第十一章蒸汽動力循環(huán)

第十一章

蒸汽動力循環(huán)第十一章蒸汽動力循環(huán)水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點(diǎn)工質(zhì)：氨、氟里昂太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電動力循環(huán)：以獲得功為目的§11-1郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)簡化（理想化）12汽輪機(jī)s膨脹23凝汽器p放熱34給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱一、朗肯循環(huán)鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器1234過熱器1342pv郎肯循環(huán)p-v圖12汽輪機(jī)s膨脹23凝汽器p放熱34給水泵s壓縮41

鍋爐p吸熱4321Tshs1324郎肯循環(huán)T-s和h-s圖12汽輪機(jī)s膨脹23凝汽器p放熱34給水泵s壓縮41

鍋爐p吸熱郎肯循環(huán)功和熱的計(jì)算hs1324汽輪機(jī)作功凝汽器中的定壓放熱量水泵絕熱壓縮耗功鍋爐中的定壓吸熱量郎肯循環(huán)熱效率的計(jì)算一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

hs1324工程上常用汽耗率,反映裝置經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備尺寸汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出1kW.h

功量所消耗的蒸汽量kg汽耗率的概念的單位是kJ/kg1kW=1

kJ/s二、郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753

q2相同；

q1卡諾>

q1朗肯

卡諾>

朗肯；

等溫吸熱4’1難實(shí)現(xiàn)

11點(diǎn)x太小,不利于汽機(jī)強(qiáng)度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

卡諾<

朗肯；

wnet卡諾<wnet朗肯1112對比同溫限1234’對比5678對比9-10-11-12st1,p1,p2654321三、如何提高郎肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？TsT6543211)蒸汽初溫對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：

，有利于汽機(jī)安全。缺點(diǎn)：

對耐熱及強(qiáng)度要求高，目前最高初溫一般在550℃左右汽機(jī)出口尺寸大p1

,p2不變，t1sT6543212)蒸汽初壓對郎肯循環(huán)熱效率的影響t1

,p2不變，p1優(yōu)點(diǎn)：

，汽輪機(jī)出口尺寸小缺點(diǎn)：

對強(qiáng)度要求高

不利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88sT6543213)乏汽壓力對郎肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組p2為0.0035~0.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為27~33℃

，已接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高p1

,t1不變，p2四、有摩阻的實(shí)際循環(huán)sT5322’4’1’’1’14非理想因素：給水泵不可逆(34

’)汽機(jī)不可逆(12’)汽機(jī)汽門節(jié)流(1’

1

)

蒸汽管道摩擦降壓，散熱(1’’1’)

四、有摩阻的實(shí)際循環(huán)本課程僅分析一個代表性的不可逆因素：汽機(jī)不可逆sT5322’14可逆絕熱過程1-2代之以不可逆絕熱過程1-2ˊ實(shí)際蒸汽動力循環(huán)分析方法熱一律：熱效率分析法熱二律：熵分析法

Ex分析法√實(shí)際蒸汽動力循環(huán)熱效率法忽略泵功可逆循環(huán)效率汽機(jī)相對內(nèi)效率sT5322’14實(shí)際蒸汽動力循環(huán)熱效率法理想絕熱焓降hT:0.85~0.92實(shí)際循環(huán)內(nèi)部功：循環(huán)內(nèi)部熱效率：實(shí)際蒸汽動力循環(huán)熱效率法考慮軸承等機(jī)械損失：機(jī)械效率汽輪機(jī)理想輸出功率忽略水泵功時(shí)汽輪機(jī)循環(huán)輸出靜功率：D:蒸氣耗量[kg/s]實(shí)際蒸汽動力循環(huán)熱效率法耗汽率：內(nèi)部功耗汽率：有效功耗汽率：提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)改變循環(huán)形式熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...Ts65431b§11-2蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關(guān)x2降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐再熱壓力

