1、1第十章第十章 蒸汽动力循环蒸汽动力循环2 水及水蒸气本身不参与燃烧水及水蒸气本身不参与燃烧-外燃外燃 空气与燃气参与燃烧空气与燃气参与燃烧-内燃内燃 蒸汽动力循环中有相态的变化蒸汽动力循环中有相态的变化 气体动力循环中气体动力循环中不发生不发生相态的变化相态的变化 蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置: 设备庞大、管路复杂、笨重设备庞大、管路复杂、笨重 气体动力循环装置气体动力循环装置: 结构紧凑、体积小、重量轻结构紧凑、体积小、重量轻蒸汽动力循环与气体动力循环不同点蒸汽动力循环与气体动力循环不同点3主要内容主要内容: 蒸汽动力循环的构成及特点蒸汽动力循环的构成及特点 改进与提高蒸汽动力循环热工
2、性能的途径改进与提高蒸汽动力循环热工性能的途径本章重点本章重点: 掌握蒸汽动力循环的构成及工作过程掌握蒸汽动力循环的构成及工作过程 掌握基本蒸汽动力循环掌握基本蒸汽动力循环-朗肯循环的特点朗肯循环的特点 及循环的及循环的P-v图和图和T-s图图 掌握提高蒸汽动力循环效率的途径掌握提高蒸汽动力循环效率的途径 了解再热、回热循环的定量计算了解再热、回热循环的定量计算本章主要内容及重点本章主要内容及重点4火力发电装置示意火力发电装置示意锅锅炉炉汽轮机汽轮机 凝凝汽汽器器过热器过热器 发电机发电机 给水泵给水泵 5蒸汽动力装置的主要设备蒸汽动力装置的主要设备 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽
3、轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机凝汽器凝汽器给水泵给水泵6火电厂设备布置示意图火电厂设备布置示意图7蒸汽动力循环冷却水系统蒸汽动力循环冷却水系统8蒸汽动力循环冷却水系统实体蒸汽动力循环冷却水系统实体9火电厂外景火电厂外景10锅炉剖面图11首台国产首台国产2020万千瓦机组万千瓦机组12变电站变电站500kV500kV出线出线13热电厂热力系统图热电厂热力系统图生水来生水来至水处理至水处理热网供水热网供水热网回水热网回水工业用汽工业用汽3x35t/h 2xC6-50/10软化水软化水化学水处理化学水处理14 10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环水蒸气作为工质的
4、卡诺循环卡诺循环卡诺循环: 回顾回顾卡诺循环卡诺循环P-V图图卡诺循环卡诺循环T-S图图由两个等温过程和两个绝热过程组成由两个等温过程和两个绝热过程组成2t,C11TT 理想可逆热机循环理想可逆热机循环15卡诺循环很难付诸实际卡诺循环很难付诸实际 要提高卡诺循环的热效率要提高卡诺循环的热效率T1和和T2相差越大越好相差越大越好 T1和和T2相差越大相差越大 气体的等温加热和等温放热过程很难实现气体的等温加热和等温放热过程很难实现压差和容积比大压差和容积比大p1或或v3很大很大循环净功很小循环净功很小16以水蒸气为工质的卡诺循环怎样以水蒸气为工质的卡诺循环怎样由水蒸气形成过程可知由水蒸气形成过程
5、可知:饱和水的定压汽化和饱和蒸汽的定压凝结过饱和水的定压汽化和饱和蒸汽的定压凝结过程中温度都是不变的程中温度都是不变的1342pv4321Ts17v4321Ts1342p12 绝热绝热 膨胀膨胀 汽轮机汽轮机23 定压放热定压放热 冷凝器冷凝器 34 绝热绝热压缩压缩 水泵水泵41 定压加热定压加热 锅炉锅炉能否实现能否实现?存在什么问题存在什么问题?锅锅炉炉汽轮机汽轮机 凝凝汽汽器器过热器过热器 发电机发电机 给水泵给水泵 18 1-2:可实现可实现,但但2点干度低，汽轮点干度低，汽轮机叶片腐蚀机叶片腐蚀 2-3:准确控制达到准确控制达到3点很难，到点很难，到2 最理想最理想 3-4:压缩机
6、工作不稳定压缩机工作不稳定,效率低效率低 4-1:可以实现可以实现,但但T1的提高受限的提高受限 tcr=373.99 问题：问题：小结蒸汽动力装置采用卡诺循环效率并不高蒸汽动力装置采用卡诺循环效率并不高分析此循环明确了蒸汽动力循环改进方向分析此循环明确了蒸汽动力循环改进方向4321Ts2 19改进方向改进方向 2-2代替代替2-34321Ts2 1342pv 采用过热蒸汽代替饱和蒸汽采用过热蒸汽代替饱和蒸汽20 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵10-2 朗肯循环朗肯循环 1、朗肯循环、朗肯循环:最简单的蒸汽动力循环最简单的蒸汽动力循环锅锅炉炉汽
7、轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器21（1）水蒸气动力循环系统的简化）水蒸气动力循环系统的简化给水泵给水泵朗肯循环朗肯循环发电机发电机锅锅炉炉汽轮机汽轮机凝汽器凝汽器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22（2）朗肯循环朗肯循环p-v图和图和T-s图图1342pv12 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p-v图图23hs1324朗肯循环朗肯循环T-s及及h-s图图4321T
