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1、本章主要内容本章主要内容郎肯循环实际蒸汽动力循环分析蒸汽再热循环蒸汽回热循环热电合供循环蒸汽-燃气联合循环第十章 蒸汽动力循环 四个主要装置:四个主要装置:锅炉锅炉、汽轮机、汽轮机、凝汽器凝汽器 、给水泵给水泵郎肯循环水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器动画演示1234水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化(理想化):(理想化):膨胀过程:膨胀过程:12放热过程:放热过程:23压缩过程:压缩过程:34吸热过程:吸热过程:41郎肯循环郎肯循环1342pv郎肯循环pv图1 2 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀2 3 凝汽器凝汽器 p 放
2、热放热3 4 给水泵给水泵 s 压缩压缩4 1 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs图1 2 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀2 3 凝汽器凝汽器 p 放热放热3 4 给水泵给水泵 s 压缩压缩4 1 锅炉锅炉 p 吸热吸热hs1324郎肯循环功和热的计算 汽轮机作功:汽轮机作功:凝汽器中的定压放热量:凝汽器中的定压放热量:水泵绝热压缩耗功:水泵绝热压缩耗功:锅炉中的定压吸热量:锅炉中的定压吸热量:hs1324郎肯循环热效率的计算 一般很小一般很小,占占0.81%,忽略泵功忽略泵功 工程上常用工程上常用汽耗率汽耗率,反映装置经济性,设备尺寸反映装置经济性,设备尺寸汽耗率:
3、汽耗率:蒸汽动力装置每输出蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kg汽耗率的概念的单位是的单位是kJ/kg1kW=1 kJ/s郎肯循环与卡诺循环比较sT64211098753 q2相同;相同;q1卡诺卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺卡诺 朗肯朗肯;等温等温吸热吸热41难实现难实现 11点点x太小太小,不利于不利于汽机强度;汽机强度;12-9两两相区难压缩;相区难压缩;wnet卡诺卡诺小小 卡诺卡诺 朗肯朗肯;wnet卡诺卡诺 wnet 朗肯朗肯1112对比同温限对比同温限1234对比对比5678对比对比9-10-11-12s654321如何提高郎肯循环的热效率影影响响热热效
4、效率率的的参参数数p1 t1 p2TsT654321蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响t1,p2不变不变,p1优点:优点:,汽轮机出口汽轮机出口尺寸小尺寸小缺点:缺点:对强度要求高对强度要求高 不不利于汽利于汽轮机安全。一般轮机安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.88增加部分sT654321蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响优点:优点:,有利于汽机有利于汽机安全。安全。缺点:缺点:对耐热及强度要对耐热及强度要求高,目前初温求高,目前初温一般在一般在550左右左右 汽机出口尺汽机出口尺寸大寸大p1,p2不变不变,t1增加部分sT654321乏汽压力对郎肯循环热效率的影响优点:优点:缺
5、点:缺点:受环境温度限制,受环境温度限制,现在大型机组现在大型机组p2为为0.00350.005MPa,相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为27 33,已接近事,已接近事实上可能达到的最低实上可能达到的最低限度。冬天热效率高限度。冬天热效率高p1,t1不变不变,p2增加部分实际蒸汽动力循环分析sT532 241114非理想因素:非理想因素:给水泵不可逆给水泵不可逆(3 4)汽机不可逆汽机不可逆(1 2)汽机汽门节流汽机汽门节流(1 1)蒸汽管道摩擦降蒸汽管道摩擦降压,散热压,散热(11)实际蒸汽动力循环分析方法热一律:热一律:热效率分析法热效率分析法热二律:热二律:熵分析法熵分析法 Ex分析法
6、分析法实际蒸汽动力循环热效率法sT532 241114忽略泵功忽略泵功可逆循环可逆循环效率效率汽机相对汽机相对内效率内效率管道和节流,管道和节流,管道效率管道效率锅炉散热锅炉散热和排烟,和排烟,锅炉效率锅炉效率整个实际蒸汽动力循环热效率sT532 241114整个电厂热效率sT532 241114机械效率机械效率电机效率电机效率Ts65431b蒸汽再热循环吸热过程增加了b-a过程,膨胀过程为1-b和a-2过程,显然x2增大了,再热压力P zr适当时,热效率蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa,一次一次再热再热 超临界机组,超临界机组,t1600
7、,p125MPa,二次二次再热再热Ts65431b蒸汽再热循环的定量计算吸热量:吸热量:放热量:放热量:净功(忽略泵功):净功(忽略泵功):热效率:热效率:蒸汽回热循环抽汽抽汽去凝汽器去凝汽器冷凝水冷凝水表面式回热器表面式回热器抽汽抽汽冷凝水冷凝水给水给水混合式回热器混合式回热器抽汽式回热抽汽式回热蒸汽抽汽回热循环(1-)kg kg65as43211kgTa kg4(1-)kg51kg由由于于T-s图图上上各各点点质质量量不不同同,面面积积不不再再直接代表热和功直接代表热和功抽汽回热循环的抽汽量计算a kg4(1-)kg51kg以混合式回热器为例以混合式回热器为例热一律热一律忽略泵功忽略泵功抽
