燃氣蒸汽動力循環(huán)課件

發(fā)電廠遠景圖蒸汽動力循環(huán)裝置教學(xué)目標：使學(xué)生掌握蒸汽動力循環(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。1１223344psvT飽和蒸汽的卡諾循環(huán)飽和蒸汽的卡諾循環(huán)11-1簡單蒸汽動力裝置循環(huán)─朗肯循環(huán)一、工質(zhì)為水蒸汽的卡諾循環(huán)簡單蒸汽動力裝置流程圖蒸發(fā)管過熱器爐墻汽包水泵鍋爐葉片噴管汽輪機冷凝器水箱軸發(fā)電機朗肯循環(huán)在T-S圖和p-v圖中的表示sT1234pvsT2、朗肯循環(huán)的計算吸熱量放熱量循環(huán)熱效率吸熱平均溫度放熱平均溫度循環(huán)熱效率汽耗率

汽耗率：每生產(chǎn)１kW.h（3600kJ）的功所消耗的蒸汽量。１234例1已知朗肯循環(huán)的初壓p1=5MPa,初溫t1=500℃，乏汽壓力p2=5kPa，試求該循環(huán)的平均吸熱溫度、循環(huán)熱效率及乏汽干度。解題思路根據(jù)sT１234問題:如何求平均放熱溫度?如何求平均吸熱溫度?例1已知朗肯循環(huán)的初壓p1=5MPa,初溫t1=500℃，乏汽壓力p2=5kPa，試求該循環(huán)的平均吸熱溫度、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時計算乏汽的干度乏汽的焓sT１234吸熱量放熱量吸熱平均溫度熱效率放熱平均溫度熱效率0300350400450500550ηt%35363738394032145T1T1’1、蒸汽初溫對循環(huán)熱效率的影響sT初溫

t℃蒸汽初溫對循環(huán)熱效率的影響

三、蒸汽參數(shù)對熱效率的影響550℃500℃400℃350℃0.480.440.400.36s325411`TT1ηT036912151821初壓p1MPa2、蒸汽初壓對循環(huán)熱效率的影響蒸汽初壓對循環(huán)熱效率的影響蒸汽參數(shù)的影響歸納如下:

(1)提高蒸汽初參數(shù)p1，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。我國目前采用的亞臨界機組參數(shù)見表11.1。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/MW1.33.59.013.516.5340435535550,535550,5351.5—36—2550—100125,200200,300,600表11.1亞臨界及以下參數(shù)的機組(汽輪機進口參數(shù))表11.2超臨界參數(shù)機組(鍋爐出口參數(shù))機組類型蒸汽壓力MPa蒸汽溫度℃電廠效率%供電煤耗g/kWh亞臨界機組17.0540/54038324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我國超臨界機組的參數(shù)尚未形成標準系列。注：臨界壓力：22.12MPa,臨界溫度：374.15℃第一臺試驗性超臨界125MW機組（31MPa,621/566/538℃）,1957年在美國投運。第二臺超臨界325MW機組（34.4MPa,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℃250～370400～430480～500500～535538～566538～566566～593610～613700～720蒸汽壓力Mpa0.8～1.01.5～3.03.0～8.08～14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11.3國外火電機組蒸汽參數(shù)的發(fā)展(2)降低乏氣壓力可以提高循環(huán)熱效率(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0.004MPa─0.006MPa的乏氣壓力下運行。四、有摩阻的實際循環(huán)吸熱量放熱量汽輪機作功水泵耗功循環(huán)熱效率循環(huán)凈功１234sT汽輪機的相對內(nèi)效率水泵的相對內(nèi)效率165432‘2sT16522’hh6h1h5h2h2‘p1p

