发电厂蒸汽动力循环示意图

1、第十一章第十一章 蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置教学目标：教学目标：使学生掌握蒸汽动力循环及其计算方法。知识点：知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循环；热电循环；蒸汽燃气联合循环。重重 点：点：回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。难难 点：点：回热循环与再热循环计算，提高循环热效率的途径和计算方法。火电厂生产过程简介汽包锅炉，开式循环系统1223344psvT饱和蒸汽的卡诺循环饱和蒸汽的卡诺循环11-1 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一一、工质为、工质为水蒸汽的卡诺循环水蒸汽的卡诺循环1 1、朗肯循环的组成、朗肯

2、循环的组成 定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩二、朗肯循环及其热效率二、朗肯循环及其热效率 PumpCondenserBoilerTurbineWturb,outqoutqinWpump,in简单蒸汽动力装置流程图简单蒸汽动力装置流程图1243朗肯循环在朗肯循环在T-ST-S图和图和p-vp-v图中的表示图中的表示sT21341234pv1234hssT2 2、朗肯循环的计算、朗肯循环的计算吸吸 热热 量量放放 热热 量量循环热效率循环热效率114qhh223qhh01221111twqqqqqq 吸热平均温度吸热平均温度11411414qhhTsss

3、s放热平均温度放热平均温度23222314hhqTssss循环热效率循环热效率221111tqTqT 1T2T汽汽 耗耗 率率 03600kg/(kW.h)dw汽耗率：每生产汽耗率：每生产kW.hkW.h （3600kJ3600kJ）的功）的功 所消耗的蒸汽量。所消耗的蒸汽量。234例例1 1 已知朗肯循环的初压已知朗肯循环的初压p p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温t t1 1=500=500，乏汽压力，乏汽压力 p p2 2=5kPa=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏 汽干度。汽干度。解解 查水蒸气表查水蒸气表 由由p p1

4、 1=5MPa,t=5MPa,t1 1=500=500查得查得113432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hsp2=5kPa=0.005MPa时137.72kJ/kg;0.4761kJ/(kg.K)2560.55kJ/kg;8.3930kJ/(kg.K)hshs计算乏汽的干度计算乏汽的干度226.97350.47610.82078.39300.4761ssxss乏汽的焓乏汽的焓2( )hhx hh137.720.8207 (2560.55 137.72)2126.14kJ/kgsT1T2T234113432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs21ss22126.14

5、kJ/kgh 3137.72kJ/kghh30.4761kJ/(kg.K)ss430.4761kJ/(kg.K)ss415MPapp查表得查表得4142.87kJ/kgh 吸热量吸热量1143432.2 142.873289.33kJ/kgqhh放热量放热量2232126.14 137.721988.42kJ/kgqhh熵变量熵变量146.97350.47616.4974kJ/(kg.K)ss吸热平均温度吸热平均温度11143289.33506.3K6.4974qTss放热平均温度放热平均温度22141988.42306.K6.4974qTss吸热量吸热量1143432.2 142.87328

6、9.33kJ/kgqhh放热量放热量2232126.14 137.721988.42kJ/kgqhh吸热平均温度吸热平均温度11143289.33506.3K6.4974qTss热效率热效率02t111988.42110.3953289.33wqqq 放热平均温度放热平均温度22141988.42306.K6.4974qTss热热 效效 率率2t1306.110.395506.TT 0 300 350 400 450 500 550t%35363738394032145T1T1sT初温 t121T1T蒸汽初温对循环热效率的蒸汽初温对循环热效率的影响影响 5505004003500.480.44

7、0.400.36s325411TT1T0 3 6 9 12 15 18 21初压p1 MPa1T421T蒸汽初压对循蒸汽初压对循环热效率的影环热效率的影响响2 4 6 8 10 12 14 16 18 200.400.410.420.430.440.450.460.470.48p2 kPa14532ss1s3s3T0T1Tt235蒸汽参数的影响归纳如下蒸汽参数的影响归纳如下: (1)(1)提高蒸汽初参数提高蒸汽初参数 p p1 1，t t1 1, ,可以提高循环热效率（蒸可以提高循环热效率（蒸汽温度提高汽温度提高50 50 ，循环效率提高，循环效率提高2 2个百分点）个百分点）现现代蒸汽动力循

8、环朝着高参数方向发展。我国目前采用代蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用的亚临界机组参数见表的亚临界机组参数见表11.111.1。低参数低参数 中参数中参数 高参数高参数 超高参数超高参数 亚临界参数亚临界参数初压初压/MPa初温初温/发电功率发电功率/MW1.3 3.5 9.0 13.5 16.5340 435 535 550, 535 550, 5351.53 625 50100 125, 200 200, 300, 600表表11.1 11.1 亚临界及以下参数的机组亚临界及以下参数的机组( (汽轮机进口参数汽轮机进口参数) )表11.2 超临界参数机组(锅炉出口参数)机组类型蒸

9、汽压力MPa蒸汽温度电厂效率%供电煤耗g/kWh亚临界机组17.0540/54038324超临界机组25.5567/56741300高温超临界25.0600/60044278超超临界机组30.0600/600/60048256高温超超临界30.070057215我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。注：临界压力：注：临界压力：22.12 MPa, 临界温度：临界温度：374.15 第一台试验性超临界第一台试验性超临界125MW机组（机组（31 MPa,621/566/538）,1957年在美国投运。年在美国投运。 第二台超临界第二台超临界325MW机组（机组（34.4 MPa,649/566/

