流量： 给水的焓升：给

28、水的焓升： 抽汽流量：抽汽流量： iarfgef)1 (1)1 ( )1 ()1 ()1 (111iarfgefef)1 (1gfgra)1 ( gfg)1 (1g)1 (1f)1 (1eg f 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 热平衡方程式：热平衡方程式： iiiggfgg)(fgfra )1 ()1 (1irafgfg)1 ()1 (1得到：得到： 有：有： )1 (1)(1 ()1 ()1 (111irafgfgfg)1 (1)(1)(1 (1iraiarfgfge根据前面分析根据前面分析最低的热耗率最低的热耗率 最大最大 )1 (达到最大达到最大必

29、要条件必要条件 )1 (1g第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 令：令： 0)1 (1dadg得到：得到： 2/1a结论结论： 1 1）等焓升分配等焓升分配是两个加热器中总焓升的最佳分配方案；是两个加热器中总焓升的最佳分配方案；2 2）对简化理论模型的回热抽汽加热系统，）对简化理论模型的回热抽汽加热系统， 因为两个加热器是任意选的，因为两个加热器是任意选的， 所以所以等焓升分配等焓升分配是最优化的给水焓升分配法；是最优化的给水焓升分配法； 3 3）放弃前面简化条件）放弃前面简化条件 ， 也可以推导出等焓升分配是最优化的分配方案。也可以推导出等焓升分配是最优化

30、的分配方案。 常数kriii0第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU三、采用不同型式加热器的回热抽汽系统三、采用不同型式加热器的回热抽汽系统 1 1）回热加热系统是由）回热加热系统是由n n个抽汽点个抽汽点和和n n个混合式加热器个混合式加热器组成组成 得到上面几个结论；得到上面几个结论； 2 2）回热加热系统是由）回热加热系统是由n n个抽汽点个抽汽点和和n n个表面式加热器个表面式加热器组成组成 图图1.7 n1.7 n 级表面式加热器的理论回热抽汽系统级表面式加热器的理论回热抽汽系统 保留保留在在n n级混合式加热器理论系统中的级混合式加热器理论系统中的简

31、化条件简化条件， 增加增加加热器传热端差为零的加热器传热端差为零的条件条件， 同样可以得到同样可以得到等焓升分配等焓升分配是最优化的给水焓升分配法；是最优化的给水焓升分配法；第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU3) 3) 对由对由n n个抽汽点个抽汽点和和混合式与表面式加热器混合式与表面式加热器混合组成的混合组成的 回热加热系统回热加热系统 同样可以得到同样可以得到等焓升分配等焓升分配是最优化的给水焓升分配法；是最优化的给水焓升分配法；4) 4) 现代汽轮机装置实际上采用现代汽轮机装置实际上采用 混合式加热系统混合式加热系统 = = 一个或两个混合式加热器（除

32、氧器）一个或两个混合式加热器（除氧器） + + 若干个表面式加热器若干个表面式加热器 同样可以得到同样可以得到等焓升分配等焓升分配是最优化的给水焓升分配法是最优化的给水焓升分配法；5) 5) 带有带有疏水冷却疏水冷却部分的表面式加热器的部分的表面式加热器的n n级回热抽汽系统级回热抽汽系统 型式型式：表面式加热器：表面式加热器 + + 疏水冷却部分疏水冷却部分作用作用：利用抽汽疏水将给水预热，：利用抽汽疏水将给水预热， 回收部分疏水的热量，回收部分疏水的热量， 减少表面式加热器中的能量损失减少表面式加热器中的能量损失第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.

