吉林大學(xué)熱能與動力工程第五章 熱力發(fā)電原理與系統(tǒng)

第五章熱力發(fā)電原理與系統(tǒng)§5-1熱力發(fā)電基本循環(huán)§5-2現(xiàn)代熱力發(fā)電循環(huán)§5-3磁流體發(fā)電§5-4核能發(fā)電§5-1熱力發(fā)電基本循環(huán)：應(yīng)用1、朗肯循環(huán)：蒸汽動力裝置的基本循環(huán)

由鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器、水泵完成無流動阻力、摩擦、散熱、泄露等損失。抽象成4個可逆過程：水在鍋爐內(nèi)等壓加熱——蒸汽的過程，蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)絕熱膨脹過程；蒸汽從汽輪機(jī)排出后，在冷凝器內(nèi)進(jìn)行等壓凝結(jié)為飽和水的過程；水在水泵內(nèi)的絕熱壓縮過程。朗肯循環(huán)d-a：水加熱到沸騰

汽化成飽和蒸汽

過熱器內(nèi)

過熱蒸汽a-b：汽輪機(jī)內(nèi)絕熱膨脹過程b-c：冷凝器內(nèi)等壓凝結(jié)為水的過程c-d：水泵內(nèi)絕熱壓縮朗肯循環(huán)熱效率：2、布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的理論循環(huán)，由以下4個過程組成：1）空氣在壓氣機(jī)內(nèi)的絕熱壓縮過程；2）空氣在燃燒器內(nèi)的等壓加熱過程；3）空氣在燃?xì)廨啓C(jī)中的絕熱膨脹過程；4）空氣在大氣中的等壓放熱過程。

?內(nèi)燃機(jī)循環(huán)：壓縮、燃燒、膨脹都在同一氣缸里順序、重復(fù)進(jìn)行

氣流不連續(xù)；活塞的慣性力

轉(zhuǎn)速受限制

發(fā)動機(jī)功率受限。

布雷頓循環(huán)效率：其中，壓力比或增壓比pVTs絕熱壓縮絕熱膨脹?燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)：壓縮、燃燒、膨脹分別在壓氣機(jī)、燃燒器、燃?xì)廨啓C(jī)里進(jìn)行氣流連續(xù)

不受轉(zhuǎn)速的限制

功率?！?-2現(xiàn)代熱力發(fā)電循環(huán)一、回?zé)嵫h(huán)1．朗肯循環(huán)的特點(diǎn)：蒸汽全部在冷凝器內(nèi)凝結(jié)成水=鍋爐給水溫度

對給水的加熱量

靠燃料在爐內(nèi)燃燒放熱供給效率。2．汽輪機(jī)中間抽汽的作用：從汽輪機(jī)中間抽出部分作功、但壓力尚不太低的少量蒸汽來加熱凝結(jié)水

減少排入冷凝器的乏氣量，同時加熱水。對每kg蒸汽：作功量略減少，但抽汽部分

kg的蒸汽汽化潛熱得到利用

凝結(jié)水溫

到鍋爐的給水溫度

1kg工質(zhì)在鍋爐中吸熱量

，所需燃料量

。3．回?zé)嵫h(huán)效率定義：用抽汽加熱給水的蒸汽動力循環(huán)?；?zé)嵫h(huán)：設(shè)pa的1kg蒸汽進(jìn)入蒸汽機(jī)膨脹作功)1(a-汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)凝結(jié)水泵加熱器給水泵鍋爐過熱器冷凝器

kg被抽出(1-)kg水從冷凝器

經(jīng)凝結(jié)水泵升壓

加熱器與a抽汽混合

給水泵

鍋爐

回?zé)嵫h(huán)效率：抽汽份額：

一般采取分2~4次抽汽(≤不>7~8次)，依次在多個加熱器中加熱給水保證抽汽之前盡可能多作功。抽汽級數(shù)越多，給水加熱的最后溫度越高。(1-)kg膨脹做功二、再熱循環(huán)定義：在汽輪機(jī)中膨脹到一定壓力后，全部抽出，導(dǎo)入鍋爐中再熱器定壓加熱

成為過熱蒸汽后再導(dǎo)入汽輪機(jī)后半部繼續(xù)膨脹作功的循環(huán)

