《蒸汽动力循环》PPT课件.ppt

第八章蒸汽动力循环,Stream Power Cycle, 分类（按工质）：,热机定义：将热能转换为机械能的设备,蒸汽动力动力循环,燃气动力循环,（内燃机、燃气轮机等）,（蒸汽机、汽轮机等）,动力循环：热机的工作循环.,8-1 朗肯循环,蒸汽动力装置系统简图,8.1.1蒸汽机概述,蒸汽电厂示意图,蒸汽机简易图,五十年代蒸汽机车,汽轮机示意图,汽轮机低压缸,汽轮机中压缸,汽轮机高压缸,蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，促使资本主义诞生,目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝大部分来自蒸汽动力,蒸汽动力装置可利用各种燃料,蒸汽是无污染、价廉、易得的工质,8.1.2工质为水蒸气的卡诺循环,在相同范围内卡诺循环的热效率最高,气体工质的定温加热与放热难于进行，且功不大(比较p-v图上定温线与定熵线斜率),水蒸气汽化与凝结时既定压又定温，功大(斜率),实际蒸汽动力装置不采用卡诺循环,8-5难于实现； V8V5 需用比水泵大得多的压缩机； 循环局限于饱和区，热效率不高； 膨胀末期湿空气，不利于动力机安全； 实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为基础,8.1.3朗肯循环及其热效率,1、朗肯循环工作原理,朗肯循环可理想化为两个定压过程、两个定熵过程。,3-4-5-1：水定压加热变为过热水蒸气,1-2： 过热水蒸气在汽轮机内定熵膨胀,2-3：湿蒸汽在冷凝器内定压冷却,3-3：凝结水在水泵中的定熵压缩,水的压缩性很小，经过水泵绝热压缩后温度升高极小，认为点 3 与点3重合， 3 -4与下界限3-4重合。,T-s 图,h-s 图,2、朗肯循环的热效率, 1-2为定熵膨胀过程，以汽轮机为控制体, 3- 4 为定熵压缩过程，以水泵为控制体, 4 -1定压过程，锅炉和过热器为控制体,消耗轴功,吸收热量, 2-3定压凝结过程，冷凝器为控制体,整个装置为热力系统：,很小,8.1.4蒸汽参数对热效率的影响,初温T1对热效率的影响,同p1，p2；T1 ， ,同效率的卡诺循环的平均吸热温度,等效卡诺循环热效率：,有利：乏汽干度,不利：比容设备 ，设备体积 材料要求高.,2.初压p1对热效率的影响,同T1，p2；p1 ，平均吸热温度 ， ,（ T2 环境温度 ）,3. 背压p2对热效率的影响,环境温度对蒸汽动力装置的运行影响很大，冬季高于夏季，北方高于南方。, 局限于朗肯循环内以调整蒸汽参数来提高动力循环的热效率，潜力有限； 在朗肯循环基础上发展的较为复杂的循环，如回热循环、再热循环等,p2, T2, 循环温差, ,8.1.5有摩阻的实际循环,实际蒸汽动力循环都是不可逆过程，如果考虑到汽轮机中的不可逆损失，则理想循环中的可逆绝热过程l-2将代之以不可逆绝热过程1-2。这样，在循环中q1(4-5-1)不变，而q2 (3-2 3-2)增大。如图所示，q2的增大部分为面积82278。,汽轮机效率(汽轮机相对内效率)T：汽轮机内蒸汽实际做功wt与理论功wt 的比值,实际循环内部功wnet:1kg蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功wnet= wt-wP。忽略水泵功wP，wnetwt= h1-h2。,循环内部热效率i:实际蒸汽循环净功与循环中热源所供给的热量的比值：,考虑轴承等处的机械损失m，则汽轮机输出的有效功（即轴功ws）：,忽略水泵功，循环输出净功率的表达式：,理想耗汽率o,以实际内部功率Pi为基准,有效功耗汽率s：,8-2 再热循环,Reheat Cycle,再热目的： 克服汽轮机尾部蒸汽湿度太大的危害：热效率 腐蚀,再热循环是提高热效率的途径之一 (3% 左右),多出一块,目前，超高压大型发电厂几乎毫无例外地采用再热循环。 根据蒸汽初参数的情况，一般进行一次或最多两次再热。,8-3 回 热 循 环,Extracting cycle,抽汽回热循环,在回热器内先后与两次抽汽混合加热，每次加热终了的水温达到相应的抽汽压力下的饱和温度,利用膨胀作了功的蒸汽预热锅炉给水，以提高热效率,抽汽回热循环目的,工 作 循 环 图,T-s 图,回热抽汽率1、2的计算，根据凝结水被加热到抽汽压力下的饱和温度的原则，由质量守恒和能量平衡式来确定。,以二号回热器为控制体,h6 、h8 是第一、第二次抽汽的焓； h7 、h9 是第一、第二次抽汽压力下的饱和水的焓； h3 是乏汽压力下的凝结水的焓,以一号回热器为控制体,二级回热循环的热效率：,理论上抽汽级数越多，最佳水温越好，平均吸热温度越高，热效率也越高；,级数越多，设备和管道越复杂，而每级的抽气量越少；因此，级数不宜过多，电厂为 3 8 级。,1,2,3,5,4,T,s,6,8,7,9,例题8.1 在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压力p1=13.5MPa，初温度T1=823K，乏汽压力p2=0.004MPa，求：循环净功wnet、加热量q1、朗肯循环热效率t、汽耗率及汽轮机出口干度x2；试从 的角度分析能量利用情况。