第10章蒸汽动力装置循环

1、1第十章第十章 蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环Vapor power cycles10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环朗肯循环10-2 再热循环再热循环10-3 回热循环回热循环10-4 热电合供热电合供10-5 燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环2 蒸汽及蒸汽动力装置蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant) 1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展， 促使资本主义诞生。促使资本主义诞生。 2）目前世界约）目前世界约

2、75%电力、国内电力、国内78%电力来自电力来自火电厂火电厂，绝，绝 大部分来自大部分来自蒸汽动力蒸汽动力。 3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环一、概述一、概述31. 水蒸气的卡诺循环水蒸气的卡诺循环水蒸气卡诺循环有可能实现水蒸气卡诺循环有可能实现，但：，但： 1）温限小）温限小 2）膨胀末端）膨胀末端x太小太小 3）压缩两相物质的困难）压缩两相物质的困难实际并不实行实际并不实行 卡诺循环卡诺循环二、朗肯循环二、朗肯循环 (Ran

3、kine cycle)42. 水蒸气朗肯循环水蒸气朗肯循环 1）流程图）流程图2）p-v，T-s及及h-s图图 5 3）朗肯循环的热效率）朗肯循环的热效率 net2t111wqqq net1243whhhh32322TTchhqps32T ss411hhq 1243net2t11141hhhhwqqqhh nett,Tt,Pwwwt,T1212pwhhcTTt,P43whh?6t,Pt,Tww若忽略水泵功，同时近似取若忽略水泵功，同时近似取h4 h3，则，则1212t1312hhhhhhhh 4）耗汽率）耗汽率(steam rate)及耗汽量及耗汽量 理想耗汽率理想耗汽率(ideal stea

4、m rate) d0 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 0121dhhkg/J,kg/ kW h工程上用耗汽量耗汽量0000WDd PP功率,nett,Tww7 三、初参数对朗肯循环热效率的影响三、初参数对朗肯循环热效率的影响 1. 初温初温t112TT不变 或或 循环循环1t2t3561t =循环循环123561+循环循环11t2t21tt11 2 21t123561ttt82. 初压力初压力 p112,TT不变但但 x2下降且下降且 p太高造成强度问题太高造成强度问题t93. 背压背压 p212,TT不变但受制于环境温度，不能任意但受制于环境温度，不能任意降

5、低降低226kPa,36.17 C;4kPa,28.95 Cssptpt同时，同时，x2下降下降 。 t讨论：讨论： 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？例例A466167英英 例例A466167中中10四、有摩阻的实际朗肯循环四、有摩阻的实际朗肯循环 1. T-s图及图及h-s图图忽略水泵功：忽略水泵功： 11322act2qhhqhh不变t112. 不可逆性衡量不可逆性衡量 a）汽轮机内部相对效率）汽轮机内部相对效率T（简称汽机效率）（简称汽机效率） t,Tact12actTt,T12whhwhh近代大功率汽轮机近代大功率

6、汽轮机T 在在0.92左右左右 设计中，选定设计中，选定T 按按 2act1T122T121hhhhhhh（h1h2理想绝热焓降（理想绝热焓降（ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）h2act的确定方法：的确定方法： 运行中，测出运行中，测出 p2 及及 x2，按，按 hx= x2h+ (1- -x2)h 12 c）装置有效热效率）装置有效热效率e eeTmt1Pq Pe有效轴功率有效轴功率 m机械效率机械效率3.实际内部耗汽率实际内部耗汽率di和耗汽量和耗汽量Di012i12act12act12T11dhhdhhhhhh b）装置内部热

7、效率（）装置内部热效率（internal thermal efficiency） 忽略水泵功：忽略水泵功：net,actt,TactT1212actiTt111212wwhhhhqqhhhh 考虑机械损失考虑机械损失iiiDd P实际内部功率实际内部功率例例A466155例例A4602991310-2 再热循环（再热循环（reheat cycle） 一、设备流程及一、设备流程及T-s图图14二、再热对循环效率的影响二、再热对循环效率的影响 忽略泵功：忽略泵功：net1567whhhh其他影响：其他影响：x末末上升（根本目的）；上升（根本目的）； d0下降；下降； 复杂化，投资上升。复杂化，投资

8、上升。t？56311hhhhqnet1567t11365whhhhqhhhh1510-3 回热循环回热循环（regenerative cycle）一、抽汽回热循环一、抽汽回热循环（regenerative cycle with steam extraction，regenerative cycle with feed-water heater） 回热器两种方式回热器两种方式混合式混合式16间壁式间壁式17二、回热循环计算二、回热循环计算 1. 抽汽量抽汽量0101014hhh忽略泵功忽略泵功 24hh 012012hhhh2. 回热器回热器(regenerator)R 熵方程：熵方程：2010

9、1fgCV10sssSSs 能量方程：能量方程：g010121Ssss0gIT S183. 循环热效率循环热效率 net1010121whhhh 101012nett11011hhhhwqhh 讨论：讨论： 1）抽汽回热）抽汽回热t 上升；上升； 2）抽汽级数越多）抽汽级数越多t 越高越高 ，若级数趋向无穷，若级数趋向无穷， t =1？net121011whhhh0111hhq 2221hhq222t1101111hhqqhh 19思考：思考：1）抽汽回热循环）抽汽回热循环t10122101221?TThhhhTTssss 放吸吸放其中否否2）回热器是间壁式，）回热器是间壁式，怎么求？怎么求？

10、3）回热器中过程不可逆，为什么）回热器中过程不可逆，为什么 循环循环t 上升？上升？22t1111TSQQTS 放吸2210111TssTss 放吸TT放吸20例例A466266例例A4602002110-4 热电合供（热电合供（power-and-heating plant cycle）一、一、背压式背压式设备流程及设备流程及T- -s图图特点特点发电量受热负荷制约。发电量受热负荷制约。22二、二、抽汽凝汽式抽汽凝汽式设备流程及设备流程及T- -s图图特点特点热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。23三、热量利用系数三、热量利用系数循环热量利用系数循环热量利用系数已利用的热量工质从热源所吸收的热量循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别；循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别；循环热效率没考虑低温热能的可利用性循环热效率没考虑低温热能的可利用性 循环热效率循环热效率热电厂热量利用系数热电厂热量利用系数 利用的热量燃料的总释热量2410-5 燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环燃燃- -蒸联合循环蒸联合循环 （combination