第十章 蒸汽動力循環(huán)裝置

1、第十章 蒸汽動力循環(huán)(xnhun)裝置10-1 簡單(jindn)蒸汽動力裝置循環(huán)(朗肯循環(huán))10-2 再熱循環(huán)10-3 回熱循環(huán)10-4* 熱電合供循環(huán)10-5* 幾種與蒸汽有關的動力循環(huán)共八十五頁教學目標：掌握蒸汽動力循環(huán)及其計算方法。知識點：蒸汽動力基本循環(huán)；朗肯循環(huán)；回熱循環(huán)與再熱循環(huán)；熱電循環(huán)；蒸汽燃氣聯(lián)合(linh)循環(huán)。重 點：回熱循環(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循環(huán)的組成、熱效率計算及提高熱效率的方法和途徑。難 點：回熱循環(huán)與再熱循環(huán)計算，提高循環(huán)熱效率的途徑和計算方法。共八十五頁前 言 上一章介紹(jisho)的內(nèi)燃機循環(huán)和燃氣輪機裝置循環(huán)都是采用燃氣作工質(zhì)的。本章將要介紹的蒸汽動力裝

2、置是以蒸汽作為工質(zhì)的。蒸汽和燃氣工質(zhì)性質(zhì)的不同，造成了內(nèi)燃動力裝置和蒸汽動力裝置在循環(huán)和設備兩方面上的不同。 2.二者采用的設備大不相同： 水和水蒸汽只能自外熱源吸熱，蒸汽循環(huán)中必須配備產(chǎn)生蒸汽的鍋爐。 而以空氣(kngq)作為工質(zhì)時，燃料可在其中燃燒，燃燒產(chǎn)物也為工質(zhì)。這樣就可以使燃燒和功熱轉(zhuǎn)換過程在同一個設備中進行，不需要其它額外的設備。1.采用循環(huán)不同： 燃氣作工質(zhì)，不易進行定溫吸熱與放熱過程；而水吸熱成為蒸汽和放熱成為冷凝水往往在定溫下進行。共八十五頁蒸汽及蒸汽動力裝置(steam power plant) ：1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，19世紀后期(huq)蒸汽動力裝置的大量

3、使用，促使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，促使資本主義誕生。2）目前世界75%電力，國內(nèi)78%電力來自火電廠，絕大部分來自蒸汽動力。3）蒸汽動力裝置可利用各種燃料。4）蒸汽是無污染、價廉、易得的工質(zhì)。共八十五頁11-1、簡單蒸汽動力(dngl)循環(huán)朗肯循環(huán)熱力學第二定律通過卡諾定理證明了，在相同的溫度界限間，卡諾循環(huán)的熱效率最高。動力循環(huán)以蒸汽為工質(zhì)時，原則上可采用如上圖中6-7-8-5-6所示的卡諾循環(huán)。但實際上存在種種困難和不利因素，過程8-5難以實現(xiàn)，故在實際(shj)的蒸汽動力裝置中不采用卡諾循環(huán)，但卡諾循環(huán)在理論上仍具有很大的意義。一.水蒸氣作為工質(zhì)的卡諾循環(huán)pefo85p1p267vTo8567s

4、圖10-1 水蒸氣的卡諾循環(huán)共八十五頁為什么不能采用(ciyng)卡諾循環(huán)？6-7 絕熱膨脹（汽輪機）7-8 定溫放熱（冷凝器）5-6 定溫加熱（鍋爐(gul)）8-5 絕熱壓縮（壓縮機）1、工質(zhì)處于低干度的濕汽狀態(tài)（點8）!水汽混合物的壓縮（狀態(tài)8）有困難，壓縮機工作不穩(wěn)定，而且8點的濕蒸汽比容比水大得多（通常大12千倍），需用比水泵大得多的壓縮機，使得輸出的凈功大大減少，同時對壓縮機不利。2、循環(huán)僅限于飽和區(qū)，上限T1受臨界溫度的限制，即使是實現(xiàn)卡諾循環(huán)，其理論效率也不高。3、膨脹末期，濕蒸汽所含的水分太多，不利于動力機的安全。 為了改進上述的壓縮過程人們將汽凝結(jié)成水，同時為了提高上限溫這

