熱力學第七章-R1

第七章

蒸汽動力循環(huán)

第七章蒸汽動力循環(huán)水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點工質(zhì)：氨、氟里昂太陽能、余熱、地熱發(fā)電動力循環(huán)：以獲得功為目的元寶山火電廠大型坑口電站(陜西韓城電廠)德國1.35MW核電站首臺國產(chǎn)20萬千瓦機組(遼寧朝陽電廠)660MW發(fā)電機內(nèi)部（邯鄲發(fā)電廠)石橫發(fā)電廠30萬千瓦機組集控室揚州第二發(fā)電廠600MW監(jiān)控系統(tǒng)火電廠系統(tǒng)圖

四個主要裝置：

鍋爐

汽輪機

凝汽器

給水泵§7-1

郎肯循環(huán)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)

鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器鍋爐設備圖鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖凝汽器和冷卻塔系統(tǒng)圖冷卻塔實體圖水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器郎肯循環(huán)1234簡化（理想化）：1

2汽輪機s

膨脹2

3凝汽器p

放熱3

4給水泵s

壓縮4

1

鍋爐p

吸熱1342pv郎肯循環(huán)pv圖1

2汽輪機s

膨脹2

3凝汽器p

放熱3

4給水泵s

壓縮4

1

鍋爐p

吸熱4321Tshs1324郎肯循環(huán)Ts和hs圖1

2汽輪機s

膨脹2

3凝汽器p

放熱3

4給水泵s

壓縮4

1

鍋爐p

吸熱hs1324郎肯循環(huán)功和熱的計算

汽輪機作功：凝汽器中的定壓放熱量：水泵絕熱壓縮耗功：鍋爐中的定壓吸熱量：hs1324郎肯循環(huán)熱效率的計算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

工程上常用汽耗率,反映裝置經(jīng)濟性，設備尺寸汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出1kW.h

功量所消耗的蒸汽量kg汽耗率的概念的單位是kJ/kg1kW=1

kJ/s郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753

q2相同；

q1卡諾>

q1朗肯

卡諾>

朗肯；

等溫吸熱4’1難實現(xiàn)

11點x太小,不利于汽機強度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小1112對比同溫限1234’對比5678或者9-10-11-12sp1,t1,p2654321如何提高郎肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？TsT654321蒸汽初壓對郎肯循環(huán)熱效率的影響t1,p2不變，p1優(yōu)點：

，汽輪機出口尺寸小缺點：

對強度要求高

不利于汽輪機安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88sT654321蒸汽初溫對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點：

，有利于汽機安全。缺點：

對耐熱及強度要求高，目前最高初溫一般在550℃左右汽機出口尺寸大p1,p2不變，t1sT654321乏汽壓力對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點：

缺點：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組p2為0.0035~0.005MPa，相應的飽和溫度約為27~33℃

，已接近事實上可能達到的最低限度。冬天熱效率高p1,t1不變，p2蒸汽動力循環(huán)冷卻水系統(tǒng)蒸汽動力循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實體國產(chǎn)鍋爐、汽輪機發(fā)電機組的初參數(shù)簡表§7-2

實際蒸汽動力循環(huán)分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：給水泵不可逆(34’)汽機不可逆(12’)汽機汽門節(jié)流(1’

1

)

蒸汽管道摩擦降壓，散熱(1’’1’)

實際蒸汽動力循環(huán)分析方法熱一律：熱效率分析法熱二律：熵分析法

Ex分析法√√實際蒸汽動力循環(huán)熱效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功可逆循環(huán)效率汽機相對內(nèi)效率管道和節(jié)流，管道效率鍋爐散熱和排煙，鍋爐效率整個實際蒸汽動力循環(huán)熱效率sT5322’4’1’’1’14整個電廠熱效率sT5322’4’1’’1’14機械效率電機效率實際蒸汽動力裝置的Ex分析法對于穩(wěn)定流動進入設備的Ex總和離開設備的Ex總和Ex損失之和焓Ex鍋爐的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣鍋爐的Ex分析（燃燒）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣空氣燃料設燃料完全是Ex（1）燃燒，煙氣熱量以環(huán)境為基準平均燃燒溫度鍋爐的Ex分析（散熱）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣（2）排煙，渣，散熱后，可傳給水的ex鍋爐的Ex分析（傳熱）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣（3）傳熱，水的溫度遠比燃氣低，溫差傳熱水得到的ex管道和汽機主汽門節(jié)流的Ex分析sT5322’4’1’’1’141’’1管道和汽機主汽門節(jié)流的Ex分析1’’1汽機入口ex管道和主汽門的ex損失汽輪機的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wnet’絕熱汽輪機的Ex分析汽輪機最大可能作功汽輪機的ex損失12’wnet’汽輪機實際輸出功冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器的Ex分析汽輪機最大可能作功汽輪機的ex損失12’wnet’汽輪機實際輸出功兩種分析方法的比較鍋爐qB/qf=10%

