蒸汽动力装置循环课件

1、第十章 蒸汽动力装置循环掌握蒸汽动力装置的基本循环-朗肯循环及其热效率分析；学会分析蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响；理解朗肯循环的构成、热效率计算式，以及利用T-s图分析循环； 理解再热循环、抽汽回热循环和抽汽量；了解其它循环方式。 本章内容要求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，19世纪后期 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。 2）目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。 3）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。图11-1电厂鸟览图图11-2

2、锅炉图11-3汽轮机车间等图图11-4汽轮机高压缸图11-5汽轮机中压缸图11-6汽轮机低压缸蒸汽电厂示意图动力循环研究目的和分类工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功动力循环：以获得功为目的正向循环实际循环与卡诺循环 内燃机 t1=2000oC，t2=300oC tC =74.7% 实际t =3040% 卡诺热机只有理论意义，最高理想实际上 T s 很难实现 火力发电 t1=600oC，t2=25oC tC =65.9% 实际t =40%回热和联合循环t 可达50%按工质气体动力循环：内燃机、燃气轮机蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体研究动

3、力循环的目的： 合理安排循环、提高热效率10-1 简单蒸汽动力装置循环郎肯循环(Rankine cycle) 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵朗肯循环水蒸气动力循环系统 锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器一、水蒸气动力循环系统的简化锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器朗肯循环1234简化（理想化）：12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热1342pv朗肯循环pv图12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热4321Tshs1324朗肯循环T-s和h-s图12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵

4、 s 压缩41 锅炉 p 吸热压水堆核电厂蒸汽循环装置4321Ts核电厂二回路蒸汽循环TS图火电厂水蒸气(朗肯)循环TS图火电厂、核电厂蒸汽循环T-S图比较4321Ts朗肯循环与卡诺循环的比较hs1324二、朗肯循环功和热的计算 汽轮机作功：凝汽器中的定压放热量：水泵绝热压缩耗功：锅炉中的定压吸热量：hs1324循环净功： 一般很小，占0.81%，忽略泵功 循环净热量：三、耗汽率(steam rate)及耗汽量 耗汽量工程上常用汽耗率：反映装置经济性，设备尺寸理想耗汽率(ideal steam rate) d0 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的

5、蒸汽量kgsp1 t1 p2654321四、如何提高朗肯循环的热效率影响热效率的参数？TsT6543211.蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点： ，有利于汽机安全。缺点： 对耐热及强度要求高，目前初温一般在550左右 汽机出口尺寸大p1 , p2不变，t1sT6543212.蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1 , p2不变，p1优点： ，汽轮机出口尺寸小缺点： 对强度要求高 不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85 0.88sT6543213.乏汽压力（背压）对朗肯循环热效率的影响优点： 缺点：受环境温度限制，现在大型机组p2为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为27 33

6、，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高p1 , t1不变，p2五、有摩阻的实际朗肯循环 1.T-s图及h-s图忽略水泵功：2.不可逆性衡量 a）汽轮机内部相对效率T（简称汽机效率）近代大功率汽轮机T在0.850.92左右设计中，选定T按（h1h2理想绝热焓降ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）h2act的确定方法：运行中，测出p2及x2，按hx=x2h+(1-x2)h c）装置有效热效率e Pe有效轴功率 m机械效率3.实际内部耗汽率di和耗汽量Di b）装置内部热效率internal thermal efficiency 忽略

7、水泵功：考虑机械损失【例题1】某太阳能动力装置利用水为工质，从太阳能集热器出来的是175的饱和水蒸气，在汽轮机内等熵膨胀后排向7.5kPa的冷凝器，求循环的热效率。解：状态1：由175 ，查饱和水蒸气表ps=0.8918MPa、h1=2773.23kJ/kg、s1=6.6253kJ/(kg.K)由7.5kPa，查饱和水蒸气表，h=168.65kJ/kg、h=2573.85kJ/kg；s=0.5760kJ/(kg.K)、s=8.2493kJ/(kg.K)；v=0.00101m3/kgt()/P(MPa)h (kJ/kg)h(kJ/kg)s(kJ/(kg.K)s (kJ/(kg.K)v(m3/kg

