08 第七章 蒸汽动力循环.ppt

第1页：第七章蒸汽动力循环封面

章标题

第七章 蒸汽动力循环 Vapor Power Cycles

本章内容

朗肯循环、实际循环分析、回热与再热、热电联产循环

第2页：第七章蒸汽动力循环水蒸气

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

第3页：四个主要装置

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

第4页：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炉汽轮机发电机给水泵凝汽器郎肯循环 1234 简化（理想化）：1→2 汽轮机 s 膨胀 2→3 凝汽器 p 放热 3→4 给水泵 s 压缩 4→1 锅炉 p 吸热

第5页：1342

1342pv 郎肯循环 pv 图 1→2 汽轮机 s 膨胀 2→3 凝汽器 p 放热 3→4 给水泵 s 压缩 4→1 锅炉 p 吸热

第6页：4321

4321Tshs 1324 郎肯循环 Ts 和 hs 图 1→2 汽轮机 s 膨胀 2→3 凝汽器 p 放热 3→4 给水泵 s 压缩 4→1 锅炉 p 吸热

第7页：hs 1324 郎肯循环功和热的计算

hs 1324 郎肯循环功和热的计算汽轮机作功：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：

第8页：hs 1324 郎肯循环热效率的计算

hs 1324 郎肯循环热效率的计算一般很小，占 0.8~1%，忽略泵功

第9页：工程上常用汽耗率,反映装置经济性

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 1k W.h 功量所消耗的蒸汽量 kg 汽耗率(Steam Rate)的概念的单位是 k J/kg 1k W=1k J/s

第10页：郎肯循环与卡诺循环比较

郎肯循环与卡诺循环比较 s T 64211098753

• q 2 相同；
• q 1 卡诺>q 1 朗肯
• η卡诺>η朗肯；
• 等温吸热 4’1 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
• η卡诺<η朗肯；
• wnet 卡诺<wnet 朗肯 1112 对比同温限 1234’对比 5678 对比 9-10-11-12

第11页：sp 1t 1p 2654321 如何提

sp 1t 1p 2654321 如何提高郎肯循环的热效率影响热效率的参数？THow can we increase theefficiency of the Rankine cycle

第12页：s T 654321 蒸汽初压对郎肯循环

s T 654321 蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响 t 1,p 2 不变，p 1 优点

• 汽轮机出口尺寸小缺点
• 对强度要求高
• 不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于 0.85~ 0.88

第13页：s T 654321 蒸汽初温对郎肯循环

s T 654321 蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响优点

• 有利于汽机安全。缺点
• 对耐热及强度要求高，目前初温一般在 550℃左右
• 汽机出口尺寸大 p 1,p 2 不变，t 1

第14页：s T 654321 乏汽压力对郎肯循环

s T 654321 乏汽压力对郎肯循环热效率的影响优点：•缺点：•受环境温度限制，现在大型机组 p 2 为

• 0035~
• 005MPa，相应的饱和温度约为 27~ 33℃，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高 p 1,t 1 不变，p 2

第15页：国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表

国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表

本页以图示为主，源文件提取文字较少，建议对照原课件图片查看。

第16页：§7-2 实际蒸汽动力循环分析

§7-2 实际蒸汽动力循环分析 s T 5322’4’1’’1’14 非理想因素：给水泵不可逆( 34 ’)汽机不可逆(12 ’)汽机汽门节流(1’1)蒸汽管道摩擦降压，散热(1’’1’)

第17页：实际蒸汽动力循环分析方法热一律

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√√

第18页：实际蒸汽动力循环热效率法

实际蒸汽动力循环热效率法 s T 5322’4’1’’1’14 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