再熱循環(huán)。目的：提高乏汽的干度，在一定初溫下，

初壓

提高循環(huán)效率，保證汽輪機(jī)的使用壽命；原因：提高汽輪機(jī)初壓（of蒸汽），可提高效率；但蒸汽初溫低

蒸汽膨脹終了濕度；汽輪機(jī)葉片受水滴沖擊加快銹蝕損壞。一般，要求乏汽的實(shí)際干度不低于0.85~0.88。使用條件:為保證干度，在提高蒸汽初壓時，若受金屬耐溫限制，初溫不能相應(yīng)地提高時，采用中間再熱循環(huán)。再熱循環(huán)效率：過熱器再熱器三、熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)：節(jié)能的需要凝汽式發(fā)電廠：只產(chǎn)電，大部分蒸汽在冷凝器內(nèi)凝結(jié)放出汽化潛熱；其熱效率為24~40%。燃料所發(fā)出的熱量的60%，沒有利用。蒸汽在冷凝器內(nèi)凝結(jié)時放給冷卻水的熱量，占燃料所產(chǎn)生熱量的50%。熱電循環(huán)的目的，就是利用此部分的熱量。熱電循環(huán)：既產(chǎn)熱又產(chǎn)電的熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)。即從汽輪機(jī)排出的乏汽經(jīng)熱用戶后再通過凝結(jié)水泵進(jìn)入鍋爐。§5-3磁流體發(fā)電一、磁流體發(fā)電機(jī)的工作原理1.法拉第電磁感應(yīng)定律：當(dāng)穿過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與磁通量對時間變化率的負(fù)值成正比。2．應(yīng)用：回路：噴管壁上設(shè)置電極；在噴管內(nèi)流動高速電離氣體

等離子體。電離氣體：氣體分子或原子在高溫狀態(tài)下，最外層電子因激發(fā)而分離成自由電子和正離子。自由電子越多，導(dǎo)電性越好。

磁流體發(fā)電機(jī)上等離子的產(chǎn)生條件：

高溫：高溫燃燒方式

純氧或富氧燃燒；

以熱激發(fā)

產(chǎn)生自由電子

下“種子”：在高溫燃?xì)庵?/p>

添加劑(鉀鹽、銫鹽等)

提高自由電子數(shù)。

磁場：利用專用起磁系統(tǒng)

在磁電體發(fā)電機(jī)通道上

建立磁場。原理：帶種子的工質(zhì)高溫電離

噴管中膨脹高速流過磁流體發(fā)電機(jī)通道；當(dāng)?shù)入x子體橫穿磁場切割磁力線時，在等離子體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流

由通道上的電極輸送到用戶。工質(zhì)膨脹高速流動磁流體發(fā)電系統(tǒng)：空氣壓縮機(jī)預(yù)熱器燃燒室磁流體發(fā)電機(jī)廢氣鍋爐汽輪機(jī)冷凝器水泵空氣添加劑燃料3．特點(diǎn)：1)直接發(fā)電方式，即兼有汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的職能；2)在簡單的流道內(nèi)，通過等離子體的流動過程完成熱能轉(zhuǎn)換為電能的整個過程；3)能量的轉(zhuǎn)換過程在靜止的流道中完成，所以可避免使用高速運(yùn)動機(jī)械；4)無高速運(yùn)動件，進(jìn)口溫度可提高到2500~2600℃

（汽輪機(jī)<650℃），故可提高裝置的熱效率?！?-4核能發(fā)電一、核能發(fā)電基本原理：1．結(jié)構(gòu)：由一回路、二回路、三回路構(gòu)成(1)一回路：壓力殼

穩(wěn)壓罐

蒸汽發(fā)生器

循環(huán)泵及控制閥等構(gòu)成；安置在安全殼內(nèi)，是核島。

壓力殼：內(nèi)裝燃料元件組成的堆芯

由上部插入控制棒

設(shè)有控制棒的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

穩(wěn)壓罐：用蒸汽彈性保持堆內(nèi)冷卻水壓力穩(wěn)定

內(nèi)裝電加熱器，在穩(wěn)壓罐上部產(chǎn)生蒸汽。

蒸汽發(fā)生器：內(nèi)設(shè)很多管，管外為二回路。

將一回路水的熱量

傳給二回路水

使之變成高溫高壓蒸汽；一回路水與二回路水不直接接觸。水泵：保證一回路水正常循環(huán)。(2)二回路：蒸汽發(fā)生器

高壓汽輪機(jī)

汽水分離器

低壓汽輪機(jī)

冷凝器

水泵

預(yù)熱器

蒸汽發(fā)生器。(3)三回路：冷卻二回路冷凝器的水循環(huán)回路，為開式，將汽輪機(jī)排出的乏氣的余熱帶入江河湖海，熱污染。2．反應(yīng)性

描述反應(yīng)堆中中子增長快慢的物理量?？靠刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)。

反應(yīng)性>1：即反應(yīng)堆起動或提升功率時

下一代產(chǎn)生的中子大于上一代，堆內(nèi)中子越來越多；堆的功率不斷上升；反應(yīng)性<1：即停堆或反應(yīng)堆降功率時

下一代產(chǎn)生的中子數(shù)量少于上一代，反應(yīng)堆內(nèi)中子越來越少，堆的功率下降；反應(yīng)性=1：反應(yīng)堆功率維持一定水平

下一代產(chǎn)生的中子數(shù)量=上一代的數(shù)量。二、核電站的經(jīng)濟(jì)性與安全性經(jīng)濟(jì)性：核能單位質(zhì)量釋放的能量多。一座1000MW的核電站每年僅消耗1t鈾—235；而燃煤電站消