火用分析第八章-蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)

1、第8章蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)2022/9/2018.1 蒸汽動(dòng)力裝置的基本循環(huán) 朗肯循環(huán) 蒸汽動(dòng)力裝置由以下基本設(shè)備:鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、給水泵 按圖中所示標(biāo)號(hào)4-5-6-1給水在鍋爐中定壓加熱形成為過(guò)熱蒸汽； 1-2過(guò)熱蒸汽（新蒸汽）在汽輪機(jī)中絕熱膨脹作功； 2-3乏汽在凝汽器中定壓凝結(jié)，成為凝結(jié)水； 3-4凝結(jié)水由給水泵絕熱壓縮成給水，返回到鍋爐中 冷卻水汽輪機(jī)鍋爐給水泵凝汽器234561聯(lián)接構(gòu)成蒸汽動(dòng)力裝置 蒸汽動(dòng)力裝置中水蒸氣經(jīng)歷的基本循環(huán)過(guò)程可理想化為： 2022/9/202sT4321t1P1 理想化的蒸汽動(dòng)力裝置基本循環(huán)是朗肯循環(huán) 1(P1,t1)進(jìn)入汽輪機(jī)時(shí)的新蒸汽（過(guò)熱汽）狀態(tài)；

2、 2(P2)從汽輪機(jī)排出時(shí)的乏汽（濕蒸汽）狀態(tài)； 1-2蒸汽在汽輪機(jī)中絕熱膨脹（定熵）的作功過(guò)程； 2-3乏汽在凝汽器中定壓（定溫）凝結(jié)放熱過(guò)程； 3凝結(jié)水（飽和水）狀態(tài)(P2) ； 3-4凝結(jié)水在給水泵中絕熱壓縮（定熵）成為鍋爐給水； 由于水幾乎不可壓縮，垂直線段3-4幾乎重合成為一點(diǎn)2022/9/2034-5給水在鍋爐省煤器中定壓加熱成飽和水 (P1 ts) ；5-6水在鍋爐水冷壁中定壓加熱成為飽和汽 (P1 ts)；6-1飽和汽在過(guò)熱器中定壓加熱成為新蒸汽 (P1 t1)。（ 4-5-6-1給水在鍋爐中定壓加熱成新蒸汽）65 4給水（未飽和水）狀態(tài)(P1) ；朗肯循環(huán)sT4321t1P1

3、2022/9/204給水4(P1, h2)省煤器飽和水5(P1, ts)飽和汽6(P1, ts)水冷壁過(guò)熱器過(guò)熱汽1(P1, t1)（新蒸汽）汽輪機(jī)絕熱膨脹乏汽2(P2, h2)凝汽器定壓放熱凝結(jié)水3(P2, h2)給水泵絕熱壓縮給水4蒸汽動(dòng)力裝置朗肯循環(huán)的路徑：定壓加熱定壓加熱定壓加熱6sT54321t1P1朗肯循環(huán)（重新循環(huán)）2022/9/205sP4213PPs56hs132456朗肯循環(huán)的P-v圖和h-s圖P-v圖h-s 圖sPPs2022/9/206 朗肯循環(huán)的熱效率 朗肯循環(huán)吸熱和放熱過(guò)程是定壓的循環(huán)的吸熱量循環(huán)的放熱量朗肯循環(huán)的熱效率汽輪機(jī)輸出的技術(shù)功給水泵消耗的技術(shù)功sT432

4、1t1P1562022/9/207 水泵消耗的技術(shù)功遠(yuǎn)小于汽輪機(jī)作出的技術(shù)功h4=h3=h2wt,B=h4h30汽輪機(jī)輸出的技術(shù)功給水泵消耗的技術(shù)功 一般占其0.81%通常不計(jì)給水泵消耗的技術(shù)功sT4321t1P1562022/9/208 影響朗肯循環(huán)熱效率的因素根據(jù)狀態(tài)參數(shù)關(guān)系 不計(jì)給水泵消耗的技術(shù)功時(shí)，朗肯循環(huán)熱效率t,R受P1、P2、t1控制h1= f (P1,t1)h2= f (P2)h2= f (P2) P2、t1不變，將初壓P1提高t,R會(huì)有較顯著的提高乏汽干度x2會(huì)降低乏汽干度x2不得小于0.86P1sT112342t1P1P1提高初壓力的影響 平均吸熱溫度明顯提高對(duì)機(jī)器的強(qiáng)度要