5、就需要對卡諾循環(huán)進行改進，溫度采用過熱蒸汽使T1高于臨界溫度，改進的結(jié)果就是下面要討論的另一種循環(huán)-朗肯循環(huán)?？梢詫崿F(xiàn)難以實現(xiàn)卡諾循環(huán)共八十五頁過程：從鍋爐過熱器與出來的過熱蒸汽通過管道進入汽輪機T，蒸汽部分熱能在T中轉(zhuǎn)換為機械帶動發(fā)電機發(fā)電，作了功的低壓乏汽排入冷凝器C，對冷卻水放出汽化潛熱，凝結(jié)成水，凝結(jié)成的水由給水泵P送進省煤器D進行預熱，然后在鍋爐B內(nèi)吸熱汽化，飽和(boh)蒸汽進入過熱器S繼續(xù)吸熱成過熱蒸汽，過程可理想化為兩個定壓過程，兩個絕熱過程朗肯循環(huán)。P12q23（2）4BSq16CT二、朗肯循環(huán)(xnhun)及其熱效率圖10-2 簡單蒸汽動力裝置流程示意圖D發(fā)電機共八十五頁

6、實際的蒸汽動力循環(huán)(xnhun)都是以朗肯循環(huán)(xnhun)為基礎的。P12q23（2）4Bq1CT鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器 四個主要(zhyo)裝置： 鍋爐 汽輪機 凝汽器 給水泵圖10-2 簡單蒸汽動力裝置流程示意圖共八十五頁po48p1p26172vTo43(2)856127s3(2)12：汽輪機中絕熱膨脹23：冷凝(lngnng)器中定壓冷凝(lngnng)34：給水泵中絕熱壓縮(y su)456：鍋爐中定壓加熱61：過熱器中定壓加熱5圖10-3 水蒸氣的朗肯循環(huán)共八十五頁sT2、朗肯循環(huán)(xnhun)的計算吸 熱 量放 熱 量循環(huán)(xnhun)熱效率吸熱平均溫度放熱平均溫度循環(huán)熱

7、效率汽 耗 率 汽耗率：每生產(chǎn)kW.h （3600kJ）的功 所消耗的蒸汽量。234共八十五頁朗肯循環(huán)(xnhun)熱效率1kg新蒸汽(zhn q)在鍋爐和過熱器中吸熱量為:q1=h1-h41kg廢汽在冷凝器中向冷卻水放熱量為:q2=h2-h3故循環(huán)有效吸熱量為: q0=q1-q2=（h1-h4）-（h2-h3）1kg工質(zhì)在汽輪機中絕熱過程所作的功: 1kg工質(zhì)在水泵中中絕熱過程消耗的功: 故循環(huán)凈功為: 則 To43(2)856127s共八十五頁因為(yn wi)循環(huán)的熱效率為略去水泵消耗比軸功，h3=h2蒸汽(zhn q)動力裝置的熱效率為（10-1）一般很小，占12%，新蒸汽焓乏汽焓凝結(jié)

8、水焓共八十五頁1234hs朗肯循環(huán)(xnhun)在h-s圖上的表示共八十五頁例10-1 某遠洋船的汽輪機按朗肯循環(huán)用過熱(u r)蒸汽工作，蒸汽的初始參數(shù)為： p1=5Mpa，t1=440，冷凝器中的蒸汽壓力p2=0.005Mpa，試求循環(huán)熱效率。 解 根據(jù)(gnj)p1=5Mpa，t=440，由水蒸氣h-s圖中找到點1，查得h1=3293.2kJ/kg。 hsX=1p1t11p22h2=2069.2kJ/kg p2=0.005Mpa查飽和水蒸氣表得 h2=137.77 kJ/kg (由p2、定s確定，此時具有一定的濕度)共八十五頁例1 已知朗肯循環(huán)的初壓p1=5MPa,初溫t1=500，乏汽

9、壓力 p2=5kPa，試求該循環(huán)的平均吸熱(x r)溫度、循環(huán)熱效率及乏 汽干度。解 查水蒸氣表 由p1=5MPa,t1=500查得p2=5kPa=0.005MPa時計算(j sun)乏汽的干度乏汽的焓sT234共八十五頁查表得吸熱量(rling)放熱量(rling)熵變量吸熱平均溫度放熱平均溫度共八十五頁吸熱量(rling)放熱量(rling)吸熱平均溫度熱效率放熱平均溫度熱 效 率共八十五頁1、初溫T1對熱效率的影響(yngxing)。四、蒸汽參數(shù)對熱效率的影響(yngxing)圖10-3 初溫t1對t的影響優(yōu)點：循環(huán)吸熱溫度 ， ，有利于汽機安全。缺點： 對耐熱及強度要求高，目前最高初溫

