蒸汽動力循環(huán)（熱工學課件）

再熱循環(huán)的分析計算再熱循環(huán)的分析計算1再熱循環(huán)的分析計算再熱循環(huán)中，工質(zhì)從鍋爐的省煤器、蒸發(fā)受熱面、過熱器中吸收的熱量為：從鍋爐再熱器中吸收的熱量為:循環(huán)中工質(zhì)的總吸熱量:在定熵膨脹過程1-7中，工質(zhì)在汽輪機高壓缸中所作軸功為:再熱循環(huán)的分析計算1再熱循環(huán)的分析計算定熵膨脹過程1'-2'中，工質(zhì)在汽輪機低壓缸中所作軸功為：工質(zhì)在汽輪機中作出的功為:再熱循環(huán)的熱效率（忽略水泵功）:再熱循環(huán)的分析計算1再熱循環(huán)的分析計算若用很多級再熱，就趨近于等溫吸熱，但由于再熱器及往返管道中蒸汽的節(jié)流使單位工質(zhì)作功能力降低，且管路復雜使運行不便。從熱力學觀點來說因此蒸汽動力循環(huán)一般只采用一級再熱，只有在初參數(shù)高，且采用二級再熱經(jīng)濟性合理時才考慮增加再熱級數(shù)。表8-1國產(chǎn)再熱機組參數(shù)單機容量/MW125200300600（蒸汽初壓/MPa）/（蒸汽初溫/℃）13.5/55013.0/53516.5/55016.5/535(再熱壓力/MPa)/(再熱溫度/℃)2.6/5502.5/5353.5/5503.6/535再熱循環(huán)的分析計算2再熱循環(huán)與朗肯循環(huán)的比較（1）和郎肯循環(huán)比較，采用再熱可提高汽輪機的排汽干度。165432sTT1再熱循環(huán)的分析計算2再熱循環(huán)與朗肯循環(huán)的比較（2）和郎肯循環(huán)比較，采用再熱不一定能提高循環(huán)的熱效率。選擇合適的再熱壓力可提高循環(huán)的熱效率。（3）再熱管道存在節(jié)流損失，低參數(shù)機組不采用再熱，高參數(shù)機組通常只采用一級再熱。（4）由于再熱，1kg工質(zhì)在汽輪機中的做功量增大，故采用再熱使汽耗率減小。再熱循環(huán)的構(gòu)成再熱循環(huán)的構(gòu)成提高蒸汽的初壓力，可以提高循環(huán)的熱效率，但與此同時，除非蒸汽的初溫也一起升高，否則蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹終了的濕度將大為增加，汽輪機最后幾級葉片會受到夾帶大量水滴的蒸汽的沖擊而引起侵蝕。但初溫的提高又常常受到金屬耐溫性能的限制，不能提得過高。為了在提高蒸汽初壓時排汽干度不致過低，可以采用蒸汽中間再熱循環(huán)。再熱循環(huán)的構(gòu)成1再熱循環(huán)組成

新蒸汽在汽輪機中膨脹作功到某一中間壓力后撤出汽輪機，引入到鍋爐的再熱器使之再吸熱，其溫度提高后再引入汽輪機繼續(xù)膨脹到背壓。

再熱循環(huán)是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上進行改進的。再熱循環(huán)的構(gòu)成1再熱循環(huán)組成中間再熱循環(huán)的裝置系統(tǒng)圖和T-s圖與朗肯循環(huán)相比，再熱循環(huán)中工質(zhì)的吸熱過程在原有34561上增加了7-1'吸熱過程，而膨脹過程也變?yōu)?-7和1'-2'兩個過程，排汽干度由X2變到X2'。再熱循環(huán)的構(gòu)成1再熱循環(huán)組成采用再熱循環(huán)后其熱效率比原來朗肯循環(huán)熱效率是提高還是降低了？可把再熱循環(huán)看成原朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上附加了循環(huán)7-1'-2'-2-7。如果附加循環(huán)熱效率高于朗肯循環(huán)熱效率，則能夠使循環(huán)的總效率提高，反之則降低。再熱循環(huán)的構(gòu)成1再熱循環(huán)組成如果中間再熱壓力選擇較高，則能使再熱循環(huán)熱效率提高；如中間再熱壓力選擇過低，則使再熱循環(huán)熱效率降低。

