熱力設(shè)備的性能評(píng)價(jià)分析陳則韶

第八節(jié)主要熱力設(shè)備的熱力性能評(píng)價(jià)方法第一頁，共三十頁。1鍋爐2蒸汽輪機(jī)3壓縮機(jī)4噴嘴和擴(kuò)壓管5冷凝器和水預(yù)熱器熱力循環(huán)中包括有吸熱、放熱、做功、耗功、能量形式轉(zhuǎn)換和能量、工質(zhì)的輸運(yùn)的各熱力設(shè)備，它們的熱力性能是構(gòu)成熱力循環(huán)性能的基礎(chǔ)。接下來介紹若干主要熱力設(shè)備的熱力性能分析與評(píng)價(jià)方法第二頁，共三十頁。1鍋爐鍋爐是將燃料的化學(xué)能經(jīng)過燃燒的方式轉(zhuǎn)化為工質(zhì)熱能的設(shè)備，是熱電廠的心臟

第三頁，共三十頁。鍋爐的工作原理第四頁，共三十頁。1）鍋爐的能量平衡分析煙氣爐渣燃料空氣水蒸氣給水熱損第五頁，共三十頁。

鍋爐效率定義為鍋爐產(chǎn)生的蒸汽所接受的熱量與供給鍋爐的燃料燃燒熱值之比鍋爐效率

應(yīng)用此式進(jìn)行計(jì)算為正平衡法，正平衡法所需數(shù)據(jù)容易測(cè)量，但是不能分析影響鍋爐效率原因。第六頁，共三十頁。

反平衡法計(jì)算鍋爐的效率

由上面得式子可知鍋爐的效率小于1，如果鍋爐的排煙溫度是1630℃，空氣溫度為30℃，則排除煙氣損失有0.063的熱量。普通鍋爐效率較低僅有50%-60%，而理想情況下的卡諾循環(huán)是100%，可見普通鍋爐有很大的改進(jìn)空間，主要通過減少排出的煙氣和爐渣的熱量，其次是減少鍋爐向外的傳熱。鍋爐的熱效率達(dá)到90%是否意味著鍋爐的設(shè)計(jì)很合理呢？第七頁，共三十頁。鍋爐的有效能分析煙氣爐渣燃料空氣水蒸氣給水熱損不可逆損失第八頁，共三十頁。鍋爐的有效率1）正算法2）反算法第九頁，共三十頁。和熱效率一樣，利用反算法的算式的分項(xiàng)計(jì)算可以清楚地弄清各個(gè)渠道損失的有效能比例數(shù)以便于改進(jìn)設(shè)計(jì)。因此反算法的有效率分析式在分析中使用更方便。公式中燃料的有效能計(jì)算式可根據(jù)下面的式子進(jìn)行計(jì)算：

固體燃料

氣體燃料

第十頁，共三十頁。鍋爐的不可逆熱損失分析：在鍋爐有效能分析中的鍋爐內(nèi)部不可逆性項(xiàng)包括燃料燃燒不可逆損失和燃?xì)鈧鳠峤o工質(zhì)時(shí)不可逆損失兩部分。前者可由公式計(jì)算。后者原則上可有燃燒平衡溫度的燃?xì)庾優(yōu)闊煔獾挠行苤蹬c工質(zhì)得到的有效能值之差再減去鍋爐由熱量損失的有效能得到。但是兩者不易嚴(yán)格區(qū)分。第十一頁，共三十頁。例題18-4已知某鍋爐給水為飽和水，，；出口蒸汽

，，，；

，，，，

；煙氣的比熱容?。?

煙氣溫度熱損溫度取近似飽和水溫度爐渣溫度取400k，環(huán)境溫度。求：（1）鍋爐的熱效率（2）鍋爐的熱損量（3）鍋爐煙氣的最高溫度（4）鍋爐的有效率（5）鍋爐的有效能損失率（6）熱損的有效能損失率（7）鍋爐煙氣的有效能損失（8）分析鍋爐的有效能損失并分析主要的損失因素第十二頁，共三十頁。13（1）鍋爐的熱效率：（2）鍋爐的熱損量：應(yīng)用能量守恒定律，取300k為鍋爐煙氣和爐渣焓為起算值0，焓用溫差乘以比熱容計(jì)算。（3）鍋爐煙氣的最高溫度

煙氣的提供的熱量應(yīng)等于蒸汽的焓增量，故有第十三頁，共三十頁。（4）鍋爐的有效率：（5）煙氣的有效能損失率：（6）熱損項(xiàng)有效能損失率：第十四頁，共三十頁。（7）鍋爐煙氣的有效能比率：（8）鍋爐的不可逆因素：鍋爐的不可逆因素有自發(fā)過程，煙氣對(duì)水加熱存在溫差過程，鍋爐煙氣和高溫水及水蒸氣通過保溫層的熱損失，排除煙氣和爐渣帶走的有效能不是不可逆損失的有效能本鍋爐的有效能損失率：燃燒過程的不可逆損失：第十五頁，共三十頁。煙氣給工質(zhì)傳熱過程由于存在溫差產(chǎn)生的有效能的不可逆損失：將計(jì)算結(jié)果繪制成圖進(jìn)行分析：有效能最主要損失項(xiàng)是不可逆熱損失，因此提高鍋爐有效率的方法是提高水蒸氣壓力。

