朗肯循環(huán)[知識應用]

1、第十章第十章 動動 力力 循循 環(huán)環(huán) 1驕陽書苑 本章基本要求本章基本要求 l熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)、回熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)、回 熱循環(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循熱循環(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循 環(huán)的組成、熱效率計算及提高環(huán)的組成、熱效率計算及提高 熱效率的方法和途徑。熱效率的方法和途徑。 2驕陽書苑 本本 章章 重重 點點 1 1、熟悉朗、熟悉朗肯循環(huán)肯循環(huán)圖示圖示與與計算計算 2、朗朗肯循環(huán)肯循環(huán)與與卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 3、蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響 4、再熱再熱、回熱原理及計算回熱原理及計算 3驕陽書苑 動力循環(huán)研究目的和分類動力循環(huán)研究目的和分類 動力循環(huán)：動力循

2、環(huán)：工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫熱源取工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫熱源取 得的得的熱量熱量的一部分轉換成對外的的一部分轉換成對外的凈功凈功 按工質(zhì)按工質(zhì) 氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)：內(nèi)燃機：內(nèi)燃機 蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)：外燃機：外燃機 空氣為主的燃氣空氣為主的燃氣 按按理想氣體理想氣體處理處理 水蒸氣等水蒸氣等 實際氣體實際氣體 研究目的：研究目的：合理安排循環(huán)，提高熱效率合理安排循環(huán)，提高熱效率 4驕陽書苑 四個主要裝置：四個主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機汽輪機 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵 10-1 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋 爐爐 汽輪機汽輪機 發(fā)電機發(fā)電機 給水泵給

3、水泵 凝汽器凝汽器 5驕陽書苑 水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化 鍋鍋 爐爐 汽輪機汽輪機 發(fā)電機發(fā)電機 給水泵給水泵 凝汽器凝汽器 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán) 1 2 3 4 簡化（理想化）：簡化（理想化）： 12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹 23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮 41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 6驕陽書苑 1 3 4 2 p v 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)pv圖圖 12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹 23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮 41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 7驕陽書苑 4 32 1 T s h s 1 3 24

4、郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)Ts和和hs圖圖 12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 8驕陽書苑 h s 1 3 24 郎肯循環(huán)功和熱的郎肯循環(huán)功和熱的計算計算 汽輪機作功：汽輪機作功： 2121 , hhws 凝汽器中的定壓放熱量：凝汽器中的定壓放熱量： 322 hhq 水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功： 3443 , hhws 鍋爐中的定壓吸熱量：鍋爐中的定壓吸熱量： 411 hhq 9驕陽書苑 h s 1 3 24 郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計算計算 ,1 2,3 4 net t 11 ss www qq

5、 一般很小，一般很小， 占占0.81%， 忽略泵功忽略泵功 12 13 t hh hh 10驕陽書苑 s p1, t1, p2 6 5 4 32 1 如何提高朗如何提高朗肯循環(huán)肯循環(huán)的熱效率的熱效率 12 13 t hh hh 影 響 熱 效 率影 響 熱 效 率 的參數(shù)？的參數(shù)？ T 11驕陽書苑 s T 6 5 4 3 2 1 蒸汽初壓對朗蒸汽初壓對朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 t1 , p2不變不變，p1 優(yōu)點：優(yōu)點： ，汽輪機出口汽輪機出口 尺寸小尺寸小 缺點：缺點： 對強度要求高對強度要求高 不不利于汽利于汽 輪機安全。一般輪機安全。一般 要求出口干度大要求出口干度大 于于

6、0.85 0.88 4 5 6 1 2 2 x 1 Tt 2 v 12驕陽書苑 s T 6 5 4 32 1 蒸汽初溫對朗蒸汽初溫對朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點：優(yōu)點： ，有利于汽機有利于汽機 安全。安全。 缺點：缺點： 對耐熱及強度要對耐熱及強度要 求高，目前最高求高，目前最高 初溫一般在初溫一般在550 左右左右 汽機出口汽機出口 尺寸大尺寸大 p1 , p2不變不變，t1 1 2 2 x t 1 T 2 v 13驕陽書苑 s T 6 5 4 3 2 1 乏汽壓力乏汽壓力對朗對朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點：優(yōu)點： 缺點：缺點： 受環(huán)境溫度限制，受環(huán)境溫度限制

7、， 現(xiàn)在大型機組現(xiàn)在大型機組p2為為 0.00350.005MPa， 相應的飽和溫度約為相應的飽和溫度約為 27 33 ，已接近事，已接近事 實上可能達到的最低實上可能達到的最低 限度。冬天熱效率高限度。冬天熱效率高 p1 , t1不變不變，p2 2 Tt 2 3 4 14驕陽書苑 T s 6 5 4 3 1 b a 2 10-2 蒸汽再熱循環(huán)蒸汽再熱循環(huán)(reheat) 1 2 3 4 再 熱 b a 15驕陽書苑 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的熱效率蒸汽再熱循環(huán)的熱效率 再熱循環(huán)本身再熱循環(huán)本身不一不一 定定提高循環(huán)熱效率提高循環(huán)熱效率 與再熱壓力有關與再熱壓力有關

8、 x2降低降低,給提高初壓給提高初壓 創(chuàng)造了條件，選取創(chuàng)造了條件，選取 再熱壓力合適，一再熱壓力合適，一 般采用般采用一次再熱可一次再熱可 使熱效率提高使熱效率提高 2 23.53.5。 16驕陽書苑 蒸汽再熱循環(huán)的實踐蒸汽再熱循環(huán)的實踐 再熱壓力再熱壓力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再熱再熱 超臨界機組，超臨界機組， t1600，p125MPa，二，二 次次再熱再熱 17驕陽書苑 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的蒸汽再熱循環(huán)的定量計算定量計算 吸熱量：吸熱量： 114ab qhhhh 放熱量：放熱量： 223 qhh 凈功（忽略泵功）：凈

