华北电力大学课件,工程热力学 第11章、蒸汽动力装置循环

第11章、蒸汽动力装置循环热能动力装置：将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简称热机。

动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：

蒸汽动力装置循环：以蒸汽为工质的热机的工作循环（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。

气体动力装置循环：以气体为工质的热机的工作循环（如内燃机、燃气轮机等）。研究热机循环的目的：分析其热能利用的经济性（即热效率）、影响热效率的因素、寻找提高热效率的途径。2023/9/14第11章、蒸汽动力装置循环热能动力装置：将热能转换为机械能12

第十一章

蒸汽动力装置循环蒸汽及蒸汽动力装置(steam

power

plant)

：

1）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。

2）目前世界75%电力，国内80%电力来自火电厂，绝

大部分来自蒸汽动力。

3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。

4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。2023/9/142第十一章蒸汽动力装置循环蒸汽及蒸汽动力装置(ste23

§11-1简单蒸汽动力装置循环

—朗肯循环(Rankine

cycle)一.简介2023/9/143§11-1简单蒸汽动力装置循环

一.简介2023/83朗肯W.J.M.Rankine，1820~1872年，英国科学家。

1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁堡。1855年被委任为格拉斯哥大学机械工程教授。1858年出版《应用力学手册》一书，是工程师和建筑师必备的指南。1859年出版《蒸汽机和其它动力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机理论的经典著作。朗肯计算出一个热力学循环(后称为朗肯循环)的热效率，被作为是蒸汽动力发电厂性能的对比标准。1872年12月24日于格拉斯哥逝世。2023/9/14朗肯W.J.M.Rankine，1820~1872年，英411-1蒸汽动力循环1.简单的蒸汽动力装置514321.锅炉，boiler，加热2.过热器，superheater,加热3.汽轮机，turbine，做功，Wt4.凝汽器，condenser，放热，q25.给水泵，pump，增压，耗功，Wpq12023/9/1411-1蒸汽动力循环1.简单的蒸汽动力装置514321.锅5C4321sTT1T211-1蒸汽动力循环2.水蒸气的卡诺循环能量的实际利用率低，T1受到水蒸气临界温度(374.15°C)的限制。热量从炉膛(1500°C)传到低于374.15°C的工质，做功能力损失大；湿蒸汽的膨胀于汽轮机不利。湿蒸汽的压缩不易实现。因此，实际的蒸汽动力循环不采用卡诺循环， 而采用朗肯循环：加热到过热蒸汽区，冷却到饱和水状态2023/9/14C4321sTT1T211-1蒸汽动力循环2.水蒸气的卡诺63.朗肯循环1~2汽轮机中绝热膨胀过程sTT1T22~2`凝汽器中的定压放热过程2`~3给水泵中的绝热压缩过程3~1锅炉中的定压加热过程朗肯循环就是水和水蒸气的两个定压过程（热）与