10、一般在550-620 ，正朝700 攻關; 汽機出口尺寸大1T2x2vtht%0 300 350 400 450 500 550353637383940初溫 t32145T1T1sT共八十五頁2、初壓p1對熱效率的影響(yngxing)圖10-4 初壓p1對t的影響(yngxing) 提高初壓將使絕熱膨脹終點的干度下降。因為提高初溫能提高乏汽的干度,所以提高初壓和提高初溫應同步進行。5505004003500.480.440.400.36s325411TT1T0 3 6 9 12 15 18 21th1T1p2v2xp1共八十五頁3、背壓p2對熱效率的影響(yngxing)T561233aO7

11、8s2a圖10-5 背壓p2對t的影響(yngxing)優(yōu)點： 局限：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組p2為0.00350.005MPa，相應的飽和溫度t2約為27 33 ，已接近事實上可能達到的最低限度。冬天環(huán)境溫度較低，可以達到較低的凝結(jié)溫度， p2，熱效率較高。此外，降低p2若不提高t1，亦會引起乏汽干度x2a降低，其后果與單獨提高p1類似。2Tth共八十五頁3、背壓p2對熱效率的影響(yngxing)0.400.410.420.430.450.460.470.48p2 kPa14532ss1s3s3T0T1Tt共八十五頁蒸汽參數(shù)的影響(yngxing)歸納如下: (1)提高蒸汽初參數(shù) p1

12、，t1,可以提高循環(huán)熱效率（蒸汽溫度提高50 ，循環(huán)效率提高2個百分點）現(xiàn)代蒸汽動力循環(huán)朝著高參數(shù)方向發(fā)展。我國目前采用(ciyng)的亞臨界機組參數(shù)見表10.1。低參數(shù) 中參數(shù) 高參數(shù) 超高參數(shù) 亞臨界參數(shù)初壓/MPa初溫/發(fā)電功率/MW1.3 3.5 9.0 13.5 16.5340 435 535 550, 535 550, 5351.53 625 50100 125, 200 200, 300, 600表10.1 亞臨界及以下參數(shù)的機組(汽輪機進口參數(shù))共八十五頁表10.2 超臨界參數(shù)機組(鍋爐(gul)出口參數(shù))機組類型蒸汽壓力MPa蒸汽溫度電廠效率%發(fā)電煤耗g/kWh亞臨界機組17

13、.0540/54038324超臨界機組25.5567/56741300高溫超臨界25.0600/60044278超超臨界機組30.0600/600/60048256高溫超超臨界30.070057215共八十五頁注：臨界壓力：22.12 MPa, 臨界溫度(ln ji wn d)：374.15 第一臺試驗性超臨界125MW機組（31 MPa,621/566/538）,1957年在美國投運。 第二臺超臨界325MW機組（34.4 MPa,649/566/566）,1959年在美國投運。參數(shù)年代20世紀初期30年代40年代50年代60年代90年代20052015蒸汽溫度250370400430480

14、500500535538566538566566593610613700720蒸汽壓力Mpa0.81.01.53.03.08.0814亞臨界亞臨界超臨界33.540再熱次數(shù)一次二次二次二次表10.3 國外火電(hu din)機組蒸汽參數(shù)的發(fā)展共八十五頁表10.4 部分(b fen)超臨界機組經(jīng)濟性舉例電廠 項目蒸汽參數(shù)機組效率,%投運年份丹麥Vesk電廠407 MW25.1 MPa,560/56045.31992法國STAUDINGE廠550 MW25 MPa,540/56042.51992德國ROSTOCK電廠559 MW25 MPa,540/56042.51994韓國500 MW24 MP

15、a,538/53841石洞口二廠600 MW24.2 MPa,538/56641.091992日本松蒲電廠1000 MW25.2 MPa,598/596441997丹麥Nordjylland電廠 410 MW28.5 MPa,580/580/580471998西門子設計400-1000 MW27.5 MPa,589/600451999歐洲Future 33.5 MPa,610/630502005歐洲Future 40.0 MPa,700/72052-552015平圩電廠600 MW ( 亞臨界)17 MPa,537/53736.91989共八十五頁 (2)降低乏氣壓力(yl)可以提高循環(huán)熱效率

