蒸汽動力裝置循環(huán)課件

1、第十章 蒸汽動力裝置循環(huán)掌握蒸汽動力裝置的基本循環(huán)-朗肯循環(huán)及其熱效率分析；學會分析蒸汽參數對朗肯循環(huán)熱效率的影響；理解朗肯循環(huán)的構成、熱效率計算式，以及利用T-s圖分析循環(huán)； 理解再熱循環(huán)、抽汽回熱循環(huán)和抽汽量；了解其它循環(huán)方式。 本章內容要求蒸汽及蒸汽動力裝置(steam power plant) ： 1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質，19世紀后期 蒸汽動力裝置的大量使用，促使生產力飛速發(fā)展， 促使資本主義誕生。 2）目前世界75%電力，國內78%電力來自火電廠，絕 大部分來自蒸汽動力。 3）蒸汽動力裝置可利用各種燃料。 4）蒸汽是無污染、價廉、易得的工質。圖11-1電廠鳥覽圖圖11-2

2、鍋爐圖11-3汽輪機車間等圖圖11-4汽輪機高壓缸圖11-5汽輪機中壓缸圖11-6汽輪機低壓缸蒸汽電廠示意圖動力循環(huán)研究目的和分類工質連續(xù)不斷地將從高溫熱源取得的熱量的一部分轉換成對外的凈功動力循環(huán)：以獲得功為目的正向循環(huán)實際循環(huán)與卡諾循環(huán) 內燃機 t1=2000oC，t2=300oC tC =74.7% 實際t =3040% 卡諾熱機只有理論意義，最高理想實際上 T s 很難實現 火力發(fā)電 t1=600oC，t2=25oC tC =65.9% 實際t =40%回熱和聯(lián)合循環(huán)t 可達50%按工質氣體動力循環(huán)：內燃機、燃氣輪機蒸汽動力循環(huán)：外燃機空氣為主的燃氣按理想氣體處理水蒸氣等實際氣體研究動

3、力循環(huán)的目的： 合理安排循環(huán)、提高熱效率10-1 簡單蒸汽動力裝置循環(huán)郎肯循環(huán)(Rankine cycle) 四個主要裝置： 鍋爐 汽輪機 凝汽器 給水泵朗肯循環(huán)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng) 鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器一、水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：12 汽輪機 s 膨脹23 凝汽器 p 放熱34 給水泵 s 壓縮41 鍋爐 p 吸熱1342pv朗肯循環(huán)pv圖12 汽輪機 s 膨脹23 凝汽器 p 放熱34 給水泵 s 壓縮41 鍋爐 p 吸熱4321Tshs1324朗肯循環(huán)T-s和h-s圖12 汽輪機 s 膨脹23 凝汽器 p 放熱34 給水泵

4、 s 壓縮41 鍋爐 p 吸熱壓水堆核電廠蒸汽循環(huán)裝置4321Ts核電廠二回路蒸汽循環(huán)TS圖火電廠水蒸氣(朗肯)循環(huán)TS圖火電廠、核電廠蒸汽循環(huán)T-S圖比較4321Ts朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)的比較hs1324二、朗肯循環(huán)功和熱的計算 汽輪機作功：凝汽器中的定壓放熱量：水泵絕熱壓縮耗功：鍋爐中的定壓吸熱量：hs1324循環(huán)凈功： 一般很小，占0.81%，忽略泵功 循環(huán)凈熱量：三、耗汽率(steam rate)及耗汽量 耗汽量工程上常用汽耗率：反映裝置經濟性，設備尺寸理想耗汽率(ideal steam rate) d0 裝置每輸出單位功量所消耗的蒸汽量汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出1kW.h 功量所消耗的

5、蒸汽量kgsp1 t1 p2654321四、如何提高朗肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數？TsT6543211.蒸汽初溫對朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點： ，有利于汽機安全。缺點： 對耐熱及強度要求高，目前初溫一般在550左右 汽機出口尺寸大p1 , p2不變，t1sT6543212.蒸汽初壓對朗肯循環(huán)熱效率的影響t1 , p2不變，p1優(yōu)點： ，汽輪機出口尺寸小缺點： 對強度要求高 不利于汽輪機安全。一般要求出口干度大于0.85 0.88sT6543213.乏汽壓力（背壓）對朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點： 缺點：受環(huán)境溫度限制，現在大型機組p2為0.00350.005MPa，相應的飽和溫度約為27 33

6、，已接近事實上可能達到的最低限度。冬天熱效率高p1 , t1不變，p2五、有摩阻的實際朗肯循環(huán) 1.T-s圖及h-s圖忽略水泵功：2.不可逆性衡量 a）汽輪機內部相對效率T（簡稱汽機效率）近代大功率汽輪機T在0.850.92左右設計中，選定T按（h1h2理想絕熱焓降ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）h2act的確定方法：運行中，測出p2及x2，按hx=x2h+(1-x2)h c）裝置有效熱效率e Pe有效軸功率 m機械效率3.實際內部耗汽率di和耗汽量Di b）裝置內部熱效率internal thermal efficiency 忽略

