蒸汽動力循環(huán)（工程熱力學課件）

蒸汽動力循環(huán)

蒸汽參數對循環(huán)熱效率的影響分析方法---平均溫度分析法：平均吸熱溫度Tm1：

平均放熱溫度Tm2：任意循環(huán)abcd的等效卡諾循環(huán)為ABCD：循環(huán)效率應相等TSTm1Tm2abcdABDCS1S2故:提高Tm1和降低Tm2可提高循環(huán)的熱效率。蒸汽參數對循環(huán)熱效率的影響32145T1T1’sT0300350400450500550ηt0.350.360.370.380.390.40初溫t1

(℃)Tm1Tm1’61.蒸汽初溫對熱效率的影響蒸汽初溫由T1提高到T1’時，使平均吸熱溫度提高，循環(huán)熱效率將提高。汽輪機排汽的干度提高，減少汽輪機內部的功耗散，也有利于改善汽輪機葉片的工作條件。提高初溫要受到金屬材料耐熱性能的限制1.蒸汽初溫對熱效率的影響s325411`TT1550℃初壓p1(MPa)

500℃400℃350℃0.480.440.400.36ηtTm1Tm1’65’6’2.蒸汽初壓對熱效率的影響提高初壓，平均吸熱溫度提高，循環(huán)熱效率將提高。汽輪機的排汽干度降低，引起汽輪機內部的耗散增加，甚至引起葉片振動，影響葉片的使用壽命。因此，一般同時提高蒸汽的初溫及初壓，既能提高熱效率，又能保證汽輪機內部良好的工作條件2.蒸汽初壓對熱效率的影響14532ss1s3s3’T0T1T0.400.410.420.430.440.450.460.470.48背壓p2(kPa)ηt64’3.乏汽壓力對熱效率的影響降低乏汽壓力，循環(huán)熱效率將提高乏汽壓力的降低會引起乏汽干度降低44’乏汽的凝結溫度主要取決于自然環(huán)境中冷卻介質的溫度。當乏汽的凝結溫度降低到28℃時，乏汽的壓力相應地降低為0.0039MPa左右。降低乏汽的壓力受環(huán)境限制。3.乏汽壓力對熱效率的影響(1)提高蒸汽初參數p1，t1,可以提高循環(huán)熱效率（蒸汽溫度提高50℃，循環(huán)效率提高2個百分點）現(xiàn)代蒸汽動力循環(huán)朝著高參數方向發(fā)展。我國目前采用的亞臨界機組參數見表7.1。低參數中參數高參數超高參數亞臨界參數初壓/MPa初溫/℃發(fā)電功率/MW1.33.59.013.516.5340435535550,535550,5351.5—36—2550—100125,200200,300,600表7.1亞臨界及以下參數的機組(汽輪機進口參數)蒸汽參數的影響歸納如下表7.2超臨界參數機組(鍋爐出口參數)機組類型蒸汽壓力MPa蒸汽溫度℃電廠效率%供電煤耗g/kWh亞臨界機組17.0540/54038324超臨界機組25.5567/56741300高溫超臨界25.0600/60044278超超臨界機組30.0600/600/60048256高溫超超臨界30.070057215我國超臨界機組的參數表7.3國外火電機組蒸汽參數的發(fā)展參數\年代20世紀初期30年代40年代50年代60年代90年代20052015蒸汽溫度℃250～370400～430480～500500～535538～566538～566566～593610～613700～720蒸汽壓力Mpa0.8～1.01.5～3.03.0～8.08～14亞臨界亞臨界超臨界33.540再熱次數一次二次二次二次注：臨界壓力：22.12MPa,臨界溫度：374.15℃第一臺試驗性超臨界125MW機組（31MPa,621/566/538℃）,1957年在美國投運。第二臺超臨界325MW機組（34.4MPa,649/566/566℃）,1959年在美國投運。我國超臨界機組的參數表7.4部分超臨界機組經濟性舉例電廠

項目蒸汽參數機組效率,%投運年份丹麥Vesk電廠407

MW25.1MPa,560℃/560℃45.31992法國STAUDINGE廠550MW25MPa,540℃/560℃42.51992德國ROSTOCK電廠559MW25MPa,540℃/560℃42.51994韓國500MW24MPa,538℃/538℃41石洞口二廠600MW24.2MPa,538℃/566℃41.091992日本松蒲電廠1000

MW25.2MPa,598℃/596℃441997丹麥Nordjylland電廠

410

MW28.5MPa,580℃/580℃/580℃471998西門子設計400-1000MW27.5MPa,589℃/600℃>451999歐洲FutureⅠ33.5MPa,610℃/630℃>502005歐洲FutureⅡ40.0MPa,700℃/720℃52-552015平圩電廠600MW