熱效率圖有效率圖有效能損失分布圖第十六頁，共三十頁。2蒸汽輪機(jī)蒸汽輪機(jī)是流動(dòng)工質(zhì)的焓轉(zhuǎn)化為軸功輸出的設(shè)備。

第十七頁，共三十頁。蒸汽在膨脹過程中理論輸出的軸功蒸汽輪機(jī)在熱工轉(zhuǎn)換過程中包括有內(nèi)部損失和外部損失。內(nèi)部損失外部損失噴嘴損失渦流損失出口速度損失內(nèi)部滲漏濕度損失摩擦損失軸承外部摩擦油泵及調(diào)速器的動(dòng)力消耗外部放熱第十八頁，共三十頁。

當(dāng)考慮高速氣流對(duì)葉片的摩擦和氣流之間的摩擦的內(nèi)部不可逆損失蒸汽輪機(jī)的平衡方程為：

摩擦生熱使得>所以蒸汽輪機(jī)的輸出減少了。通常用等熵效率描述汽輪機(jī)的性能：

如果考慮汽輪機(jī)的外殼有熱量損失，記和分別表示單位蒸汽輪機(jī)的熱損和比蒸汽質(zhì)量的熱損失量。第十九頁，共三十頁。

考慮兩種損失的汽輪機(jī)的熵效率可見，汽輪機(jī)的熱量損失對(duì)其效率影響也很大；另外從電廠到鍋爐出口到汽輪機(jī)入口的熱量損失使得減小，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)輸出的軸功，其損失的熱量是以可做功焓值為代價(jià)。應(yīng)采取措施盡量減少高品質(zhì)熱量的散失。122’第二十頁，共三十頁。3壓縮機(jī)壓縮機(jī)是功能轉(zhuǎn)為工質(zhì)的壓能和熱力學(xué)能的設(shè)備。

第二十一頁，共三十頁。壓縮機(jī)的等熵效率定義為和是壓縮機(jī)實(shí)際耗功和理論耗功。對(duì)于壓縮機(jī)耗功裝置，其不可逆損失在達(dá)到同樣的壓縮比下使耗功增加。

第二十二頁，共三十頁。3擴(kuò)壓管和漸縮管擴(kuò)壓管是把工質(zhì)的速度能轉(zhuǎn)化為壓能的裝置漸縮管是通過消耗工質(zhì)壓力提高工質(zhì)速度的裝置

第二十三頁，共三十頁。兩者的性能用絕熱效率表示，噴嘴的絕熱效率為：

擴(kuò)壓管的絕熱效率為：第二十四頁，共三十頁。5冷凝器和水預(yù)熱器在蒸汽動(dòng)力循環(huán)中冷凝器。給水預(yù)熱器等熱交換器是重要的設(shè)備。第二十五頁，共三十頁。定壓情況下冷凝器中工質(zhì)對(duì)環(huán)境（冷卻水）放出的熱量為：第二十六頁，共三十頁。式中

為蒸汽的流量，h1和h2分別為蒸汽進(jìn)、出口的比焓。冷凝器中的蒸汽流速很慢，因此摩擦損失可以忽略，等壓冷凝過程可近似看做是可逆的。但是蒸汽與冷卻水存在的溫差傳熱是不可逆過程，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有影響。很明顯，如果冷凝器的換熱效果很好，且冷卻水流量較大，則蒸汽凝結(jié)溫度就會(huì)接近冷凝水的入口溫度T3,T3一定低于T2，使得冷凝壓力降低，使汽輪機(jī)增大的功在冷凝器中表現(xiàn)為蒸汽凝結(jié)損失的有效能。因此通過冷凝器的蒸汽有效能損失分析法可以了解冷凝器對(duì)系統(tǒng)的輸出功的影響。第二十七頁，共三十頁。在蒸汽凝結(jié)以對(duì)應(yīng)飽和蒸汽壓力T2的飽和蒸汽壓Ps，2的等壓進(jìn)行時(shí)；冷凝器中水蒸汽的流量失去的有效能流量為：假定冷凝器有很高的換熱效率，蒸汽的理想冷凝溫度可以降低到接近于冷卻水入口的溫度T3，對(duì)應(yīng)于T3的飽和蒸汽壓Ps，3,冷凝器從水蒸氣失去的有效能流量為：第二十八頁，共三十頁。謝謝！第二十九頁，共三十頁。內(nèi)容總結(jié)第八節(jié)主要熱力設(shè)備的熱力性能評(píng)價(jià)方法。和熱效率一樣，利用反算法的算式的分項(xiàng)計(jì)算可以清楚地弄清各個(gè)渠道損失的有效能比例數(shù)以便于改進(jìn)設(shè)計(jì)。煙氣的提供的熱量應(yīng)等于蒸汽的焓增量，故有。煙氣給工質(zhì)傳熱過程由于存在溫