蒸汽動力循環(huán)

1、蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)水蒸氣：水蒸氣：火力發(fā)電、核電火力發(fā)電、核電低沸點工質(zhì)：低沸點工質(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)電動力循環(huán)：動力循環(huán)：以獲得功為目的以獲得功為目的 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 給水泵給水泵朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)Rankine Cycle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)電機給水泵給水泵凝汽器凝汽器水蒸氣動力循環(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朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：簡化（理想

2、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1342pv朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)pvpv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4321Tshs1324朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)TsTs和和hshs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hs1324朗肯循環(huán)功和熱的朗肯循環(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

3、：凝汽器中的定壓放熱量：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朗肯循環(huán)熱效率的朗肯循環(huán)熱效率的計算計算 ,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)濟性，設(shè)備尺寸反映裝置經(jīng)濟性，設(shè)備尺寸汽耗率：汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出蒸汽動力裝置每輸出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kgnet3600dw汽耗率汽耗率(Steam Rate)的概念的概念netw的單位是的單位是kJ/kg

4、1kW=1 kJ/snet3600360013600kgkgkgkgdkJkJkWhkJwhhsh朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較與卡諾循環(huán)比較sT6421 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難實現(xiàn)難實現(xiàn) 11點點x太小太小,不利于不利于汽機強度；汽機強度； 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對比同溫限對比同溫限1234對比對比5678對比對比9-10-11-12sp1 t1 p2654321如何提高如何提高朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)的熱效率的

5、熱效率1213thhhh影響熱效 率 的影響熱效 率 的參數(shù)？參數(shù)？TsT654321 1 6 5 4 2蒸汽初壓對蒸汽初壓對朗肯循環(huán)朗肯循環(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1Tt2v缺點：缺點： 對強度要求高對強度要求高 不利于汽不利于汽輪機安全。一般輪機安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.882xsT654321 1 2蒸汽初溫對蒸汽初溫對朗肯循環(huán)朗肯循環(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。1Tt2x缺點：缺點： 對耐熱及強度要對耐熱及強度要求高，目前初溫求高，目前初

6、溫一般在一般在550左右左右 汽機出口汽機出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不變不變，t1sT654321 2乏汽壓力乏汽壓力對對朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響優(yōu)點：優(yōu)點： 2Tt缺點：缺點：受環(huán)境溫度限制，受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組現(xiàn)在大型機組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 4 3國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的初參數(shù)簡表初參數(shù)簡表低參數(shù)中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參數(shù)汽輪機進汽壓力

7、MPa13.516.5汽輪機進汽溫度340435535550, 535550, 535發(fā)電機功率 P/ kW15003000600025000510萬 12.5萬,20萬20萬,30萬,60萬實際蒸汽動力循環(huán)分析實際蒸汽動力循環(huán)分析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 )汽機不可逆汽機不可逆( 1 2 )汽機汽門節(jié)流汽機汽門節(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) 實際蒸汽動力循環(huán)分析方法實際蒸汽動力循環(huán)分析方法熱一律：熱一律：熱效率分析法熱效率分析法熱二律：熱二律：熵分析法熵分析法 Ex分析法分析

8、法實際蒸汽動力循環(huán)實際蒸汽動力循環(huán)熱效率法熱效率法sT532 241114忽略泵功忽略泵功43hh可逆循環(huán)可逆循環(huán)效率效率12t13hhhh汽機相對汽機相對內(nèi)效率內(nèi)效率12oi12hhhh管道和節(jié)流，管道和節(jié)流，管道效率管道效率13tu13hhhh鍋爐散熱鍋爐散熱和排煙，和排煙，鍋爐效率鍋爐效率13Bfhhq整個整個實際蒸汽實際蒸汽動力循環(huán)動力循環(huán)熱效率熱效率sT532 241114netfwq收益循環(huán)凈功代價燃料熱量12fhhq13tu13hhhh13Bfhhq12oi13B()()/hhhh12oi12hhhh12Boi13tu()()/hhhh12t13hhhh12Boitu13()()

9、hhhhtBoitu 整個電廠整個電廠熱效率熱效率sT532 241114gfwq電廠收益電功代價燃料熱量機械效率機械效率Mnetww機械電機效率電機效率gMww電機tBoitu netfwqMfwq電機netfwq機械電機tBoitu 機械電機實際蒸汽動力裝置的實際蒸汽動力裝置的Ex分析法分析法對于穩(wěn)定流動對于穩(wěn)定流動inoutiExEx進入設(shè)備的進入設(shè)備的Ex總和總和離開設(shè)備的離開設(shè)備的Ex總和總和Ex損失之和損失之和焓焓Ex鍋爐的鍋爐的Ex分析分析sT532 241114排煙排煙過熱汽過熱汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空氣空氣鍋爐的鍋爐的Ex分析（燃燒）分析（燃燒）排煙排煙過熱汽過