但中間再熱壓力選得高時對X2的改善較少，而且如果中間壓力過高時，附加循環(huán)與基本循環(huán)相比所占比例甚小，這樣即使其熱效率很高但對整個循環(huán)熱效率提高也不大。

因此中間再熱壓力的選擇要遵循排汽干度在規(guī)定的允許的范圍內(nèi)，并且熱效率最高的原則。目前我國采用再熱循環(huán)的火力發(fā)電廠，其中間再熱壓力一般為初壓的20～30％。回熱循環(huán)的計算分析回熱循環(huán)的計算分析為了分析上的方便，以一級抽汽回熱循環(huán)為例進行討論。

且將抽出的蒸汽直接和給水混和，并將給水加熱到抽氣壓力相對應的飽和溫度。其計算原則同樣適用于多級回熱循環(huán)?；責嵫h(huán)的計算分析抽汽回熱循環(huán)每千克狀態(tài)為1的新蒸汽進去汽輪機，絕熱膨脹到狀態(tài)01（p01，t01）后，即從汽輪機中抽出α㎏，將之引至回熱加熱器。剩下的（1-α）kg蒸汽在汽輪機內(nèi)繼續(xù)膨脹到狀態(tài)2，然后進入冷凝器，被冷卻凝結(jié)成冷卻水，再經(jīng)凝結(jié)水泵升壓后進入回熱加熱器。在其中被αkg的抽汽加熱成飽和水，并與αkg蒸汽凝結(jié)的水匯成1kg狀態(tài)為01’的飽和水。然后被水泵加壓后進入鍋爐，加熱、汽化、過熱成新的蒸汽，完成循環(huán)。

8-10（a）一級抽汽回熱循環(huán)裝置3(4)2Ts1q01’

018-10（b）循環(huán)的T-s圖回熱循環(huán)的計算分析從上面的描述可知，回熱循環(huán)中，工質(zhì)經(jīng)歷不同過程時有質(zhì)量的變化，因此T-s圖上的面積不能直接代表1kg工質(zhì)的過程熱量。盡管如此，T-s圖對分析回熱循環(huán)仍是十分有用的工具。

8-10（a）一級抽汽回熱循環(huán)裝置3(4)2Ts1q01’

018-10（b）循環(huán)的T-s圖抽汽回熱循環(huán)回熱循環(huán)的計算分析回熱循環(huán)的分析計算回熱循環(huán)的計算首先要確定抽汽率α，它可以從回熱加熱器的熱平衡方程式及質(zhì)量守恒式確定。

8-11混合式回熱加熱器的示意圖熱量平衡方程為:若忽略水泵功，則，可得：回熱循環(huán)的計算分析循環(huán)凈功為：

8-11混合式回熱加熱器的示意圖從熱源吸入的熱量為：循環(huán)熱效率為：回熱循環(huán)的計算分析一級抽汽回熱循環(huán)同參數(shù)朗肯循環(huán)水在鍋爐里的起始加熱溫度提高了，而且kg的蒸汽在作了一部分功后不再向外熱源放熱，向外熱源放熱的只有（）kg蒸汽。因此，循環(huán)中工質(zhì)自熱源吸熱量、向冷源放熱量及循環(huán)凈功都比朗肯循環(huán)的對應量小。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。不同之處回熱循環(huán)的計算分析式中抽汽率的大小不是可以任意選取的，而是由回熱器的熱平衡所規(guī)定的。抽汽率大則在回熱器中有一部分蒸汽不能凝結(jié)；抽汽率小則回熱器內(nèi)的未飽和水不可能稱為飽和水，這樣都將會使循環(huán)熱效率下降。即抽出kg蒸汽恰好將狀態(tài)3的（1-）kg的水加熱到狀態(tài)01'的飽和水，且抽汽也全部凝結(jié)為相應狀態(tài)的飽和水。回熱循環(huán)的計算分析抽汽回熱能顯著提高循環(huán)熱效率，但由于增加了回熱加熱器、管道、閥門及水泵等設(shè)備，使系統(tǒng)更加復雜，而且增加了投資。這方面的耗費可因下列優(yōu)點而得到部分補償：由于工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負荷減低，因而可減少受熱面，節(jié)省金屬材料；由于汽耗率增大，使汽輪機高壓端的蒸汽流量增大，而低壓端因抽汽使流量減小，這樣有利于汽輪機設(shè)計中解決第一級葉片太短和最末級葉片太長的矛盾，提高單機效率；由于進入冷凝器的乏汽量減小，可減少冷凝器的換熱面積，節(jié)省銅材。回熱循環(huán)的計算分析采用回熱循環(huán)利大于弊，故現(xiàn)代大中型蒸汽動力裝置都采用回熱循環(huán)。綜上所述當然抽汽級數(shù)越多，循環(huán)熱效率就越高。但抽汽級數(shù)過多會使系統(tǒng)過于復雜，維護困難，成本增加。所以，回熱級數(shù)的選擇應從經(jīng)濟、技術(shù)角度綜合加以考慮?，F(xiàn)代蒸汽動力裝置實際多采用3-8級，最佳給水溫度一般約為鍋爐壓力下飽和溫度的0.65～0.75倍。國產(chǎn)機組采用的回熱參數(shù)如表8-2所示。在采用大型機組的現(xiàn)代蒸汽電廠中，廣泛采用一次再熱與多級抽汽回熱的循環(huán)。表8－2國產(chǎn)機組采用的回熱參數(shù)循環(huán)初參數(shù)p/MPa/

