第十章-蒸汽动力循环装置课件

第十章蒸汽动力装置循环10-1简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环10-2再热循环10-3回热循环＊10-4热电合供循环＊10-5蒸汽-燃气联合循环＊10-6

蒸汽动力装置循环的火用分析1火电厂示意图210-1简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环1、水蒸汽的卡诺循环（5678）

3理论上能够实现卡诺循环

水汽化时，定温过程即定压过程，比较容易实现p-v图上，定温线和定熵线斜率相差较大，因此循环净功较大。

4■实际上不采用卡诺循环●放热的终点8为湿饱和蒸汽，压缩两相物质难以实现。●循环只能在湿蒸汽区进行，温差较小、热效率不高。●膨胀的终点7干度过小、水含量过大，不利于汽轮机的安全运行（干度应不低于0.88）。

52、朗肯循环(Rankinecycle)（1）流程图1

锅炉汽轮机

发电机

给水泵

冷凝器过热器

2

6

43

6（2）p-v图和T-s图（4561234）7（3）工作过程●定压吸热4561（锅炉）●绝热压缩34（水泵）说明：原子能、太阳能作热源时，用蒸汽发生器取代锅炉，新蒸汽为饱和蒸汽或稍稍过热的蒸汽。●绝热膨胀12（汽轮机）：过热蒸汽（新蒸汽）→湿饱和蒸汽（乏汽）●定压放热23（冷凝器）：定温过程8（4）与卡诺循环的区别●放热的终点3为饱和水，压缩容易实现。多了一段水的加热过程45，平均吸热温度降低，对热效率不利。●水吸热变为过热蒸汽，循环不再局限于湿蒸汽区，平均吸热温度升高，对热效率有利。乏汽的干度增大。9（5）热效率●锅炉吸热量●冷凝器放热量●汽轮机作功●水泵耗功水的压缩性很小，压缩过程中比体积近似不变，●循环净功10水泵耗功很小（占汽轮机作功的2%左右），可以忽略不计（即3、4点重合），●热效率113、蒸汽参数对热效率的影响■初温的影响●提高初温，平均吸热温度升高，热效率增大。●提高初温，乏汽的干度增大。●初温受到材料耐热性能的限制，很少超过620℃。12■初压的影响●提高初压，平均吸热温度升高，热效率增大。●提高初压，会产生设备的强度问题。●提高初压，乏汽的干度减小。13■背压的影响●冬天的环境温度比夏天低，因此背压和对应的饱和温度可以比夏天低，热效率比夏天高。●降低背压，平均放热温度降低，热效率增大。●降低背压，乏汽的干度减小。●背压对应的饱和温度必须高于环境温度，因此背压不能任意降低。目前为4～5kPa。144、有摩阻的实际循环●吸热量●放热量●循环净功

