工程热力学(清华大学)第七章蒸汽动力循环课件

第七章

蒸汽动力循环VaporPowerCycles第七章

蒸汽动力循环VaporPowerCycles1第七章蒸汽动力循环水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电动力循环：以获得功为目的第七章蒸汽动力循环水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、

四个主要装置：

锅炉

汽轮机

凝汽器

给水泵§7-1郎肯循环RankineCycle水蒸气动力循环系统

锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器四个主要装置：§7-1郎肯循环RankineCy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郎肯循环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吸热水蒸气动力循环系统的简化锅汽轮机发电机给水泵凝汽器郎肯循环11342pv郎肯循环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1342pv郎肯循环pv图12汽轮机s膨胀4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs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郎肯循环Ts和hs图12汽轮机hs1324郎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郎肯循环功和热的计算汽轮机作功：凝汽器中的定压hs1324郎肯循环热效率的计算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

hs1324郎肯循环热效率的计算一般很小，占0.8~1%，工程上常用汽耗率,反映装置经济性，设备尺寸汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h

功量所消耗的蒸汽量kg汽耗率(SteamRate)的概念的单位是kJ/kg1kW=1

kJ/s工程上常用汽耗率,反映装置经济性，设备尺寸汽耗率：蒸汽动力郎肯循环与卡诺循环比较sT64211098753

q2相同；

q1卡诺>

q1朗肯

卡诺>

朗肯；

等温吸热4’1难实现

11点x太小,不利于汽机强度；

12-9两相区难压缩；

wnet卡诺小卡诺<

朗肯；

wnet卡诺<wnet朗肯1112对比同温限1234’对比5678对比9-10-11-12郎肯循环与卡诺循环比较sT64211098753q2相sp1t1p2654321如何提高郎肯循环的热效率影响热效率的参数？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecyclesp1t1p2654321如何提高郎肯循sT654321蒸汽初压对郎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0.85~0.88sT654321蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响t1,p2sT654321蒸汽初温对郎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，t1sT654321蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响优点：缺点：psT654321乏汽压力对郎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0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度约为27~33℃，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，p2sT654321乏汽压力对郎肯循环热效率的影响优点：缺点：p国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表§7-2实际蒸汽动力循环分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：给水泵不可逆(34’)汽机不可逆(12’)汽机汽门节流(1’

1

)

蒸汽管道摩擦降压，散热(1’’1’)

§7-2实际蒸汽动力循环分析sT5322’4’1’’1’实际蒸汽动力循环分析方法热一律：热效率分析法热二律：熵分析法

Ex分析法√√实际蒸汽动力循环分析方法热一律：热效率分析法热二律：熵分析法实际蒸汽动力循环热效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功可逆循环效率汽机相对内效率管道和节流，管道效率锅炉散热和排烟，锅炉效率实际蒸汽动力循环热效率法sT5322’4’1’’1’14忽略整个实际蒸汽动力循环热效率sT5322’4’1’’1’14整个实际蒸汽动力循环热效率sT5322’4’1’’1’14整个电厂热效率sT5322’4’1’’1’14机械效率电机效率整个电厂热效率sT5322’4’1’’1’14机械效率电机效实际蒸汽动力装置的Ex分析法对于稳定流动进入设备的Ex总和离开设备的Ex总和Ex损失之和焓Ex实际蒸汽动力装置的Ex分析法对于稳定流动进入设备的Ex总和离锅炉的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气锅炉的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排烟过热汽1’锅炉的Ex分析（燃烧）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气空气燃料设燃料完全是Ex（1）燃烧，烟气热量以环境为基准平均燃烧温度锅炉的Ex分析（燃烧）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气锅炉的Ex分析（散热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气（2）排烟，渣，散热后，可传给水的ex锅炉的Ex分析（散热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气锅炉的Ex分析（传热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气（3）传热，水的温度远比燃气低，温差传热水得到的ex锅炉的Ex分析（传热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气管道和汽机主汽门节流的Ex分析sT5322’4’1’’1’141’’1管道和汽机主汽门节流的Ex分析sT5322’4’1’’1’1管道和汽机主汽门节流的Ex分析1’’1汽机入口ex管道和主汽门的ex损失管道和汽机主汽门节流的Ex分析1’’1汽机入口ex管道和主汽汽轮机的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wnet’绝热汽轮机的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wne汽轮机的Ex分析汽轮机最大可能作功汽轮机的ex损失12’wnet’汽轮机实际输出功汽轮机的Ex分析汽轮机最大可能作功汽轮机的ex损失12’wn冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器的ex损失冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器两种分析方法的比较锅炉qB/qf=10%

