蒸汽動力循環

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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,,蒸汽動力循環,,,第七章 蒸汽動力循環,水蒸氣：,火力發電、核電,低沸點工質：,氨、氟里昂,太陽能、余熱、地熱發電,動力循環：,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,20,萬千瓦機組,(,遼寧朝陽電廠,),,,660MW,發電機內部（邯鄲發電廠,),,石橫發電廠,30,

2、萬千瓦機組集控室,揚州第二發電廠,600MW,監控系統,火電廠系統圖,,,四個主要裝置：,,,鍋爐,,,汽輪機,,,凝汽器,,,給水泵,§,7-1,,郎肯循環,水蒸氣動力循環系統,,鍋,,爐,汽輪機,發電機,給水泵,凝汽器,鍋爐設備圖,,凝汽器和冷卻塔系統圖,,冷卻塔實體圖,,水蒸氣動力循環系統的簡化,鍋,,爐,汽輪機,發電機,給水泵,凝汽器,郎肯循環,1,2,3,4,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,1,3,4,2,p,v,郎肯循環,pv,圖,1,?,2,汽輪機,s,,膨脹,2,?

3、,3,凝汽器,p,,放熱,3,?,4,給水泵,s,,壓縮,4,?,1,,鍋爐,p,,吸熱,4,3,2,1,T,s,h,s,1,3,2,4,郎肯循環,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,h,s,1,3,2,4,郎肯循環功和熱的,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：,h,s,1,3,2,4,郎肯循環熱效率的,計算,,一般很小,，,占,0.8,~,1%,，忽略泵功,,,工程上常用,耗汽率,,,反映裝置經濟性，設備尺寸,耗汽率：,蒸汽動力裝置

4、每輸出單位功量所消耗的蒸汽量，通常用,d,表示。,耗汽率的概念,理想可逆條件下的耗汽率,-----,理想耗汽率,d0,郎肯循環,與卡諾循環比較,s,T,6,4,2,1,10,9,8,7,5,3,?,,,q,2,相同；,?,,q,1,卡諾,>,,q,1,朗肯,,,?,,?,卡諾,>,?,,朗肯,；,,?,等溫吸熱,4’1,難實現,?,,11,點,x,太小,,,不利于汽機強度；,?,,12,-,9,兩相區難壓縮；,,,?,,w,net,卡諾,小,,?,,?,卡諾,<,?,,朗肯,；,,?,,w,net,卡諾,<,w,net,,朗肯,11,12,對比同溫限,123,4’,對比,56,78,對比,9-

5、10-11-12,s,p,1,, t,1,, p,2,6,5,4,3,2,1,如何提高,郎肯循環,的熱效率,影響熱效率的參數？,T,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初壓對,郎肯循環,熱效率的影響,t,1,,,p,2,不變,，,p,1,優點：,,,,，,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~ 0.88,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初溫對,郎肯循環,熱效率的影響,優點：,,,,，,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,p,1,,,p,2,不變,，,t,1,s

6、,T,6,5,4,3,2,1,乏汽壓力,對,郎肯循環,熱效率的影響,優點：,,,缺點：,,受環境溫度限制，現在大型機組,p,2,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,p,1,,,t,1,不變,，,p,2,國產鍋爐、汽輪機發電機組的初參數簡表,§*,7-2,,實際蒸汽動力循環分析,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,非理想因素：,給水泵不可逆,( 3,4 ’,),汽機不可逆,(,1,2 ’,),汽機汽門節流,(,1’,,1,,),,蒸汽管道摩擦降壓，散熱,(1’’,1’,),,幾個,效率定

7、義,可逆循環效率,汽機相對內效率,實際循環內部效率,機械效率,理論耗氣率,do,內部功耗氣率,d,i,有效功耗氣率,de,s,T,5,3,2,2’,4’,1,4,實際蒸汽動力循環分析方法,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,熱效率法,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,忽略泵功,可逆循環效率,汽機相對內效率,管道和節流，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,熱效率,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,整個電廠,熱效率,s,T,5,3,2,2’,4’,1’’,1’,1,4,機械效率,電