少作的功=多放出的热量●热效率15汽轮机的相对内效率一般为0.85～0.92。

实际过程与可逆绝热过程的作功之比，16耗汽率(steamrate)输出单位功量的耗汽量称为耗汽率。理想耗汽率实际耗汽率单位为，工程上常用。17解：根据、，在h-s图上定出新蒸汽1点。例10-2：我国生产的300MW汽轮发电机组，其新蒸汽压力和温度分别为、，汽轮机排汽压力。若按朗肯循环运行，求：汽轮机所产生的功、水泵功、循环热效率和理论耗汽率。查得：过1点作定熵线，与的定压线的交点即为乏汽2点。查得：18查饱和水和饱和蒸汽表，当时，，。汽轮机产生的功：水泵功：循环净功：吸热量：19热效率：理论耗汽率：忽略水泵功，20解：例10-3：按照上例参数，假设锅炉中的传热过程是从831.45K的热源向水传热，冷凝器中乏汽向298K的环境介质放热，且汽轮机相对内效率为0.9，试求：（1）水泵功、汽轮机产生的功和循环净功；（2）循环内部热效率和实际耗汽率；（3）各过程及循环的不可逆损失。（1）水泵功：汽轮机产生的功：21循环净功：（2）吸热量不变实际耗汽率：（3）作功能力损失查水和水蒸汽图表，得到：新蒸汽点1：乏汽点：饱和水：放热量：热效率：水泵为可逆绝热压缩，221）汽轮机的作功能力损失（不可逆绝热膨胀）2）冷凝器的作功能力损失（温差传热）3）锅炉的作功能力损失（温差传热）4）总作功能力损失23热量损失和作功能力损失分析锅炉的热量损失很小（一般在10%以内），但热源温度（831.45K）远远高于平均吸热温度因此作功能力损失很大，占总作功能力损失的75.71%。冷凝器的热量损失很大，但乏汽的温度（32.88℃）非常接近于环境温度（25℃），因此作功能力损失很小，仅占总作功能力损失的6.48%。汽轮机为不可逆绝热膨胀过程，没有热量损失，但有作功能力损失，占总作功能力损失的17.81%。2410-2再热循环(reheatcycle)■问题的提出

提高初压，热效率增大，但同时乏汽的干度减小。25■流程图新蒸汽先膨胀到中间压力，然后进入再热器加热，再继续膨胀到背压。26■T-s图提高初压的同时增大乏汽的干度。27■热效率

忽略水泵功，●吸热量●放热量●循环净功●热效率●理想耗汽率28■热效率的分析●如果中间压力较高，则平均吸热温度升高，热效率增大；反之，如果中间压力较低，则热效率减小。●中间压力越高，增大乏汽干度的作用越小，且附加循环占的比例越小，提高热效率的作用越小。●再热循环应以提高乏汽干度为根本目的。●中间压力一般取初压的20%～30%。29■优缺点●优点在提高初压的同时增大乏汽的干度，从而提高热效率（大约为3%）；耗汽率减小。●缺点投资和运行费用增加。3010-3

回热循环(regenerativecycle)■问题的提出锅炉给水温度较低，导致平均吸热温度不高、热效率较低。水的预热过程和过热过程为有限温差传热，不可逆损失较大。31■流程图从汽轮机中抽出部分尚未完全膨胀的湿蒸汽，来加热锅炉给水。32■T-s图锅炉给水温度升高，平均吸热温度升高、热效率增大，传热温差和不可逆损失减小。33■抽汽量过冷水的吸热量=湿蒸汽的放热量

kg的湿蒸汽（）和

kg的过冷水（4）混合，变为1kg的饱和水（）。34■热效率（忽略水泵功）●循环净功●吸热量●放热量说明：由于工质的质量发生变化，所以不能直接从T-s图上判断热量和循环净功的变化。35●热效率平均吸热温度提高，平均放热温度不变，热效率增大。●理想耗汽率36■优缺点●优点热效率增大；传热温差和不可逆损失减小；吸热量减小，锅炉的热负荷减小；放热量减小，冷凝器的热负荷减小。●缺点投资和运行费用增加；耗汽率增大。目前，广泛采用的是一级再热+多级回热，回热的级数不超过8级。37＊10-4热电合供循环■问题的提出

采用再热、回热后，蒸汽动力循环的热效率仍然很低（40%左右），60%左右的热量通过冷凝器散发给环境，引起“热岛效应”，造成热污染。蒸汽膨胀到一定的压力后就排出汽轮机来供热（压力为0.3MPa左右，温度为133℃左右），这种同时供电和供热的循环称为热电合供循环(power-and-heatingplantcycle)。38■流程图●背压式蒸汽膨胀到一定的压力后，全部用来供热。热效率较低，供电量随热负荷的变化而变化，适用于热负荷稳定的场合。39●撤汽式（分汽供热冷凝式）蒸汽膨胀到一定压力后，部分用来供热，剩下的继续膨胀作功。热效率较高，热负荷的变化对供电量的影响较小。可以改变抽汽质量和压力，调节供电和供热的比例，满足不同热用户的需求。40■T-s图（背压式）相当于提高背压。■经济性指标●热效率平均放热温度升高，热效率减小。●热量利用系数虽然热效率减小，但能量利用率提高，能达到节能、环保的目的。41＊10-5

