1、第十章第十章 蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置本本 章章 重重 点点1、熟悉朗肯循环图示与计算、熟悉朗肯循环图示与计算2、朗肯循环与卡诺循环、朗肯循环与卡诺循环3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响4、再热、回热原理及计算再热、回热原理及计算本章基本要求本章基本要求 熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。第十章第十章 蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置动力循环动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的：工质连续不断
2、地将从高温热源取得的热量热量的一的一部分转换成对外的部分转换成对外的净功。净功。按工质按工质气体动力循环气体动力循环：内燃机：内燃机蒸汽动力循环蒸汽动力循环：外燃机：外燃机空气为主的燃气空气为主的燃气按按理想气体理想气体处理处理水蒸气等水蒸气等实际气体实际气体研究目的研究目的：合理安排循环，提高热效率。：合理安排循环，提高热效率。10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环1.水蒸气的卡诺循环水蒸气的卡诺循环水蒸气卡诺循环有可能实现水蒸气卡诺循环有可能实现，但：，但：1）温限小）温限小 2）膨胀末端）膨胀末端 x 太小太小 3）压缩两相物质的困难）压缩两相物质的困难实际并
3、不实行实际并不实行 卡诺循环卡诺循环简单蒸汽动力装置流程图简单蒸汽动力装置流程图10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环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2.水蒸气朗肯循环（理想化循环）水蒸气朗肯循环（理想化循环）1234四个主要装置及过程：四个主要装置及过程：1-2 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀2-3 凝汽器凝汽器 p 放热放热3-4 给水泵给水泵 s 压缩压缩4-1 锅炉锅炉 p 吸热吸热 vp0165432p-v 和和 T-s图图 10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环vp0165432TS314 5 6 2 01
4、0-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环hs1324朗肯循环功、热及热效率的计算朗肯循环功、热及热效率的计算 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：411hhq10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环hs1324,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小，占一般很小，占0.81%，忽略泵功忽略泵功,1 212113stwhhqhh10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循
5、环朗肯循环s6543213.蒸汽参数对热效率的影响蒸汽参数对热效率的影响1213thhhh影响热效率的影响热效率的参数参数主要主要是：是：p1,t1,p2TT654321t1,p2不变不变，p1优点：优点：减小汽轮机出口尺寸减小汽轮机出口尺寸缺点：缺点：（1）对强度要求高）对强度要求高（2）不不利于汽轮利于汽轮机安全。一般要求出口机安全。一般要求出口干度大于干度大于0.85 0.88.4 5 6 1 2（1）初初 压压 p112,tTv 2x sp1,p2不变不变，t1优点：优点：有利于汽轮机安全有利于汽轮机安全缺点：缺点：（1）对耐热及强度要）对耐热及强度要求高，求高，目前最高初温一目前最高
6、初温一般在般在550左右。左右。（2）汽轮机出口汽轮机出口尺寸大。尺寸大。（2）初初 温温 t112,tTx 2v sT654321 1 2优点：优点：缺点：缺点：（1）受环境温度限制，）受环境温度限制，现在大型机组现在大型机组 p2 为为0.00350.005 MPa，相，相应的饱和温度约为应的饱和温度约为27 33，已接近事实上可，已接近事实上可能达到的最低限度。能达到的最低限度。（2）冬天热效率高。）冬天热效率高。（3）背背 压压 p22,tTt1,p1不变不变，p2sT654321 2 3 4在不同初、终参数下朗肯循环的热效率在不同初、终参数下朗肯循环的热效率p2=0.05bar,t1
7、=435C时时 p1152535507590t33.735.937.038.539.940.6p1=35bar,p2=0.05 bar时时 t1300350400435450500t35.436.036.637.037.438.2p1=35bar,t1=435C时时p2 0.040.050.10.20.51t37.537.035.133.129.626.9结论结论：要想提高蒸汽动力装置的热效率要想提高蒸汽动力装置的热效率（1）改变蒸汽参数：）改变蒸汽参数：尽可能提高蒸汽的初压和初温，尽可能提高蒸汽的初压和初温，并降低乏汽压力并降低乏汽压力（2）改进朗肯循环：）改进朗肯循环：如：再热循环，回热循
8、环，如：再热循环，回热循环，热电联供循环等。热电联供循环等。10-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环4.有摩阻的实际循环有摩阻的实际循环忽略水泵功：忽略水泵功：11322act2qhhqhh不变tTs65431ba2（1）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（2）与）与再热压力再热压力有关有关（3）x2 降低降低,给提高初压给提高初压创造了条件，选取再热压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再力合适，一般采用一次再热可使热效率提高热可使热效率提高 23.5。10-2 再热循环再热循环 再热循环的再热循环的目的目的：在初温不允许继续提