pb=pa0.2~0.3p1p1<10MPa，一般不采用再熱我國常見機(jī)組，10、12.5、20、30萬機(jī)組，p1>13.5MPa，一次再熱超臨界機(jī)組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱超優(yōu)點(diǎn)：通過提高初臨界機(jī)組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的定量計(jì)算吸熱量放熱量凈功（忽略泵功）熱效率§11-3蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)朗肯循環(huán)熱效率不高的主要原因是加熱過程不是在等溫下進(jìn)行的，致使加熱平均溫度不高?；?zé)嵫h(huán)是利用蒸氣回?zé)醽砑訜峤o水，消除或降低加熱過程的不可逆程度，以提高效率回?zé)嵴魵鈦碜杂谄啓C(jī)的適當(dāng)部位蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg由于T-s圖上各點(diǎn)質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計(jì)算akg4(1-)kg51kg以混合式回?zé)崞鳛槔裏嵋宦珊雎员霉?1-)kgkg65as43211kgT抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的計(jì)算吸熱量放熱量凈功熱效率(1-)kgkg65as43211kgT為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣?？簡單朗肯循環(huán)：物理意義：kg工質(zhì)100%利用1-kg工質(zhì)效率未變可以證明：(1-)kgkg65as43211kgT蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為1～3級，中大型火力發(fā)電廠一般為4～8級。優(yōu)點(diǎn)提高熱效率減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級葉片變短減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面可兼作除氧器缺點(diǎn)循環(huán)比功減小，汽耗率增加增加設(shè)備復(fù)雜性回?zé)崞魍顿Y>缺點(diǎn)提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)改變循環(huán)形式熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...§11-4熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(lián)(產(chǎn))供。背壓式機(jī)組(背壓>0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力循環(huán)的水？抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)

抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán),可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例，以滿足不同用戶的需要。熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評價(jià)只采用熱效率顯然不夠全面能量利用系數(shù)，但未考慮熱和電的品位不同Ex經(jīng)濟(jì)學(xué)評價(jià)熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保§11-5現(xiàn)代新型動力循環(huán)蒸汽電站提高電廠供電效率的措施：提高初參數(shù)，向亞臨界和超臨界發(fā)展；采用大功率機(jī)組，降低廠用電率；采用熱電聯(lián)供?；痣姀S發(fā)展現(xiàn)狀占總裝機(jī)容量的80%左右，效率37~40%；

耗煤占總產(chǎn)量30%，油占10%左右；

提高供電效率和改善環(huán)境有重要意義。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展熱力參數(shù)與單機(jī)容量逐步提高，達(dá)W>200MW，熱效率35~41%；可靠性95~98.5%，可作為基本負(fù)荷電站；聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)實(shí)可行性燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度t4=400~600℃；大功率機(jī)組排氣量300kg/s以上；利用排氣能量加熱蒸汽輪機(jī)給水(取代鍋爐)，大大提高供電效率，極限效率(燒氣)約58%。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)Ts燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)蒸汽輪機(jī)循環(huán)法國GECAlsthom公司的聯(lián)合循環(huán)電站燃?xì)廨啓C(jī)：227.2MW蒸汽輪機(jī)：128.3MW燃料：天然氣熱效率：54.5%燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)工作流程氣化爐中煤煤氣；煤氣的凈化；燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)；余熱鍋爐回收排氣熱量；蒸汽輪機(jī)循環(huán)優(yōu)點(diǎn)熱效率高，目前40~46%，預(yù)計(jì)可52%；環(huán)保性能好，SO2,NOx,CO2,粉塵排放低，可燃用高硫煤；可實(shí)現(xiàn)煤化工綜合利用，生產(chǎn)硫、硫酸、甲醇、尿素等；單機(jī)功率可達(dá)300~400MW缺點(diǎn)目前煤氣化和凈化的熱損失還偏大；初期投資大。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)應(yīng)用目前已建成或擬建的IGCC電站10余座，美國預(yù)測，2030年IGCC市場份額達(dá)35%左右如美國加州有一個電站，“世界上最潔凈的燃煤火電站，脫硫98-99%，產(chǎn)生元素硫，排渣中主要是Al、Si、Fe、Ca等無害元素，用于絕緣材料和筑路材料整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)其它新型煤氣化聯(lián)合循環(huán)注蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)（STIG）程式循環(huán)(SteamInjectedGasTurbineCycle)增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）(FluidizedBedCombustionCycle)外燃式燃煤聯(lián)合循環(huán)（EFCC）(ExternallyCoal-FiredCombinedCycle)直接燃煤聯(lián)合循環(huán)（DFCC）(DirectlyCoal-FiredCombinedCycle)磁流體發(fā)電聯(lián)合循環(huán)(MHD-CC)

(MagnetohydrodynamicsCombinedCycle)特點(diǎn)：1、無運(yùn)動機(jī)械，熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡姴唤?jīng)機(jī)械能2、溫度3000K，熱效率可達(dá)60%3、污染小、種子（鉀、銫化合物）有脫硫作用4、目前實(shí)驗(yàn)室階段燃料電池：燃料+氧化劑化學(xué)能電能