工程热力学-第7章

作

业7-17-3第七章蒸汽动力循环Vapor

Power

Cycles§7-1

概述蒸气动力循环：以蒸气为工质的动力循环（获得功为目的）水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂能、余热、地热发电主要任务：分析蒸汽动力循环的构成及特点寻求改进和提高蒸气动力循环热工性能的途径水蒸气动力循环系统的简化锅炉汽轮机循环123给水泵4简化（理想化）：12

汽轮机

s

膨胀23

凝汽器

p

放热s

压缩发电机

34

给水泵41

锅炉

p

吸热凝汽器4321shs1324循环T-s和h-s图12

汽轮机

s

膨胀34

给水泵

s

压缩T23

凝汽器

p

放热41

锅炉

p

吸热hs1324§7-2-1循环热工性能的定量计算1.

功和热的计算汽轮机作功：ws,12

h1

h2凝汽器中的定压放热量：q2

h2

h3水泵绝热压缩耗功：ws,34

h4

h3锅炉中的定压吸热量：q1

h1

h4hs13242.

热效率的计算net1wws,12

ws,34t

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功th1

h2

h1

h3工程上定义汽耗率d（kg/kW·h）：蒸汽动力装置每输出1kW·h功量所消耗的蒸汽量kgd

3600wnet汽耗率(

Rate)的概念wnet的单位是kJ/kg汽耗率大小反映设备尺寸大小(经济性)，

功率相同时，汽耗率大，则机组尺寸要大。kg/kW·h§7-2-2sT6414'1095

q2相同；

q1

>

q1

>

；wnet小wnet

<

wnet

;3

8

12 11

7

2循环与 循环的比较对比同温限1234’对比9-10-11-1211点x太小,不利于汽机安全；12-9两相区难压缩；实际上

<

等温吸热4’1难实现对比5678s654321§7-2-3

蒸汽参数对热效率的影响

1

21

3th

h

h

h影响热效率的参数？p1

t1

p2THow

can

we

increase

the

efficiency

of

theRankine

cyclesT651'

16'5'4'432'

21.蒸汽初压对t的影响t1

,

p2不变，p1，汽轮机出口T1t优点：v2'尺寸变小缺点：对强度要求高不利于汽轮机安全。一般要求出口干度不小于0.85~

0.88x2'sT654311'2

2'2.蒸汽初温对t的影响t优点：T1x2'

，有利于汽机安全。缺点：对材料耐热要求高，目前初温一般在550℃左右汽机出口尺寸大v2'p1

,

p2不变，t1sT6543212't优点：T2局限：受环境温度限制，现在大型机组p2为0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度约为

27~

33℃，已接近实际上可能达到的最低限度。冬天效率较高

?3.乏汽压力对t的影响p1,t1不变，p24'3'§7-3

实际蒸汽动力循环分析sT532

2’4’1’1’14给水泵不可逆(34’)非理想因素：蒸汽管道摩擦降压，散热(1’’1’)汽机汽门节流(1’1

)汽机不可逆(12’)§7-3-1

热效率分析法T532

2’4’1’’1’14忽略泵功h4'

h3可逆循环效率th1

h2

h1

h3汽机相对内效率oi

h1

h2'管道和节流，管道效率tuh1

h2

h1

h3h1''

h3锅炉散热和排烟，锅炉效率sBfq

h1''

h3

整个实际蒸汽动力循环热效率s532

2’4’1’’1’14

收益＝循环净功＝

wnet代价热量

qffh

htu

h1

h3h1''

h31''

3Bfq

1''

3

B(h

h

)

1

2'

1

2

oi

q(h

h

)

/1

2'oi1

2h

h

h

h

h

hB

oitu

(h1

h2

)

(h1

h3

)

/th1

h2

h1

h3

1

tu1

3(h

h

)B

oi

2

(h

h

)

t

B

oi

tu火力发电热效率sT52’4’1’’1’14

收益电功w＝

g火电

代价料热量

qf机械效率netw

wM机械电机效率M

wgw电机

t

B

oi

tufwnet＝qfq

电机wMfq

wnet

机械

电机

t

B

oi

tu

机械电机§7-3-2

Ex分析法对于稳定流动Exin

Exout

i进入设备的Ex总和离开设备的Ex总和Ex损失之和焓Ex1.锅炉的Ex分析sT52

2’1’’1’14’43排烟过热汽1’’水4’（3）渣空气1.锅炉的Ex分析（燃烧）排烟过热汽1’’水4’（3）渣空气空气Ex

0fexq

qf（1）燃烧，烟气吸热，热量ex燃烧

T0

T

B

ex燃烧

qf

1以环境为基准设

完全是Ex平均燃烧温度

0T

1f

TB

燃烧1.锅炉的Ex分析（散热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣空气（2）排烟、渣，散热后，可能传给水的ex0BT

ex

q1T

B

散热后

f

fBT

T0

qf

1T

B

T0

q1

B

散热1.锅炉的Ex分析（传热）排烟过热汽1’’4’（3）水渣exh

exh

(h1''

h3

)