16、(乏氣壓力每降低2kPa,循環(huán)效率提高1個百分點)。但乏氣壓力受環(huán)境溫度限制。目前火力發(fā)電廠一般在0.004MPa0.006MPa的乏氣壓力下運行。共八十五頁汽輪機實際(shj)所做的技術功：五、有摩阻的實際(shj)循環(huán)h1h2hO1p1t2p22act2ts1T543(2)O96122act87s圖10-6 汽輪機中的不可逆過程（11-2）共八十五頁少作的功等于在冷凝器中多排出(pi ch)的熱量h2act-h2。用汽輪機的相對內(nèi)效率來衡量(hng ling)做功損失：現(xiàn)代大型汽輪機的T在0.850.92之間。汽輪機效率則循環(huán)內(nèi)部熱效率i為共八十五頁有效(yuxio)功耗汽率:內(nèi)部(nib

17、)功耗汽率:耗汽率：裝置每輸出單位功量所消耗的蒸汽量。理想耗汽率：D為蒸汽耗量。機械效率汽輪機的相對內(nèi)效率共八十五頁實際上，若考慮水泵等熵壓縮(y su)的耗功和不可逆的壓縮(y su)，循環(huán)的Ts圖應該如上圖所示。234sT共八十五頁五、實際(shj)循環(huán)的計算234sT已知求關鍵(gunjin)：得到因所以共八十五頁P1234BCT圖10-8 再熱循環(huán)設備(shbi)示意圖10-2 再熱循環(huán)為了使x2,可采用再熱循環(huán):當新汽膨脹到某一中間壓力后撤出汽輪機，導入鍋爐中特設的再熱器R或其他換熱設備中，使之再加熱，然后(rnhu)再導入汽輪機繼續(xù)膨脹到背壓p2。SR共八十五頁從右圖可以看出，再熱

18、后膨脹到相同的背壓時的干度x2增高，給提高初壓創(chuàng)造(chungzo)了條件。熱效率:Ts0543(2)6b1ac2圖10-9 再熱循環(huán)的T-s圖再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率，循環(huán)熱效率與再熱壓力(yl)有關。效率隨著再熱壓力的升高而升高（平均吸熱溫度），但再熱壓力對x2的改善作用較少。并且再熱壓力減少再熱循環(huán)占基本循環(huán)的比例。共八十五頁16432sT四、再熱壓力對循環(huán)熱效率大小(dxio)的影響T15T2共八十五頁蒸汽(zhn q)再熱循環(huán)的實踐 再熱壓力(yl) pb=pa0.20.3p1 p113.5MPa，一次再熱 超臨界機組， t1600，p125MPa，二次再熱共八十五頁1652

19、2hh6h1h5h2h2p1p RHp2x2x9x=1st1共八十五頁 回熱循環(huán)利用蒸汽回熱消除朗肯循環(huán)中水在較低溫度下吸熱的不利影響, 提高熱效率?，F(xiàn)代的大型蒸汽動力裝置無一例外的采用抽汽回熱循環(huán)：從汽輪機適當位置抽出少量尚未完全膨脹(png zhng)，壓力、溫度相對較高的蒸汽，加熱低溫凝結(jié)水。理論上說，抽汽級數(shù)越多，效率提高越多，隨著初參數(shù)的提高，抽汽級數(shù)從2、3級到7、8級，參數(shù)越高、容量越大的機組，回熱級數(shù)越多。q2P1123 (2 )BSq16CTRP24010110-3 回熱循環(huán)圖10-8 抽氣(chu q)回熱循環(huán)流程圖共八十五頁Ts010-3 回熱循環(huán)51043(2)1610

20、2圖10-9 一級抽氣(chu q)回熱循環(huán)T-s圖 對于一級抽汽回熱循環(huán)，每千克狀態(tài)為1的新蒸汽絕熱膨脹到狀態(tài)01（p01,t01），即從汽輪機中抽出1kg，將之引入回熱器。剩下的（1-1）kg蒸汽在汽輪機內(nèi)繼續(xù)膨脹到2，然后進入冷凝器，被冷卻凝結(jié)成冷卻水2,再經(jīng)給水泵加壓到p01進入回熱器。在其中被1kg的抽汽加熱成飽和水，并與1kg的蒸汽凝結(jié)的水匯成1kg狀態(tài)為的飽和水。然后被給水泵加壓，泵入鍋爐，繼續(xù)完成(wn chng)循環(huán)。由于T-s圖上各點質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功。1kgkgkg共八十五頁若考慮水泵(shubng)等熵壓縮耗功12A4Ts3651kgkgkg共八十五頁循環(huán)

