蒸汽动力循环

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1、Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,,第七章,,蒸汽动力循环,,,第七章 蒸汽动力循环,水蒸气：,火力发电、核电,低沸点工质：,氨、氟里昂,太阳能、余热、地热发电,动力循环：,以获得功为目的,元宝山火电厂,,大型坑口电站,(,陕西韩城电厂,),,德国,1.35MW,核电站,,首台国产,20,万千瓦机组,(,辽宁朝阳电厂,),,,660MW,发电机内部（邯郸发电厂,),,石横发电厂,30,

2、万千瓦机组集控室,扬州第二发电厂,600MW,监控系统,火电厂系统图,,,四个主要装置：,,,锅炉,,,汽轮机,,,凝汽器,,,给水泵,§,7-1,,郎肯循环,水蒸气动力循环系统,,锅,,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,锅炉设备图,,凝汽器和冷却塔系统图,,冷却塔实体图,,水蒸气动力循环系统的简化,锅,,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,郎肯循环,1,2,3,4,简化（理想化）：,1,,2,汽轮机,s,,膨胀,2,,3,凝汽器,p,,放热,3,,4,给水泵,s,,压缩,4,,1,,锅炉,p,,吸热,1,3,4,2,p,v,郎肯循环,pv,图,1,,2,汽轮机,s,,膨胀,2,

3、,3,凝汽器,p,,放热,3,,4,给水泵,s,,压缩,4,,1,,锅炉,p,,吸热,4,3,2,1,T,s,h,s,1,3,2,4,郎肯循环,Ts,和,hs,图,1,,2,汽轮机,s,,膨胀,2,,3,凝汽器,p,,放热,3,,4,给水泵,s,,压缩,4,,1,,锅炉,p,,吸热,h,s,1,3,2,4,郎肯循环功和热的,计算,,汽轮机作功：,凝汽器中的定压放热量：,水泵绝热压缩耗功：,锅炉中的定压吸热量：,h,s,1,3,2,4,郎肯循环热效率的,计算,,一般很小,，,占,0.8,~,1%,，忽略泵功,,,工程上常用,耗汽率,,,反映装置经济性，设备尺寸,耗汽率：,蒸汽动力装置

4、每输出单位功量所消耗的蒸汽量，通常用,d,表示。,耗汽率的概念,理想可逆条件下的耗汽率,-----,理想耗汽率,d0,郎肯循环,与卡诺循环比较,s,T,6,4,2,1,10,9,8,7,5,3,,,,q,2,相同；,,,q,1,卡诺,>,,q,1,朗肯,,,,,,卡诺,>,,,朗肯,；,,,等温吸热,4’1,难实现,,,11,点,x,太小,,,不利于汽机强度；,,,12,-,9,两相区难压缩；,,,,,w,net,卡诺,小,,,,,卡诺,<,,,朗肯,；,,,,w,net,卡诺,<,w,net,,朗肯,11,12,对比同温限,123,4’,对比,56,78,对比,9-

5、10-11-12,s,p,1,, t,1,, p,2,6,5,4,3,2,1,如何提高,郎肯循环,的热效率,影响热效率的参数？,T,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初压对,郎肯循环,热效率的影响,t,1,,,p,2,不变,，,p,1,优点：,,,,，,汽轮机出口尺寸小,缺点：,,,对强度要求高,,,不,利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于,0.85~ 0.88,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初温对,郎肯循环,热效率的影响,优点：,,,,，,有利于汽机安全。,缺点：,,,对耐热及强度要求高，目前最高初温一般在,550,℃,左右,,汽机出口尺寸大,p,1,,,p,2,不变,，,t,1,s

6、,T,6,5,4,3,2,1,乏汽压力,对,郎肯循环,热效率的影响,优点：,,,缺点：,,受环境温度限制，现在大型机组,p,2,为,0.0035~0.005MPa,，,相应的饱和温度约为,27~ 33,℃,,，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高,p,1,,,t,1,不变,，,p,2,国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表,§*,7-2,,实际蒸汽动力循环分析,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,非理想因素：,给水泵不可逆,( 3,4 ’,),汽机不可逆,(,1,2 ’,),汽机汽门节流,(,1’,,1,,),,蒸汽管道摩擦降压，散热,(1’’,1’,),,几个,效率定

7、义,可逆循环效率,汽机相对内效率,实际循环内部效率,机械效率,理论耗气率,do,内部功耗气率,d,i,有效功耗气率,de,s,T,5,3,2,2’,4’,1,4,实际蒸汽动力循环分析方法,热一律：,热效率分析法,热二律：,熵分析法,,,Ex,分析法,√,√,实际蒸汽动力循环,热效率法,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,忽略泵功,可逆循环效率,汽机相对内效率,管道和节流，管道效率,锅炉散热和排烟，锅炉效率,整个,实际蒸汽,动力循环,热效率,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,整个电厂,热效率,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,机械效率,电

