蒸汽动力循环（工程热力学）

1、第十一章 蒸汽动力循环装置,教学目标：使学生掌握蒸汽动力循环及其计算方法。 知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循环。 重 点：回热循环、再热循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。 难 点：回热循环与再热循环计算，提高循环热效率的途径和计算方法。,火电厂生产过程简介,汽包锅炉，开式循环系统,1,2,2,3,3,4,4,p,s,v,T,饱和蒸汽的卡诺循环,10-1 简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,一、工质为水蒸汽的卡诺循环,1、朗肯循环的组成 定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩,二、朗肯循环及其热效率,简单蒸汽动力装置流程图,朗肯循环在T-S图和p-v图中的表示,s,T

2、,1,2,3,4,p,v,1,2,3,4,h,s,朗肯循环在h-s图上的表示,s,T,2、朗肯循环的计算,吸 热 量,放 热 量,循环热效率,吸热平均温度,放热平均温度,循环热效率,汽 耗 率,汽耗率：每生产kW.h （3600kJ）的功 所消耗的蒸汽量。,2,3,4,例1 已知朗肯循环的初压p1=5MPa,初温t1=500，乏汽压力 p2=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏 汽干度。,解 查水蒸气表 由p1=5MPa,t1=500查得,p2=5kPa=0.005MPa时,计算乏汽的干度,乏汽的焓,s,T,2,3,4,查表得,吸热量,放热量,熵变量,吸热平均温度,放热平均温度,

3、吸热量,放热量,吸热平均温度,热效率,放热平均温度,热 效 率,0 300 350 400 450 500 550,t%,35,36,37,38,39,40,3,2,1,4,5,T1,T1,1、蒸汽初温对循环热效率的影响,s,T,初温 t,蒸汽初温对循环热效率的影响,三、蒸汽参数对热效率的影响,550,500,400,350,0.48,0.44,0.40,0.36,s,3,2,5,4,1,1,T,T1,T,0 3 6 9 12 15 18 21,初压p1 MPa,2、蒸汽初压对循环热效率的影响,蒸汽初压对循环热效率的影响,2 4 6 8 10 12 14 16 18 20,0.40,0.41,

4、0.42,0.43,0.44,0.45,0.46,0.47,0.48,p2 kPa,1,4,5,3,2,s,s1,s3,s3,T0,T1,T,3、背压对循环热效率的影响,t,蒸汽参数的影响归纳如下:,(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11.1。,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/MW,1.3 3.5 9.0 13.5 16.5,340 435 535 550, 535 550, 535,1.53 625 50100 12

5、5, 200 200, 300, 600,表11.1 亚临界及以下参数的机组(汽轮机进口参数),表11.2 超临界参数机组(锅炉出口参数),我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。,注：临界压力：22.12 MPa, 临界温度：374.15 第一台试验性超临界125MW机组（31 MPa,621/566/538）,1957年在美国投运。 第二台超临界325MW机组（34.4 MPa,649/566/566）,1959年在美国投运。,表11.3 国外火电机组蒸汽参数的发展,表11.4 部分超临界机组经济性举例,(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)。

6、但乏气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般在0.004MPa0.006MPa的乏气压力下运行。,四、有摩阻的实际循环,吸热量,放热量,汽轮机作功,水泵耗功,循环热效率,循环净功,2,3,4,s,T,汽轮机的相对内效率,水泵的相对内效率,五、实际循环的计算,2,3,4,s,T,已知,求,关键：,得到,因,所以,1,5,7,H.P,L.P,8,9,3,一、蒸汽再热循环,Boiler,Reheater,Low-P turbine,High-P turbine,Pump,Condenser,qin,qout,蒸汽再热循环系统示意图,wturb,out,wpump,in,蒸汽再热循环系统示意图,11-

7、2 再热循环,1,6,5,4,3,2,2,s,T,1,6,5,2,2,h,h6,h1,h5,h2,h2,p1,p RH,p2,x2,x9,x=1,s,t1,蒸汽再热循环的T-s图和h-s图,二、蒸汽再热循环在T-s图和p-v图中表示,三、再热循环分析,忽略水泵消耗功， 循环作功：,循环热效率：,1,6,4,3,2,s,T,四、再热压力对循环热效率大小的影响,T1,5,T2,再热压力对循环热效率大小的影响,1,2,A,4,T,s,A,1,5,3,一、回热循环系统示流程图和T-s图,Boiler,Turbine,Pump,Condenser,Open FWH,FWH=Feedwater heate

8、r,qin,qout,4,3,6,6,5,Pump,1kg,kg,kg,wturb,out,11-3 回热循环,回热器的能量分析模型,Open FWH,能量平衡方程,抽汽量,回热器的能量分析模型,1,2,4,T,s,3,6,5,1kg,kg,kg,吸热量,放热量,汽轮机作功,水泵耗功,循环热效率,二、回热循环的计算,循环净功,分级(二级)抽汽回热循环系统示意图,kg,(1-1)kg,2kg,1kg,1kg,h02,h02,h2,h2,h01,h01,1kg,Turbine,Condenser,qin,qout,Generator,Electricity,Boiler,Pump,Pump,Pum

9、p,Open FWH,Open FWH,h1,01,02,2,1,5,T,s,p1,p01,p02,p2,第一、二级回热器的能量分析模型,Open FWH,Open FWH,1,2,3,4,背压式汽轮机热电联产循环,User,Boiler,Turbine,Pump,qin,qout,Generator,Electricity,Heat exchanger,11-4 热电合供循环,抽汽调节式热电联产设备系统图,Turbine,Boiler,Pump,Pump,Generator,Electricity,Open FWH,Condenser,qin,qout,Regulator valve,Heat exchanger,User,机组循环系统总图示意图,11.33MPa,536.4,2.10MPa,537.5,0.50MPa,346,254.5,35.7,401.0,0.47MPa,349.6,6.53kP,5.52kP,11-5 燃气蒸汽联合循环,燃气轮机联合循环技术,效率高：E级联合循环效率5152 F级5557，H级达到60以上 污染少： 可将NOx排放控制在50mg/Nm3以内 启动快、适合调峰： 燃机单循环可以在20分钟内带满负荷 联合循环可以在60分钟内带满负荷 可以实现黑启动、提高电网安全性 自动化程度高、人员