第七章

蒸汽動(dòng)力循環(huán)VaporPowerCycles第七章蒸汽動(dòng)力循環(huán)水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點(diǎn)工質(zhì)：氨、氟里昂太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電動(dòng)力循環(huán)：以獲得功為目的

四個(gè)主要裝置：

鍋爐

汽輪機(jī)

凝汽器

給水泵§7-1

郎肯循環(huán)RankineCycle水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)

鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的簡化鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器郎肯循環(huán)1234簡化（理想化）：1

2汽輪機(jī)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1342pv郎肯循環(huán)pv圖1

2汽輪機(jī)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4321Tshs1324郎肯循環(huán)Ts和hs圖1

2汽輪機(jī)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hs1324郎肯循環(huán)功和熱的計(jì)算

汽輪機(jī)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：hs1324郎肯循環(huán)熱效率的計(jì)算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

工程上常用汽耗率,反映裝置經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備尺寸汽耗率：蒸汽動(dòng)力裝置每輸出1kW.h

功量所消耗的蒸汽量kg汽耗率(SteamRate)的概念的單位是kJ/kg1kW=1

kJ/s郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753

q2相同；

q1卡諾>

q1朗肯

卡諾>

朗肯；

等溫吸熱4’1難實(shí)現(xiàn)

11點(diǎn)x太小,不利于汽機(jī)強(qiáng)度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

卡諾<

朗肯；

wnet卡諾<wnet

朗肯1112對比同溫限1234’對比5678對比9-10-11-12sp1t1p2654321如何提高郎肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecyclesT654321蒸汽初壓對郎肯循環(huán)熱效率的影響t1,p2不變，p1優(yōu)點(diǎn)：

，汽輪機(jī)出口尺寸小缺點(diǎn)：

對強(qiáng)度要求高

不利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88sT654321蒸汽初溫對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：

，有利于汽機(jī)安全。缺點(diǎn)：

對耐熱及強(qiáng)度要求高，目前初溫一般在550℃左右汽機(jī)出口尺寸大p1,p2不變，t1sT654321乏汽壓力對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組p2為0.0035~0.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為27~33℃

，已接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高p1,t1不變，p2國產(chǎn)鍋爐、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的初參數(shù)簡表§7-2

實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：給水泵不可逆(34’)汽機(jī)不可逆(12’)汽機(jī)汽門節(jié)流(1’

1

)

蒸汽管道摩擦降壓，散熱(1’’1’)

實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)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(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功可逆循環(huán)效率汽機(jī)相對內(nèi)效率管道和節(jié)流，管道效率鍋爐散熱和排煙，鍋爐效率整個(gè)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率sT5322’4’1’’1’14整個(gè)電廠熱效率sT5322’4’1’’1’14機(jī)械效率電機(jī)效率實(shí)際蒸汽動(dòng)力裝置的Ex分析法對于穩(wěn)定流動(dòng)進(jìn)入設(shè)備的Ex總和離開設(shè)備的Ex總和Ex損失之和焓Ex鍋爐的Ex分析sT5322’4’1’’1’14排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣鍋爐的Ex分析（燃燒）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣空氣燃料設(shè)燃料完全是Ex（1）燃燒，煙氣熱量以環(huán)境為基準(zhǔn)平均燃燒溫度鍋爐的Ex分析（散熱）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣（2）排煙，渣，散熱后，可傳給水的ex鍋爐的Ex分析（傳熱）排煙過熱汽1’’水4’（3）渣燃料空氣（3）傳熱，水的溫度遠(yuǎn)比燃?xì)獾?，溫差傳熱水得到的ex管道和汽機(jī)主汽門節(jié)流的Ex分析sT5322’4’1’’1’141’’1管道和汽機(jī)主汽門節(jié)流的Ex分析1’’1汽機(jī)入口ex管道和主汽門的ex損失汽輪機(jī)的Ex分析sT5322’4’1’’1’1412’wnet’絕熱汽輪機(jī)的Ex分析汽輪機(jī)最大可能作功汽輪機(jī)的ex損失12’wnet’汽輪機(jī)實(shí)際輸出功冷凝器的Ex分析sT5322’4’1’’1’1432’冷凝器的ex損失兩種分析方法的比較鍋爐qB/qf=10%

B/ex,qf=56.7%(燃燒14.1%排煙及散熱

8.6%傳熱34%)管道

qtu/qf=

0.6%

tu/ex,qf=

0.5%汽輪機(jī)qt/qf=

0

t/ex,qf=

5.6%凝汽器qc/qf=

55.7%

c/ex,qf=3.5%

Ex經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法

熱效率法Ex分析法Ex損失的表示sT5322’4’1’’1’14T0提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...ReheatRegenerativeCogenerationTs65431b§7-3蒸汽再熱循環(huán)(reheat)Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關(guān)

x2降低,給提高初壓創(chuàng)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(huán)的實(shí)踐

再熱壓力

pb=pa

0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機(jī)組，10、12.5、20、30萬機(jī)組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機(jī)組，t1>600℃，p1>25MPa，

二次再熱Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的定量計(jì)算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：§7-4蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回?zé)崞鞒槠淠o水混合式回?zé)崞鞒槠交責(zé)酕eedwaterheaterOpenFeedwaterheaterClosedFeedwaterheater蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg由于T-s圖上各點(diǎn)質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計(jì)算(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg以混合式回?zé)崞鳛槔裏嵋宦珊雎员霉Τ槠責(zé)嵫h(huán)熱效率的計(jì)算(1-

)kg

kg65as43211kgT吸熱量：放熱量：凈功：熱效率：為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣撸?1-

)kg

kg65as43211kgT教材P.256推導(dǎo)簡單朗肯循環(huán)：

物理意義：

kg工質(zhì)100%利用

1-

kg工質(zhì)效率未變蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為1～3級(jí)中大型火力發(fā)電廠一般為4～8級(jí)。優(yōu)點(diǎn)提高熱效率減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)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(diǎn)循環(huán)比功減小，汽耗率增加增加設(shè)備復(fù)雜性回?zé)崞魍顿Y>缺點(diǎn)提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...ReheatRegenerativeCogeneration§7-5熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)用發(fā)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(lián)(產(chǎn))供。背壓式機(jī)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(huán)的水？Cogeneration背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)背壓式缺點(diǎn)：

熱電互相影響

供熱參數(shù)單一清華北門外2臺(tái)背壓式，5000kW電負(fù)荷抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)

抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán),可以自動(dòng)調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例，以滿足不同用戶的需要。熱電聯(lián)產(chǎn)(