第十一章 蒸氣動(dòng)力循環(huán)

1、動(dòng)力循環(huán)研究目的和分類動(dòng)力循環(huán)研究目的和分類工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈〉玫墓べ|(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈〉玫臒釤崃苛康囊徊糠洲D(zhuǎn)換成對(duì)外的的一部分轉(zhuǎn)換成對(duì)外的凈功凈功動(dòng)力循環(huán)：動(dòng)力循環(huán)：以獲得功為目的以獲得功為目的正向循環(huán)正向循環(huán)實(shí)際實(shí)際循環(huán)與卡諾循環(huán)循環(huán)與卡諾循環(huán) 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) t1=2000oC，t2=300oC tC =74.7% 實(shí)際實(shí)際 t =3040% 卡諾熱機(jī)卡諾熱機(jī)只有只有理論理論意義，意義，最高理想最高理想實(shí)際上實(shí)際上 T s 很難實(shí)現(xiàn)很難實(shí)現(xiàn) 火力發(fā)電火力發(fā)電 t1=600oC，t2=25oC tC =65.9% 實(shí)際實(shí)際 t =40%回?zé)岷吐?lián)合循環(huán)回?zé)岷吐?lián)合循環(huán) t 可達(dá)可

2、達(dá)50%研究目的：研究目的：合理安排循環(huán)合理安排循環(huán)提高熱效率提高熱效率按工質(zhì)按工質(zhì)氣體動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)：內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)：內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)：外燃機(jī)：外燃機(jī)空氣為主的燃?xì)饪諝鉃橹鞯娜細(xì)獍窗蠢硐霘怏w理想氣體處理處理水蒸氣等水蒸氣等實(shí)際氣體實(shí)際氣體水蒸氣：水蒸氣：火力發(fā)電、核電火力發(fā)電、核電低沸點(diǎn)工質(zhì)：低沸點(diǎn)工質(zhì)：氨、氟里昂氨、氟里昂太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電 四個(gè)主要裝置：四個(gè)主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵水蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝汽器凝汽器鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)

3、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝汽器凝汽器朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)1234簡(jiǎn)化（理想化）：簡(jiǎn)化（理想化）：12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 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1342pv12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 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4321Tshs132412 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 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hs1324汽輪機(jī)作功：汽輪機(jī)作功：2121 ,hhws凝汽器中的定壓放熱量：凝汽器中的定壓放熱量：

4、322hhq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：411hhqhs1324,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh工程上常用工程上常用汽耗率：汽耗率：反映裝置經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備尺寸反映裝置經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備尺寸汽耗率：汽耗率：蒸汽動(dòng)力裝置每輸出蒸汽動(dòng)力裝置每輸出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kgnet3600dw)(3600)()(3600)(3600)()(3600)(3600)( 1)( 1kgwkgkJwkJdkJkgkJwdkJsskJhkWnetn

5、etnetsT6421 41098753 q2相同；相同； q1卡諾卡諾 q1朗肯朗肯 卡諾卡諾 朗肯朗肯； 等溫等溫吸熱吸熱41難實(shí)現(xiàn)難實(shí)現(xiàn) 11點(diǎn)點(diǎn)x太小太小,不利于不利于汽機(jī)強(qiáng)度；汽機(jī)強(qiáng)度； 12-9兩兩相區(qū)難壓縮；相區(qū)難壓縮； wnet卡諾卡諾小小 卡諾卡諾 朗肯朗肯； wnet卡諾卡諾 wnet 朗肯朗肯1112對(duì)比同溫限對(duì)比同溫限1234對(duì)比對(duì)比56785對(duì)比對(duì)比9-10-11-12sp1 t1 p26543211213thhhh影響熱效 率 的影響熱效 率 的參數(shù)？參數(shù)？TsT654321 1 6 5 4 2t1 , p2不變不變，p1優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： ，汽輪機(jī)出口汽輪機(jī)出口尺寸小尺

6、寸小1Tt2v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對(duì)強(qiáng)度要求高對(duì)強(qiáng)度要求高 不利于汽不利于汽輪機(jī)安全。一般輪機(jī)安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.882xsT654321 1 2優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： ，有利于汽機(jī)有利于汽機(jī)安全。安全。1Tt2x缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對(duì)耐熱及強(qiáng)度要對(duì)耐熱及強(qiáng)度要求高，目前初溫求高，目前初溫一般在一般在550左右左右 汽機(jī)出口汽機(jī)出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不變不變，t1sT654321 2優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 2Tt缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度限制，受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組現(xiàn)在大型機(jī)組p2為為0.00350.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為相應(yīng)的飽和溫度約為27 33 ，已接近事，已

7、接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低實(shí)上可能達(dá)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 4 3低參數(shù)中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參數(shù)汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力MPa13.516.5汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度340435535550, 535550, 535發(fā)電機(jī)功率 P/ kW15003000600025000510萬 12.5萬,20萬20萬,30萬,60萬sT532 241114非理想因素：非理想因素：給水泵不可逆給水泵不可逆( 3 4 )汽機(jī)不可逆汽機(jī)不可逆( 1 2 )汽機(jī)汽門節(jié)流汽機(jī)汽門節(jié)流( 1 1 ) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道摩擦降壓，散熱壓，散熱(11) 熱力學(xué)

