第10章蒸汽動力裝置循環(huán)

1、1第十章第十章 蒸汽動力裝置循環(huán)蒸汽動力裝置循環(huán)Vapor power cycles10-1 簡單蒸汽動力裝置循環(huán)簡單蒸汽動力裝置循環(huán)-朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)10-2 再熱循環(huán)再熱循環(huán)10-3 回熱循環(huán)回熱循環(huán)10-4 熱電合供熱電合供10-5 燃氣燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)2 蒸汽及蒸汽動力裝置蒸汽及蒸汽動力裝置(steam power plant) 1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，19世紀后期世紀后期 蒸汽動力裝置的大量使用，促使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，蒸汽動力裝置的大量使用，促使生產(chǎn)力飛速發(fā)展， 促使資本主義誕生。促使資本主義誕生。 2）目前世界約）目前世界約

2、75%電力、國內(nèi)電力、國內(nèi)78%電力來自電力來自火電廠火電廠，絕，絕 大部分來自大部分來自蒸汽動力蒸汽動力。 3）蒸汽動力裝置可利用各種燃料。）蒸汽動力裝置可利用各種燃料。 4）蒸汽是無污染、價廉、易得的工質(zhì)。）蒸汽是無污染、價廉、易得的工質(zhì)。10-1 簡單蒸汽動力裝置循環(huán)簡單蒸汽動力裝置循環(huán)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)一、概述一、概述31. 水蒸氣的卡諾循環(huán)水蒸氣的卡諾循環(huán)水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實現(xiàn)水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實現(xiàn)，但：，但： 1）溫限?。叵扌?2）膨脹末端）膨脹末端x太小太小 3）壓縮兩相物質(zhì)的困難）壓縮兩相物質(zhì)的困難實際并不實行實際并不實行 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)二、朗肯循環(huán)二、朗肯循環(huán) (Ran

3、kine cycle)42. 水蒸氣朗肯循環(huán)水蒸氣朗肯循環(huán) 1）流程圖）流程圖2）p-v，T-s及及h-s圖圖 5 3）朗肯循環(huán)的熱效率）朗肯循環(huán)的熱效率 net2t111wqqq net1243whhhh32322TTchhqps32T ss411hhq 1243net2t11141hhhhwqqqhh nett,Tt,Pwwwt,T1212pwhhcTTt,P43whh?6t,Pt,Tww若忽略水泵功，同時近似取若忽略水泵功，同時近似取h4 h3，則，則1212t1312hhhhhhhh 4）耗汽率）耗汽率(steam rate)及耗汽量及耗汽量 理想耗汽率理想耗汽率(ideal stea

4、m rate) d0 裝置每輸出單位功量所消耗的蒸汽量裝置每輸出單位功量所消耗的蒸汽量 0121dhhkg/J,kg/ kW h工程上用耗汽量耗汽量0000WDd PP功率,nett,Tww7 三、初參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響三、初參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響 1. 初溫初溫t112TT不變 或或 循環(huán)循環(huán)1t2t3561t =循環(huán)循環(huán)123561+循環(huán)循環(huán)11t2t21tt11 2 21t123561ttt82. 初壓力初壓力 p112,TT不變但但 x2下降且下降且 p太高造成強度問題太高造成強度問題t93. 背壓背壓 p212,TT不變但受制于環(huán)境溫度，不能任意但受制于環(huán)境溫度，不能任意降

5、低降低226kPa,36.17 C;4kPa,28.95 Cssptpt同時，同時，x2下降下降 。 t討論：討論： 我國幅員遼闊，四季溫差大，對蒸汽發(fā)電機組有什么影響？我國幅員遼闊，四季溫差大，對蒸汽發(fā)電機組有什么影響？例例A466167英英 例例A466167中中10四、有摩阻的實際朗肯循環(huán)四、有摩阻的實際朗肯循環(huán) 1. T-s圖及圖及h-s圖圖忽略水泵功：忽略水泵功： 11322act2qhhqhh不變t112. 不可逆性衡量不可逆性衡量 a）汽輪機內(nèi)部相對效率）汽輪機內(nèi)部相對效率T（簡稱汽機效率）（簡稱汽機效率） t,Tact12actTt,T12whhwhh近代大功率汽輪機近代大功率