8、s12 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5624、朗肯循环优点朗肯循环优点 提高了平均吸热温度提高了平均吸热温度 压缩功减小（压缩功减小（3点在饱和线上）点在饱和线上） 膨胀终点膨胀终点2干度增大干度增大 问题：问题： 4-5过程为低温预热过程为低温预热 对平均吸热温度有一定影响对平均吸热温度有一定影响4321Ts5625sT6421109875311124 、朗肯循环与卡诺循环比较朗肯循环与卡诺循环比较 与与1234561同温限的卡诺同温限的卡诺 循环循环1234 1比较比较 与湿蒸汽区的卡诺循环与湿蒸汽区
9、的卡诺循环 56785比较比较 与与T1 温度提高的温度提高的湿蒸汽湿蒸汽区的卡诺循环区的卡诺循环9-10-11-12-9比较比较26朗肯循环朗肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较(1)(1) q2相同相同sT6421534 比较朗肯循环比较朗肯循环1234561与同温限卡诺循环与同温限卡诺循环12341 q1卡诺卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺卡诺 朗肯朗肯 等温吸热等温吸热41难实现难实现27朗肯循环与卡诺循环比较朗肯循环与卡诺循环比较(2)(2)朗卡11TT 卡诺卡诺 朗肯朗肯sT64218753比较朗肯循环比较朗肯循环1234561与与湿蒸汽区湿蒸汽区卡诺循环卡诺循环56785 wnet卡诺卡诺
10、 T41Tab T41Tab = T41b点的选取是关键点的选取是关键c51 与再热压力有关与再热压力有关 2点干度点干度提高提高,给提高初压给提高初压创造了条件，选取再热压力创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可合适，一般采用一次再热可使热效率提高使热效率提高23.5。 再热循环本身再热循环本身不一定不一定提高循环热效率提高循环热效率再热循环的热效率再热循环的热效率Ts65431ba2小结：小结：52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
11、次二次再热再热Ts65431ba25310-4 回热循环回热循环回顾回顾什么是回热什么是回热?利用工质排出的部分热量利用工质排出的部分热量来加热工质本身的方法为回热来加热工质本身的方法为回热一、一、极限回热极限回热Ts12345cdTscdab1、利用饱和蒸汽为工、利用饱和蒸汽为工 质的质的极限回热循环极限回热循环1d451热效率热效率大于大于1245154Ts10-4 回热循环回热循环2、利用、利用过热过热蒸汽为工蒸汽为工 质的极限回热循环质的极限回热循环1234561234561为朗肯循环为朗肯循环采用回热采用回热7d放热放热 45吸收吸收7de7d457热效率大于热效率大于72457采用
12、回热循环可采用回热循环可 提高热效率提高热效率5510-4 回热循环回热循环3、蒸汽极限回热循环的热效率、蒸汽极限回热循环的热效率411hhqTs1234567de不回热不回热回热回热511hhq322hhqehhq2241321hhhht5121hhhhet3dhh 5610-4 回热循环回热循环Ts1234567deT1回回T1T2不变不变结论结论:极限回热时朗肯循环极限回热时朗肯循环的热效率提高了的热效率提高了4、存在问题、存在问题 d点干度减小点干度减小 3点到点到5点很难达到点很难达到结论结论: 实际循环并不采用这种极限回热循环实际循环并不采用这种极限回热循环57抽汽抽汽去凝汽器去凝
13、汽器冷凝水冷凝水表面式回热器表面式回热器抽汽抽汽冷凝水冷凝水给水给水混合式回热器混合式回热器10-4 回热循环回热循环二、二、抽汽抽汽回热循环回热循环12361kga45kg(1-)kg抽汽式回热抽汽式回热R58蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环T-s图图(1- )kg kg65a1kgsT12361kga45kg(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4321R59a kg4(1- )kg51kg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 kg65as43211kgT以混合式回
14、热器为例以混合式回热器为例由热力学第一定律由热力学第一定律a4511hhh 忽略泵功忽略泵功54a4hhhha2a2hhhh忽略散热忽略散热60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,RG1a1hhhhhh61关于回热循环小结关于回热循环小结 采用回热循环采用回热循环,热效率明显提高热效率明显提高 采用回热循环采用回热循环,锅炉省煤器的作用减小锅炉省煤器的作用减小 对汽轮机设计有利对汽轮机设计有利 采