8、機效率,提高循環熱效率的途徑,改變循環參數,提高初溫度,提高初壓力,降低乏汽壓力,改變循環形式,回熱循環,再熱循環,改變循環形式,熱電聯產,燃氣,-,蒸汽聯合循環,新型動力循環,T,s,6,5,4,3,1,b,§,7-3,蒸汽再熱循環,(reheat),,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再熱循環的,熱效率,?,,再熱循環本身,不一定,提高循環熱效率,?,與再熱壓力有關,?,x,2,降低,,,給提高初壓創造了條件，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,％,。,蒸汽再熱循環的實踐,?,再熱壓力,,p,b,=,p,a,?,0.2,~,0.3,p,1,?,p,1,<

9、,10MPa,，,一般不采用,再熱,?,我國常見機組，,10,、,12.5,、,20,、,30,萬機組，,p,1,>,13.5MPa,，,一次,再熱,?,超臨界機組，,t,1,>,600℃,，,p,1,>,25MPa,，,二次,再熱,?,超優點：通過提高初臨界機組，,t,1,>,600℃,，,p,1,>,25MPa,，,二次,再熱,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再熱循環的,定量計算,吸熱量：,放熱量：,凈功（忽略泵功）：,熱效率：,§,7-4,蒸汽回熱循環,(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

10、循環,(1-,?,)kg,?,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,,a,?,kg,4,(1-,?,)kg,5,1kg,由于,T,-,s,圖上各點質量不同，面積不再直接代表熱和功,抽汽,回熱循環的抽汽量,計算,(1-,?,)kg,?,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,a,?,kg,4,(1-,?,)kg,5,1kg,以混合式回熱器為例,熱一律,忽略泵功,抽汽,回熱循環熱效率的,計算,(1-,?,)kg,?,kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,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,?,kg,6,5,a,s

11、,4,3,2,1,1kg,T,教材推導,簡單朗肯循環：,?,物理意義,：,?,,kg,工質,100%,利用,,,1-,?,kg,工質效率未變,蒸汽,抽汽,回熱循環的特點,小型火力發電廠回熱級數一般為,1,～,3,級，中大型火力發電廠一般為,4,～,8,級。,優點,,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,提高循環熱效率的途徑,改變循環參數,提高初溫度,提高初壓力,降低乏汽壓力,改變循環形式,回熱循環,再熱循環,改變循環形式,熱電聯產,燃氣,-,蒸汽聯合循環,新

12、型動力循環,IGCC,PFBC-CC,…...,§,7-5,熱電聯產,(,供,),循環,,用發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,(,產,),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的水？,背壓式,熱電聯產,(,供,),循環,,背壓式,缺點,：,,,?,,熱電互相影響,,,?,,供熱參數單一,抽汽調節式,熱電聯產,(,供,),循環,,,抽汽式熱電聯供循環,,,可以自動調節熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。,熱電聯產,(,供,),循環,的經濟性評價,?,只采用熱效率 顯然不夠全面,?,

13、能量利用系數,，但未考慮熱和電的品位不同,?,Ex,經濟學評價,?,熱電聯產、集中供熱是發展方向，經濟環保,§,7-6,現代,新型動力循環,蒸汽電站提高電廠供電效率的措施：,,提高初參數，向亞臨界和超臨界發展；,,采用大功率機組，降低廠用電率；,,采用熱電聯供。,,火電廠發展現狀,,占總裝機容量的,80%,左右，效率,37~40%,；,,,耗煤占總產量,30%,，油占,10%,左右；,,,提高供電效率和改善環境有重要意義。,燃氣,-,蒸汽聯合循環,燃氣輪機的發展,,熱力參數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；,

14、,聯合,循環的現實可行性,,燃氣輪機,排氣溫度,t,4,=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%,。,,燃氣蒸汽聯合循環,燃氣蒸汽聯合循環,法國,GEC,Alsthom,公司的聯合循環電站,,,燃氣輪機：,227.2 MW,,,蒸汽輪機：,128.3 MW,,,燃料：天然氣,,,熱效率：,54.5%,1,、,熟悉,郎肯循環,圖示,與,計算,,2,、,郎肯循環,與,卡諾循環,,3,、,蒸汽參數,對朗肯循環熱效率的影響,,4,、,再熱,、,回熱原理及計算,第,七,章,小 結,第七章 完,