(亞臨界)17MPa,537℃/537℃36.91989我國超臨界機組的參數(2)降低乏氣壓力可以提高循環(huán)熱效率(乏氣壓力每降低2kPa，循環(huán)效率提高1個百分點)。但乏氣壓力受環(huán)境溫度限制。目前火力發(fā)電廠一般在0.004MPa─0.006MPa的乏氣壓力下運行。蒸汽參數的影響歸納如下改變循環(huán)參數提高初溫度t1提高初壓力p1降低乏汽壓力p2改變循環(huán)形式聯(lián)合循環(huán)再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...回熱循環(huán)提高循環(huán)熱效率的途徑蒸汽動力循環(huán)再熱循環(huán)再熱概念：當蒸汽在汽輪機中膨脹作功而壓力降低到某個中間壓力時，把蒸汽從汽輪機引出，送至再熱器重新加熱，使蒸汽的溫度再次達到較高的溫度，然后送回汽輪機的低壓汽缸，進一步膨脹作功。再熱循環(huán)—具有再熱的循環(huán)。再熱循環(huán)目的：提高汽輪機排汽干度，為初壓提高創(chuàng)造條件；提高循環(huán)熱效率。一、再熱循環(huán)組成系統(tǒng)圖和T-S圖4A2b4b7-3再熱循環(huán)1過熱蒸汽給水4a冷再H.PL.Pb熱再熱蒸汽2排汽3凝結水BoilerReheaterLow-PturbineHigh-PturbinePumpCondenserq1q2wswp蒸汽再熱循環(huán)裝置示意圖1ba43A2sT1b6a2Ahhbh1hah2hAp1pap2xAx2x=1st1蒸汽再熱循環(huán)的T-s圖和h-s圖191234hs1234pv1ba43A2sTabAbaA再熱循環(huán)的T-S圖、p-v圖和h-s圖1、再熱循環(huán)的熱效率計算4-1—鍋爐中定壓吸熱過程，q1g=h1-h41-a—高壓缸中絕熱膨脹過程，wt1=h1-haa-b—再熱器中定壓吸熱過程，q1r=hb-hab-2—低壓缸中絕熱膨脹過程，wt2=hb-h22-3—凝汽器中定壓放熱過程，q2=h2-h33-4—給水泵中絕熱壓縮過程,wp=h4-h3循環(huán)凈功w0=wt1+wt2-wp=wt1+wt2=(h1-ha)+(hb-h2)循環(huán)吸熱q1=q1g+q1r=(h1-h4)+(hb-ha)忽略泵功循環(huán)熱效率：h4=h3=h’2二、再熱循環(huán)熱經濟指標的計算(1)再熱循環(huán)的汽耗率為：(2)再熱循環(huán)的熱耗率為：汽耗率和熱耗率計算（1）乏汽的干度顯著的提高，增加了汽輪機工作的安全性。為提高初壓創(chuàng)造了條件；現(xiàn)代蒸汽動力裝置中，蒸汽初壓高于13MPa的大型裝置都采用再熱措施。（2）使循環(huán)的熱效率得到進一步提高，汽耗率和熱耗率小于同參數的朗肯循環(huán)。（3）一次再熱可提高循環(huán)效率2.5%-4.5%；再熱次數增加，其熱效率也增加，但增加會減緩，系統(tǒng)復雜，投資增大，常采用一次再熱，超臨界機組可考慮二次再熱。（4）再熱使投資增加。10MPa以下機組不采用再熱.（5）再熱壓力對循環(huán)熱效率大小的影響。再熱壓力不能太高也不能太低。常選取初壓的20%--30%，再熱壓力的選擇應綜合考慮對熱效率和乏汽干度的影響。三、再熱循環(huán)分析16432sTT15T2（1）過高，會提高熱效率，但對提高排汽干度較小。（2）過低，會使熱效率下降，但對提高排汽干度有利。最佳再熱壓力（滿足效率和干度）常取初壓的20----30%再熱壓力對循環(huán)熱效率大小的影響單機容量（MW）

125200300600600800初壓(MPa)

初溫(℃)13.5/55013.0/53516.5/55016.5/55024.2/566

24.2/566再熱壓力(MPa)