5、求提高56562022/9/209P1、P2不變，將初溫 t1提高t,R會(huì)有較顯著的提高乏汽干度x2會(huì)提高同時(shí)提高P1、 t1是方向提高初溫的影響P11432t1sTt112t1 平均吸熱溫度明顯提高金屬耐熱要求提高對(duì)機(jī)器的強(qiáng)度要求提高目前可應(yīng)用的t1約為55056汽機(jī)出口尺寸增大 提高初溫的結(jié)果相當(dāng)于在原循環(huán)1234561基礎(chǔ)上附加循環(huán)112212022/9/2010P1、t1不變，將終壓P2降低wt,T增大 P2目前實(shí)際采用至3.5 5kPa，水的對(duì)應(yīng)飽和溫度為27 33sT12342t1P1降低終壓力的影響34P2對(duì)t,R總是有利略有下降；56 冬天循環(huán)水溫較低，循環(huán)熱效率較高下降明顯

6、限于循環(huán)水的溫度（環(huán)境溫度），已基本達(dá)到極限低值2022/9/2011 汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率和汽耗率 實(shí)際的汽輪機(jī)內(nèi)部過(guò)程是不可逆的汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率（定熵效率）汽耗率(d) 單位kg/J，kg/kJ，也使用kg/(kWh) 不計(jì)給水泵耗功時(shí)，若理想汽輪機(jī)的輸出功率為P0 kW，耗汽量為D kg/s，兩者有以下關(guān)系：理想汽耗率 裝置輸出每單位功量所消耗的蒸汽量P11432s2t1sT實(shí)際的基本循環(huán)2022/9/2012相對(duì)于汽輪機(jī)實(shí)際輸出功率P 的汽耗率為實(shí)際汽耗率實(shí)際汽耗率 從整體上講，實(shí)際蒸汽動(dòng)力裝置尚需考慮：鍋爐的熱損失鍋爐效率B管道的熱損失管道效率tu 實(shí)際蒸汽動(dòng)力裝置的熱效率t=t,R

7、BtuT 實(shí)際蒸汽動(dòng)力裝置的熱效率2022/9/2013例8-1(習(xí)題11-1) 一簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)(即朗肯循環(huán))，蒸汽的初壓P1 = 3 MPa，終壓P2 = 6 kPa，初溫分別為300和500 。試求不同初溫時(shí)循環(huán)的熱效率t、耗汽率d及蒸汽的終干度x2，并將所求得的各值填入下表內(nèi)，以比較所求得的結(jié)果。 解：P1=3 MPa（過(guò)熱汽）t1=300 h1=2992.4 kJ/kg s1=6.5371 kJ/(kgK)t1=500 h1=3454.9 kJ/kg s1 =7.2314 kJ/(kgK)P2=6 kPa的飽和參數(shù)：s=0.5209 kJ/(kgK)，s=8.3305 kJ/(

8、kgK)h=151.50 kJ/kg， h=2567.1 kJ/kg P11432t1sTt112忽略水泵功耗。查水蒸氣表得：s s1 s乏汽為濕蒸汽2022/9/2014具體計(jì)算如下： P11432t1sTt1122022/9/2015計(jì)算結(jié)果匯總： t1，300500t0.34460.3716d，kg/J1.02151060.8146106x20.77080.85932022/9/20168.2 蒸汽動(dòng)力裝置再熱循環(huán) 帶再熱的蒸汽動(dòng)力裝置 再熱蒸汽在汽輪機(jī)中工作至某一中間壓力后重新送回到鍋爐的再熱器中加熱，然后再引回汽輪機(jī)中繼續(xù)作功，或稱重?zé)?一次汽再熱前的蒸汽二次汽再熱后的蒸汽一般都再熱

9、至初溫；理論上可進(jìn)行多次再熱，但實(shí)際只有12次再熱冷卻水汽輪機(jī)鍋爐給水泵凝汽器帶再熱的蒸汽動(dòng)力裝置234561(再熱器)(過(guò)熱器)二次汽一次汽ab 以朗肯循環(huán)為基礎(chǔ)2022/9/2017 蒸汽動(dòng)力裝置再熱循環(huán) 設(shè)一次汽的參數(shù)為P、t，中間再熱壓力為Pb，再熱至初溫 t工質(zhì)循環(huán)路徑：一次汽1(P, t)再熱器過(guò)熱汽1(P, t)（新蒸汽）凝結(jié)水3(P2, h2)給水泵絕熱壓縮給水4定壓加熱（新蒸汽）汽輪機(jī)前缸絕熱膨脹前缸排汽a(Pa) 1-a一次汽在汽輪機(jī)前缸中絕熱膨脹作功 (h1 ha) ； a-b蒸汽在鍋爐再熱器中定壓再熱，吸熱 (hb ha)； b-2二次汽在汽輪機(jī)后缸中絕熱膨脹作功 (h