21、(xnhun)熱效率:抽汽量:一般(ybn)忽略水泵的耗功，認為 ，并有： 可以證明：回熱循環(huán)的熱效率一定大于單純朗肯循環(huán)的熱效率?，F(xiàn)代大型蒸汽動力裝置都采用回熱循環(huán)，但一般很少超過8級，以免系統(tǒng)過于復雜。 回熱循環(huán)的計算回熱過程中的熱平衡關系式：回熱器共八十五頁(1) 回熱循環(huán)的t大于單純朗肯循環(huán)的t；(2) 鍋爐熱負荷降低，可減少鍋爐受熱(shu r)面積，節(jié)省金屬材料；(3) 汽耗率增大使高壓端蒸汽流量增加，而抽汽減少了低壓端的排汽流量，于是，解決了第一級葉片太短而末級葉片太長的矛盾。(4) 可減少冷凝器換熱面積，節(jié)省銅材?；責嵫h(huán)的優(yōu)點(yudin):回熱循環(huán)的特點:循環(huán)中工質(zhì)自熱源吸

22、熱量q1，向冷源放熱量q2及循環(huán)凈功wnet都比原朗肯循環(huán)的對應量要小。但由于工質(zhì)平均吸熱溫度提高，平均放熱溫度不變，故循環(huán)熱效率提高?；責嵝侍岣叩幕驹碓谟跓崮艿姆旨?、合理利用。共八十五頁分級(fn j)(二級)抽汽回熱循環(huán)系統(tǒng)示意圖 kg(1-1)kg2kg1kg1kgh02h02h2h2h01h011kgTurbineCondenserqinqoutGeneratorElectricityBoiler PumpPumpPumpOpen FWHOpen FWHh10102215Tsp1p01p02p2共八十五頁第一(dy)、二級回熱器的能量分析模型OpenFWHOpenFWH共八十五頁

23、 在某二級抽汽回熱中，已知： p1=17MPa、 t1=550、p2=5kPa，抽汽壓力(yl)分別為4MPa和0.4 MPa，試求： （1）抽汽量1和2；（2）汽輪機作功wt，act、水泵耗功wp及循環(huán)凈功wnet,act；（3）循環(huán)內(nèi)部熱效率i和實際耗汽率di；（4）各過程(guchng)及循環(huán)的不可逆損失。例 10-5P330共八十五頁解：本題(bnt)裝置示意圖和T s 圖如下所示：q2P113 (2 )BSq16CTR2P2402022actR1P301011 kg2 kg(1-1 -2)kg(1-1 )kg1 kg1 kgsT050143(2)16012act022ba02p2ac

24、tp1p01p02圖10-10 兩次抽汽回熱循環(huán)的裝置(zhungzh)示意圖和Ts 圖共八十五頁（1） 先確定點1、a和b的狀態(tài)參數(shù)，再利用求得： 再分別(fnbi)對回熱器R1及R2列熱平衡方程式， 進而求得：共八十五頁（2）利用(lyng)： 以及 求得：共八十五頁若忽略(hl)水泵功，認為： 則 共八十五頁（4）參見教材P.332333。主要思路是： 計算出工質(zhì)流經(jīng)各個設備過程中的熵產(chǎn)，再利用損失(snsh)方程，計算出工質(zhì)流經(jīng)各個設 備導致的作功能力損失(snsh)。共八十五頁提高(t go)循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)(xnhun)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)內(nèi)部形式回

25、熱循環(huán)再熱循環(huán)改變循環(huán)外部形式熱電聯(lián)產(chǎn)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動力循環(huán)IGCCPFBC-CC.共八十五頁在普通蒸汽動力循環(huán)中，由于有大部分熱量最終通過冷卻水散發(fā)到環(huán)境中，故造成 （1）熱浪費（2）熱污染。熱化（即熱電合供循環(huán)，簡稱熱電循環(huán)）是指“通過提高(t go)汽輪機（背壓式汽輪機）的排汽壓力（通常0.1MPa）和乏汽溫度，再把乏汽或乏汽中的熱量供給生活或工業(yè)之用，以解決熱浪費和熱污染問題”的方案。熱電合供循環(huán)(xnhun)的定義：*10-4 熱電合供循環(huán)共八十五頁q2q1P12a3a（2a）4BS6AT熱電合供循環(huán)(xnhun)1-2a-3a-5-6-1的設備示意圖和T-s圖如下（A-用戶