10、熱汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空氣空氣空氣空氣0Ex 燃料燃料fqfexq設(shè)燃料完全是設(shè)燃料完全是Ex（1 1）燃燒，煙氣熱量燃燒，煙氣熱量0fB1TexqT燃燒以環(huán)境為基準(zhǔn)以環(huán)境為基準(zhǔn)平均燃燒溫度平均燃燒溫度0ffB1TqqT燃燒鍋爐的鍋爐的Ex分析（散熱）分析（散熱）排煙排煙過熱汽過熱汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空氣空氣（2 2）排煙，渣，散熱后，可傳給水的排煙，渣，散熱后，可傳給水的ex0fBB1TexqT散熱后0fB0fBB11TqTTqT散熱鍋爐的鍋爐的Ex分析（傳熱）分析（傳熱）排煙排煙過熱汽過熱汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空氣空氣（3 3）傳熱，水的溫度遠

11、比燃氣低，溫差傳熱傳熱，水的溫度遠比燃氣低，溫差傳熱13hh13013()()exexhhT ss0fBB130131()()TqThhT ss傳熱水得到的水得到的ex鍋爐燃燒散熱傳熱管道和汽機主汽門節(jié)流的管道和汽機主汽門節(jié)流的Ex分析分析sT532 241114111 1管道和汽機主汽門節(jié)流的管道和汽機主汽門節(jié)流的Ex分析分析111 1汽機入口汽機入口ex1h10010()()exhhT ss管道和主汽門的管道和主汽門的ex損失損失11011()()hhT ss管道汽輪機的汽輪機的Ex分析分析sT532 2411141 12wnet絕熱絕熱汽輪機的汽輪機的Ex分析分析汽輪機最大可能作功汽輪機

12、最大可能作功汽輪機的汽輪機的ex損失損失1212012()()hhwexexhhT ssnet1 12wnet汽輪機實際輸出功汽輪機實際輸出功12whhnetnet021()wwT ssnet汽機冷凝器的冷凝器的Ex分析分析sT532 24111432冷凝器的冷凝器的ex損失損失2323023exexhhTss冷凝器兩種分析方法的比較兩種分析方法的比較鍋爐鍋爐 qB/qf=10% B/ex,qf=56.7% (燃燒燃燒14.1%排煙及散熱排煙及散熱 8.6%傳熱傳熱34%)管道管道 qtu/qf= 0.6% tu/ex,qf= 0.5%汽輪機汽輪機 qt/qf= 0 t/ex,qf= 5.6%

13、凝汽器凝汽器 qc/qf= 55.7% c/ex,qf= 3.5% Ex Ex 經(jīng)濟學(xué)分析方法經(jīng)濟學(xué)分析方法 熱效率法熱效率法 ExEx分析法分析法ExEx損失的表示損失的表示sT532 241114T0提高循環(huán)熱效率的途徑提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(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)IGCCPFBC-CC.ReheatRegenerativeCogenerationTs65431ba27-3 蒸汽再熱循

14、環(huán)蒸汽再熱循環(huán)(reheat)1234再熱baTs65431ba2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(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可使熱效率提高可使熱效率提高2 23.53.5。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， 二次二次再熱再熱Ts65431ba2蒸汽

15、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： 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()()()()baabwhhhhqhhhh7-4 蒸汽回?zé)嵫h(huán)蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative)12361kga45kg(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交責(zé)岢槠交責(zé)酕eedwater heaterOpen Feedwater heaterClosed Feedwater heater

16、蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)(1- )kg kg65as43211kgT12361kga45kg(1-)kga kg4(1- )kg51kg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抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計算計算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回?zé)崞鳛槔曰旌鲜交責(zé)崞鳛槔裏嵋宦蔁嵋宦蒩4511hhh 忽略泵功忽略泵功54a4hhhha2a2hhhh抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的回?zé)嵫h(huán)熱效率的計算計算(1- )kg kg65as43211kgT吸熱量：吸熱量：放熱量：放熱量：

17、1,RG151aqhhhh2,RG221qhhRG1aa21whhhh凈功：凈功：熱效率：熱效率： 1aa2t,RG1a1hhhhhh為什么抽汽為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣?？回?zé)釤嵝侍岣撸?1- )kg kg65as43211kgT22t,RG121a11hhhhhh 教材教材P.256P.256推導(dǎo)推導(dǎo)22t121hhhh 簡單朗肯循環(huán)：簡單朗肯循環(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)效率未變蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點回?zé)嵫h(huán)的特點小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為13級級中大型火力發(fā)電

18、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(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缺點缺點7-5 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán)1234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