蒸汽动力循环（工程热力学课件）

蒸汽动力循环

蒸汽参数对循环热效率的影响分析方法---平均温度分析法：平均吸热温度Tm1：

平均放热温度Tm2：任意循环abcd的等效卡诺循环为ABCD：循环效率应相等TSTm1Tm2abcdABDCS1S2故:提高Tm1和降低Tm2可提高循环的热效率。蒸汽参数对循环热效率的影响32145T1T1’sT0300350400450500550ηt0.350.360.370.380.390.40初温t1

(℃)Tm1Tm1’61.蒸汽初温对热效率的影响蒸汽初温由T1提高到T1’时，使平均吸热温度提高，循环热效率将提高。汽轮机排汽的干度提高，减少汽轮机内部的功耗散，也有利于改善汽轮机叶片的工作条件。提高初温要受到金属材料耐热性能的限制1.蒸汽初温对热效率的影响s325411`TT1550℃初压p1(MPa)

500℃400℃350℃0.480.440.400.36ηtTm1Tm1’65’6’2.蒸汽初压对热效率的影响提高初压，平均吸热温度提高，循环热效率将提高。汽轮机的排汽干度降低，引起汽轮机内部的耗散增加，甚至引起叶片振动，影响叶片的使用寿命。因此，一般同时提高蒸汽的初温及初压，既能提高热效率，又能保证汽轮机内部良好的工作条件2.蒸汽初压对热效率的影响14532ss1s3s3’T0T1T0.400.410.420.430.440.450.460.470.48背压p2(kPa)ηt64’3.乏汽压力对热效率的影响降低乏汽压力，循环热效率将提高乏汽压力的降低会引起乏汽干度降低44’乏汽的凝结温度主要取决于自然环境中冷却介质的温度。当乏汽的凝结温度降低到28℃时，乏汽的压力相应地降低为0.0039MPa左右。降低乏汽的压力受环境限制。3.乏汽压力对热效率的影响(1)提高蒸汽初参数p1，t1,可以提高循环热效率（蒸汽温度提高50℃，循环效率提高2个百分点）现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7.1。低参数中参数高参数超高参数亚临界参数初压/MPa初温/℃发电功率/MW1.33.59.013.516.5340435535550,535550,5351.5—36—2550—100125,200200,300,600表7.1亚临界及以下参数的机组(汽轮机进口参数)蒸汽参数的影响归纳如下表7.2超临界参数机组(锅炉出口参数)机组类型蒸汽压力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表7.3国外火电机组蒸汽参数的发展参数\年代20世纪初期30年代40年代50年代60年代90年代20052015蒸汽温度℃250～370400～430480～500500～535538～566538～566566～593610～613700～720蒸汽压力Mpa0.8～1.01.5～3.03.0～8.08～14亚临界亚临界超临界33.540再热次数一次二次二次二次注：临界压力：22.12MPa,临界温度：374.15℃第一台试验性超临界125MW机组（31MPa,621/566/538℃）,1957年在美国投运。第二台超临界325MW机组（34.4MPa,649/566/566℃）,1959年在美国投运。我国超临界机组的参数表7.4部分超临界机组经济性举例电厂

项目蒸汽参数机组效率,%投运年份丹麦Vesk电厂407

MW25.1MPa,560℃/560℃45.31992法国STAUDINGE厂550MW25MPa,540℃/560℃42.51992德国ROSTOCK电厂559MW25MPa,540℃/560℃42.51994韩国500MW24MPa,538℃/538℃41石洞口二厂600MW24.2MPa,538℃/566℃41.091992日本松蒲电厂1000

MW25.2MPa,598℃/596℃441997丹麦Nordjylland电厂

410

MW28.5MPa,580℃/580℃/580℃471998西门子设计400-1000MW27.5MPa,589℃/600℃>451999欧洲FutureⅠ33.5MPa,610℃/630℃>502005欧洲FutureⅡ40.0MPa,700℃/720℃52-552015平圩电厂600MW

(亚临界)17MPa,537℃/537℃36.91989我国超临界机组的参数(2)降低乏气压力可以提高循环热效率(乏气压力每降低2kPa，循环效率提高1个百分点)。但乏气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般在0.004MPa─0.006MPa的乏气压力下运行。蒸汽参数的影响归纳如下改变循环参数提高初温度t1提高初压力p1降低乏汽压力p2改变循环形式联合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…...回热循环提高循环热效率的途径蒸汽动力循环再热循环再热概念：当蒸汽在汽轮机中膨胀作功而压力降低到某个中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出，送至再热器重新加热，使蒸汽的温度再次达到较高的温度，然后送回汽轮机的低压汽缸，进一步膨胀作功。再热循环—具有再热的循环。再热循环目的：提高汽轮机排汽干度，为初压提高创造条件；提高循环热效率。一、再热循环组成系统图和T-S图4A2b4b7-3再热循环1过热蒸汽给水4a冷再H.PL.Pb热再热蒸汽2排汽3凝结水BoilerReheaterLow-PturbineHigh-PturbinePumpCondenserq1q2wswp蒸汽再热循环装置示意图1ba43A2sT1b6a2Ahhbh1hah2hAp1pap2xAx2x=1st1蒸汽再热循环的T-s图和h-s图191234hs1234pv1ba43A2sTabAbaA再热循环的T-S图、p-v图和h-s图1、再热循环的热效率计算4-1—锅炉中定压吸热过程，q1g=h1-h41-a—高压缸中绝热膨胀过程，wt1=h1-haa-b—再热器中定压吸热过程，q1r=hb-hab-2—低压缸中绝热膨胀过程，wt2=hb-h22-3—凝汽器中定压放热过程，q2=h2-h33-4—给水泵中绝热压缩过程,wp=h4-h3循环净功w0=wt1+wt2-wp=wt1+wt2=(h1-ha)+(hb-h2)循环吸热q1=q1g+q1r=(h1-h4)+(hb-ha)忽略泵功循环热效率：h4=h3=h’2二、再热循环热经济指标的计算(1)再热循环的汽耗率为：(2)再热循环的热耗率为：汽耗率和热耗率计算（1）乏汽的干度显著的提高，增加了汽轮机工作的安全性。为提高初压创造了条件；现代蒸汽动力装置中，蒸汽初压高于13MPa的大型装置都采用再热措施。（2）使循环的热效率得到进一步提高，汽耗率和热耗率小于同参数的朗肯循环。（3）一次再热可提高循环效率2.5%-4.5%；再热次数增加，其热效率也增加，但增加会减缓，系统复杂，投资增大，常采用一次再热，超临界机组可考虑二次再热。（4）再热使投资增加。10MPa以下机组不采用再热.（5）再热压力对循环热效率大小的影响。再热压力不能太高也不能太低。常选取初压的20%--30%，再热压力的选择应综合考虑对热效率和乏汽干度的影响。三、再热循环分析16432sTT15T2（1）过高，会提高热效率，但对提高排汽干度较小。（2）过低，会使热效率下降，但对提高排汽干度有利。最佳再热压力（满足效率和干度）常取初压的20----30%再热压力对循环热效率大小的影响单机容量（MW）