两个绝热过程（做功）的组合2023/9/143.朗肯循环1~2汽轮机中绝热膨胀过程sTT1T22~2`凝72023/9/142023/8/58(1)循环效率循环功：循环热效率由于水泵功和汽轮机功相比很小，粗略计算中可以忽略不计，即：则：称为理论热效率2023/9/14(1)循环效率循环功：循环热效率由于水泵功和汽轮机功相比很9(1)循环效率若考虑汽轮机的不可逆性，则：实际循环的热效率为：同样，水泵耗功也多于理论耗功：sTT1T22023/9/14(1)循环效率若考虑汽轮机的不可逆性，则：实际循环的热效率10(1)循环效率水泵的效率：汽轮机的相对内效率：实际效率：2023/9/14(1)循环效率水泵的效率：汽轮机的相对内效率：实际效率：211(2)技术指标汽耗率：汽轮机发出单位功率所需要消耗的蒸汽流量，d(kg/kWh)。如果汽轮机每小时消耗的蒸汽流量为D(kg/h)，发出的功率为Nnet(kW)，则：理论汽耗率为：2023/9/14(2)技术指标汽耗率：汽轮机发出单位功率所需要消耗的蒸汽流12(2)技术指标热耗率：机组发出1kW.h的功所要消耗的热量q0，kJ/kW.h。蒸汽流量Dkg/h，机组功率NnetkW，每kW.h所需要消耗的蒸汽流量为dkg/kW.h，单位质量蒸汽的循环吸热量为q1kJ/kg，则郎肯循环的热耗率为：煤耗率：机组发出1kW.h的功所要消耗的标准煤量b0，g/kW.h。标准煤的低位发热量位29308kJ/kg(7000kcal/kg)，则：2023/9/14(2)技术指标热耗率：机组发出1kW.h的功所要消耗的热量13例题1：郎肯循环，初参数p1=14MPa，t1=540℃，排气压力p2=5kPa，计算： (1).忽略泵功的理想循环热效率； (2).计及泵功的实际循环热效率，(3)郎肯循环的计算求解：(1)该循环的T-s图2023/9/14例题1：郎肯循环，初参数p1=14MPa，t1=540℃，排14(２)通过h-s图(或水蒸气表)确定1、2、2`点的状态参数注意：压力不太高时，饱和水的焓可近似计算：本例中：kJ/kg(3)计算忽略泵功的理想循环热效率2023/9/14(２)通过h-s图(或水蒸气表)确定1、2、2`点的状态参数15(4)水泵功的计算方法二：不可压缩流体的压缩过程水流经水泵是绝热压缩过程，由于水是不可压缩流体，因此压缩前后压力升高、比容不变，同时，压缩以后温度变化很小，故内能的变化可以忽略，并且忽略水泵出入口的动能差和位能差，则理论泵功为：2023/9/14(4)水泵功的计算方法二：不可压缩流体的压缩过程2023/8162023/9/142023/8/517(２)补充：如何通过查表确定h3及wp2023/9/14(２)补充：如何通过查表确定h3及wp2023/8/5184.蒸汽初参数对循环热效率的影响为了和卡诺循环相比较，采用平均吸热温度和平均放热温度的概念：平均吸热温度：平均放热温度：则：循环热效率：sTT1T22023/9/144.蒸汽初参数对循环热效率的影响为了和卡诺循环相比较，采用平19(1)蒸汽初温的影响初温提高可以:提高循环的热效率，并提高乏汽干度，对汽轮机运行有利，但受到材料耐温性能的限制。2023/9/14(1)蒸汽初温的影响初温提高可以:2023/8/520(2)初压的影响提高初压，可以提高平均吸热温度，从而提高循环热效率，但却使乏汽干度降低，对汽轮机运行不利。2023/9/14(2)初压的影响提高初压，可以提高平均吸热温度，从而提高循环21(3)汽轮机背压的影响限制：尾部传热温压减小，则传热面积增大，投资增大；Ts2必须高于环境温度。2023/9/14(3)汽轮机背压的影响限制：2023/8/522电厂鸟览图2023/9/14电厂鸟览图2023/8/523锅炉

2023/9/14锅炉2023/8/524汽轮机车间图2023/9/14汽轮机车间图2023/8/525汽轮机高压缸

2023/9/14汽轮机高压缸2023/8/526汽轮机中压缸2023/9/14汽轮机中压缸2023/8/527汽轮机低压缸2023/9/14汽轮机低压缸2023/8/52829