9、功（忽略泵功）： net12ba whhhh 熱效率：熱效率： net12 t,RH 114 ()() ()() ba ab whhhh qhhhh 18驕陽書苑 蒸汽再熱蒸汽再熱循環(huán)實體照片循環(huán)實體照片 19驕陽書苑 10-3 蒸汽回熱循環(huán)蒸汽回熱循環(huán)(regenerative) 1 2 36 1kg a 45 kg (1-)kg 抽汽抽汽 去凝汽器去凝汽器 冷凝水冷凝水 表面式回熱器表面式回熱器 抽汽抽汽 冷凝水冷凝水 給水給水 混合式回熱器混合式回熱器 抽汽式回熱抽汽式回熱 20驕陽書苑 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回熱循環(huán)回熱循環(huán) (1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T 1

10、 2 36 1kg a 45 kg (1-)kg a kg 4 (1- )kg 5 1kg 由于由于T-s圖上各點質(zhì)圖上各點質(zhì) 量不同，面積不再量不同，面積不再 直接代表熱和功直接代表熱和功 21驕陽書苑 抽汽抽汽回熱循環(huán)的抽汽量回熱循環(huán)的抽汽量計算計算 (1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T a kg 4 (1- )kg 5 1kg 以混合式回熱器為例以混合式回熱器為例 熱一律熱一律 a45 11hhh 忽略泵功忽略泵功 54 a4 hh hh a2 a2 hh hh 22驕陽書苑 抽汽抽汽回熱循環(huán)熱效率的回熱循環(huán)熱效率的計算計算 (1- )kg kg 6 5 a s

11、 4 32 1 1kg T 吸熱量：吸熱量： 放熱量：放熱量： 1,RG151a qhhhh 2,RG22 1qhh RG1a a2 1 whh hh 凈功：凈功： 熱效率：熱效率： 1aa2 t,RG 1a 1hhhh hh 23驕陽書苑 為什么抽汽為什么抽汽回熱熱效率提高？回熱熱效率提高？ (1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T 22 t,RG 121a 1 1 hh hhhh 推導得出推導得出 22 t 12 1 hh hh 簡單朗肯循環(huán)：簡單朗肯循環(huán)： 1a 0 1 hh t,RGt 物理意義物理意義： kgkg工質(zhì)工質(zhì)100%利用利用 1- 1- kg kg工

12、質(zhì)效率未變工質(zhì)效率未變 24驕陽書苑 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回熱循環(huán)的特點回熱循環(huán)的特點 小型火力發(fā)電廠回熱級數(shù)一般為小型火力發(fā)電廠回熱級數(shù)一般為13級，級， 中大型火力發(fā)電廠一般為中大型火力發(fā)電廠一般為 48級。級。 優(yōu)點優(yōu)點 l 提高熱效率提高熱效率 l 減小汽輪機低壓缸尺寸，末級葉片變短減小汽輪機低壓缸尺寸，末級葉片變短 l 減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面 l 可兼作除氧器可兼作除氧器 缺點缺點 l 循環(huán)比功減小，汽耗率增加循環(huán)比功減小，汽耗率增加 l 增加設備復雜性增加設備復雜性 l 回熱器投資回熱器投資 缺點缺點 25驕陽書苑 提高循環(huán)熱效率的途徑提高循環(huán)熱效

13、率的途徑 改變循環(huán)參數(shù) 提高初溫度提高初溫度 提高初壓力提高初壓力 降低乏汽壓力降低乏汽壓力 改變循環(huán)形式 回熱循環(huán)回熱循環(huán) 再熱循環(huán)再熱循環(huán) 改變循環(huán)形式 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn) 燃氣燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán) 新型動力循環(huán)新型動力循環(huán) IGCC PFBC-CC . 26驕陽書苑 10-4 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1 2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機 過熱器 鍋爐 用發(fā)電廠作了功用發(fā)電廠作了功 的蒸汽的余熱來的蒸汽的余熱來 滿足熱用戶的需滿足熱用戶的需 要，這種作法稱要，這種作法稱 為為熱電聯(lián)熱電聯(lián)( (產(chǎn)產(chǎn)) )供供。 背壓式機組背壓式機組( (背壓背壓0.1MPa) ) 熱用戶為

14、什么要熱用戶為什么要 用換熱器而不直用換熱器而不直 接用熱力循環(huán)的接用熱力循環(huán)的 水？水？ 27驕陽書苑 背壓式背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1 2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機 過熱器 鍋爐 背壓式背壓式缺點缺點： 熱電互相影響熱電互相影響 供熱參數(shù)單一供熱參數(shù)單一 清華北門外清華北門外2 2臺臺 背壓式，背壓式， 5000kW5000kW電負荷電負荷 28驕陽書苑 抽汽調(diào)節(jié)式抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 過熱器汽輪機 發(fā)電機 鍋爐 冷卻水 冷凝器 加熱器水泵 1水泵 2 調(diào)節(jié)閥 抽汽式熱電聯(lián)抽汽式熱電聯(lián) 供循環(huán)供循環(huán), , 可以自動可以自動 調(diào)節(jié)熱、電供應比調(diào)節(jié)熱、電供應比 例，以滿足不同用例，以滿足