26、）:TO77a33a512a2s8圖10-11 熱電循環(huán)(xnhun)流程示意圖圖10-12 熱電循環(huán)T-s圖共八十五頁1234背壓式汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)(xnhun)UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeat exchanger共八十五頁分汽供熱冷凝(lngnng)式汽輪機組（撤汽式汽輪機組）背壓式汽輪機組的缺點：（1）熱效率低；（2）電能生產(chǎn)隨用戶對熱量需求的變動而變動。 分汽供熱冷凝式汽輪機組（如右圖）可以自動調(diào)節(jié)(tioji)熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。，故電廠多采用之。PBSCTAP圖10-13 撤汽式汽輪機組示意

27、圖共八十五頁抽汽調(diào)節(jié)(tioji)式熱電聯(lián)產(chǎn)設備系統(tǒng)圖TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulator valveHeat exchangerUser共八十五頁機組循環(huán)系統(tǒng)(xnhun xtng)總圖示意圖11.33MPa,536.42.10MPa,537.50.50MPa,346254.535.7401.00.47MPa,349.66.53kP5.52kP共八十五頁熱電合供循環(huán)(xnhun)的經(jīng)濟性評價：顯然，熱電合供方案(fng n)會降低循環(huán)的熱效率。考慮到此循環(huán)的提高熱量利用的目的，故也把

28、熱量利用系數(shù)作為其經(jīng)濟性評價的一個指標。注意：熱電廠是以燃料的總釋熱量為基準計算熱量利用系數(shù)的，即：共八十五頁* 10-5 幾種與蒸汽有關(yugun)的動力循環(huán)一、超臨界壓力(yl)蒸汽動力裝置的簡單循環(huán) 此循環(huán)的T-s圖如右圖所示。由于平均吸熱溫度較高，它的熱效率明顯高于朗肯循環(huán)。OT43(2)12s圖10-14 超臨界壓力蒸汽動力裝置簡單循環(huán)的T-s圖共八十五頁哈汽制造(zhzo)的中國首臺超臨界汽輪機組轉(zhuǎn)子共八十五頁兩氣循環(huán)是兩種工質(zhì)聯(lián)合運行的蒸氣循環(huán)。右圖是汞水兩氣循環(huán)的T-s圖，其中(qzhng)汞在過程2a3a的放熱量用于加熱水（過程46）。此循環(huán)的效率可達到5060，約為同溫限

29、間卡諾循環(huán)效率的9095。二、兩氣循環(huán)(xnhun)5a3a8a7a87因為汞的毒性和價格，此循環(huán)尚無實際應用。TOs11a2a6543(2)2圖10-15 兩氣循環(huán)共八十五頁三、蒸汽燃氣聯(lián)合(linh)循環(huán)12345abdefcQ23QbeQfa空氣壓氣機燃燒室燃氣輪機發(fā)電機發(fā)電機蒸汽輪機凝汽器泵余熱鍋爐排入大氣12345abef圖10-16 燃氣蒸汽(zhn q)聯(lián)合循環(huán)（ Brayton循環(huán) Rankine循環(huán)） TOs共八十五頁表10.5 當代先進燃氣輪機(rnqlnj)及聯(lián)合循環(huán)性能 機型項目西屋501-ATSGE-MS7001HABB GT26西門子KWU燃氣初溫，15101430

30、12601190壓 比28233016.6簡單循環(huán)凈出力,MW290265240簡單循環(huán)效率,%4138.538聯(lián)合循環(huán)凈出力,MW426400396359聯(lián)合循環(huán)效率,%616058.558.1共八十五頁提高進氣初溫的效果 燃氣初溫決定(judng)了燃氣輪機的效率和比功，計算和實踐表明，燃氣初溫提高100，可使燃機效率增加2%3%，進一步提高燃氣初溫將是未來燃氣輪機發(fā)展的方向，這就需要發(fā)展以下技術： 高溫材料技術。 蒸汽冷卻技術。 熱涂層技術。 陶瓷燃氣輪機。共八十五頁 此聯(lián)合循環(huán)結(jié)合了蒸汽動力循環(huán)和燃氣動力循環(huán)。它分別以燃氣和蒸汽為高、低溫工質(zhì)，并把燃氣輪機的排氣（400650）作為(z

31、uwi)蒸汽輪機裝置（上限溫度極少超過600）的加熱源。 與單純的蒸汽或燃氣動力循環(huán)相比，此循環(huán)的效率顯然要高(?)，如果再采用回熱和再熱等措施，這種聯(lián)合循環(huán)的實際效率可達4757。 就燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)而言，考慮到廢煙氣所帶走的熱量(Q51)后，其熱效率為：共八十五頁本章(bn zhn)作業(yè)第十章10-7、10、15、16pp. 345347共八十五頁例10-2 某基本蒸汽動力裝置，其新汽壓力p1=170bar，t1=550,汽輪機排汽壓力p2=0.05bar。求汽輪機所產(chǎn)生的功；循環(huán)熱效率；汽耗率；若汽輪機相對內(nèi)效率oi=0.90，則實際(shj)循環(huán)熱效率與實際(shj)汽耗率為多少？解