8、汽回热循环热效率的计算(1-)kg kg65as43211kgT吸热量:吸热量:放热量:放热量:净功:净功:热效率:热效率:为什么抽汽回热热效率提高?(1-)kg kg65as43211kgT简单朗肯循环:简单朗肯循环:物理意义物理意义:kgkg工质工质100%利用利用 1-1-kg kg工质效率未变工质效率未变蒸汽抽汽回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为小型火力发电厂回热级数一般为13级级中大型火力发电厂一般为中大型火力发电厂一般为 48级。级。优点优点l 提高热效率提高热效率l 减小汽轮机低压缸尺寸,末级叶片变短减小汽轮机低压缸尺寸,末级叶片变短l 减小凝汽器尺寸,减小锅炉受热面减小
9、凝汽器尺寸,减小锅炉受热面l 可兼作除氧器可兼作除氧器缺点缺点l 循环比功减小,汽耗率增加循环比功减小,汽耗率增加l 增加设备复杂性增加设备复杂性l 回热器投资回热器投资缺点缺点热电合供循环热电合供循环 如果设法将热和电的需要集中由大型热电厂提供,便可如果设法将热和电的需要集中由大型热电厂提供,便可以有效地提高燃料能量的利用率,这就是热电联产的概以有效地提高燃料能量的利用率,这就是热电联产的概念。念。热电合供循环中供热汽源有两种:一种是热电合供循环中供热汽源有两种:一种是由背压式汽轮由背压式汽轮机排汽机排汽;一种是;一种是撤汽式汽轮机抽汽撤汽式汽轮机抽汽。热电联产是根据热用户的要求,从汽轮机的
10、中间部位抽热电联产是根据热用户的要求,从汽轮机的中间部位抽出所需温度和压力的一部分蒸汽送往用户。出所需温度和压力的一部分蒸汽送往用户。热电联产通常采用背压式汽轮机和调节式机组两种方法热电联产通常采用背压式汽轮机和调节式机组两种方法 背压式汽轮机组用于具有相当规模和稳定需求热用户背压式汽轮机组用于具有相当规模和稳定需求热用户。蒸汽在汽轮机中不是一直膨胀到接近环境温度,而是膨胀到某一较高的压力蒸汽在汽轮机中不是一直膨胀到接近环境温度,而是膨胀到某一较高的压力和温度(例如对于采暖用热,可将汽轮机背压设计为和温度(例如对于采暖用热,可将汽轮机背压设计为0.12MP0.12MPa a左右,相应的左右,相
11、应的饱和温度为饱和温度为105105。C C左右左右),然后将汽轮机全部排汽直接提供给热用户),然后将汽轮机全部排汽直接提供给热用户热电循环流程示意图热电循环T-s图 背压式汽轮机的优点是能量利用率高背压式汽轮机的优点是能量利用率高。理论上蒸汽能量的利理论上蒸汽能量的利用率可达用率可达100%100%能量利用率为:能量利用率为:式中未计及锅炉中的热损失和供热管道等其它损失,实际的燃料能量利用率约为式中未计及锅炉中的热损失和供热管道等其它损失,实际的燃料能量利用率约为70%70%左右左右。调节式机组由于背压式的热电联供,其电产量和热产量的比例不能调节,在用热不足时,发点也受限制而使机组不能发挥应
12、有的效能。调节式的热电联可以克服这个缺点,这种方式可以根据用户在不同时期电热需求的变化灵活地调节输出的电能和热能。燃气轮机装置进行顶循环,蒸汽动力装置进行底循环,燃气轮机装置进行顶循环,蒸汽动力装置进行底循环,将燃气轮机的排气引入余热锅炉加热水,使之变为蒸汽,将燃气轮机的排气引入余热锅炉加热水,使之变为蒸汽,进入汽轮机作功,这样边形成了燃气进入汽轮机作功,这样边形成了燃气 -蒸汽联合循环蒸汽联合循环蒸气 燃汽联合循环燃-蒸联合循环 整个联合循环作功(相对于每千克蒸汽而言)整个联合循环作功(相对于每千克蒸汽而言)从外界吸收的热量从外界吸收的热量 向外界放出的热量向外界放出的热量 燃气燃气 蒸汽联
13、合循环的热效率为蒸汽联合循环的热效率为燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置
14、和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合
15、循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。整个联合循环作功(相对于每千克蒸汽而言)整个联合循环作功(相对于每千克蒸汽而言)从外界吸收的热量从外界吸收的热量 向外界放出的热量向外界放出的热量 燃气燃气 蒸汽联合循环的热效率为蒸汽联合循环的热效率为燃气轮机装置和蒸汽动力装置在技术上都很成熟,实现燃气 蒸汽联合循环并无困难。联合循环的净发电效率达50%以上。提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径改变循环参数改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环改变循环形式改变循环形式热电联产热电联产燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.改变循环形式改变循环形式1、熟悉熟悉郎肯循环郎肯循环图示图示与与计算计算2、郎肯循环郎肯循环与与卡诺循环卡诺循环3、蒸汽参数蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响对朗肯循环热效率的影响4、再热再热、回热原理及计算回热原理及计算第十章第十章 小小 结结 Summary
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