燃气-蒸汽联合循环■超临界循环新蒸汽的压力超过临界压力。如、。平均吸热温度升高，热效率增大，但仍然低于同温限的卡诺循环。42■燃气-蒸汽联合循环(combinedgas-vaporcycle)以燃气为高温工质、水蒸汽为低温工质，燃气轮机的排气（400～650℃）作为蒸汽动力循环的热源。

进一步采用再热和回热，热效率可达57%。43热效率T-s图理想情况：实际情况：燃气动力循环+蒸汽动力循环44形式无补燃式45补燃式46热电合供式47＊10-6

蒸汽动力装置循环的火用分析

300MW汽轮发电机组，新蒸汽压力为17MPa，温度为823K，乏汽压力为5kPa。烟气的最高温度为1700K。环境压力为0.1MPa，温度为298K。锅炉效率为0.9，汽轮机相对内效率为0.9。燃料的发热值为29300kJ/kg。1、已知参数48

各点的参数状态12340170.0050.0050.005170.182330630630629834261963.52109.8137.72154.78104.876.4426.4426.9200.47610.47610.36641510.648.151.960.1617.220492、能量平衡法吸热量：水泵耗功：汽轮机作功：放热量：循环净功：生产1kg蒸汽需要燃料提供的热量：

以1kg蒸汽作为基准。50热效率：锅炉的能量损失：冷凝器的能量损失：平均吸热温度：平均放热温度：513、以烟气火用为基准的火用分析法1kg烟气的火用锅炉中的燃烧近似为定压过程，且烟气的压力近似等于环境压力，把烟气近似为空气，查空气的热力性质表，时，时，521kg烟气的火用：烟气的平均温度：53生产1kg蒸汽需要的烟气的火用1kg燃料燃烧能产生的烟气的量为：1kg燃料燃烧能产生的水蒸汽的量为：生产1kg蒸汽需要的烟气的火用：54锅炉的火用分析锅炉的火用损失（排烟、散热、烟气和水蒸汽之间的温差传热）：锅炉的火用损失系数：55汽轮机的火用分析汽轮机的火用损失（不可逆绝热膨胀）：汽轮机的火用损失系数：56冷凝器的火用分析冷凝器的火用损失（水蒸汽和环境之间的温差传热）：冷凝器的火用损失系数：57总的火用分析锅炉的火用损率：汽轮机的火用损率：冷凝器的火用损率：总的火用损失：58总的火用损失系数：总的火用效率：594、以燃料的化学火用为基准的火用分析法

燃料的化学火用近似等于燃料的发热值，为29300kJ/kg。生产1kg蒸汽需要的燃料的化学火用：1kg燃料燃烧能产生的水蒸汽的量为：60燃烧过程的火用损失：燃烧过程的火用损失系数：锅炉的火用损失系数：61汽轮机的火用损失系数：冷凝器的火用损失系数：总的火用损失：62锅炉的火用损率：汽轮机的火用损率：冷凝器的火用损率：燃烧过程的火用损率：63总的火用损失系数：总的火用效率：64项目热量%火用%火用%燃料烟气燃烧损失锅炉损失汽轮机损失冷凝器损失有用功3634.69363.4701972.081299.1410010054.2635.752331.75838.37142.4451.81299.1410035.956.112.2255.723634.691302.94838.37142.4451.81299.1410035.8523.073.921.4335.73能量平衡法和火用分析法的比较65燃烧过程燃烧过程的火用损失占燃料化学火用的35.85%。因此，要发展燃料电池，将化学能直接转换成电能。5、结果分析66锅炉锅炉的能量损失很小，仅占10%。但由于排烟和散热损失，以及温差传热（