8、机效率,提高循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度,提高初压力,降低乏汽压力,改变循环形式,回热循环,再热循环,改变循环形式,热电联产,燃气,-,蒸汽联合循环,新型动力循环,T,s,6,5,4,3,1,b,§,7-3,蒸汽再热循环,(reheat),,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再热循环的,热效率,,,再热循环本身,不一定,提高循环热效率,,与再热压力有关,,x,2,降低,,,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用,一次再热可使热效率提高,2,％～,3.5,％,。,蒸汽再热循环的实践,,再热压力,,p,b,=,p,a,,0.2,~,0.3,p,1,,p,1,<

9、,10MPa,，,一般不采用,再热,,我国常见机组，,10,、,12.5,、,20,、,30,万机组，,p,1,>,13.5MPa,，,一次,再热,,超临界机组，,t,1,>,600℃,，,p,1,>,25MPa,，,二次,再热,,超优点：通过提高初临界机组，,t,1,>,600℃,，,p,1,>,25MPa,，,二次,再热,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再热循环的,定量计算,吸热量：,放热量：,净功（忽略泵功）：,热效率：,§,7-4,蒸汽回热循环,(regenerative),,抽汽,去凝汽器,冷凝水,表面式回热器,抽汽,冷凝水,给水,混合式回热器,抽汽式回热,蒸汽,抽汽,回热

10、循环,(1-,,)kg,,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,,a,,kg,4,(1-,,)kg,5,1kg,由于,T,-,s,图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功,抽汽,回热循环的抽汽量,计算,(1-,,)kg,,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,a,,kg,4,(1-,,)kg,5,1kg,以混合式回热器为例,热一律,忽略泵功,抽汽,回热循环热效率的,计算,(1-,,)kg,,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,吸热量：,放热量：,净功：,热效率：,为什么抽汽,回热热效率提高？,(1-,,)kg,,kg,6,5,a,s

11、,4,3,2,1,1kg,T,教材推导,简单朗肯循环：,,物理意义,：,,,kg,工质,100%,利用,,,1-,,kg,工质效率未变,蒸汽,抽汽,回热循环的特点,小型火力发电厂回热级数一般为,1,～,3,级，中大型火力发电厂一般为,4,～,8,级。,优点,,提高热效率,,减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短,,减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面,,可兼作除氧器,缺点,,循环比功减小，汽耗率增加,,增加设备复杂性,,回热器投资,>,缺点,提高循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度,提高初压力,降低乏汽压力,改变循环形式,回热循环,再热循环,改变循环形式,热电联产,燃气,-,蒸汽联合循环,新

12、型动力循环,IGCC,PFBC-CC,…...,§,7-5,热电联产,(,供,),循环,,用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为,热电联,(,产,),供,。,背压式机组,(,背压,>0.1MPa,),热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？,背压式,热电联产,(,供,),循环,,背压式,缺点,：,,,,,热电互相影响,,,,,供热参数单一,抽汽调节式,热电联产,(,供,),循环,,,抽汽式热电联供循环,,,可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。,热电联产,(,供,),循环,的经济性评价,,只采用热效率 显然不够全面,,

13、能量利用系数,，但未考虑热和电的品位不同,,Ex,经济学评价,,热电联产、集中供热是发展方向，经济环保,§,7-6,现代,新型动力循环,蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：,,提高初参数，向亚临界和超临界发展；,,采用大功率机组，降低厂用电率；,,采用热电联供。,,火电厂发展现状,,占总装机容量的,80%,左右，效率,37~40%,；,,,耗煤占总产量,30%,，油占,10%,左右；,,,提高供电效率和改善环境有重要意义。,燃气,-,蒸汽联合循环,燃气轮机的发展,,热力参数与单机容量逐步提高，达,W>200MW,，,热效率,35~41%,；,,可靠性,95~98.5%,，可作为基本负荷电站；,

14、,联合,循环的现实可行性,,燃气轮机,排气温度,t,4,=400~600,℃,；,,大功率机组排气量,300kg/s,以上；,,利用排气能量加热蒸汽轮机给水,(,取代锅炉,),，大大提高供电效率，极限效率,(,烧气,),约,58%,。,,燃气蒸汽联合循环,燃气蒸汽联合循环,法国,GEC,Alsthom,公司的联合循环电站,,,燃气轮机：,227.2 MW,,,蒸汽轮机：,128.3 MW,,,燃料：天然气,,,热效率：,54.5%,1,、,熟悉,郎肯循环,图示,与,计算,,2,、,郎肯循环,与,卡诺循环,,3,、,蒸汽参数,对朗肯循环热效率的影响,,4,、,再热,、,回热原理及计算,第,七,章,小 结,第七章 完,