8、第一定律：熱力學(xué)第一定律：熱效率分析法熱效率分析法熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律：熵分析法熵分析法 Ex分析法分析法sT532 2414忽略泵功忽略泵功43hh可逆朗肯循環(huán)效可逆朗肯循環(huán)效率率12t13hhhh汽機(jī)相對(duì)內(nèi)汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率效率12oi12hhhh例：某蒸汽朗肯循環(huán)，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽初例：某蒸汽朗肯循環(huán)，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽初參數(shù)為參數(shù)為p1=30105Pa，t1=450，絕熱膨脹，絕熱膨脹后的乏汽壓力為后的乏汽壓力為p2=0.04105Pa，如果蒸汽，如果蒸汽流量為流量為30T/h，試求汽輪機(jī)的功率。如果汽輪，試求汽輪機(jī)的功率。如果汽輪機(jī)的效率為機(jī)的效率為85%，則汽輪機(jī)實(shí)際功率為多少

9、？，則汽輪機(jī)實(shí)際功率為多少？作作Ts圖。圖。s654321T2改變循環(huán)參數(shù)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)形式改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)馊細(xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)IGCCPFBC-CC.Ts65431ba21234再熱baTs65431ba2 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(guān)與再熱壓力有關(guān) x2降低降低,給提高初給提高初壓創(chuàng)造了條件，選壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，取再熱壓力合適，一般采用一般采用一次再熱一次再熱

10、可使熱效率提高可使熱效率提高2 23.53.5。cd 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(jī)組，超臨界機(jī)組， t1600，p125MPa， 二次二次再熱再熱Ts65431ba2吸熱量：吸熱量： 114abqhhhh放熱量：放熱量：223qhh凈功（忽略泵功）：凈功（忽略泵功）： net12bawhhhh熱效率：熱效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh12361kga45kg(1-)kg抽汽抽汽去凝汽器去凝汽器冷凝水冷凝水表面式回?zé)崞鞅砻媸交責(zé)崞鞒槠槠淠淠o水給水混合式回?zé)崞骰旌鲜交責(zé)崞鞒槠?/p>

11、回?zé)岢槠交責(zé)?1- )kg kg65as43211kgT12361kga45kg(1-)kga kg4(1- )kg51kg由于由于T-s圖上各點(diǎn)質(zhì)圖上各點(diǎn)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(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回?zé)崞鳛槔曰旌鲜交責(zé)崞鳛槔裏崃W(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律a4511hhh 忽略泵功忽略泵功54a4hhhha2a2hhhh(1- )kg kg65as43211kgT吸熱量：吸熱量：放熱量：放熱量：1,RG151aqhhhh2,RG221qhhRG1aa21whhhh凈功：凈功：熱效率：熱效率：

12、 1aa2t,RG1a1hhhhhh(1- )kg kg65as43211kgT22t,RG121a11hhhhhh 22t121hhhh 簡(jiǎn)單朗肯循環(huán)：簡(jiǎn)單朗肯循環(huán)：1a01hht,RGt物理意義物理意義： kg kg工質(zhì)工質(zhì)100%利用利用 1- 1- kg kg工質(zhì)效率未變工質(zhì)效率未變小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為13級(jí)級(jí)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(jí)。級(jí)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)l 提高熱效率提高熱效率l 減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)葉片變短減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)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

13、兼作除氧器缺點(diǎn)缺點(diǎn)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(shè)備復(fù)雜性增加設(shè)備復(fù)雜性l 回?zé)崞魍顿Y回?zé)崞魍顿Y缺點(diǎn)缺點(diǎn)改變循環(huán)參數(shù)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)形式改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)馊細(xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)IGCCPFBC-CC.1234給水泵熱用戶汽輪機(jī)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(jī)組背壓式機(jī)組(

14、 (背壓背壓0.1MPa) )熱用戶為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？1234給水泵熱用戶汽輪機(jī)過熱器鍋爐背壓式背壓式缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 熱電互相影響熱電互相影響 供熱參數(shù)單一供熱參數(shù)單一過熱器汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)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(dòng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例，以滿足不同用例，以滿足不同用戶的需要。戶的需要。net1qwKq供熱已被利用的能量工質(zhì)從熱源得到的能量nett1wq 只采用熱效率只采用熱效率 顯然不夠全面顯然不夠全面 能量利用系數(shù)能量利用系數(shù)，但未考慮熱和

15、電的品位不同，但未考慮熱和電的品位不同 熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保l蒸汽電站提高電廠供電效率的措施：蒸汽電站提高電廠供電效率的措施： 提高初參數(shù)，向亞臨界和超臨界發(fā)展；提高初參數(shù)，向亞臨界和超臨界發(fā)展； 采用大功率機(jī)組，降低廠用電率；采用大功率機(jī)組，降低廠用電率； 采用熱電聯(lián)供。采用熱電聯(lián)供。l火電廠發(fā)展現(xiàn)狀火電廠發(fā)展現(xiàn)狀 占總裝機(jī)容量的占總裝機(jī)容量的80%左右，效率左右，效率3740%； 耗煤占總產(chǎn)量耗煤占總產(chǎn)量30%，油占，油占10%左右；左右； 提高供電效率和改善環(huán)境有重要意義。提高供電效率和改善環(huán)境有重要意義。l燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展熱力參數(shù)與單機(jī)容量逐步提高，達(dá)熱力參數(shù)與單機(jī)容量逐步提高，達(dá)W200MW，熱效率熱效率3541%；可靠性可靠性9598.5%，可作為基本負(fù)荷電站；，可作為基本負(fù)荷電站；l聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)實(shí)可行性聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)實(shí)可行性燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度t4=400600 ；大功率機(jī)組排氣量大功率機(jī)組排氣量300kg/s