蒸汽电厂示意图2023/9/1429蒸汽电厂示意图2023/8/529火力发电厂的生产过程2023/9/14火力发电厂的生产过程2023/8/53011.2再热循环再热循环主要目的：提高乏汽干度2023/9/1411.2再热循环再热循环主要目的：提高乏汽干度2023/83111.2再热循环目的：提高乏汽的干度，则汽轮机的相对内效率和运行安全性提高。一般来说，只要再热压力选择不太低，就能使再热循环效率比原循环提高！2023/9/1411.2再热循环目的：一般来说，只要再热压力选择不太低，就322023/9/142023/8/53311.2再热循环计算：汽轮机功：循环吸热量：已知：水泵功：循环热效率：2023/9/1411.2再热循环计算：汽轮机功：循环吸热量：已知：水泵功：3411.2再热循环例题：已知蒸汽动力循环初参数p1=14MPa，t1=540℃，汽轮机背压5kPa，中间再热压力3MPa，再热温度ta=540℃，求理想循环的热效率(计算泵功)。(1)在T-s图上画出该再热循环：2023/9/1411.2再热循环例题：已知蒸汽动力循环初参数p1=14MP3511.2再热循环(2)查各点的参数：(3)计算汽轮机功、水泵功、循环吸热量和循环热效率：2023/9/1411.2再热循环(2)查各点的参数：(3)计算汽轮机功、水3611.3抽汽回热循环抽汽回热即是利用在汽轮机内作过功的蒸汽来加热锅炉给水，采用回热可提高循环平均吸热温度，提高循环热效率。目的：提高吸热平均温度，从而提高循环热效率回热系统(假设回热加热器为混合式)：2023/9/1411.3抽汽回热循环抽汽回热即是利用在汽轮机内作过功的蒸37两级回热循环目的：提高吸热平均温度，从而提高循环热效率回热：利用汽轮机抽汽来加热锅炉给水，提高吸热过程起点的温度。412356(1)回热系统(假设回热加热器为混合式)：2023/9/14两级回热循环目的：回热：利用汽轮机抽汽来加热锅炉给水，提高吸382023/9/142023/8/53911.3回热循环平均吸热温度：无回热时，吸热从3点到1点，回热时，吸热从7点到1点，故平均吸热温度提高2023/9/1411.3回热循环平均吸热温度：无回热时，吸热从3点到1点，4011.3回热循环的计算(1)抽气量的确定-热量平衡1号回热器热平衡：2号回热器热平衡：2023/9/1411.3回热循环的计算(1)抽气量的确定-热量平衡1号回热4111.3回热循环(2)回热循环的热效率：透平功：循环放热量：循环吸热量：or：2023/9/1411.3回热循环(2)回热循环的热效率：透平功：循环放热量4211.3回热循环(5)回热循环的评价：设备复杂，循环汽耗率增加；循环热效率提高；汽轮机低压级流通部分更为合理，内效率提高；锅炉、凝汽器传热面积可以减小；现代电站蒸汽动力循环普遍采用回热循环。(4)回热抽汽压力的选取回热抽汽压力的选取由多种方法，比较简单的是按照等温差来选取，对于两级抽汽：2023/9/1411.3回热循环(5)回热循环的评价：(4)回热抽汽压力的43回热循环计算练习例：回热循环，新蒸汽初参数为p1=4MPa，t1=500℃，终压p2=5kPa，采用两级混合式回热器，抽汽压力分别为：p01=0.8MPa，p02=0.12MPa，求各级抽气量和循环热效率。(1)在T-s图上画出该循环。2023/9/14回热循环计算练习例：回热循环，新蒸汽初参数为p1=4MPa，44例题(2)计算各点的参数(3)计算抽气量2023/9/14例题(2)计算各点的参数(3)计算抽气量2023/8/545例题(4)计算循环吸热量、循环功2023/9/14例题(4)计算循环吸热量、循环功2023/8/546Steamprocessflowdiagramofthe600MWsupercriticalpowerunit2023/9/14Steamprocessflowdiagramof47300MW机组发电厂原则性热力系统2023/9/14300MW机组发电厂原则性热力系统2023/8/548例：某再热-回热循环，初压p1=10MPa，初温t1=500°c。第一次抽汽压力pa=p1=1.5MPa，抽汽量α1kg，余下(1-α1)kg，再热到500°c。第二次抽汽压力pb=0.13MPa，若最终压力为0.005MPa，试求循环理论热效率(忽略泵功）。解：查h-s图及水和水蒸气热力性质表2023/9/14例：某再热-回热循环，初压p1=10MPa，初温t1=50049忽略水泵功：2023/9/14忽略水泵功：2023/8/550类似：2023/9/14类似：2023/8/55111.4热电联供循环1）背压式汽轮机热电联供循环2）抽汽式汽轮机热电联供循环热电联供：用发电厂乏汽的余热来满足热用户的需要。（热电厂）2023/9/1411.4热电联供循环1）背压式汽轮机热电联供循环2）抽汽52经济性评价指标燃料在锅炉中释放的能量为Qf，热电厂提供的热能为QH，提供的电能为We燃料利用系数电能生