RHp2x2’x2x=1st1蒸汽再熱循環(huán)的T-s圖和h-s圖二、蒸汽再熱循環(huán)在T-s圖和p-v圖中表示三、再熱循環(huán)分析

循環(huán)作功(忽略泵功)：循環(huán)熱效率：165432‘2sT

吸熱量:再熱循環(huán)具有比朗肯循環(huán)高的熱效率。則只有當:165432‘2sT對比朗肯循環(huán)熱效率:16432sT四、再熱壓力對循環(huán)熱效率大小的影響T15T2再熱壓力對循環(huán)熱效率大小的影響12A4Ts２A153一、回熱循環(huán)系統(tǒng)示流程圖和T-s圖鍋爐汽輪機泵冷凝器OpenFWHFWH=Feedwaterheaterqinqout43665泵1kgkgkgwturb,out11-3回熱循環(huán)1kgkgkg回熱器的能量分析模型OpenFWH能量平衡方程抽汽量回熱器的能量分析模型假設(shè)條件:

各股工質(zhì)的速度接近;忽略回熱器的散熱。12Ａ4Ts3651kgkgkg吸熱量放熱量汽輪機作功水泵耗功循環(huán)熱效率二、回熱循環(huán)的計算循環(huán)凈功一級抽汽回熱循環(huán)的熱效率：與朗肯循環(huán)熱效率相比(忽略泵功):所以抽汽循環(huán)的熱效率高于朗肯循環(huán)熱效率。

現(xiàn)代蒸汽動力裝置一般抽汽回熱的級數(shù)為7～8級，而且往往回熱和再熱同時并用，以求使蒸汽動力裝置得到盡可能高的熱效率。但這將使裝置的復(fù)雜性大為增加,投資增加。ⅡⅠ分級(二級)抽汽回熱循環(huán)系統(tǒng)示意圖

kg(1-α1)kgα2kgα1kg1kgh02’h02h2’h2h01h01’1kg汽輪機冷凝器qinqout發(fā)電機電能鍋爐泵泵PumpOpenFWHOpenFWHh10102215Tsp1p01p02p2第一、二級回熱器的能量分析模型OpenFWHⅠOpenFWHⅡ機組循環(huán)系統(tǒng)總圖示意圖11.33MPa,536.4℃2.10MPa,537.5℃0.50MPa,346℃254.5℃35.7℃401.0℃0.47MPa,349.6℃6.53kP5.52kP多級回熱系統(tǒng)1234背壓式汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)用戶鍋爐汽輪機泵qinqout發(fā)電機電能熱交換器11-4

熱電合供循環(huán)抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)圖汽輪機鍋爐泵泵發(fā)電機電能OpenFWH冷凝器qinqout熱交換器用戶在熱電聯(lián)供循環(huán)中，工質(zhì)所吸收的熱量除一部分用于作功外,同時還向熱用戶供熱。評價熱電聯(lián)供循環(huán)的熱經(jīng)濟性指標除熱效率外，還有能量利用系數(shù)ξ：

對背壓式熱電聯(lián)供循環(huán)，理論上ξ將達到1，但實際上由于各種損失及泄漏，ξ值只有0.85左右。熱電聯(lián)供循環(huán)的熱經(jīng)濟性應(yīng)該用ξ和兩個指標來衡量。11-5燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠外景聯(lián)合循環(huán)裝置中的燃氣輪機燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)技術(shù)效率高：E級聯(lián)合循環(huán)效率51－52％F級55－57％，H級達到60％以上污染少：可將NOx排放控制在50mg/Nm3以內(nèi)啟動快、適合調(diào)峰：燃機單循環(huán)可以在20分鐘內(nèi)帶滿負荷聯(lián)合循環(huán)可以在60分鐘內(nèi)帶滿負荷可以實現(xiàn)黑啟動、提高電網(wǎng)安全性自動化程度高、人員配置少表11.5當代先進燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)性能

機型項目西屋501-ATSGE-MS7001HABBGT26西門子KWU燃氣初溫，℃1510143012601190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提高進燃氣初溫的效果燃氣初溫決定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(shù)：①高溫材料技術(shù)。②蒸汽冷卻技術(shù)。③熱涂層技術(shù)。④陶瓷燃氣輪機。例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ηoi=0.90，則實際循環(huán)熱效率與實際汽耗率為多少？解根據(jù)p1=170bar，t1=550℃，查表得h1=3424kJ/kg