,解 1-2为蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀过程；2-3为乏汽在冷凝器内可逆定压放热过程；3-4为水在给水泵内可逆绝热压缩过程。由已知条件查水及水蒸气热力性质图或表，得到各状态点参数。,点1：p1=13.5MPa，T1=823K得： h1=3464.5kJ/kg，s1=6.585 kJ/(kg K),点2：s2=s1=6.585 kJ/(kgK)，p2=0.004MPa， 根据x2=(s2-s2/)/(s2/-s2/)可得： x2=0.765，h2=x2s2/+(1-x2)s2/=1982.4 kJ/kg， T2=301.95K 点3：h3=h2/=121.41 kJ/kg，s3=s2/=0.4224 kJ/(kgK) 点4：s4=s3=0.4224 kJ/(kgK)，p4=13.5MPa，,h4=134.93kJ/kg,汽轮机做功wT： wT=h1-h2=3464.5-1982.4=1482.1 kJ/kg 水泵消耗的功wp： Wp=h4-h3=134.93-121.41=13.52 kJ/kg,循环净功wnet： wnet=wT-wp=1482.1-13.52=1468.58 kJ/kg 工质吸热量q1： q1=h1-h4=3464.5-134.93=3329.57 kJ/kg 朗肯循环热效率t： t=wnet/q1=1468.58/3329.57=44.1% 汽耗率： =1/wnet=1/(1468.581000)= 6.8110-7 kg/J 汽轮机出口干度x2： x2=0.765,朗肯循环热效率t=44.1%说明蒸汽机吸入的热量q1中，只有44.1%转变成了功，55.9%都放给了大气环境T0=293K，十分可惜。但是，由于实际上排气温度已较低(T2=301.95K)，排出的热量 为：,由数值看，虽然排出的热量较多，但其有效能值较小，说明排汽的热能品质较低，因而动力利用的价值不大。,例题8.2 在图8.11所示的两级抽汽回热循环中（其T-s图如图8.12所示），第一级回热加热器为混合式，第二级为表面式。表面式回热加热器的疏水流回冷凝器。若已知该回热循环的参数为p1=13.5MPa， T1=808K，p2=0.004MPa，给水回热温度为423K，抽汽点蒸汽的压力按等温差分配选定。试完成：,加热器级间的温差分配； 各级抽汽参数p01、p02、h01、h02； 抽汽系数1、2； 循环功； 循环热效率和汽耗率； 与同参数朗肯循环相比较。,解两级抽汽回热循环的T-s图如图所示。由p2=0.004MPa查水蒸气图表得T2/=302K，故从冷凝器的凝结水温度升至给水温度间的总温差T=T7-T3=423-302=121K。,加热级数为2，故平均每级温差应为：T/2=60.5 K，由此可算出： T9= T3+T/2=302+60.5=362.5K,各级抽汽参数 各级抽汽压力是根据所供加热器出口水温要求而确定的。在混合式加热器中，抽汽压力p01必须是温度T6对应下的饱和压力，可由饱和蒸汽表上查出p01=p6=0.476MPa。在表面式加热器中，抽汽压力p02应至少相应于温度T8时的饱和压力（本例中忽略冷热流体间的传热温差，即认为凝结水可以被加热至抽汽压力下的饱和温度T8=T9）。于是由T9=362.5K查出p02=0.069MPa。,抽汽压力确定之后，即可由水蒸气在h-s图上各定压线与定熵线的交点查出各抽汽点的焓：,h1=3306kJ/kg，h2=2090kJ/kg，h3=121kJ/kg,h01=h6=2804kJ/kg，h7=633kJ/kg h02=h8=2488kJ/kg，h9=375kJ/kg,抽汽系数的计算 取混合式加热器为热力系，由能量平衡可得： 1=(h7-h9)/(h6-h9)=(633-375)/(2804-375)=0.106 取表面式加热器为热力系，并进行能量和质量平衡计算： 2h8+(1-1-2)h3=(1-1)h9 即 2=(1-1)(h9-h3)/(h8-h3) =(1-0.106)(375-121)/(2488-121) = 0.0959,循环功量计算 wnetwT=h1-1h01-2h02-(1-1-2)h2 =3306-0.1062804-0.09592488-(1-0.106-0.0959)2090 =1102.1 kJ/kg,循环热效率和汽耗率 循环吸热量q1： q1=h1-h7=3306-633=2673 kJ/kg 循环热效率t： t=wnet/q1=1102.1/2673=0.4123 循环汽耗率： =1/wnet=1/(1102.1103)= 9.073610-7 kg/J 同参数朗肯循环的比较 同参数朗肯循环的热效率为,回热使循环效率提高：0.4123-0.381=0.0313 相对值为：0.0313/0.381=8.22%,8.4热电合供循环,为提高蒸汽动力装置循环的热效率，总是把乏汽压力尽可能降低。 热电合供循环（简称热电循环）：考虑到提高热能利用率与消除锅炉污染，使蒸汽在电厂中膨胀作功到某一压力，再以此乏汽或乏汽的热量供给生活或工业之用的方案。 同时供热和供电的工厂称为热电厂 。,热电循环1-2-3-5-6-1的热效率较原循环l-2-3-5-6-1低，这从热能转变成机械功的角度来看是不利的。但因为热电循环除了输出机械功wnet外，同时提供了可利用的热q2，故衡量其经济性