32、 根據(jù)(gnj)p1=170bar，t1=550，查表得h1=3424kJ/kg，s1=6.4434kJ/(kgK)。 hsX=1p1t11p22可逆過程1-2： s2=s1= 6.4434kJ/(kgK)p2=0.05bar時， h2=137.77kJ/kg h2”=2561.2 kJ/kg ， s1 =0.4762kJ/(kgK) s2” =8.3952 kJ/(kgK)共八十五頁1-3為實際(shj)過程 hsX=1p1t11p223共八十五頁10-1簡單蒸汽動力裝置循環(huán)（即朗肯循環(huán)）蒸汽的初壓p1=3MPa，終壓p2=6kPa，初溫如下所示，試求在各種不同初溫時循環(huán)的熱效率t，耗汽率d

33、及蒸汽的終干度x2，并將所求得的各值填寫入表內(nèi)，以比較所求得的結(jié)果。解題思路：注意蒸汽動力循環(huán)，1-2膨脹(png zhng)做功；2-3冷凝放熱；3-4水泵壓縮；4-1各種換熱加熱設備中受熱。從焓熵圖表中查找對應狀態(tài)的焓值進行計算。 To43(2)856127spo48p1p26172v3(2)5共八十五頁解：（1）p1=3MPa，t1=300 ，p2=6kPa。由h-s圖查得：h1=2996kJ/kg，h2=2005kJ/kg，x2=0.761，t2=36。取飽和(boh)水h2cwt2=4.187kJ/(kgK)36=150.7kJ/kg、v20.001m3水泵功近似為wp=v2(p2p

34、1)=0.001m3/kg(3.00.006)103kPa=2.994kJ/kg3kJ/kg相當于h4-h3 。熱效率若略去(l q)水泵功，則 即h1-h4，蒸汽吸熱共八十五頁（2）p1=3MPa，t1=500，p2=6kPa，由h-s圖查得：h1=3453kJ/kg、h2=2226kJ/kg、x2=0.859,t2=36;取h2cwt2=4.187kJ/(kgK)36=150.7kJ/kg,若不計水泵(shubng)功，則共八十五頁初溫對蒸汽動力循環(huán)的效率有很大的影響。初溫, t, d,但干度, 對裝置的安全性有一定的影響。因此，很少單純采取提高初蒸汽溫度(wnd)的方法來提高蒸汽動力循環(huán)

35、的效率的。t/300500t0.34760.3716d/kg/J1.0091068.1510-7x20.7610.859共八十五頁10-7設有兩個蒸汽再熱動力裝置循環(huán)(xnhun)，蒸汽的初參數(shù)都為p1=12.0MPa，t1=450 ，終壓都為p2=0.004MPa，第一個再熱循環(huán)再熱時壓力為2.4MPa，另一個再熱時的壓力為0.5MPa，兩個循環(huán)再熱后蒸汽的溫度都為400。試確定這兩個再熱循環(huán)的熱效率和終溫度，將所得的熱效率、終溫度和朗肯循環(huán)作比較，以說明再熱時壓力的選擇對循環(huán)熱效率和終濕度的影響。注：濕度(shd)是指1kg濕蒸汽中所含和水的質(zhì)量，即（1x）。Ts0543(2)6b1ac2

36、共八十五頁解： （1）由p1=12.0MPa、t1=450及再熱壓力(yl)pb=2.4MPa，由h-s圖查得h1=3212kJ/kg、s1=6.302kJ/(kgK)、hb=2819kJ/kg、ha=3243kJ/kg、h2=2116kJ/kg、x2=0.820排汽終壓p2=0.004MPa、s1=sc=sb=6.302kJ/(kgK)，飽和水sc=0.4221kJ/(kgK)、飽和蒸汽sc=8.4725kJ/(kgK)p2=0.004MPa；h2=121.30kJ/kg；h2=2553.5kJ/kg終濕度(shd)y2=1x2=10.82=0.18Ts0543(2)6b1ac2解題思路，抓

