科普汽輪機(jī)的性能

1、汽輪機(jī)，到底能達(dá)到什么效率呢？1 汽輪機(jī)常識將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械。又稱蒸汽透平。主要用作發(fā)電用的原動機(jī)，也可直接驅(qū)動各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要 。汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械，是蒸汽動力裝置的主要設(shè)備之一。汽輪機(jī) - 工作原理 汽輪機(jī)是能將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的外燃回轉(zhuǎn)式機(jī)械，來自鍋爐的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，依次經(jīng)過一系列環(huán)形配置的噴嘴和動葉，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。蒸汽在汽輪機(jī)中，以不同方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，便構(gòu)成了不同工作原理的汽輪機(jī)。 按工作原理分類有蒸汽主要在各級噴嘴

2、(或靜葉)中膨脹的沖動式汽輪機(jī)；蒸汽在靜葉和動葉中都膨脹的反動式汽輪機(jī)；以及蒸汽在噴嘴中膨脹后的動能在幾列動葉上加以利用的速度級汽輪機(jī)。 按熱力特性分類有凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和蒸汽汽輪機(jī)等類型。凝汽式汽輪機(jī)排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低于大氣壓力，因此具有良好的熱力性能，是最為常用的一種汽輪機(jī)；供熱式汽輪機(jī)既提供動力驅(qū)動發(fā)電機(jī)或其他機(jī)械，又提供生產(chǎn)或生活用熱，具有較高的熱能利用率；背壓式汽輪機(jī)的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機(jī)；抽汽式汽輪機(jī)是能從中間級抽出蒸汽供熱的汽輪機(jī)；飽和蒸汽輪機(jī)是以飽和狀態(tài)的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機(jī)。 按汽輪機(jī)的用途分 電站汽輪機(jī)：用來發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)的汽輪機(jī)

3、工業(yè)汽輪機(jī)：用來帶動水泵、油泵、鼓風(fēng)機(jī)等的汽輪機(jī) 船用汽輪機(jī)：作為船舶的動力裝置，用以推動螺旋槳按進(jìn)氣壓力分 低壓氣輪機(jī)：新蒸汽壓力 1.21.5MPa 中壓汽輪機(jī)：新蒸汽壓力 24MPa 次高壓汽輪機(jī)：新蒸汽壓力 56MPa 高壓汽輪機(jī)：新蒸汽壓力 610MPa 超高壓汽輪機(jī)：新蒸汽壓力 1214MPa 亞臨界汽輪機(jī) ：新蒸汽壓力 1618MPa 超亞臨界汽輪機(jī)：新蒸汽壓力 大于22.17MPa根據(jù)熱力學(xué)原理，新蒸汽參數(shù)越高，熱力循環(huán)的熱效率也越高。早期汽輪機(jī)所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于20。隨著單機(jī)功率的提高，30年代初新蒸汽壓力已提高到34兆帕，溫度為400450。隨著高溫材料

4、的不斷改進(jìn)，蒸汽溫度逐步提高到535，壓力也提高到612.5兆帕，個別的已達(dá)16兆帕，熱效率達(dá)30以上。50年代初，已有采用新蒸汽溫度為600的汽輪機(jī)。以后又有新蒸汽溫度為650的汽輪機(jī)?，F(xiàn)代大型汽輪機(jī)通常采用新汽壓力24兆帕，新汽溫度和再熱溫度為535565的超臨界參數(shù),或新汽壓力為16.5兆帕、新汽溫度和再熱溫度為535的亞臨界參數(shù)。使用這些汽輪機(jī)的電站熱效率約為40。另外，汽輪機(jī)的排汽壓力越低，蒸汽循環(huán)的熱效率就越高。不過排汽壓力主要取決于冷卻水的溫度，如果采用過低的排汽壓力，就需要增大冷卻水流量或增大凝汽器冷卻面積，同時末級葉片也較長。凝汽式汽輪機(jī)常用的排汽壓力為0.0050.008兆

5、帕。船用汽輪機(jī)組為了減輕重量，減小尺寸,常用0.0060.01兆帕的排汽壓力。2 汽輪機(jī)性能的計算鑒于汽輪機(jī)是最原始的動力機(jī)械,螺桿膨脹機(jī)在推廣過程中不免要與其對比,以下對幾種典型工況做計算,以正視聽。前提：水蒸汽1t/h，汽輪機(jī)效率不等。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需消耗未減去，所以效率還要打折的。2.1 背壓式運(yùn)行 按照汽輪機(jī)教材介紹，汽輪機(jī)等熵效率70%。蒸汽入口(過熱狀態(tài))壓比 22.86 57.14 157.14 228.57 入口溫度t1390535535535入口壓力p1MPa2.4616.524出口溫度t2137.46180.78163.54149.95出口壓力p2MPa0.10