10、b h2) ；sTb1atP2c34蒸汽動(dòng)力裝置再熱循環(huán)二次汽b(Pa, t)汽輪機(jī)后缸絕熱膨脹乏汽2(P2, h2)凝汽器定壓放熱（循環(huán)）2022/9/2018 再熱循環(huán)的熱效率 忽略給水泵的功耗時(shí)，再熱循環(huán)輸出的功為一次汽和二次汽在汽輪機(jī)中所作的技術(shù)功之和 對(duì)于具有1次再熱的蒸汽動(dòng)力循環(huán) 循環(huán)的吸熱量為蒸汽分別在鍋爐的過(guò)熱器和再熱器中所吸熱量之和 再熱循環(huán)的熱效率為 一次汽作的功二次汽作的功一次汽吸的熱量二次汽吸的熱量sTb1atP2c342022/9/2019再熱措施能否提高循環(huán)的熱效率取決于中間壓力 存在著一個(gè)最佳的中間再熱壓力再熱的目的不全在于靠其直接提高循環(huán)的熱效率 無(wú)再熱時(shí)乏汽的

11、狀態(tài)為c；有再熱時(shí)乏汽的狀態(tài)為2x2xc 與Pa有關(guān) 再熱的目的更重要地還在于它能提高汽輪機(jī)乏汽的干度，從而為提高初壓力創(chuàng)造條件 此外，乏汽干度提高對(duì)汽輪機(jī)的內(nèi)部效率有利sTb1atP2c34 精心設(shè)計(jì)的再熱循環(huán)有望直接提高循環(huán)熱效率4% 5% (23.5%)2022/9/2020 蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐P1600，P125MPa (超臨界機(jī)組)系統(tǒng)復(fù)雜，初投資增加 再熱也帶來(lái)一些負(fù)面影響鍋爐、汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化100、125、200、300 MW，P113.5MPa 一次再熱 二次再熱2022/9/2021例8-2(習(xí)題11-3部分)蒸汽動(dòng)力裝置再熱循環(huán)，蒸汽的初參數(shù)為P1=12 MPa、t1=4

12、50，終壓為P2=0.004 MPa。再熱時(shí)蒸汽的壓力為0.5 MPa，再熱后蒸汽的溫度為400。試確定該再熱循環(huán)的熱效率和終濕度，將所得的熱效率、終濕度和朗肯循環(huán)作比較，并在 T-s圖上畫(huà)出該再熱循環(huán)。附水蒸氣表（節(jié)錄） 飽和水蒸氣表 P, MPah, kJ/kg,h, kJ/kgs, kJ/(kgK)s, kJ/(kgK)0.004121.412554.10.42248.47470.5640.12748.51.86046.8215過(guò)熱水蒸氣表 t, 0.5， MPa12MPah, kJ/kgs, kJ/(kgK)h, kJ/kgs, kJ/(kgK)4003271.87.79443053.

13、36.07874503377.07.94523209.96.30322022/9/2022sT1234解： 由水蒸氣表查得： P2=4 kPa 時(shí) s=0.4224 kJ/(kgK) s=8.4747 kJ/(kgK) h=121.41 kJ/kg h=2554.1 kJ/kg, P1=12 MPa t1=450 h1=3209.9 kJ/kg s1=6.3032 kJ/(kgK) 題給再熱后的蒸汽狀態(tài)（設(shè)為b，過(guò)熱汽）Pb=0.5 MPa tb=400 hb=3271.8 kJ/kg sb=7.7944 kJ/(kgK) 2022/9/2023sT1234bcaP=0.5MPa 時(shí) s=1.

14、8604 kJ/(kgK) s=6.8215 kJ/(kgK) h=640.1 kJ/kg h=2748.5 kJ/kg, 已知再熱時(shí)的蒸汽狀態(tài)（設(shè)為a）Pa = 0.5 MPasa值在s與s之間，故知a點(diǎn)為濕蒸汽狀態(tài)sa = s1 = 6.3032 kJ/(kgK) 并且 2022/9/2024由此由于以及sT1234bca2022/9/2025該再熱循環(huán)的終濕度(1 xc)=0.0845 循環(huán)的熱效率（忽略水泵耗功） sT1234bca同樣初參數(shù)，不帶再熱的朗肯循環(huán)熱效率為 兩種情況相比較，知 t,R t,re 以及x2 0.1MPa)2022/9/2035鍋爐23561回水泵01換熱器(熱用戶)凝汽器給水泵4調(diào)節(jié)閥 可調(diào)節(jié)抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán) 熱、電負(fù)荷可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，運(yùn)行方式靈活 熱電聯(lián)供循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性