t/℃3.5/4359.0/53513.5/550/55016.5/550/550給水溫度

℃150～170220～230230～250250～270回熱級數(shù)3～55～76～87～8回熱循環(huán)的組成回熱循環(huán)的組成

回熱循環(huán)利用蒸汽回熱對水進行加熱，消除朗肯循環(huán)中水在較低溫度下從外界吸熱的不利影響，以提高熱效率。回熱循環(huán)的組成1抽汽回熱循環(huán)的組成回熱把本來要放給冷源的熱量利用來加熱工質(zhì)，以減少工質(zhì)從熱源的吸熱量。工程上采用的回熱方式是從汽輪機的適當部位抽出尚未完全膨脹的壓力、溫度相對較高的少量蒸汽去加熱低溫凝結(jié)水。這部分抽汽沒有經(jīng)過冷凝器，因而沒有向冷源放熱，但是加熱了凝結(jié)水，達到了回熱的目的，這種循環(huán)稱為抽汽回熱循環(huán)。回熱循環(huán)的組成1抽汽回熱循環(huán)的組成蒸汽動力循環(huán)采用從汽輪機各段中抽出若干股部分在汽輪機中作過部分功的蒸汽，逐級加熱鍋爐給水，這種循環(huán)方式稱為分級抽汽回熱循環(huán)，循環(huán)中從進入汽輪機的1kg新蒸汽中抽出的蒸汽份額稱為抽汽率，用α表示?，F(xiàn)代大中型蒸汽動力裝置全都采用了回熱循環(huán)，抽汽的級數(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?；責岚驯緛硪沤o冷源的熱量利用來加熱工質(zhì)，以減少工質(zhì)從熱源的吸熱量?；責嵫h(huán)的組成為了分析上的方便，以一級抽汽回熱循環(huán)為例進行討論。

且將抽出的蒸汽直接和給水混和，并將給水加熱到抽氣壓力相對應的飽和溫度。其計算原則同樣適用于多級回熱循環(huán)。回熱循環(huán)的組成抽汽回熱循環(huán)每千克狀態(tài)為1的新蒸汽進去汽輪機，絕熱膨脹到狀態(tài)01（p01，t01）后，即從汽輪機中抽出α㎏，將之引至回熱加熱器。剩下的（1-α）kg蒸汽在汽輪機內(nèi)繼續(xù)膨脹到狀態(tài)2，然后進入冷凝器，被冷卻凝結(jié)成冷卻水，再經(jīng)凝結(jié)水泵升壓后進入回熱加熱器。在其中被αkg的抽汽加熱成飽和水，并與αkg蒸汽凝結(jié)的水匯成1kg狀態(tài)為01’的飽和水。然后被水泵加壓后進入鍋爐，加熱、汽化、過熱成新的蒸汽，完成循環(huán)。

8-10（a）一級抽