工程熱力學(清華大學) 第七章 蒸汽動力循環(huán)

第七章

蒸汽動力循環(huán)VaporPowerCycles第七章蒸汽動力循環(huán)水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點工質(zhì)：氨、氟里昂太陽能、余熱、地熱發(fā)電動力循環(huán)：以獲得功為目的

四個主要裝置：

鍋爐

汽輪機

凝汽器

給水泵§7-1

郎肯循環(huán)RankineCycle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)電機給水泵凝汽器郎肯循環(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郎肯循環(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郎肯循環(huán)Ts和hs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hs1324郎肯循環(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郎肯循環(huán)熱效率的計算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

工程上常用汽耗率,反映裝置經(jīng)濟性，設(shè)備尺寸汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出1kW.h

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

kJ/s郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753

q2相同；

q1卡諾>

q1朗肯

卡諾>

朗肯；

等溫吸熱4’1難實現(xiàn)

11點x太小,不利于汽機強度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

卡諾<

朗肯；

wnet卡諾<wnet

朗肯1112對比同溫限1234’對比5678對比9-10-11-12sp1t1p2654321如何提高郎肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecyclesT654321蒸汽初壓對郎肯循環(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0.85~0.88sT654321蒸汽初溫對郎肯循環(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，t1sT654321乏汽壓力對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點：

缺點：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組p2為0.0035~0.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為27~33℃，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國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的初參數(shù)簡表§7-2

實際蒸汽動力循環(huán)分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：給水泵不可逆(34’)汽機不可逆(12’)汽機汽門節(jié)流(1’

1

)

蒸汽管道摩擦降壓，散熱(1’’1’)

實際蒸汽動力循環(huán)分析方法熱一律：熱效率分析法熱二律：熵分析法

Ex分析法√√實際蒸汽動力循環(huán)熱效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功可逆循環(huán)效率汽機相對內(nèi)效率管道和節(jié)流，管道效率鍋爐散熱和排煙，鍋爐效率整個實際蒸汽動力循環(huán)熱效率sT5322’4’1’’1’14整個電廠熱效率sT5322’4’1’’1’14機械效率電機效率實際蒸汽動力裝置的Ex分析法對于穩(wěn)定流動進入設(shè)備的Ex總和離開設(shè)備的Ex總和Ex損失之和焓Ex鍋爐的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣鍋爐的Ex分析（燃燒）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣空氣燃料設(shè)燃料完全是Ex（1）燃燒，煙氣熱量以環(huán)境為基準平均燃燒溫度鍋爐的Ex分析（散熱）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣（2）排煙，渣，散熱后，可傳給水的ex鍋爐的Ex分析（傳熱）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣（3）傳熱，水的溫度遠比燃氣低，溫差傳熱水得到的ex管道和汽機主汽門節(jié)流的Ex分析sT5322’4’1’’1’141’’1管道和汽機主汽門節(jié)流的Ex分析1’’1汽機入口ex管道和主汽門的ex損失汽輪機的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wnet’絕熱汽輪機的Ex分析汽輪機最大可能作功汽輪機的ex損失12’wnet’汽輪機實際輸出功冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器的ex損失兩種分析方法的比較鍋爐qB/qf=10%

B/ex,qf=56.7%(燃燒14.1%排煙及散熱

8.6%傳熱34%)管道

qtu/qf=

0.6%

tu/ex,qf=

0.5%汽輪機qt/qf=

0t/ex,qf=

5.6%凝汽器qc/qf=

55.7%

c/ex,qf=3.5%

Ex經(jīng)濟學分析方法熱效率法Ex分析法Ex損失的表示sT5322’4’1’’1’14T0提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回熱循環(huán)再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...ReheatRegenerativeCogenerationTs65431b§7-3蒸汽再熱循環(huán)(reheat)Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關(guān)

x2降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。蒸汽再熱循環(huán)的實踐

再熱壓力

pb=pa0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機組，10、12.5、20、30萬機組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機組，t1>600℃，p1>25MPa，

二次再熱Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的定量計算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：§7-4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FeedwaterheaterOpenFeedwaterheaterClosedFeedwaterheater蒸汽抽汽回熱循環(huán)(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg