熱力學(xué)第七章.ppt

1、作 業(yè),7-1 7-3,第七章 蒸汽動力循環(huán),Vapor Power Cycles,第七章 蒸汽動力循環(huán),水蒸氣：火力發(fā)電、核電,低沸點工質(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,四個主要裝置： 鍋爐 汽輪機(jī) 凝汽器 給水泵,7-1 郎肯循環(huán)Rankine Cycle,水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng),鍋 爐,汽輪機(jī),發(fā)電機(jī),給水泵,凝汽器,水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化,鍋 爐,汽輪機(jī),發(fā)電機(jī),給水泵,凝汽器,1,2,3,4,簡化（理想化）：,1,3,4,2,p,v,郎肯循環(huán)pv圖,4,3,2,1,T,s,h,s,1,3,2,4,郎肯循環(huán)Ts和hs圖,h,s,1,3,2,4,郎肯循環(huán)功和

2、熱的計算,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：,h,s,1,3,2,4,郎肯循環(huán)熱效率的計算,一般很小，占0.81%，忽略泵功,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(Steam Rate)的概念,的單位是kJ/kg,1kW=1 kJ/s,郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較,s,T,6,4,2,1,10,9,8,7,5,3, q2相同； q1卡諾 q1朗肯 卡諾 朗肯； 等溫吸熱41難實現(xiàn), 11點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

3、諾 wnet 朗肯,11,12,對比同溫限1234,對比5678,對比9-10-11-12,s,p1 t1 p2,6,5,4,3,2,1,如何提高郎肯循環(huán)的熱效率,影響熱效率的參數(shù)？,T,How can we increase the efficiency of the Rankine cycle,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初壓對郎肯循環(huán)熱效率的影響,s,T,6,5,4,3,2,1,蒸汽初溫對郎肯循環(huán)熱效率的影響,s,T,6,5,4,3,2,1,乏汽壓力對郎肯循環(huán)熱效率的影響,缺點： 受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組p2為0.00350.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為27 33 ，已接

4、近事實上可能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高,國產(chǎn)鍋爐、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的初參數(shù)簡表,7-2 實際蒸汽動力循環(huán)分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,非理想因素：,給水泵不可逆( 3 4 ),汽機(jī)不可逆( 1 2 ),汽機(jī)汽門節(jié)流( 1 1 ),蒸汽管道摩擦降壓，散熱(11),實際蒸汽動力循環(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,實際蒸汽動力循環(huán)熱效率法,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,忽略泵功,可逆循環(huán)效率,汽機(jī)相對內(nèi)效率,管道和節(jié)流，管道效率,鍋爐散熱和排煙，鍋爐效率,整個實際蒸汽動力循環(huán)熱效率,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,整個電廠熱

5、效率,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,機(jī)械效率,電機(jī)效率,實際蒸汽動力裝置的Ex分析法,對于穩(wěn)定流動,焓Ex,鍋爐的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,排煙,水,4（3）,渣,燃料,空氣,鍋爐的Ex分析（燃燒）,排煙,過熱汽,1,水,4（3）,渣,燃料,空氣,空氣,燃料,設(shè)燃料完全是Ex,（1）燃燒，煙氣熱量,以環(huán)境為基準(zhǔn),平均燃燒溫度,鍋爐的Ex分析（散熱）,排煙,過熱汽,1,水,4（3）,渣,燃料,空氣,（2）排煙，渣，散熱后，可傳給水的ex,鍋爐的Ex分析（傳熱）,排煙,過熱汽,1,水,4（3）,渣,燃料,空氣,（3）傳熱，水的溫度遠(yuǎn)比燃?xì)獾停瑴夭顐鳠?水得

6、到的ex,管道和汽機(jī)主汽門節(jié)流的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,1,1,管道和汽機(jī)主汽門節(jié)流的Ex分析,1,1,汽機(jī)入口ex,管道和主汽門的ex損失,汽輪機(jī)的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,1,2,wnet,絕熱,汽輪機(jī)的Ex分析,汽輪機(jī)最大可能作功,汽輪機(jī)的ex損失,1,2,wnet,汽輪機(jī)實際輸出功,冷凝器的Ex分析,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,3,2,冷凝器的ex損失,兩種分析方法的比較,鍋爐 qB/qf=10% B/ex,qf=56.7% (燃燒14.1%排煙及散熱 8.6%傳熱34%) 管道 qtu/qf= 0.6% tu/

7、ex,qf= 0.5% 汽輪機(jī) qt/qf= 0 t/ex,qf= 5.6% 凝汽器 qc/qf= 55.7% c/ex,qf= 3.5%,Ex 經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法,熱效率法 Ex分析法,Ex損失的表示,s,T,5,3,2,2,4,1,1,1,4,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),聯(lián)合循環(huán),熱電聯(lián)產(chǎn),燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán),新型動力循環(huán),IGCC,PFBC-CC,.,Reheat,Regenerative,Cogeneration,作業(yè),7-5 7-6 7-8,T,s,6,5,4,3,1,b,7-3 蒸汽再熱循環(huán)(reheat)

8、,T,s,6,5,4,3,1,b,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23.5。,蒸汽再熱循環(huán)的實踐, 再熱壓力 pb=pa0.20.3p1, p110MPa，一般不采用再熱, 我國常見機(jī)組，10、12.5、20、30萬機(jī) 組，p113.5MPa，一次再熱, 超臨界機(jī)組， t1600，p125MPa， 二次再熱,T,s,6,5,4,3,1,b,蒸汽再熱循環(huán)的定量計算,吸熱量：,放熱量：,凈功（忽略泵功）：,熱效率：,7-4 蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative),抽汽,去

9、凝汽器,冷凝水,表面式回?zé)崞?抽汽式回?zé)?Feedwater heater,Open Feedwater heater,Closed Feedwater heater,蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán),(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,由于T-s圖上各點質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功,抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計算,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,以混合式回?zé)崞鳛槔?熱一律,忽略泵功,抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的計算,(1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,吸熱量：,放熱量：,凈功：,熱效率：,為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣撸?(

10、1- )kg, kg,6,5,a,s,4,3,2,1,1kg,T,教材P.256推導(dǎo),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,蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點,小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為13級 中大型火力發(fā)電廠一般為 48級。,優(yōu)點 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 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,7-5 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？,Cogeneration,背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán),背壓式缺點： 熱電互相影響 供熱參數(shù)單一,清華北門外2臺背壓式， 5000kW電負(fù)荷,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, 只采用熱效率 顯然不夠全面, 能量利