37、住2個參數(shù)確定一個狀態(tài)的思想，初態(tài)1給定，定熵到再熱壓力下的b，等壓加熱到初溫的a，再定熵到背壓下的2。排汽點基本都在濕蒸汽區(qū)，排汽點2確定下來，干、濕度也是確定的。共八十五頁（2）再熱壓力(yl)pb=0.5MPa時，h1、xc、h2同（1）hb=2530kJ/kg、ha=3275kJ/kg、h2=2350kJ/kg、x2=0.916濕度(shd)y2=1x2=10.916=0.084(3)無再熱朗肯循環(huán)：hc=h2+xc(h2h2)=121.30kJ/kg+0.730(2553.5121.30)kJ/kg=1896.8kJ/kg濕度y2=1xc=10.730=0.27共八十五頁由此可見，再

38、熱壓力(yl)高，可提高循環(huán)效率，但提高干度的作用不顯著，再熱壓較低，提高干度作用較大，但可能引起循環(huán)熱效率下降。t/%y2無再熱42.550.27再熱壓力 2.4MPa43.250.18再熱壓力 0.5MPa40.020.084列表(li bio)比較共八十五頁10-10某發(fā)電廠采用的蒸汽動力裝置，蒸汽以p1=9.0MPa，t1=480的初態(tài)進入汽輪機。汽輪機的T=0.88。冷凝器的壓力與冷卻水的溫度有關(yugun)。設夏天冷凝器溫度保持35。假定按朗肯循環(huán)工作。求汽輪機理想耗汽率d0與實際耗汽率di。若冬天冷卻水水溫降低。使冷凝器的溫度保持15，試比較冬、夏兩季因冷凝器溫度不同所導致的以

39、下各項的差別：加熱量；熱效率（可略去水泵功）解：由p1=9.0MPa、t1=480 ，查得h1=3336kJ/kg、s1=6.5894kJ/(kgK)。（1）夏天，t2=35，由飽和水與水蒸氣表中查得：p2=0.0056263MPah2=146.59kJ/kg。由h-s圖查得h2s=2016kJ/kg。共八十五頁汽輪機的理論技術功：wt=h1h2s=3336kJ/kg2016kJ/kg=1320kJ/kg汽輪機的實際技術功：wt=Twt=0.881320kJ/kg=1161.6kJ/kg若不計水泵(shubng)功時，循環(huán)的內(nèi)部功：wi=wt=1161.6kJ/kg吸熱量：q1=h1h2=33

40、36kJ/kg146.59kJ/kg=3189.4kJ/kg裝置(zhungzh)的內(nèi)部熱效率：理想耗汽率：實際耗汽率：與之前的題目的差別在于考慮了實際的損失，引入T，只要理解T的含義即可。共八十五頁（2）冬天(dngtin)，t2=15，由飽和水與水蒸氣表查得p2=0.0017053MPa、h2=2528.07kJ/kg、h2=62.95kJ/kg、s2=0.2243kJ/(kgK)、s2=8.7794kJ/(kgK)、s2=s1=6.5894kJ/(kgK)h2s=x2h2+(1x2)h2=0.7442528.07kJ/kg+(10.744)62.95kJ/kg=1897.0kJ/kgwt

41、=h1h2s=3336kJ/kg1897.0kJ/kg=1439kJ/kgwt=Twt=0.881439kJ/kg=1266.32kJ/kgq1=h1h2=3336kJ/kg62.95kJ/kg=3273.05kJ/kg共八十五頁列表(li bio)比較 wi/ kJ/kgq1/ kJ/kgt/ %夏天1161.63189.436.4冬天1266.323273.0538.7季節(jié)變化，導致膨脹終態(tài)的排汽壓力不同造成了做功能力和效率的變化，還是比較顯著的。同樣，由于機組所處(su ch)的地域氣候差異，造成蒸汽動力循環(huán)裝置的效率也有高低。 共八十五頁10-15某熱電廠（或稱熱電站）以背壓式汽輪機的乏汽供熱，其新汽參數(shù)為3MPa、400。背壓為0.12MPa。乏汽被送入用熱系統(tǒng)，作加熱蒸汽用。放出熱量后凝結(jié)為同一壓力的飽和水，再經(jīng)水泵返回鍋爐。設用熱系統(tǒng)中熱量消費為1.061010kJ/h，問理論上此背壓式汽輪機的電功率輸出為多少kW？解：已知p1=3.0MPa，t1400、p2=0.12MPa、Q2=1.061010kJ/h。查h-s圖得：h1=3232kJkg、h2=2540kJkg查表得：h2=439.37kJkg每kg蒸汽凝結(jié)(nngji)放出熱量q2=h2h2=2540kJ/kg439.37kJ/kg=