9、高的情况下，为了提在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初压，以提高循环热效率，且高初压，以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度过低不使汽轮机排汽干度过低，在朗，在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。T4123567120s Ts图图 1 一次再热循环装置的系统图及一次再热循环装置的系统图及T-s图图 一次再热循环一次再热循环 2 朗肯循环和一次再热循环朗肯循环和一次再热循环 Ts 图比较图比较T4123567120s 再热循环再热循环Ts图图T4123560s朗肯循环朗肯循环Ts图图 3 再热对热效率的影响及中间压力再热对热效率的影响及中间压力（1）再热
10、对热效率的影响）再热对热效率的影响一次再热吸收的总热量：一次再热吸收的总热量：)()(71411hhhhq对外放热：对外放热：322hhq热效率：热效率：净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）：net1712whhhh 1712nett,RH11417()()hhhhwqhhhha）中间最佳压力应能够同时提高排汽干度和循环热效率。中间最佳压力应能够同时提高排汽干度和循环热效率。b）根据已有的设计和运行经验，根据已有的设计和运行经验，pm一般为初压一般为初压p1的的20%30%。通常一次再热可使热效率提高通常一次再热可使热效率提高 2%3.5%。（2）中间再热压力）中间再热压力目的目的：分析再热压力
11、过高或过低对循环的影响。：分析再热压力过高或过低对循环的影响。目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数一般小于目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数一般小于2级。级。a）初压低于初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环；时，一般不采用再热循环；b)初压在初压在13Mpa临界压力以下时，采用一级再热；临界压力以下时，采用一级再热；c)超临界参数时，采用两级再热。超临界参数时，采用两级再热。（1）由吸热平均温度知，如果蒸汽的压力和温度一定，提高进入）由吸热平均温度知，如果蒸汽的压力和温度一定，提高进入锅炉的给水温度，同样可锅炉的给水温度，同样可提高吸热平均温度提高吸热平均温度，从而提高锅炉，从而
12、提高锅炉exergy效率。效率。（2）回热循环：就是从汽轮机的中部抽出一部分作过功、但仍具）回热循环：就是从汽轮机的中部抽出一部分作过功、但仍具有某一中间压力有某一中间压力 pk 的蒸汽，供至回热器（给水加热器）中，用的蒸汽，供至回热器（给水加热器）中，用来加热来自冷凝器的冷凝水，然后再经泵加压后一起供至锅炉。来加热来自冷凝器的冷凝水，然后再经泵加压后一起供至锅炉。蒸汽的焓增来自锅炉，经回热器后部分热（焓）又返回到锅炉，蒸汽的焓增来自锅炉，经回热器后部分热（焓）又返回到锅炉，所以称之所以称之“回热循环回热循环”。10-3 回回 热热 循循 环环10-3 回回 热热 循循 环环回热器两种方式回热
13、器两种方式混合式混合式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间壁式间壁式抽汽抽汽去凝汽器去凝汽器冷凝水冷凝水表面式回热器表面式回热器蒸汽抽汽回热循环蒸汽抽汽回热循环(1-)kg kg65as43211kgT 1 2 3 6 1kg a 4 5 kg(1-)kg a kg4(1-)kg51kg由于由于T-s图上各点质量不同，图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功面积不再直接代表热和功 回热循环回热循环 T-s 图如下。抽气口的状态点图如下。抽气口的状态点 a 为压力为压力 pk、温度温度Ta的过热蒸汽，抽气份额的过热蒸汽，抽气份额。在回热器中定压放热，冷凝成状态点。在回热器中定压
14、放热，冷凝成状态点5的水，将锅炉的给水从状态的水，将锅炉的给水从状态4加热至状态加热至状态5，使锅炉的吸热过程从，使锅炉的吸热过程从水泵压缩后的状态点水泵压缩后的状态点6开始至状态点开始至状态点1。吸热量为。吸热量为q1=h1-h6，吸热平，吸热平均温度为：均温度为：*16141614mhhhhTssss显然，回热循环可以提高热平显然，回热循环可以提高热平均温度，从而提高锅炉的均温度，从而提高锅炉的exergy效率和循环的效率。效率和循环的效率。65as432T1CT0P2PkP1TmT5T0T*m5抽汽回热循环的抽汽量计算抽汽回热循环的抽汽量计算a kg4(1-)kg51kg以混合式回热器为
15、例以混合式回热器为例热一律热一律a4511hhh 忽略泵功忽略泵功54a4hhhha2a2hhhh(1-)kg kg65as43（2）211kgTa抽汽回热循环热效率的计算抽汽回热循环热效率的计算吸热量：吸热量：放热量：放热量：1,RG151aqhhhh2,RG221qhhRG1aa21whhhh净功：净功：热效率：热效率：1aa2t,RG1a1hhhhhh(1-)kg kg65as43（2）211kgTa为什么抽汽回热热效率提高？为什么抽汽回热热效率提高？22t,RG121a11hhhhhh 抽汽回热循环：抽汽回热循环：22t121hhhh 简单朗肯循环：简单朗肯循环：1at,RGt01hh
16、物理意义物理意义：kg工质工质100%利用，而（利用，而（1-）kg工质效率未变。工质效率未变。蒸汽抽汽回热循环的特点蒸汽抽汽回热循环的特点 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，中大型火力发电级，中大型火力发电 厂一般为厂一般为 48级。级。优点优点 （缺点）缺点）（1）提高热效率）提高热效率（2）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（3）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（4）可兼作除氧器）可兼作除氧器缺点缺点（1）循环比功减小，汽耗率增加）循环比功减小，汽耗率增加（2）增加设备复杂性）增加设备复杂性（3）回热器投资）回热器投资1 掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环2 能对循环进行热效率计算能对循环进行热效率计算3 分析提高热效率的方法和途径。分析提高热效率的方法和途径。本章小结本章小结