B/ex,qf=56.7%(燃燒14.1%排煙及散熱

8.6%傳熱34%)管道

qtu/qf=

0.6%

tu/ex,qf=

0.5%汽輪機qt/qf=

0

t/ex,qf=

5.6%凝汽器qc/qf=

55.7%

c/ex,qf=3.5%

Ex經(jīng)濟學分析方法

熱效率法Ex分析法提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回熱循環(huán)再熱循環(huán)改變循環(huán)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…...Ts65431b§7-3蒸汽再熱循環(huán)(reheat)Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關

x2降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。蒸汽再熱循環(huán)的實踐

再熱壓力

pb=pa

0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機組，10、12.5、20、30萬機組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的定量計算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：蒸汽再熱循環(huán)實體照片§7-4蒸汽回熱循環(huán)(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回熱器抽汽冷凝水給水混合式回熱器抽汽式回熱蒸汽抽汽回熱循環(huán)(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg由于T-s圖上各點質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功抽汽回熱循環(huán)的抽汽量計算(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg以混合式回熱器為例熱一律忽略泵功抽汽回熱循環(huán)熱效率的計算(1-

)kg

kg65as43211kgT吸熱量：放熱量：凈功：熱效率：為什么抽汽回熱熱效率提高？(1-

)kg

kg65as43211kgT教材P.256推導簡單朗肯循環(huán)：

物理意義：

kg工質(zhì)100%利用

1-

kg工質(zhì)效率未變蒸汽抽汽回熱循環(huán)的特點小型火力發(fā)電廠回熱級數(shù)一般為1～3級，中大型火力發(fā)電廠一般為4～8級。優(yōu)點提高熱效率減小汽輪機低壓缸尺寸，末級葉片變短減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面可兼作除氧器缺點循環(huán)比功減小，汽耗率增加增加設備復雜性回熱器投資>缺點提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回熱循環(huán)再熱循環(huán)改變循環(huán)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…...§7-5熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(lián)(產(chǎn))供。背壓式機組(背壓>0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力循環(huán)的水？北京市電廠分布示意圖背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)背壓式缺點：

熱電互相影響

供熱參數(shù)單一清華北門外2臺背壓式，5000kW電負荷抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)

抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán),可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)的經(jīng)濟性評價

只采用熱效率顯然不夠全面

能量利用系數(shù)，但未考慮熱和電的品位不同

Ex經(jīng)濟學評價

熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟環(huán)保§7-6現(xiàn)代新型動力循環(huán)蒸汽電站提高電廠供電效率的措施：提高初參數(shù)，向亞臨界和超臨界發(fā)展；采用大功率機組，降低廠用電率；采用熱電聯(lián)供?；痣姀S發(fā)展現(xiàn)狀占總裝機容量的80%左右，效率37~40%；

耗煤占總產(chǎn)量30%，油占10%左右；

提高供電效率和改善環(huán)境有重要意義。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機的發(fā)展熱力參數(shù)與單機容量逐步提高，達W>200MW，熱效率35~41%；可靠性95~98.5%，可作為基本負荷電站；聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)實可行性燃氣輪機排氣溫度t4=400~600℃；大功率機組排氣量300kg/s以上；利用排氣能量加熱蒸汽輪機給水(取代鍋爐)，大大提高供電效率，極限效率(燒氣)約58%。燃氣

蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)Ts燃氣輪機循環(huán)蒸汽輪機循環(huán)燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)法國GECAlsthom公司的聯(lián)合循環(huán)電站燃氣輪機：227.2MW蒸汽輪機：128.3MW燃料：天然氣熱效率：54.5%注蒸汽燃氣循環(huán)(陳式循環(huán))整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC----IntegratedGasificationCombinedCycle)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)工作流程氣化爐中煤煤氣；煤氣的凈化；燃氣輪機循環(huán)；余熱鍋爐回收排氣熱量；蒸汽輪機循環(huán)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)優(yōu)點熱效率高，目前40~46%，預計可52%；環(huán)保性能好，SO2,NOx,CO2,粉塵排放低，可燃用高硫煤；可實現(xiàn)煤化工綜合利用，生產(chǎn)硫、硫酸、甲醇、尿素等；單機功率可達300~400MW缺點目前煤氣化和凈化的熱損失還偏大；初期投資大。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)應用目前已建成或擬建的IGCC電站10余座，美國預測，2030年IGCC市場份額達35%左右如美國加州有一個電站，“世界上最潔凈的燃煤火電站，脫硫98-99%，產(chǎn)生元素硫，排渣中主要是Al、Si、Fe、Ca等無害元素，用于絕緣材料和筑路材料其它新型煤氣化聯(lián)合循環(huán)增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）

(FluidizedBedCombustionCycle)外燃式燃煤聯(lián)合循環(huán)（EFCC）

(ExternallyCoal-FiredC