33、8 1.8 疏水冷却式加热器的疏水冷却式加热器的n n级回热抽汽系统级回热抽汽系统 效果效果： 疏水冷却面积越大，疏水温度越接近给水温度；疏水冷却面积越大，疏水温度越接近给水温度； 在理论的极限情况下，两者温度相等，在理论的极限情况下，两者温度相等， 整个加热器就为混合式加热器。整个加热器就为混合式加热器。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU四、回热抽汽系统计算实例四、回热抽汽系统计算实例 实际汽轮机回热系统的计算要与汽轮机的设计实际汽轮机回热系统的计算要与汽轮机的设计同步进行同步进行。 图图1.9 100MW1.9 100MW高压汽轮机组热力系统（热平衡计算

34、数据高压汽轮机组热力系统（热平衡计算数据图）图） 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU1 1）主要参数）主要参数 100MW 100MW高压汽轮机组，高压汽轮机组，高、低压高、低压分缸；分缸； 高压进口压力高压进口压力8.7MPa8.7MPa，温度，温度510510 ； 分缸压力分缸压力0.154MPa0.154MPa；低压缸出口压力：；低压缸出口压力：5kPa5kPa； 加热器：加热器：2+12+1（除氧器）（除氧器）+2+2。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU2 2）计算内容）计算内容 校验汽轮机内功率（按图校验汽轮机内

35、功率（按图1.101.10，结果如表，结果如表1-21-2）；）； 汽轮机的毛功率计算：汽轮机的毛功率计算： 毛功率毛功率 = = 内功率内功率 - - 排汽损失排汽损失 - - 机械损失机械损失 - - 电机损失电机损失 汽轮发电机组净功率计算：汽轮发电机组净功率计算： 净功率净功率 = = 毛功率毛功率- -给水泵耗功给水泵耗功 各加热器抽汽量计算（各加热器抽汽量计算（由高压到低压，依次通过热平衡由高压到低压，依次通过热平衡）；）；第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 计算整个装置的毛热耗率和净热耗率计算整个装置的毛热耗率和净热耗率 毛热耗率校核计算，利用

36、公式：毛热耗率校核计算，利用公式： 毛热耗率毛热耗率 = = 有效功率热耗率有效功率热耗率+ +损失功率热耗率损失功率热耗率 = += + 其中：其中：） 发电机发电机1kw1kw毛功率的相应热耗率毛功率的相应热耗率 ） 1kw1kw毛功率冷却水带走热量毛功率冷却水带走热量 ） 1kw1kw毛功率机械与电机损失毛功率机械与电机损失 ） 1kw1kw毛功率的给水泵加入热量毛功率的给水泵加入热量 所得的结果与前面的值进行比较；所得的结果与前面的值进行比较； 抽汽点与汽轮机分级的关系抽汽点与汽轮机分级的关系 不可能完全等焓升分配。不可能完全等焓升分配。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机

37、装置的热力循环XJTU1.3 1.3 中间再热回热抽汽循环中间再热回热抽汽循环 中间再热中间再热循循 环环 将蒸汽从汽轮机某级后引至锅炉再加热，将蒸汽从汽轮机某级后引至锅炉再加热，温度提高后再送回汽轮机后面级中继续作功。温度提高后再送回汽轮机后面级中继续作功。中间再热中间再热回热抽汽回热抽汽循循 环环 中间再热机组带有给水回热系统，中间再热机组带有给水回热系统，进一步提高循环热效率。进一步提高循环热效率。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU一、中间再热的效果及影响一、中间再热的效果及影响

38、效果效果: : 中间再热使循环的平均吸热温度提高，中间再热使循环的平均吸热温度提高， 相当于朗肯循环的初温提高相当于朗肯循环的初温提高80110。 初温每提高初温每提高3030，就对高温合金材料提出新的要求；，就对高温合金材料提出新的要求； 减少汽轮机排汽的湿度，湿度损失减小减少汽轮机排汽的湿度，湿度损失减小 提高机组的经济性；提高机组的经济性； 在保持排汽湿度不变的前提下，在保持排汽湿度不变的前提下， 使机组采取更高的新蒸汽压力，增大单机功率。使机组采取更高的新蒸汽压力，增大单机功率。 平均吸热温度提高，放热温度不变平均吸热温度提高，放热温度不变 提高了循环热效率提高了循环热效率 再热次数再