T0

(s1''

s3

)1''

3T

T

q

1

0

f

B

B

(h1''

h3

)

T0

(s1''

s3

)空气传热（3）传热，水温远比燃气低，温差传热水得到的ex锅炉＝

燃烧＋散热＋

传热可能传给水的ex管道和汽机主汽门的Ex分析（续）1’’11"1’’的exexh

(h1''

h0

)

T0

(s1"

s0

)管道和主汽门的ex损失管道

exh

exh

(h1''

h1

)

T0

(s1''

s1

)1"

111(汽机 )的exexh

(h1

h0)

T0

(s1

s0

)汽轮机的Ex分析（续）汽轮机最大可能作功汽轮机的ex损失12

'hw

ex

ex

(h1

h2'

)

T0

(s1

s2'

)net

h1wnet’汽轮机实际输出功wnet

'

h1

h2'汽机

wnet

wnet

'

T0

(s2'

s1

)绝热

exh

exh

wnet

'

T0

(s2'

s1

)1

22’4.冷凝器的Ex分析sT532

2’4’1’’1’142’

3冷凝器的ex损失2'

3

ex

ex

h2'

h3

T0

s2'

s3

冷凝器两种分析方法的比较、Ex

经济学分析方法热效率法Ex分析法锅炉管道汽轮机凝汽器qB/qf=10%qtu/qf=

0.6%qt/qf

=

0qc/qf=

55.7%B/exqf

=

56.7%燃烧

14.1%排烟、散热8.6%传热

34%tu/exqf

=

0.5%t/exqf

=

5.6%c/exqf

=

3.5%提高蒸汽动力循环热效率的途径改变循环参数提高初温度改进循环联合循环、新循环新型动力循环I…GF.C..-CC提高初压力降低乏汽压力再热循环Reheat回热循环Regenerative热电联产Cogeneration燃气-蒸汽联合循环IGCCTs5436

b1

a2蒸汽再热循环一定提高热效率？再热循环本身不一定提高循环热效率与再热压力pb有关可

x2,

给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可使热效率提高2％～3.5％。T5436

b1

a2蒸汽再热循环的热、功、热效率计算吸热量：aq1

h1

h4净功（忽略泵功）：wnet

h1

hb

ha

h2

热效率：t,RH1

(h1

hb

)

(ha

h2

)

wnetq

(h1

h4)

(ha

hb

)蒸汽抽汽(混合式)回热循环65as4 (1-

)kg3211kg

kgT1261kga45αkg3(1-α)kga

kg(1-

)kg41kg5由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功抽汽回热循环的抽汽量计算6as4

5

(1-

)kg3211kg

kgTa

kg(1-

)kg41kg5以混合式回热器为例热一律忽略泵功ha

1

h4

1

h5

h5

h4ha

h4''a2a2h

h

h

h'h4=h3=h’2抽汽回热循环热效率的计算6as4

5

(1-

)kg3211kg

kgT吸热量：q1,RG

h1

h5

h

h'1

awRG

h1

ha

1

ha

h2

净功：热效率：t,RG

h1

ha

1

ha

h2

h

h'1

a65a43211kg

kg(1-

)kgT

t,RG'1

22

2h

h'

1h

h

h1

ha

1为什么抽汽回热可提高热效率？P.256推导

2

2t1

21

h

h'h

h'简单

循环：

1

a

h

h

01t,RG

ts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优缺点小型火力发电厂回热级数一般为1～3级中大型火力发电厂一般为

4～8级。可兼作除氧器缺点循环比功减小，汽耗率增加增加设备复杂性回热器投资优点>缺点提高热效率减小汽轮机低压端尺寸，末级叶片变短减小凝汽器尺寸，减小锅炉高温受热面汽冷凝水作

业7-57-67-8§7-612'34给水泵热用户汽轮机过热器锅炉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，排汽直接向热用户供热)热电联产(供)循环Cogeneration背压式热电联产(供)循环12'34给水泵热用户汽轮机过热器锅炉背压式缺点：热电互相影响供热参数单一以前

北门外2台背压式，5000kW电负荷抽汽调节式热电联产(供)循环过热器汽轮机发电机锅炉冷却水冷凝器加热器水泵

1水泵

2调节阀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。工程实际中较多采用热用户热电联产(供)循环的经济性评价K

q供热＋wnet已被利用的能量nett1wq

显然不够全面只采用热效率工质从热源得到的能量

q1但这未考虑热和电品位的不同Ex经济学评价热电联产、集中供热是发展方向，经济环保能量利用系数Utilization

factor§7-7

现代新型动力循环简介蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：提高初参数，

临界和超临界发展；采用大功率机组，降低厂用电率；采用热电联供。火电厂发展现状占总装机容量的80%左右，效率37~40%提高供电效率和改善环境有重要意义。2.

燃气-蒸汽联合循环Combined

Gas-Vapor

Power

Cycles燃气轮机的发展热力参数与单机容量逐步提高，达>200MW，热效率35~41%；可靠性95~98.5%，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=400~600

℃；大功率