6、汽輪機T 在在0.92左右左右 設(shè)計中，選定設(shè)計中，選定T 按按 2act1T122T121hhhhhhh（h1h2理想絕熱焓降（理想絕熱焓降（ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）h2act的確定方法：的確定方法： 運行中，測出運行中，測出 p2 及及 x2，按，按 hx= x2h+ (1- -x2)h 12 c）裝置有效熱效率）裝置有效熱效率e eeTmt1Pq Pe有效軸功率有效軸功率 m機械效率機械效率3.實際內(nèi)部耗汽率實際內(nèi)部耗汽率di和耗汽量和耗汽量Di012i12act12act12T11dhhdhhhhhh b）裝置內(nèi)部熱

7、效率（）裝置內(nèi)部熱效率（internal thermal efficiency） 忽略水泵功：忽略水泵功：net,actt,TactT1212actiTt111212wwhhhhqqhhhh 考慮機械損失考慮機械損失iiiDd P實際內(nèi)部功率實際內(nèi)部功率例例A466155例例A4602991310-2 再熱循環(huán)（再熱循環(huán)（reheat cycle） 一、設(shè)備流程及一、設(shè)備流程及T-s圖圖14二、再熱對循環(huán)效率的影響二、再熱對循環(huán)效率的影響 忽略泵功：忽略泵功：net1567whhhh其他影響：其他影響：x末末上升（根本目的）；上升（根本目的）； d0下降；下降； 復雜化，投資上升。復雜化，投資

8、上升。t？56311hhhhqnet1567t11365whhhhqhhhh1510-3 回熱循環(huán)回熱循環(huán)（regenerative cycle）一、抽汽回熱循環(huán)一、抽汽回熱循環(huán)（regenerative cycle with steam extraction，regenerative cycle with feed-water heater） 回熱器兩種方式回熱器兩種方式混合式混合式16間壁式間壁式17二、回熱循環(huán)計算二、回熱循環(huán)計算 1. 抽汽量抽汽量0101014hhh忽略泵功忽略泵功 24hh 012012hhhh2. 回熱器回熱器(regenerator)R 熵方程：熵方程：2010

9、1fgCV10sssSSs 能量方程：能量方程：g010121Ssss0gIT S183. 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 net1010121whhhh 101012nett11011hhhhwqhh 討論：討論： 1）抽汽回熱）抽汽回熱t(yī) 上升；上升； 2）抽汽級數(shù)越多）抽汽級數(shù)越多t 越高越高 ，若級數(shù)趨向無窮，若級數(shù)趨向無窮， t =1？net121011whhhh0111hhq 2221hhq222t1101111hhqqhh 19思考：思考：1）抽汽回熱循環(huán)）抽汽回熱循環(huán)t10122101221?TThhhhTTssss 放吸吸放其中否否2）回熱器是間壁式，）回熱器是間壁式，怎么求？怎么求？

10、3）回熱器中過程不可逆，為什么）回熱器中過程不可逆，為什么 循環(huán)循環(huán)t 上升？上升？22t1111TSQQTS 放吸2210111TssTss 放吸TT放吸20例例A466266例例A4602002110-4 熱電合供（熱電合供（power-and-heating plant cycle）一、一、背壓式背壓式設(shè)備流程及設(shè)備流程及T- -s圖圖特點特點發(fā)電量受熱負荷制約。發(fā)電量受熱負荷制約。22二、二、抽汽凝汽式抽汽凝汽式設(shè)備流程及設(shè)備流程及T- -s圖圖特點特點熱負荷變動對電能生產(chǎn)影響較小，熱效率較背壓機組高。熱負荷變動對電能生產(chǎn)影響較小，熱效率較背壓機組高。23三、熱量利用系數(shù)三、熱量利用系數(shù)循環(huán)熱量利用系數(shù)循環(huán)熱量利用系數(shù)已利用的熱量工質(zhì)從熱源所吸收的熱量循環(huán)熱量利用系數(shù)沒有區(qū)分熱能與電能的本質(zhì)差別；循環(huán)熱量利用系數(shù)沒有區(qū)分熱能與電能的本質(zhì)差別；循環(huán)熱效率沒考慮低溫熱能的可利用性循環(huán)熱效率沒考慮低溫熱能的可利用性 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率熱電廠熱量利用系數(shù)熱電廠熱量利用系數(shù) 利用的熱量燃料的總釋熱量2410-5 燃氣燃氣- -蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃燃- -蒸聯(lián)合循環(huán)蒸聯(lián)合循環(huán) （combination