10、566）,1959年在美国投运。年在美国投运。参数参数年年代代20世世纪初纪初期期30年年代代40年年代代50年年代代60年年代代90年年代代20052015蒸汽温蒸汽温度度250370400430480500500535538566538566566593610613700720蒸汽压蒸汽压力力Mpa0.81.01.53.03.08.0814亚临亚临界界亚临亚临界界超临超临界界33.540再热次再热次数数一次一次二次二次二次二次二次二次表表11.3 11.3 国外火电机组蒸汽参数的发展国外火电机组蒸汽参数的发展表表11.4 11.4 部分超临界机组经济性举例部分超临界机组经济性举例电厂电厂

11、项目项目蒸汽参数蒸汽参数机组效率机组效率,%,%投运年份投运年份丹麦丹麦 VeskVesk 电厂电厂 407407 MW MW25.1 MPa,56025.1 MPa,560 /560/5604545. .3 319921992法国法国 STAUDSTAUDI INGENGE 厂厂 550 MW550 MW25 MPa,54025 MPa,540 /560/56042.542.519921992德国德国 ROSTOCKROSTOCK 电厂电厂 559 MW559 MW25 MPa,54025 MPa,540 /560/56042.542.519941994韩国韩国 500 MW500 MW24

12、 MPa,53824 MPa,538 /538/5384141石洞口二厂石洞口二厂 600 MW600 MW24.2 MPa,53824.2 MPa,538 /566/56641.0941.0919921992日本松蒲电厂日本松蒲电厂 10001000 MW MW25.2 MPa,59825.2 MPa,598 /596/596444419971997丹麦丹麦 NordjyllandNordjylland 电厂电厂 410410 MW MW28.5 MPa,58028.5 MPa,580 /580/580/580/580474719981998西门子设计西门子设计 400-1000 MW400

13、-1000 MW27.5 MPa,58927.5 MPa,589 /600/600454519991999欧洲欧洲 Future Future 33.5 MPa,61033.5 MPa,610 /630/630505020052005欧洲欧洲 Future Future 40.0 MPa,70040.0 MPa,700 /720/72052-5552-5520152015平圩电厂平圩电厂 600 MW600 MW ( ( 亚临界亚临界 ) )17 MPa,53717 MPa,537 /537/53736.936.919891989 (2) (2)降低乏气压力可以提高循环热效率降低乏气压力可以提

14、高循环热效率( (乏气压乏气压力力每降低每降低2kPa,2kPa,循环效率提高循环效率提高1 1个百分点个百分点) )。但乏。但乏气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般在在0.004MPa0.006MPa0.004MPa0.006MPa的乏气压力下运行。的乏气压力下运行。四、有摩阻的实际循环四、有摩阻的实际循环吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率114qhh 223qhh 12twhh 43pwhh 01twq循环净功循环净功012TPwqqww234sT42汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率水泵的相对内效

15、率水泵的相对内效率toitwwpppww五、实际循环的计算五、实际循环的计算234sT424343pppwhhwhh已知已知112, ,oic oip t p求求10,tq w关键：关键：得到得到24,hh1212toitwhhwhh因因所以所以21112oitoihhwhhh43433,pc oic oiwhhhhh157H.PL.P893BoilerReheaterLow-P turbineHigh-P turbinePumpCondenserqinqoutwturb,outwpump,in蒸汽再热循环系蒸汽再热循环系统示意图统示意图11-2 11-2 再热循环再热循环165 54322

16、2 2sT1 16 65 52 222hh6 6h1h5h2h2p1p RHp2x2x9x=1st t1 1蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的T-sT-s图和图和h-sh-s图图三三、再热循环分析再热循环分析)()(56411hhhhq 忽略水泵消耗功， 循环作功：)()(2651hhhhwT）564126511()()(hhhhhhhhqwTt循环热效率：16432sTT111221T1T1T5T2再热压力对循环热效率大再热压力对循环热效率大小的影响小的影响1 12 2A4 4TsA153BoilerTurbinePumpCondenserOpenFWHFWH=Feedwater heaterqi

17、nqout43 3665Pump1kgkg(1)kgwturb,out11-311-3 回热循环回热循环4(1)h5hOpenFWH45(1)0Ahhh544Ahhhh回热器的能量分析回热器的能量分析模型模型Ah12 24 4Ts3 3651kgkg(1)kg吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率116qhh2231qhh 121TAAwhhhh 43651pwhhhh01twq二、回热循环的计算二、回热循环的计算循环净功循环净功012TPwqqwwkgkg(1-1-1 1)kg)kg2 2kgkg1 1kgkg1kg1kgh02h02h2h2h01h

18、011kg1kg12(1)TurbineCondenserqinqoutGeneratorElectricityBoiler PumpPumpPumpOpen FWHOpen FWHh10102215Tsp1p01p02p2010221kg11kg2kg121kg102(1)h122(1)h202h1 01h102(1)h01hOpenFWHOpenFWH1021 0101(1)0hhh020110102()hhhh122202102(1)(1)hhh10222022(1)()hhhh1234UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHea

19、t exchanger11-4 热电合供循环热电合供循环TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulator valveHeat exchangerUser11.33MPa,536.42.10MPa,537.50.50MPa,346254.535.7401.00.47MPa,349.66.53kP5.52kP11-5 燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环燃气轮机联合循环技术 效率高：效率高：E E级联合循环效率级联合循环效率51515252 F F级级55555757，H H级达到级达到6060以上以上 污染少：污染少：可将可将NOxNOx