15、用回热采用回热,设备增加、投资增大、管路复杂设备增加、投资增大、管路复杂总体分析：利大于弊总体分析：利大于弊小型火力发电厂回热级数一般为小型火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。62* *10-5 10-5 热电联产热电联产( (供供) )循环循环 1 2 3 4 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。63为什么采用热电联为什么采用热电联( (产产) )供供? ?s654321T降低降低排汽压力排
16、汽压力可提高效率可提高效率排汽压力排汽压力降低凝结水温度降低降低凝结水温度降低排汽压力排汽压力受环境影响受环境影响如如P2为为0.005MPa,t2=32.98 如如P2为为0.2MPa,t2=120.2 64背压式热电联产背压式热电联产( (供供) )循环循环1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉背压式背压式缺点缺点： 热电互相影响热电互相影响 供热参数单一供热参数单一背压式背压式: :将排汽全部将排汽全部供给热用户使用的供给热用户使用的汽轮机汽轮机背压式背压式特点特点： 无凝汽器无凝汽器 排汽压力较高排汽压力较高65抽汽调节式热电联产抽汽调节式热电联产( (供供) )循环循环过热器汽轮机发电
17、机锅炉冷却水冷凝器加热器水泵 1水泵 2调节阀抽汽式抽汽式: :将作过功的将作过功的部分蒸汽抽出供给热部分蒸汽抽出供给热用户使用的汽轮机用户使用的汽轮机抽汽式抽汽式特点特点： 有凝汽器有凝汽器 调节方便调节方便抽汽式抽汽式缺点缺点： 热经济性低于背热经济性低于背压式压式66热电厂原则性热力系统图热电厂原则性热力系统图生水来生水来至水处理至水处理热网供水热网供水热网回水热网回水工业用汽工业用汽3x35t/h 2xC6-50/10软化水软化水67热电联产热电联产( (供供) )循环的经济性评价循环的经济性评价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
18、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68* *10-6 10-6 现代新型动力循环现代新型动力循环 蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：蒸汽电站提高电厂供电效率的措施： 提高初参数，向亚临界和超临界发展；提高初参数，向亚临界和超临界发展； 采用大功率机组，降低厂用电率；采用大功率机组，降低厂用电率； 采用热电联供。采用热电联供。 火电厂发展现状火电厂发展现状 占总装机容量的占总装机容量的80%左右，效率左右，效率3740%；
19、 耗煤占总产量耗煤占总产量30%，油占油占10%左右；左右； 提高供电效率对改善环境有重要意义。提高供电效率对改善环境有重要意义。69燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环 燃气轮机的发展燃气轮机的发展 热力参数与单机容量逐步提高，热效率热力参数与单机容量逐步提高，热效率3541%； 可靠性可靠性9598.5%，可作为基本负荷电站；可作为基本负荷电站； 联合循环的现实可行性联合循环的现实可行性 燃气轮机排气温度燃气轮机排气温度t4=400600 ； 大功率机组排气量大功率机组排气量300kg/s以上；以上； 利用排气能量加热蒸汽轮机给水利用排气能量加热蒸汽轮机给水( (取代锅炉取代锅炉) )，
20、大，大大提高供电效率，极限效率大提高供电效率，极限效率( (烧气烧气) )约约58%。70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（STIGSTIG）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-CCPFBC-CC） (Fluidized Bed Combustion Cycle) 外燃式燃煤联合循环（外燃式燃煤联合循环（EFCCEFCC） (Externally Coal-Fired Combined Cycle) 直接燃煤联合循环（直接燃煤联合循
21、环（DFCCDFCC） (Directly Coal-Fired Combined Cycle)71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改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环联合循环联合循环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.72 掌握蒸汽动力循环的构成及工作过程掌握蒸汽动力循环的构成及工作过程 掌握基本蒸汽动力循环掌握基本蒸汽动力循环-朗肯循环的特点朗肯循环的特点 及循环的及循环的P-v图和图和T-s图图 掌握提高蒸汽动力循环效率的途径掌握提高蒸汽动力循环效率的途径 了解再热、回热循环的定量计算了解再热、回热循环的定量计算本章小结本章小结作业：看书、理解概念、掌握循环构成。能够作业：看书、理解概念、掌握循环构成。能够用图示分析提高热效率的方法。用图示分析提高热效率的方法。73本本 章章 结结 束束