B/ex,qf=56.7%(燃烧14.1%排烟及散热

8.6%传热34%)管道

qtu/qf=

0.6%

tu/ex,qf=

0.5%汽轮机qt/qf=

0t/ex,qf=

5.6%凝汽器qc/qf=

55.7%

c/ex,qf=3.5%

Ex经济学分析方法热效率法Ex分析法两种分析方法的比较锅炉qB/qf=10%Ex损失的表示sT5322’4’1’’1’14T0Ex损失的表示sT5322’4’1’’1’14T0提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环联合循环热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC-CC…...ReheatRegenerativeCogeneration提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽Ts65431b§7-3蒸汽再热循环(reheat)Ts65431b§7-3蒸汽再热循环(reheat)Ts65431b蒸汽再热循环的热效率

再热循环本身不一定提高循环热效率

与再热压力有关

x2降低,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％。Ts65431b蒸汽再热循环的热效率再热循环本身不一定蒸汽再热循环的实践

再热压力

pb=pa0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再热

我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热

超临界机组，t1>600℃，p1>25MPa，二次再热蒸汽再热循环的实践再热压力pb=pa0.2~0Ts65431b蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净功（忽略泵功）：热效率：Ts65431b蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净功（§7-4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FeedwaterheaterOpenFeedwaterheaterClosedFeedwaterheater§7-4蒸汽回热循环(regenerative)抽汽去凝蒸汽抽汽回热循环(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功蒸汽抽汽回热循环(1-)kgkg65as43211k抽汽回热循环的抽汽量计算(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg以混合式回热器为例热一律忽略泵功抽汽回热循环的抽汽量计算(1-)kgkg65as43抽汽回热循环热效率的计算(1-)kgkg65as43211kgT吸热量：放热量：净功：热效率：抽汽回热循环热效率的计算(1-)kgkg65as43第七章

蒸汽动力循环VaporPowerCycles第七章

蒸汽动力循环VaporPowerCycles42第七章蒸汽动力循环水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电动力循环：以获得功为目的第七章蒸汽动力循环水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、

四个主要装置：

锅炉

汽轮机

凝汽器

给水泵§7-1郎肯循环RankineCycle水蒸气动力循环系统

锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器四个主要装置：§7-1郎肯循环RankineCy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郎肯循环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吸热水蒸气动力循环系统的简化锅汽轮机发电机给水泵凝汽器郎肯循环11342pv郎肯循环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1342pv郎肯循环pv图12汽轮机s膨胀4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs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郎肯循环Ts和hs图12汽轮机hs1324郎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郎肯循环功和热的计算汽轮机作功：凝汽器中的定压hs1324郎肯循环热效率的计算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

hs1324郎肯循环热效率的计算一般很小，占0.8~1%，工程上常用汽耗率,反映装置经济性，设备尺寸汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h