39、热次数: : 从理论上来说，中间再热可以多次，从理论上来说，中间再热可以多次， 但采用第二次再热的热经济性相对较小；但采用第二次再热的热经济性相对较小； 125MW 125MW或或150MW150MW以上机组一般采用一级中间再热。以上机组一般采用一级中间再热。4321Ts第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU最佳中间再热压力最佳中间再热压力: : 中间再热压力的选择对循环效率的提高有很大影响（以中间再热压力的选择对循环效率的提高有很大影响（以郎肯循环为比较基础）郎肯循环为比较基础） 朗肯循环基础上采用中间再热循环朗肯循环基础上采用中间再热循环 10.3 MPa/

40、535/535/5 kPa的热力循环；的热力循环；图图1.13 1.13 中间再热压力与循环效益的关系中间再热压力与循环效益的关系 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU再热压力再热压力 再热过程平均吸热温度高，但吸热量小再热过程平均吸热温度高，但吸热量小 循环平均吸热温度提高不大；循环平均吸热温度提高不大； 再热循环效益小；再热循环效益小； 汽轮机排汽湿度的减小不明显。汽轮机排汽湿度的减小不明显。再热压力再热压力 再热过程的吸热量大，但平均吸热温度低再热过程的吸热量大，但平均吸热温度低 循环平均吸热温度提高也小；循环平均吸热温度提高也小； 再热循环效益小；再热

41、循环效益小； 汽轮机排汽湿度大大减小。汽轮机排汽湿度大大减小。结论结论：存在一个最佳中间再热压力：存在一个最佳中间再热压力 4321Ts4321Ts第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 下面曲线下面曲线：当再热压力约为初压的当再热压力约为初压的21.4%21.4%（2.2 MPa2.2 MPa）时，）时， 循环效率的提高最大；循环效率的提高最大； 上面曲线上面曲线：考虑湿汽损失，当再热压力约为初压的考虑湿汽损失，当再热压力约为初压的10%10%时，时， 总热效率的提高达到最大；总热效率的提高达到最大； 考虑总热效率时，最佳中间再热压力有所降低：考虑总热效率时，

42、最佳中间再热压力有所降低： 再热压力再热压力排汽湿度排汽湿度湿度损失湿度损失热效率热效率 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU图图1.14 1.14 压降对中间再热效果的影响压降对中间再热效果的影响 蒸汽通过（蒸汽通过（汽轮机汽轮机过热器过热器汽轮机汽轮机）管道时，）管道时， 存在存在812%的压降，压降对中间再热效果有一定的影响。的压降，压降对中间再热效果有一定的影响。 1%1%的压降使热效益降低的压降使热效益降低1%1%。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 回热抽汽基础上采用中间再热循环回热抽汽基础上采用中间再热循环图

43、图1.15 1.15 中间再热压力对回热抽汽循环热效率的影响中间再热压力对回热抽汽循环热效率的影响 中间再热压力对回热抽汽循环总效率的提高也有影响，中间再热压力对回热抽汽循环总效率的提高也有影响， 同样同样存在一个最佳再热压力存在一个最佳再热压力；第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 回热级数增加，最佳中间再热压力逐渐增大；回热级数增加，最佳中间再热压力逐渐增大； 最佳中间再热压力从最佳中间再热压力从n = 0n = 0（郎肯循环）的（郎肯循环）的10%10%初压初压 增大到增大到n = 8n = 8时的时的27%27%初压；初压； 随着回热级数的增加，蒸汽平

44、均吸热温度不断上升，随着回热级数的增加，蒸汽平均吸热温度不断上升， 中间再热过程的平均吸热温度必须更高，中间再热过程的平均吸热温度必须更高， 才能使整个循环的平均吸热温度提高，使效率提高。才能使整个循环的平均吸热温度提高，使效率提高。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 回热抽汽循环比郎肯循环的热效率已经提高很多，回热抽汽循环比郎肯循环的热效率已经提高很多， 再采用中间再热对热效率的提高效果就不显著，再采用中间再热对热效率的提高效果就不显著， 给水回热的级数越多，效果就越小。给水回热的级数越多，效果就越小。结论结论：在中间再热回热抽汽循环中：在中间再热回热抽汽

