1、作 业,7-1 7-3,第七章 蒸汽动力循环,Vapor Power Cycles,第七章 蒸汽动力循环,水蒸气：火力发电、核电,低沸点工质：氨、氟里昂,太阳能、余热、地热发电,动力循环：以获得功为目的,四个主要装置：锅炉汽轮机凝汽器给水泵,7-1 郎肯循环Rankine Cycle,水蒸气动力循环系统,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,水蒸气动力循环系统的简化,锅 炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,1,2,3,4,简化（理想化）：,1,3,4,2,p,v,郎肯循环pv图,4,3,2,1,T,s,h,s,1,3,2,4,郎肯循环Ts和hs图,h,s,1,3,2,4,郎肯循环功和热的计算
2、,汽轮机作功：,凝汽器中的定压放热量：,水泵绝热压缩耗功：,锅炉中的定压吸热量：,h,s,1,3,2,4,郎肯循环热效率的计算,一般很小，占0.81%，忽略泵功,工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸,汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h功量所消耗的蒸汽量kg,汽耗率(Steam Rate)的概念,的单位是kJ/kg,1kW=1 kJ/s,郎肯循环与卡诺循环比较,s,T,6,4,2,1,10,9,8,7,5,3, q2相同； q1卡诺 q1朗肯 卡诺 朗肯； 等温吸热41难实现, 11点x太小,不利于汽机强度； 12-9两相区难压缩； wnet卡诺小, 卡诺 朗肯； wnet卡诺 wne
3、t 朗肯,11,12,对比同温限1234,对比5678,对比9-10-11-12,s,p1 t1 p2,6,5,4,3,2,1,如何提高郎肯循环的热效率,影响热效率的参数？,T,How can we increase the efficiency of the Rankine cycle,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响,s,T,6,5,4,3,2,1,乏汽压力对郎肯循环热效率的影响,缺点： 受环境温度限制，现在大型机组p2为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上可
4、能达到的最低限度。冬天热效率高,国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表,7-2 实际蒸汽动力循环分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,非理想因素：,给水泵不可逆( 3 4 ),汽机不可逆( 1 2 ),汽机汽门节流( 1 1 ),蒸汽管道摩擦降压，散热(11),实际蒸汽动力循环分析方法,热一律：热效率分析法,热二律：熵分析法Ex分析法,实际蒸汽动力循环热效率法,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,忽略泵功,可逆循环效率,汽机相对内效率,管道和节流，管道效率,锅炉散热和排烟，锅炉效率,整个实际蒸汽动力循环热效率,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,整个电厂热效率,s,T
5、,5,3,2,2,4,1,1,1,4,机械效率,电机效率,实际蒸汽动力装置的Ex分析法,对于稳定流动,焓Ex,锅炉的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,排烟,水,4（3）,渣,燃料,空气,锅炉的Ex分析（燃烧）,排烟,过热汽,1,水,4（3）,渣,燃料,空气,空气,燃料,设燃料完全是Ex,（1）燃烧，烟气热量,以环境为基准,平均燃烧温度,锅炉的Ex分析（散热）,排烟,过热汽,1,水,4（3）,渣,燃料,空气,（2）排烟，渣，散热后，可传给水的ex,锅炉的Ex分析（传热）,排烟,过热汽,1,水,4（3）,渣,燃料,空气,（3）传热，水的温度远比燃气低，温差传热,水得到的ex,管
6、道和汽机主汽门节流的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,1,1,管道和汽机主汽门节流的Ex分析,1,1,汽机入口ex,管道和主汽门的ex损失,汽轮机的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,1,2,wnet,绝热,汽轮机的Ex分析,汽轮机最大可能作功,汽轮机的ex损失,1,2,wnet,汽轮机实际输出功,冷凝器的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,3,2,冷凝器的ex损失,两种分析方法的比较,锅炉 qB/qf=10% B/ex,qf=56.7%(燃烧14.1%排烟及散热8.6%传热34%) 管道 qtu/qf= 0.6% tu/ex,qf= 0
7、.5% 汽轮机 qt/qf= 0 t/ex,qf= 5.6% 凝汽器 qc/qf= 55.7% c/ex,qf= 3.5%,Ex 经济学分析方法,热效率法 Ex分析法,Ex损失的表示,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,提高循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度,提高初压力,降低乏汽压力,改变循环形式,回热循环,再热循环,联合循环,热电联产,燃气-蒸汽联合循环,新型动力循环,IGCC,PFBC-CC,.,Reheat,Regenerative,Cogeneration,作业,7-5 7-6 7-8,T,s,6,5,4,3,1,b,7-3 蒸汽再热循环(reheat),T,s,6,5
8、,4,3,1,b,蒸汽再热循环的热效率, 再热循环本身不一定提高循环热效率, 与再热压力有关, x2降低,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可使热效率提高23.5。,蒸汽再热循环的实践, 再热压力 pb=pa0.20.3p1, p110MPa，一般不采用再热, 我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p113.5MPa，一次再热, 超临界机组， t1600，p125MPa，二次再热,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再热循环的定量计算,吸热量：,放热量：,净功（忽略泵功）：,热效率：,7-4 蒸汽回热循环(regenerative),抽汽,去凝汽器,冷凝水,表面
9、式回热器,抽汽式回热,Feedwater heater,Open Feedwater heater,Closed Feedwater heater,蒸汽抽汽回热循环,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功,抽汽回热循环的抽汽量计算,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,以混合式回热器为例,热一律,忽略泵功,抽汽回热循环热效率的计算,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,吸热量：,放热量：,净功：,热效率：,为什么抽汽回热热效率提高？,(1- )kg, kg
10、,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,教材P.256推导,简单朗肯循环：,物理意义： kg工质100%利用1- kg工质效率未变,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13级 中大型火力发电厂一般为 48级。,优点提高热效率减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面可兼作除氧器,缺点循环比功减小，汽耗率增加增加设备复杂性回热器投资,缺点,7-5 热电联产(供)循环,用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。,背压式机组(背压0.1MPa),热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？,Cogeneration,背压式
11、热电联产(供)循环,背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一,清华北门外2台背压式， 5000kW电负荷,抽汽调节式热电联产(供)循环,抽汽式热电联供循环, 可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。,热电联产(供)循环的经济性评价, 只采用热效率 显然不够全面, 能量利用系数,，但未考虑热和电的品位不同, Ex经济学评价, 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保,Utilization factor,1、熟悉郎肯循环图示与计算 2、郎肯循环与卡诺循环 3、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,第七章 小 结 Summary,第七章 完 End of Chapter Seven,