第19页：整个实际蒸汽动力循环热效率

整个实际蒸汽动力循环热效率 s T 5322’4’1’’1’14

第20页：整个电厂热效率

整个电厂热效率 s T 5322’4’1’’1’14 机械效率电机效率

第21页：实际蒸汽动力装置的

实际蒸汽动力装置的 Ex 分析法对于稳定流动进入设备的 Ex 总和离开设备的 Ex 总和 Ex 损失之和焓 Ex

第22页：锅炉的

锅炉的 Ex 分析 s T 5322’4’1’’1’14 排烟过热汽 1’’水 4’（3）渣燃料空气

第23页：锅炉的

锅炉的 Ex 分析（燃烧）排烟过热汽 1’’水 4’（

• 渣燃料空气空气燃料设燃料完全是 Ex（
• 燃烧，烟气热量以环境为基准平均燃烧温度

第24页：锅炉的

锅炉的 Ex 分析（散热）排烟过热汽 1’’水 4’（

• 渣燃料空气（
• 排烟，渣，散热后，可传给水的 ex

第25页：锅炉的

锅炉的 Ex 分析（传热）排烟过热汽 1’’水 4’（

• 渣燃料空气（
• 传热，水的温度远比燃气低，温差传热水得到的 ex

第26页：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 s T 5322’4’1’’1’141’’1

第27页：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 1’’1 汽机入口 ex 管道和主汽门的 ex 损失

第28页：汽轮机的

汽轮机的 Ex 分析 s T 5322’4’1’’1’1412’wnet’绝热

第29页：汽轮机的

汽轮机的 Ex 分析汽轮机最大可能作功汽轮机的 ex 损失 12’wnet’汽轮机实际输出功

第30页：冷凝器的

冷凝器的 Ex 分析 s T 5322’4’1’’1’1432’冷凝器的 ex 损失

第31页：两种分析方法的比较锅炉

两种分析方法的比较锅炉 q B/qf=10%πB/ex,qf=

• 7%(燃烧
• 1%排烟及散热
• 6%传热 34%)管道 qtu/qf=
• 6%πtu/ex,qf=
• 5%汽轮机 qt/qf=0πt/ex,qf=
• 6%凝汽器 qc/qf=
• 7%πc/ex,qf=
• 5%Ex 经济学分析方法热效率法 Ex 分析法

第32页：Ex 损失在 T-s 图上的表示

Ex 损失的表示 s T 5322’4’1’’1’14T 0

第33页：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 IGCCPFBC-CC…...Reheat Regenerative Cogeneration

第34页：第7章课后习题

作业 7-57-67-8

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第35页：Ts 65431b§7-3 蒸汽再热循环

Ts 65431b§7-3 蒸汽再热循环(reheat)

第36页：Ts 65431b 蒸汽再热循环的热效率

Ts 65431b 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
• x 2 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 2％～3.5％。

第37页：蒸汽再热循环的实践

蒸汽再热循环的实践

• 再热压力 pb=pa≈0.2~0.3p 1
• p 1<10MPa，一般不采用再热
• 我国常见机组，10、12.5、20、30 万机组，p 1>13.5MPa，一次再热
• 超临界机组，t 1>600℃，p 1>25MPa，二次再热

第38页：Ts 65431b 蒸汽再热循环的定量

Ts 65431b 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：

第39页：§7-4 蒸汽回热循环

§7-4 蒸汽回热循环(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器抽汽式回热 Feedwater heater Open Feedwaterheater Closed Feedwaterheater

第40页：蒸汽抽汽回热循环

蒸汽抽汽回热循环(1-α)kgαkg 65as 43211kg Taαkg 4(1-α)kg 51kg 由于 T-s 图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功

第41页：抽汽回热循环的抽汽量计算

抽汽回热循环的抽汽量计算(1-α)kgαkg 65as 43211kg Taαkg 4(1-α)kg 51kg 以混合式回热器为例热一律忽略泵功

第42页：抽汽回热循环热效率的计算

抽汽回热循环热效率的计算(1-α)kgαkg 65as 43211kg T 吸热量：放热量：净功：热效率：

第43页：为什么抽汽回热热效率提高

为什么抽汽回热热效率提高？(1-α)kgαkg 65as 43211kg T 教材 P.256 推导简单朗肯循环：∴物理意义：αkg 工质 100%利用 1-αkg 工质效率未变

第44页：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 1～3 级中大型火力发电厂一般为 4～8 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

第45页：§7-5 热电联产循环

§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

第46页：背压式热电联产

背压式热电联产(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，5000k W 电负荷

第47页：抽汽调节式热电联产

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。

第48页：热电联产

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

第49页：第七章小结要点

• 熟悉郎肯循环图示与计算
• 郎肯循环与卡诺循环
• 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
• 再热、回热原理及计算第七章小结 Summary

第50页：第七章结束页

第七章完 End of Chapter Seven