45、循环中 同样存在一个最佳再热压力；同样存在一个最佳再热压力； 热效率在最佳再热压力附近变化很小；热效率在最佳再热压力附近变化很小； 回热级数越多，变化越平坦。回热级数越多，变化越平坦。 容许设计者有较大的选择余地。容许设计者有较大的选择余地。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU中间再热的影响中间再热的影响: : 在在蒸汽初温蒸汽初温和汽轮机和汽轮机排汽湿度排汽湿度不变的条件下，不变的条件下， 中间再热提供了中间再热提供了 提高蒸汽初压提高蒸汽初压 的可能性；的可能性； 或者或者初压初压和和初温初温不变的条件下，不变的条件下， 中间再热提供了中间再热提供了 减小

46、排汽湿度减小排汽湿度 的可能性。的可能性。 现代机组中一般是：现代机组中一般是： 初初 压：压： 16-28MPa16-28MPa， 初初 温：温： 535535 /565 /565 ， 排汽湿度：排汽湿度： 7-10%7-10%。 单机功率单机功率效效 率率 中间再热使汽轮机蒸汽的中间再热使汽轮机蒸汽的 绝热焓降增大绝热焓降增大； 对一定功率的汽轮机，总蒸汽流量减小，相应的管道、对一定功率的汽轮机，总蒸汽流量减小，相应的管道、 机组尺寸减小，制造机组尺寸减小，制造成本降低成本降低。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 中间再热汽轮机结构复杂；中间再热汽轮机

47、结构复杂； 在单缸的中小汽轮机上在单缸的中小汽轮机上: : 难于布置难于布置进汽进汽、中间再热蒸汽中间再热蒸汽、 回热抽汽回热抽汽等管道接头；等管道接头；高压缸高压缸中压缸中压缸低低压压缸缸低低压压缸缸 在多缸的大功率汽轮机，这种困难就不存在。在多缸的大功率汽轮机，这种困难就不存在。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 在回热抽汽系统中：除一、二级最高抽汽点之外，在回热抽汽系统中：除一、二级最高抽汽点之外， 大多数抽汽是在大多数抽汽是在中间再热后中间再热后的主蒸汽中抽出。的主蒸汽中抽出。 抽汽压力不变，抽汽焓值较高，放出热量有所增加，抽汽压力不变，抽汽焓值较高

48、，放出热量有所增加， 使各级抽汽量减小，相当汽轮机排汽量增加；使各级抽汽量减小，相当汽轮机排汽量增加； 计算表明计算表明：由于中间再热，进汽量：由于中间再热，进汽量减小减小18%18%左右左右， 而排汽量而排汽量减小减小15%15%左右左右。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU应用场合应用场合: : 中间再热适用于中间再热适用于大型机组大型机组，原因是中间再热机组的结构很复杂。原因是中间再热机组的结构很复杂。 100MW 100MW或或125MW125MW以下的机组一般都是单缸的，以下的机组一般都是单缸的， 进汽、中间再热和回热抽汽管道难以布置；进汽、中间再

49、热和回热抽汽管道难以布置； 一般一般没有采用没有采用中间再热；中间再热； 大型机组总是采用分缸结构，比较布置容易。大型机组总是采用分缸结构，比较布置容易。 125 MW125 MW以上的机组一般都以上的机组一般都采用采用中间再热。中间再热。 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU二、最佳给水焓升的理论分配二、最佳给水焓升的理论分配 根据前面的分析，在一定的简化条件下：根据前面的分析，在一定的简化条件下： 加热器型式对最佳给水比焓升分配原则没有实质性影响，加热器型式对最佳给水比焓升分配原则没有实质性影响， 仍然假设回热系统采用基本型式的混合式加热器。仍然假设回热系