6、5 0.105 0.105 0.105 軸功率 P,電機(jī)效率0.9PkW117.0 167.2 147.3 131.6 熱效率%15.069 19.525 17.860 16.451 可見如此好的過熱蒸汽條件并未達(dá)到40%等熵效率。2.2 凝汽式運(yùn)行 按照汽輪機(jī)教材介紹，汽輪機(jī)等熵效率70%。膨脹機(jī)入口(過熱狀態(tài))壓比 300 750 2062 3000 入口溫度t1390535535535入口壓力p1MPa2.4616.524出口溫度t241.541.5541.5541.55出口壓力p2MPa0.008 0.008 0.008 0.008 出口焓值h2kJ/kg249925852551252

7、4膨脹軸功率 P,電機(jī)效率0.9PkW179.9 230.1 210.2 194.4 熱效率%21.27 24.85 23.5122.37 查表格，低壓側(cè)對應(yīng)飽和蒸汽焓2576.2，可見排氣已經(jīng)進(jìn)入濕區(qū)，上表是無法實現(xiàn)的?？梢娙绱撕玫倪^熱蒸汽條件并未達(dá)到40%等熵效率，最高25%。2.3 凝汽式運(yùn)行 按照汽輪機(jī)教材介紹，汽輪機(jī)等熵效率60%。膨脹機(jī)入口(過熱狀態(tài))壓比 300 750 2062 3000 入口溫度t1390535535535入口壓力p1MPa2.4616.524出口溫度t255.2115.491.572.6出口壓力p2MPa0.008 0.008 0.008 0.008 出口焓

8、值h2kJ/kg2602271726722635膨脹軸功率 P,電機(jī)效率0.9PkW154 197 180 166 熱效率%18.2321.3 20.1519.18查表格，低壓側(cè)對應(yīng)飽和蒸汽焓2576.2，可見排氣未進(jìn)入濕區(qū)，上表是可以實現(xiàn)的?？梢娙绱撕玫倪^熱蒸汽條件并未達(dá)到40%等熵效率，最高21%。2.4 總結(jié)汽輪機(jī)在即使所謂的超臨界條件下，熱效率進(jìn)達(dá)到20%，遠(yuǎn)未達(dá)到人們普遍認(rèn)為的40%。2.5 其他低壓水蒸汽條件下汽輪機(jī)性能在余熱利用范圍內(nèi)，普遍遇到的是低壓廢蒸汽，那么這是的性能如何，才是余熱企業(yè)應(yīng)該關(guān)注的。飽和水蒸氣，無法使用直接膨脹，建議使用ORC系統(tǒng)。只有過熱的達(dá)到一定要求后，才

9、可以先使用蒸汽直接膨脹，然后廢氣再利用ORC發(fā)電。從上圖可見，過熱蒸汽，首先利用壓力直接發(fā)電，然后使用ORC發(fā)電，發(fā)電功率最大，大于凝汽式汽輪機(jī)；過熱蒸汽背壓式膨脹，發(fā)電功率小于背壓式，這符合常理；溫度越高，發(fā)電功率越高；從上圖可見，過熱蒸汽，首先利用壓力直接發(fā)電，然后使用ORC發(fā)電，熱效率最大，大于凝汽式汽輪機(jī)；過熱蒸汽背壓式膨脹，發(fā)電功率小于背壓式，這符合常理；溫度越高，發(fā)電功率越高；汽輪機(jī)熱效率低于20%。3 ORC螺桿膨脹發(fā)電站使用100度水蒸汽的性能為了和汽輪機(jī)比出高低，這里也僅討論水蒸汽，而且局限于低壓水蒸汽。同時強(qiáng)調(diào)，發(fā)電功率為凈功率，去除了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所需消耗。以100水蒸汽為例，1t/h。因為無法直接膨脹發(fā)電，ORC系統(tǒng)是唯一選擇?？梢?，100水蒸汽，汽輪機(jī)無法使用，也不能使用。隨著冷凝溫度的不同，發(fā)電功率、熱效率都不同；降低冷卻水溫度、提高熱源溫度，對提高性能有力；熱效率普遍大于8%。4 ORC螺桿膨脹發(fā)電站使用138度水蒸汽的性能以具有普遍性的138飽和水蒸氣為例，以138水蒸汽為例，1t/h。因為無法直接膨脹發(fā)電，ORC系統(tǒng)是唯一選擇?？梢姡S著冷凝溫度的不同，發(fā)電功率、熱效率都不同；降低冷卻水溫度、提高熱源溫度，對提高性能有力；限于目前的工質(zhì)、熱源條件，熱效率普遍大于11%，最該可達(dá)到15