7、水泵功：考慮機械損失【例題1】某太陽能動力裝置利用水為工質，從太陽能集熱器出來的是175的飽和水蒸氣，在汽輪機內等熵膨脹后排向7.5kPa的冷凝器，求循環(huán)的熱效率。解：狀態(tài)1：由175 ，查飽和水蒸氣表ps=0.8918MPa、h1=2773.23kJ/kg、s1=6.6253kJ/(kg.K)由7.5kPa，查飽和水蒸氣表，h=168.65kJ/kg、h=2573.85kJ/kg；s=0.5760kJ/(kg.K)、s=8.2493kJ/(kg.K)；v=0.00101m3/kgt()/P(MPa)h (kJ/kg)h(kJ/kg)s(kJ/(kg.K)s (kJ/(kg.K)v(m3/kg

8、)175 /0.89182773.236.6253- /0.0075168.652573.850.57608.24930.00101據s1=s2、s s2600，p125MPa，才考慮二次再熱；初壓低于10 MPa時則很少采用再熱循環(huán) 10-3 回熱循環(huán) -regenerative cycle一、抽汽回熱循環(huán) 回熱器兩種方式: 混合式、間壁式混合式間壁式蒸汽回熱循環(huán)(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回熱器抽汽冷凝水給水混合式回熱器抽汽式回熱蒸汽抽汽回熱循環(huán)(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg由于T-s圖上各點質量不同，面積不再直接代表熱

9、和功抽汽回熱循環(huán)的抽汽量計算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回熱器為例熱力學第一定律忽略泵功抽汽回熱循環(huán)熱效率的計算(1- )kg kg65as43211kgT吸熱量：凈功：熱效率：為什么抽汽回熱熱效率提高？(1- )kg kg65as43211kgT簡單朗肯循環(huán)：物理意義： kg工質100%利用 1- kg工質效率未變蒸汽抽汽回熱循環(huán)的特點小型火力發(fā)電廠回熱級數一般為13級中大型火力發(fā)電廠一般為 48級。優(yōu)點 提高熱效率 減小汽輪機低壓缸尺寸，末級葉片變短 減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面 可兼作除氧器缺點 循環(huán)比功減小，汽耗率增加 增加設備

10、復雜性 回熱器投資缺點解： 查h-s圖及水和水蒸氣熱力性質表【例4】 某再熱回熱循環(huán)，初壓p1=10MPa，初溫t1=500。第一次抽汽壓力pa=1.5MPa，抽汽量1kg，余下(1-1)Kg，再熱到500 。第二次抽汽壓力pb=0.13MPa，若最終壓力為0.005MPa，試求循環(huán)理論熱效率。忽略水泵功：類似： 按上例各參數，若采用二級抽汽回熱，抽汽壓力為4MPa和0.4MPa，試求：（1）抽汽量1和2；(2)汽輪機作功wt,act、水泵耗功wp及循環(huán)凈功wnet,act；(3)循環(huán)內部熱效率i和實際耗汽率di；(4)各過程及循環(huán)的不可逆損失。解： (1 )分別對回熱器及列熱平衡方程式，得

11、所以 由狀態(tài)點1及po1=4MPa、p02=0.4MPa，在h-s圖上查得：ha=3010 kJ/kg，hb=2552kJ/kg。 簡化h-s圖同理可得 查飽和水和飽和蒸氣表，得 所以 (2) 由例A460299 所以查飽和水和飽和蒸氣表，得： （3）若忽略水泵功 (4) 據A460229，并查h-s圖及飽和水和飽和水蒸氣表有： (a)蒸氣在汽輪機中絕熱穩(wěn)定流動， 故據熵方程 (b) 冷凝器中，乏汽凝結過程為穩(wěn)定放熱過程，故 (c) 設回熱器保溫良好，熵流為零 (d) 鍋爐內吸熱過程，熱源即為煙氣，據題意其平均溫度831.45K，所以 (e) 整個循環(huán)中系統(tǒng)不可逆損失： 或者 A460299.

12、ppt與例A460299的計算結果相比較可知，抽汽回熱后， 實際耗汽率增大； 進入汽輪機的每kg蒸氣作功減??； 水泵總耗功增大；但是 工質自外熱源吸熱量減少，平均吸熱溫度提高，故而熱效率提高； 雖然回熱器內不等溫傳熱，造成了作功能力損失，但是由于減小了鍋爐內傳熱溫差，使鍋爐內過程的作功能力損失顯著下降，從而使循環(huán)總的不可逆損失有較大的下降 10-4 熱電合供循環(huán) power-and-heating plant cycle熱電合供循環(huán)背壓式抽汽凝汽式 熱電聯(lián)產(供)循環(huán)用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(lián)(產)供。背壓式機組(背壓0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而

13、不直接用熱力循環(huán)的水？背壓式熱電聯(lián)產(供)循環(huán)背壓式缺點： 熱電互相影響 供熱參數單一抽汽調節(jié)式熱電聯(lián)產(供)循環(huán) 抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán), 可以自動調節(jié)熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。熱電聯(lián)產(供)循環(huán)的經濟性評價 只采用熱效率 顯然不夠全面 能量利用系數，但未考慮熱和電的品位不同 熱電聯(lián)產、集中供熱是發(fā)展方向，經濟環(huán)保10-5 蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)一.燃-蒸聯(lián)合循環(huán) combination steam turbine-gas turbine cycle燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)型式之一 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)型式之二 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)型式之三熱電合供 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機的發(fā)展熱力參數與單機容量逐步提高，達W200MW，熱效率3541%；可靠性9598.5%，可作為基本負荷電站；聯(lián)合循環(huán)的現實可行性燃氣輪機排氣溫度t4=400600 ；大功率機組排氣量300k