8、)175 /0.89182773.236.6253- /0.0075168.652573.850.57608.24930.00101据s1=s2、s s2600，p125MPa，才考虑二次再热；初压低于10 MPa时则很少采用再热循环 10-3 回热循环 -regenerative cycle一、抽汽回热循环 回热器两种方式: 混合式、间壁式混合式间壁式蒸汽回热循环(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器抽汽式回热蒸汽抽汽回热循环(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热

9、和功抽汽回热循环的抽汽量计算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回热器为例热力学第一定律忽略泵功抽汽回热循环热效率的计算(1- )kg kg65as43211kgT吸热量：净功：热效率：为什么抽汽回热热效率提高？(1- )kg kg65as43211kgT简单朗肯循环：物理意义： kg工质100%利用 1- kg工质效率未变蒸汽抽汽回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为13级中大型火力发电厂一般为 48级。优点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备

10、复杂性 回热器投资缺点解： 查h-s图及水和水蒸气热力性质表【例4】 某再热回热循环，初压p1=10MPa，初温t1=500。第一次抽汽压力pa=1.5MPa，抽汽量1kg，余下(1-1)Kg，再热到500 。第二次抽汽压力pb=0.13MPa，若最终压力为0.005MPa，试求循环理论热效率。忽略水泵功：类似： 按上例各参数，若采用二级抽汽回热，抽汽压力为4MPa和0.4MPa，试求：（1）抽汽量1和2；(2)汽轮机作功wt,act、水泵耗功wp及循环净功wnet,act；(3)循环内部热效率i和实际耗汽率di；(4)各过程及循环的不可逆损失。解： (1 )分别对回热器及列热平衡方程式，得

11、所以 由状态点1及po1=4MPa、p02=0.4MPa，在h-s图上查得：ha=3010 kJ/kg，hb=2552kJ/kg。 简化h-s图同理可得 查饱和水和饱和蒸气表，得 所以 (2) 由例A460299 所以查饱和水和饱和蒸气表，得： （3）若忽略水泵功 (4) 据A460229，并查h-s图及饱和水和饱和水蒸气表有： (a)蒸气在汽轮机中绝热稳定流动， 故据熵方程 (b) 冷凝器中，乏汽凝结过程为稳定放热过程，故 (c) 设回热器保温良好，熵流为零 (d) 锅炉内吸热过程，热源即为烟气，据题意其平均温度831.45K，所以 (e) 整个循环中系统不可逆损失： 或者 A460299.

12、ppt与例A460299的计算结果相比较可知，抽汽回热后， 实际耗汽率增大； 进入汽轮机的每kg蒸气作功减小； 水泵总耗功增大；但是 工质自外热源吸热量减少，平均吸热温度提高，故而热效率提高； 虽然回热器内不等温传热，造成了作功能力损失，但是由于减小了锅炉内传热温差，使锅炉内过程的作功能力损失显著下降，从而使循环总的不可逆损失有较大的下降 10-4 热电合供循环 power-and-heating plant cycle热电合供循环背压式抽汽凝汽式 热电联产(供)循环用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。背压式机组(背压0.1MPa)热用户为什么要用换热器而

13、不直接用热力循环的水？背压式热电联产(供)循环背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一抽汽调节式热电联产(供)循环 抽汽式热电联供循环, 可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。热电联产(供)循环的经济性评价 只采用热效率 显然不够全面 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保10-5 蒸汽-燃气联合循环一.燃-蒸联合循环 combination steam turbine-gas turbine cycle燃气-蒸汽联合循环型式之一 燃气-蒸汽联合循环型式之二 燃气-蒸汽联合循环型式之三热电合供 燃气-蒸汽联合循环燃气轮机的发展热力参数与单机容量逐步提高，达W200MW，热效率3541%；可靠性9598.5%，可作为基本负荷电站；联合循环的现实可行性燃气轮机排气温度t4=400600 ；大功率机组排气量300k