50、统采用基本型式的混合式加热器。 回热抽汽给水预热循环中的给水总焓升回热抽汽给水预热循环中的给水总焓升 回热抽汽系统的理论分析来确定回热抽汽系统的理论分析来确定 中间再热回热抽汽循环中的给水总焓升中间再热回热抽汽循环中的给水总焓升 最佳中间再热压力、中间再热的压降损失都有规定，最佳中间再热压力、中间再热的压降损失都有规定， 所以回热抽汽的给水总焓升已经有了限制；所以回热抽汽的给水总焓升已经有了限制； 根据根据最佳中间再热压力来确定（有可能偏离最佳值，最佳中间再热压力来确定（有可能偏离最佳值， 但在最佳附近曲线很平坦，不会过多地影响经济性）。但在最佳附近曲线很平坦，不会过多地影响经济性）。第一章第

51、一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 中间再热前的中间再热前的各加热器给水焓升按等焓升分配各加热器给水焓升按等焓升分配； 中间再热后中间再热后各加热器给水焓升也按等焓升分配各加热器给水焓升也按等焓升分配； 根据分析得到：根据分析得到： 最高压加热器给水焓升最高压加热器给水焓升 再热后各加热器平均给水焓升再热后各加热器平均给水焓升 三、中间再热回热抽汽汽轮机装置的计算三、中间再热回热抽汽汽轮机装置的计算 中间再热回热抽汽装置：中间再热回热抽汽装置： 除第一级加热器外，其余加热器仍按等焓升原则分配。除第一级加热器外，其余加热器仍按等焓升原则分配。 由于各种实际因素的限制，

52、各级加热器的焓升可能偏离由于各种实际因素的限制，各级加热器的焓升可能偏离 等焓升较大，但对系统热效率的影响很小。等焓升较大，但对系统热效率的影响很小。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU计算实例计算实例： 美国美国250MW250MW双轴双轴双转速汽轮机，两转子的功率大体相同。双转速汽轮机，两转子的功率大体相同。 高中压缸转子高中压缸转子3600r/min,3600r/min,低压缸转子低压缸转子1800r/min1800r/min。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 蒸汽由高压缸排出后抽出一部分蒸汽进入蒸汽由高压缸排出后抽

53、出一部分蒸汽进入1 1 高压加热器，高压加热器， 其余大部分进入中间再热器；其余大部分进入中间再热器； 2 2 加热器由中压缸的某级后抽汽加热；加热器由中压缸的某级后抽汽加热；第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 3 3 是作为除氧器的是作为除氧器的混合式加热器混合式加热器，除氧压力为，除氧压力为0.72MPa,0.72MPa, 由一个低压缸流程某级后抽出蒸汽加热；由一个低压缸流程某级后抽出蒸汽加热； 另一个低压缸流程的某一级后抽出的蒸汽加热另一个低压缸流程的某一级后抽出的蒸汽加热4 4 ；第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU

54、 5 5 加热器又从低压缸的第一个流程抽出加热蒸汽；加热器又从低压缸的第一个流程抽出加热蒸汽； 6 6 和和7 7 两个加热器由低压缸两个流程共同供应加热蒸汽；两个加热器由低压缸两个流程共同供应加热蒸汽；（前三个加热器带疏水冷却部分，（前三个加热器带疏水冷却部分，7 7 带疏水泵）带疏水泵）第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU 1 1 高压加热器的压降为高压加热器的压降为5%,5%, 2 2 -7-7 加热器的抽汽管道压降损失为加热器的抽汽管道压降损失为8%8%； 三个汽缸，汽封系统复杂，对各级抽汽量带来一定影响。三个汽缸，汽封系统复杂，对各级抽汽量带来一定影

55、响。 从而影响整个热平衡，也使计算项目增加。从而影响整个热平衡，也使计算项目增加。第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU计算步骤计算步骤： 蒸汽初参数：蒸汽初参数： 16.4 MPa/538 16.4 MPa/538 排汽压力（凝汽器压力）：排汽压力（凝汽器压力）：3.3 kPa3.3 kPa 末级叶片长：末级叶片长： 1092 mm1092 mm1 1）热平衡计算决定汽轮机中各段蒸汽流量（表）热平衡计算决定汽轮机中各段蒸汽流量（表1-51-5）；）；2 2）根据流量计算各段发出的功率以及汽轮机发出的毛功率；）根据流量计算各段发出的功率以及汽轮机发出的毛功率；3