功量所消耗的蒸汽量kg汽耗率(SteamRate)的概念的单位是kJ/kg1kW=1

kJ/s工程上常用汽耗率,反映装置经济性，设备尺寸汽耗率：蒸汽动力郎肯循环与卡诺循环比较sT64211098753

q2相同；

q1卡诺>

q1朗肯

卡诺>

朗肯；

等温吸热4’1难实现

11点x太小,不利于汽机强度；

12-9两相区难压缩；

wnet卡诺小卡诺<

朗肯；

wnet卡诺<wnet朗肯1112对比同温限1234’对比5678对比9-10-11-12郎肯循环与卡诺循环比较sT64211098753q2相sp1t1p2654321如何提高郎肯循环的热效率影响热效率的参数？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecyclesp1t1p2654321如何提高郎肯循sT654321蒸汽初压对郎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0.85~0.88sT654321蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响t1,p2sT654321蒸汽初温对郎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，t1sT654321蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响优点：缺点：psT654321乏汽压力对郎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0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度约为27~33℃，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，p2sT654321乏汽压力对郎肯循环热效率的影响优点：缺点：p国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表§7-2实际蒸汽动力循环分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：给水泵不可逆(34’)汽机不可逆(12’)汽机汽门节流(1’

1

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蒸汽管道摩擦降压，散热(1’’1’)

§7-2实际蒸汽动力循环分析sT5322’4’1’’1’实际蒸汽动力循环分析方法热一律：热效率分析法热二律：熵分析法

Ex分析法√√实际蒸汽动力循环分析方法热一律：热效率分析法热二律：熵分析法实际蒸汽动力循环热效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功可逆循环效率汽机相对内效率管道和节流，管道效率锅炉散热和排烟，锅炉效率实际蒸汽动力循环热效率法sT5322’4’1’’1’14忽略整个实际蒸汽动力循环热效率sT5322’4’1’’1’14整个实际蒸汽动力循环热效率sT5322’4’1’’1’14整个电厂热效率sT5322’4’1’’1’14机械效率电机效率整个电厂热效率sT5322’4’1’’1’14机械效率电机效实际蒸汽动力装置的Ex分析法对于稳定流动进入设备的Ex总和离开设备的Ex总和Ex损失之和焓Ex实际蒸汽动力装置的Ex分析法对于稳定流动进入设备的Ex总和离锅炉的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气锅炉的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排烟过热汽1’锅炉的Ex分析（燃烧）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气空气燃料设燃料完全是Ex（1）燃烧，烟气热量以环境为基准平均燃烧温度锅炉的Ex分析（燃烧）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气锅炉的Ex分析（散热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气（2）排烟，渣，散热后，可传给水的ex锅炉的Ex分析（散热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气锅炉的Ex分析（传热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气（3）传热，水的温度远比燃气低，温差传热水得到的ex锅炉的Ex分析（传热）排烟过热汽1’’水4’（3）渣燃料空气管道和汽机主汽门节流的Ex分析sT5322’4’1’’1’141’’1管道和汽机主汽门节流的Ex分析sT5322’4’1’’1’1管道和汽机主汽门节流的Ex分析1’’1汽机入口ex管道和主汽门的ex损失管道和汽机主汽门节流的Ex分析1’’1汽机入口ex管道和主汽汽轮机的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wnet’绝热汽轮机的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wne汽轮机的Ex分析汽轮机最大可能作功汽轮机的ex损失12’wnet’汽轮机实际输出功汽轮机的Ex分析汽轮机最大可能作功汽轮机的ex损失12’wn冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器的ex损失冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器两种分析方法的比较锅炉qB/qf=10%

B/ex,qf=56.7%(燃烧14.1%排烟及散热

8.6%传热34%)管道

qtu/qf=

0.6%

tu/ex,qf=

0.5%汽轮机qt/qf=

0t/ex,qf=

5.6%凝汽器qc/qf=

55.7%

c/ex,qf=3.5%

Ex经济学分析方法热效率法Ex分析法两种分析方法的比较锅炉qB/qf=10%Ex损失的表示sT5322’4’1’’1’14T0Ex损失的表示sT5322’4’1’’1’14T0提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环联合循环热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC-CC…...ReheatRegenerativeCogeneration提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低