125200300600600800初压(MPa)

初温(℃)13.5/55013.0/53516.5/55016.5/55024.2/566

24.2/566再热压力(MPa)

再热温度(℃)2.6/5502.5/5353.5/5503.6/5504.3/56624.2/566参数等级

超高压

超高压

亚临界

亚临界

超临界

超临界国产再热机组蒸汽参数规范例题分析例7-2：某汽轮机电机组按再热循环工作，已知汽轮机进口参数为P1=13MPa，t1=550℃，蒸汽在汽轮机高压缸内膨胀至Pa=2.6MPa后引入锅炉再热器中再热至tb=550℃，然后引入汽轮机低压缸中继续膨胀作功，膨胀至P2=0.005MPa。试求(1)由于再热，使乏汽干度提高多少？（2）由于再热，使循环的热效率提高多少？（3）由于再热，使循环的耗率降低多少？例题分析蒸汽动力循环

回热循环回热：从汽轮机中某个部位抽取经过适当膨胀后的蒸汽（其温度总高于凝结水的温度），用来预热锅炉给水，使得水的加热过程从较高温度开始，使平均加热温度增高，从而提高循环热效率。回热循环：具有回热的循环。7-4回热循环1204Ts２010’3锅炉汽轮机凝结水泵凝汽器回热加热器q1q243FF0’给水泵1kgkgkgwSkg回热循环装置系统图和T-s图组成回热循环的热力过程

1-0—1kg水蒸汽的绝热膨胀过程；0-0’—从汽轮机中抽出的αkg蒸汽在回热器中定压放热过程；0-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸气的绝热膨胀过程，

2-3—(1－α)kg乏汽的在凝汽器定压放热过程，3-4—(1－α)kg水在凝结水泵中的绝热压缩过程，

4-0’—(1－α)kg水在回热器中的定压加热过程；

0‘-F—回热后重新汇合后的1kg水的绝热压缩过程；

F-1—1kg水蒸汽在锅炉中的定压吸热过程，回热循环回热循环的装置系统及T-s图311234hs1234pv1204T3F0’1kgkgkg２010’3q1q2FwSkgs00’F0’0F回热循环的T-S图、p-v图和h-s图1、抽汽率α的确定抽汽率α:回热抽汽质量占汽轮机进汽的百分率.回热器中αkg抽汽放出的热量：(1-α)kg水在回热器中得到的热量：因为所以由于h0’<<h0，所以α是一个很小的数值。’注意：h0’为P0压力下的饱水焓；h2’为P2压力下的饱水焓。一级回热循环热经济指标的计算功量：1-0过程中，1kg水蒸汽作功0-2过程中，(1－α)kg蒸汽作功整个汽轮机所作的功：不计泵功时：h4=h3=h2’;hF=h0’;回热循环热效率、汽耗率和热耗率计算（4）回热循环汽耗率：（5）回热循环热耗率：（2）工质从锅炉中吸热：q1=h1-h0’（3）循环热效率：回热循环热效率、汽耗率和热耗率计算回热效率高于同参数朗肯循环效率（小于40%）；因为回热减少了冷源损失，提高了给水温度（提高了循环平均吸热温度）。从理论上讲，给水温度高，热效率也越高，另一方面，需抽汽压也高，使蒸汽在汽轮机中作功减少，故存在一个最佳的抽汽压力与最佳给水温度。经综合分析，最有利的给水温度约为锅炉压力下饱和温度的0.65—0.75倍。回热循环分析（意义）010203回热虽使汽耗高于同参数朗肯循环的汽耗率,由于抽汽，改善了蒸汽的流动，有利于汽轮机结构改进。给水温度的提高，锅炉热负荷及相应受热面减少；由于抽汽使进入凝汽器的乏汽减少，使凝汽器及其辅助设备尺寸减少，节省材料和投资。从理论上讲，回热抽汽级数越多则热效率越高，但实际上，随级数增加，热效率增长减慢，且系统复杂，各种费用增加，故采用多级回热时需全面技术经济比较。通常中、低压机组3～5级，高压以上机组7～9级；如300MW和600MW机组采用8级抽汽回热。系统图1,图2回热循环分析（意义）040506热耗率低于同参数朗肯循环的热耗率。回热虽增加了回热器等设备，使系统复杂，投资增加，但基于上面几点原因，总的是利大于弊。循环初参数P1