再熱溫度(℃)2.6/5502.5/5353.5/5503.6/5504.3/56624.2/566參數等級

超高壓

超高壓

亞臨界

亞臨界

超臨界

超臨界國產再熱機組蒸汽參數規(guī)范例題分析例7-2：某汽輪機電機組按再熱循環(huán)工作，已知汽輪機進口參數為P1=13MPa，t1=550℃，蒸汽在汽輪機高壓缸內膨脹至Pa=2.6MPa后引入鍋爐再熱器中再熱至tb=550℃，然后引入汽輪機低壓缸中繼續(xù)膨脹作功，膨脹至P2=0.005MPa。試求(1)由于再熱，使乏汽干度提高多少？（2）由于再熱，使循環(huán)的熱效率提高多少？（3）由于再熱，使循環(huán)的耗率降低多少？例題分析蒸汽動力循環(huán)

回熱循環(huán)回熱：從汽輪機中某個部位抽取經過適當膨脹后的蒸汽（其溫度總高于凝結水的溫度），用來預熱鍋爐給水，使得水的加熱過程從較高溫度開始，使平均加熱溫度增高，從而提高循環(huán)熱效率。回熱循環(huán)：具有回熱的循環(huán)。7-4回熱循環(huán)1204Ts２010’3鍋爐汽輪機凝結水泵凝汽器回熱加熱器q1q243FF0’給水泵1kgkgkgwSkg回熱循環(huán)裝置系統(tǒng)圖和T-s圖組成回熱循環(huán)的熱力過程

1-0—1kg水蒸汽的絕熱膨脹過程；0-0’—從汽輪機中抽出的αkg蒸汽在回熱器中定壓放熱過程；0-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸氣的絕熱膨脹過程，

2-3—(1－α)kg乏汽的在凝汽器定壓放熱過程，3-4—(1－α)kg水在凝結水泵中的絕熱壓縮過程，

4-0’—(1－α)kg水在回熱器中的定壓加熱過程；

0‘-F—回熱后重新匯合后的1kg水的絕熱壓縮過程；

F-1—1kg水蒸汽在鍋爐中的定壓吸熱過程，回熱循環(huán)回熱循環(huán)的裝置系統(tǒng)及T-s圖311234hs1234pv1204T3F0’1kgkgkg２010’3q1q2FwSkgs00’F0’0F回熱循環(huán)的T-S圖、p-v圖和h-s圖1、抽汽率α的確定抽汽率α:回熱抽汽質量占汽輪機進汽的百分率.回熱器中αkg抽汽放出的熱量：(1-α)kg水在回熱器中得到的熱量：因為所以由于h0’<<h0，所以α是一個很小的數值?！⒁猓篽0’為P0壓力下的飽水焓；h2’為P2壓力下的飽水焓。一級回熱循環(huán)熱經濟指標的計算功量：1-0過程中，1kg水蒸汽作功0-2過程中，(1－α)kg蒸汽作功整個汽輪機所作的功：不計泵功時：h4=h3=h2’;hF=h0’;回熱循環(huán)熱效率、汽耗率和熱耗率計算（4）回熱循環(huán)汽耗率：（5）回熱循環(huán)熱耗率：（2）工質從鍋爐中吸熱：q1=h1-h0’（3）循環(huán)熱效率：回熱循環(huán)熱效率、汽耗率和熱耗率計算回熱效率高于同參數朗肯循環(huán)效率（小于40%）；因為回熱減少了冷源損失，提高了給水溫度（提高了循環(huán)平均吸熱溫度）。從理論上講，給水溫度高，熱效率也越高，另一方面，需抽汽壓也高，使蒸汽在汽輪機中作功減少，故存在一個最佳的抽汽壓力與最佳給水溫度。經綜合分析，最有利的給水溫度約為鍋爐壓力下飽和溫度的0.65—0.75倍?；責嵫h(huán)分析（意義）010203回熱雖使汽耗高于同參數朗肯循環(huán)的汽耗率,由于抽汽，改善了蒸汽的流動，有利于汽輪機結構改進。給水溫度的提高，鍋爐熱負荷及相應受熱面減少；由于抽汽使進入凝汽器的乏汽減少，使凝汽器及其輔助設備尺寸減少，節(jié)省材料和投資。從理論上講，回熱抽汽級數越多則熱效率越高，但實際上，隨級數增加，熱效率增長減慢，且系統(tǒng)復雜，各種費用增加，故采用多級回熱時需全面技術經濟比較。通常中、低壓機組3～5級，高壓以上機組7～9級；如300MW和600MW機組采用8級抽汽回熱。系統(tǒng)圖1,圖2回熱循環(huán)分析（意義）040506熱耗率低于同參數朗肯循環(huán)的熱耗率。回熱雖增加了回熱器等設備，使系統(tǒng)復雜，投資增加，但基于上面幾點原因，總的是利大于弊。循環(huán)初參數P1