1、第七章第七章 蒸汽动力循环蒸汽动力循环第七章第七章 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 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7-1 郎肯循环郎肯循环Rankine Cycle水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 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水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化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郎肯循环郎肯循环
2、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郎肯循环郎肯循环pvpv图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 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郎肯循环郎肯循环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郎肯循环功和热的郎肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功：212
3、1,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：411hhqhs1324郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh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汽耗率汽耗率(Steam Rate)的概念的概念netw的
4、单位是的单位是kJ/kg1kW=1 kJ/snet3600360013600kgkgkgkgdkJkJkWhkJwhhsh郎肯循环郎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如何提高如何提高郎肯循环郎肯
5、循环的热效率的热效率1213thhhh影响热效 率 的影响热效 率 的参数？参数？TsT654321 1 6 5 4 2蒸汽初压对蒸汽初压对郎肯循环郎肯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蒸汽初温对蒸汽初温对郎肯循环郎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，目前初温求高，目前
6、初温一般在一般在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对郎肯循环郎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国产锅炉、汽轮机发电机组的国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表初参数简表低参数中参数 高参数 超高参数 亚临界参数汽轮机进汽压力MPa1.
7、33.59.013.516.5汽轮机进汽温度340435535550,535550,535发电机功率 P/kW15003000600025000510万 12.5万,20万20万,30万,60万7-2 实际蒸汽动力循环分析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
8、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管道和节流，管道和节流，管道效率管道效率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()()/hhhh12oi12hhhh12Boi13tu()()/hhhh12t13hhhh12Boitu13()()hhhhtBoitu 整
9、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 机械电机实际蒸汽动力装置的实际蒸汽动力装置的Ex分析法分析法对于稳定流动对于稳定流动inoutiExEx进入设备的进入设备的Ex总和总和离开设备的离开设备的Ex总和总和Ex损失之和损失之和焓焓Ex锅炉的锅炉的Ex分析分析sT532 241114排烟排烟过热汽过热汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空气空气锅炉的锅炉的Ex分析（燃烧）分析（燃烧）排烟排烟过热汽过热汽11水水44（3 3
10、）渣渣燃料燃料空气空气空气空气0Ex 燃料燃料fqfexq设燃料完全是设燃料完全是Ex（1 1）燃烧，烟气热量燃烧，烟气热量0fB1TexqT燃烧以环境为基准以环境为基准平均燃烧温度平均燃烧温度0ffB1TqqT燃烧锅炉的锅炉的Ex分析（散热）分析（散热）排烟排烟过热汽过热汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空气空气（2 2）排烟，渣，散热后，可传给水的排烟，渣，散热后，可传给水的ex0fBB1TexqT散热后0fB0fBB11TqTTqT散热锅炉的锅炉的Ex分析（传热）分析（传热）排烟排烟过热汽过热汽11水水44（3 3）渣渣燃料燃料空气空气（3 3）传热，水的温度远比燃气低，温差传热传热，
11、水的温度远比燃气低，温差传热13hh13013()()exexhhT ss0fBB130131()()TqThhT ss传热水得到的水得到的ex锅炉燃烧散热传热管道和汽机主汽门节流的管道和汽机主汽门节流的Ex分析分析sT532 241114111 1管道和汽机主汽门节流的管道和汽机主汽门节流的Ex分析分析111 1汽机入口汽机入口ex1h10010()()exhhT ss管道和主汽门的管道和主汽门的ex损失损失11011()()hhT ss管道汽轮机的汽轮机的Ex分析分析sT532 2411141 12wnet绝热绝热汽轮机的汽轮机的Ex分析分析汽轮机最大可能作功汽轮机最大可能作功汽轮机的汽轮
12、机的ex损失损失1212012()()hhwexexhhT ssnet1 12wnet汽轮机实际输出功汽轮机实际输出功12whhnetnet021()wwT ssnet汽机冷凝器的冷凝器的Ex分析分析sT532 24111432冷凝器的冷凝器的ex损失损失2323023exexhhTss冷凝器两种分析方法的比较两种分析方法的比较锅炉锅炉 qB/qf=10%B/ex,qf=56.7%(燃烧燃烧14.1%排烟及散热排烟及散热 8.6%传热传热34%)管道管道 qtu/qf=0.6%tu/ex,qf=0.5%汽轮机汽轮机 qt/qf=0 t/ex,qf=5.6%凝汽器凝汽器 qc/qf=55.7%c
13、/ex,qf=3.5%Ex Ex 经济学分析方法经济学分析方法 热效率法热效率法 ExEx分析法分析法ExEx损失的表示损失的表示sT532 241114T0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IGCCPFBC-CC.ReheatRegenerativeCogenerationTs65431ba27-3 蒸汽再热循环蒸汽再热循环(reheat)1234再热ba
14、Ts65431ba2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降低降低,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，二次二次再热再热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
15、热量：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()()()()baabwhhhhqhhhh7-4 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(regenerative)12361kga45kg(1-)kg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抽汽式回热抽汽式回热Feedwater heaterOpen Feedwater heaterClosed Feedwater heater蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环(1-)kg kg65
16、as43211kgT12361kga45kg(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例热一律热一律a4511hhh 忽略泵功忽略泵功54a4hhhha2a2hhhh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,RG1a1hhhhhh