56、 3）根据毛功率和净功率计算装置的两种热耗率；）根据毛功率和净功率计算装置的两种热耗率； 计算结果表明：中间再热机组热耗率比非中间再热机组计算结果表明：中间再热机组热耗率比非中间再热机组 的热耗率要小的热耗率要小4%4%左右。左右。4 4）毛热耗率校核）毛热耗率校核 结果差别很小，达到足够的精确度结果差别很小，达到足够的精确度第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU1.4 1.4 回热系统损失分析回热系统损失分析 一、回热系统损失的根源一、回热系统损失的根源 1 1）实际汽轮机回热抽汽循环与理论模型存在偏差，表现在：）实际汽轮机回热抽汽循环与理论模型存在偏差，表现

57、在： 汽轮机抽汽点不能任意选择，汽轮机抽汽点不能任意选择， 以符合最优化焓升分配；以符合最优化焓升分配； 实际加热器（抽汽点实际加热器（抽汽点加热器）加热器） 存在管道压力损失；存在管道压力损失； 实际加热器的传热存在传热端差；实际加热器的传热存在传热端差； 实际给水总焓升由于实际给水总焓升由于 各种原因低于理论最佳值；各种原因低于理论最佳值； 各种泵对给水作功，各种泵对给水作功， 使给水焓值有所提高；使给水焓值有所提高； 阀杆和汽封系统漏汽影响了有关阀杆和汽封系统漏汽影响了有关 加热器抽汽量和整个回热系统热平衡。加热器抽汽量和整个回热系统热平衡。 非等焓升分配非等焓升分配抽汽压力对应抽汽压力

58、对应饱和温度降低饱和温度降低 给水温升给水温升/ /焓升降低焓升降低 非最佳给水总焓升非最佳给水总焓升 存在能量消耗存在能量消耗 给水非最大值给水非最大值 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU2 2）理论模型本身也不是理想的，包括了部分实际情况）理论模型本身也不是理想的，包括了部分实际情况: : 汽轮机的膨胀曲线采用实际的过程线，结果：汽轮机的膨胀曲线采用实际的过程线，结果： 加热器数总是有限的，也增加了一些损失。加热器数总是有限的，也增加了一些损失。 一定压力下抽汽点的焓值比理想值高一定压力下抽汽点的焓值比理想值高 （损失加热蒸汽，焓值升高）；（损失加热蒸汽

59、，焓值升高）； 抽汽压力下的饱和水的焓值是一样的；抽汽压力下的饱和水的焓值是一样的； 实际抽汽在加热器中释放的热量比实际抽汽在加热器中释放的热量比 等熵线抽汽时所释放的热量大一些；等熵线抽汽时所释放的热量大一些； 抽汽量抽汽量 减小减小 锅炉给水总量（锅炉给水总量（1+1+）减小）减小 热耗率热耗率q q增加增加 膨胀过程曲线造成了回热系统的损失；膨胀过程曲线造成了回热系统的损失；图图1.11 1.11 理论与实际膨胀线上理论与实际膨胀线上的抽汽比焓值的抽汽比焓值 第一章第一章 电站汽轮机装置的热力循环电站汽轮机装置的热力循环XJTU二、回热系统损失分析二、回热系统损失分析 1 1）给水焓升分

60、配损失：）给水焓升分配损失： 焓升分配损失与汽轮机进排汽参数、焓升分配损失与汽轮机进排汽参数、 汽轮机内效率、汽轮机内效率、 回热系统中加热器类型、回热系统中加热器类型、 加热级数有关；加热级数有关； 在偏离最佳方案不太大的方案中是一项很小的损失。在偏离最佳方案不太大的方案中是一项很小的损失。各加热器的给水焓升不能完全符合各加热器的给水焓升不能完全符合等焓升分配原则而产生的损失等焓升分配原则而产生的损失。 表面式加热器系统的分配损失表面式加热器系统的分配损失 混合式加热器的分配损失混合式加热器的分配损失 在加热器焓升在加热器焓升小于小于平均焓升时：平均焓升时： 高加分配损失高加分配损失 低加的