热力学第五章第五节

1、5-5 蒸汽动力循环蒸汽动力循环5-5 蒸汽动力循环蒸汽动力循环水蒸气：水蒸气：火力发电、核电火力发电、核电低沸点工质：低沸点工质：氨、氟里昂氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电太阳能、余热、地热发电动力循环：动力循环：以获得功为目的以获得功为目的二、朗肯循环二、朗肯循环锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器朗肯循环朗肯循环1234简化（理想化）：简化（理想化）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热1342pv朗肯循环朗肯循环pvpv图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p

2、放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tshs1324朗肯循环朗肯循环TsTs和和hshs图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热hs1324朗肯循环功和热的朗肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功：2121 ,hhws凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443 ,hhws锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量：411hhqtqhw hs1324朗肯循环热效率的朗肯循环热效率的计算计算 ,1 2,3 4n

3、ett11sswwwqq一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh4121hhhh工程上常用工程上常用汽耗率汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸反映装置经济性，设备尺寸汽耗率：汽耗率：蒸汽动力装置每输出蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kgnet3600dw汽耗率的概念汽耗率的概念netw的单位是的单位是kJ/kg1kW=1 kJ/snet3600360013600kgkgkgkgdkJkJkWhkJwhhsh朗肯循环朗肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较sT6421 41098753 q2相同；相同； q1卡诺卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺

4、卡诺 朗肯朗肯； 等温等温吸热吸热41难实现难实现 11点点x太小太小,不利于不利于汽机强度；汽机强度； 12-9两两相区难压缩；相区难压缩； wnet卡诺卡诺小小 卡诺卡诺 朗肯朗肯； wnet卡诺卡诺 wnet 朗肯朗肯1112对比同温限对比同温限1234对比对比5678对比对比9-10-11-12sp1, t1, p2654321如何提高朗如何提高朗肯循环肯循环的热效率的热效率1213thhhh影 响 热 效 率影 响 热 效 率的参数？的参数？TsT654321 1 6 5 4 2蒸汽初压对朗肯蒸汽初压对朗肯循环循环热效率的影响热效率的影响t1 , p2不变不变，p1优点：优点： ，汽

5、轮机出口汽轮机出口尺寸小尺寸小1Tt2v缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不不利于汽利于汽轮机安全。一般轮机安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.882xsT654321 1 2蒸汽初温对朗蒸汽初温对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： ，有利于汽机有利于汽机安全。安全。1Tt2x缺点：缺点： 对耐热及强度要对耐热及强度要求高，目前最高求高，目前最高初温一般在初温一般在550左右左右 汽机出口汽机出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不变不变，t1sT654321 2乏汽压力乏汽压力对朗对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： 2Tt缺点：缺点：受

6、环境温度限制，受环境温度限制，现在大型机组现在大型机组p2为为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事，已接近事实上可能达到的最低实上可能达到的最低限度。冬天热效率高限度。冬天热效率高p1 , t1不变不变，p2 4 3三、实际蒸汽动力循环分析三、实际蒸汽动力循环分析sT532 241114非理想因素：非理想因素：给水泵不可逆给水泵不可逆( 3 4 )汽机不可逆汽机不可逆( 1 2 )汽机汽门节流汽机汽门节流( 1 1 ) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道摩擦降压，散热压，散热(11) 实际蒸汽动力循环分析方法实际蒸汽动力循环分析方法热一律：热一律：热效率

7、分析法热效率分析法热二律：热二律：熵分析法熵分析法 Ex分析法分析法实际蒸汽动力循环实际蒸汽动力循环热效率法热效率法sT532 241114忽略泵功忽略泵功43hh可逆循环可逆循环效率效率12t13hhhh汽机相对汽机相对内效率内效率12oi12hhhh管道和节管道和节流，管流，管道效率道效率13tu13hhhh锅炉散热锅炉散热和排烟，和排烟，锅炉效率锅炉效率13Bfhhq整个整个实际蒸汽实际蒸汽动力循环动力循环热效率热效率sT532 241114netfwq收益循环净功代价燃料热量12fhhq13tu13hhhh13Bfhhq12oi13B()()/hhhh12oi12hhhh12Boi13

8、tu()()/hhhh12t13hhhh12Boitu13()()hhhhtBoitu 整个电厂整个电厂热效率热效率sT532 241114gfwq电厂收益电功代价燃料热量机械效率机械效率Mnetww机械电机效率电机效率gMww电机tBoitu netfwqMfwq电机netfwq机械电机tBoitu 机械电机提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环改变循环形式热电联产热电联产燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.Ts65431ba

9、2四、四、蒸汽再热循环的热效率蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身再热循环本身不一不一定定提高循环热效率提高循环热效率 与再热压力有关与再热压力有关 x2提高提高,给提高初给提高初压创造了条件，选压创造了条件，选取再热压力合适，取再热压力合适，一般采用一般采用一次再热一次再热可使热效率提高可使热效率提高2 23.53.5。蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再热再热 超临界机组，超临界机组， t1600，p125MPa，二，二次次再热再热Ts65431ba2蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算定量计算吸热量：吸热量：

10、 114abqhhhh放热量：放热量：223qhh净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）： net12bawhhhh热效率：热效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh五、五、蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环(1- )kg kg65as43211kgT12361kga45kg(1-)kga kg4(1- )kg51kg由于由于T-s图上各点质图上各点质量不同，面积不再量不同，面积不再直接代表热和功直接代表热和功抽汽抽汽回热循环的抽汽量回热循环的抽汽量计算计算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回热器为例以混合式回热器为

11、例热一律热一律a4511hhh 54a4hhhh抽汽抽汽回热循环热效率的回热循环热效率的计算计算(1- )kg kg65as43211kgT吸热量：吸热量：放热量：放热量：1,RG151aqhhhh2,RG221qhhRG1aa21whhhh净功：净功：热效率：热效率： 1aa2t,RG1a1hhhhhhh3h5为什么抽汽为什么抽汽回热热效率提高？回热热效率提高？(1- )kg kg65as43211kgTt,RGt物理意义物理意义： kg kg工质工质100%利用利用 1- 1- kg kg工质效率未变工质效率未变蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环的特点回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为小型火

12、力发电厂回热级数一般为13级，级，中大型火力发电厂一般为中大型火力发电厂一般为 48级。级。优点优点l 提高热效率提高热效率l 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短l 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面l 可兼作除氧器可兼作除氧器缺点缺点l 循环比功减小，汽耗率增加循环比功减小，汽耗率增加l 增加设备复杂性增加设备复杂性l 回热器投资回热器投资缺点缺点提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环改变循环形式热电联产热电联产

13、燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCC.IGCC整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环热电联产热电联产(供供)循环循环1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉用发电厂作了功用发电厂作了功的蒸汽的余热来的蒸汽的余热来满足热用户的需满足热用户的需要，这种作法称要，这种作法称为为热电联热电联( (产产) )供供。背压式机组背压式机组( (背压背压0.1MPa) )热用户为什么要热用户为什么要用换热器而不直用换热器而不直接用热力循环的接用热力循环的水？水？热电联产热电联产(供供)循环循环的经济性评价的经济性评价net1qwKq供热已被利用的能量工质从热源得到的能量nett1wq 只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面 能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同 Ex经济学评价经济学评价 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保其它新型煤气化联合循环其它新型煤气化联合循环注蒸汽燃气轮机循环（注蒸汽燃气轮机循环（STIG）程式循环）程式循环 (Steam Injected Gas Turbine Cycle)增压流化床燃烧联合循环（增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC） (Fluidized Bed Combustion Cycle)外燃式燃煤联合