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第十一章 蒸汽动力循环装置第十章 蒸汽动力循环装置
Steam Power Plant
第十一章 蒸汽动力循环装置第十章 蒸汽动力循环装置
1 )蒸汽是历史上最早广泛使用的工质, 19 世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用,促使生产力飞速发展, 促使资本主义诞生 2 )目前世界 75% 电力,国内 76% 电力来自火电厂 ( 6.03 亿 kW ),绝大部分来自蒸汽动力 3 )蒸汽动力装置可利用各种燃料 4 )蒸汽是无污染、价廉、易得的工质
蒸汽及蒸汽动力装置 (steam power plant)
电厂鸟览图
汽轮机车间图
火力发电厂示意图
蒸汽动力循环流程图
水蒸气卡诺循环有可能实现,但 1 )温限小 2 )膨胀末端 x 太小 3 )压缩两相物质很困难
11-1 简单蒸汽动力装置循环 10-1 — 朗肯循环 (Rankine cycle)
一、水蒸气的卡诺循环
所以,实际并不实行卡诺循环
二、朗肯循环及其热效率
b ) p-v , T-s 及 h-s 图
a )流程图
1. 朗肯循环(设为可逆循环)
6565
4
3(2’)
2
1h
s
2. 朗肯循环的热效率net 2
1 1
1t
w q
q q
411 hhq
(11-1)(10-1)
1 2tw h h 4
3(2’)
2
1h
s4 3Pw h h
1 2 4 3( ) ( )net t Pw w w h h h h
输出功
泵 功输出净功
1 2 1 4 2 3 1 2 4 3( ) ( ) ( ) ( )q q h h h h h h h h 2 2 3q h h
于 是 1 2 4 31 2
1 1 1 4
( ) ( )nett
w h h h hq q
q q h h
netw
若忽略水泵功,同时近似取 h4h3 ,则
'21
21
31
21
hh
hh
hh
hht
3. 耗汽率 (steam rate) 及耗汽量
kg/J, kg/ kW h 工程上用
式中 D--- 耗汽量 , kg/s
(11-3)(10-3)
(11-8) (10-4)
理想耗汽率 (ideal steam rate) d0 , kg/J — 蒸汽动力装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
设 理想输出功率
00 1 2
1 1
t
Dd
P h h w
0 1 2( )P D h h
于是
, W
4
3(2’)
2
1h
s
三、蒸汽初参数对朗肯循环热效率的影响
1 2T T 不变
or 循环 1'2'3561' = 循环 123561+ 循环 11'2'21
t
t
t t
1t
1. 初温 t1
1 1( )t T 或
采用平均温度法分析
1 1( )t T 或
x 2 增大对汽轮机运行有利!
图 11-3 10-5
2x又对应的 h-s 图?
2. 初压力 p1
1 2,T T 不变
但 x2↓ 且 p 太高会造成强度问题
t 1 1p p
图 11-4 10-6
对应的 h-s 图?
3. 背压 p2
但受制于环境温度,不能任意降低,通常有:
2 26kPa, 36.17 C; 4kPa, 28.95 Cs sp t p t
同时, x2↓t 1 2T T 不变,2 2p T
讨论:我国幅员辽阔,四季温差大,对蒸汽发电 机组有什么影响?图 11-5 10-7
1. T-s 图及 h-s 图
忽略水泵功:
'222
311
hhq
hhq
act
不变t
四、有摩阻的实际朗肯循环(不可逆循环)
不可逆因素主要考虑饱和水压缩过程 3--4
汽轮机膨胀作功过程 1--2
3—4’
1—2act
图 11-6 10-8
2. 循环内部热效率— internal thermal efficiency
, 1 2,
1 2
t act actT
t
w h h
w h h
定义 汽轮机相对内效率:
(11-6)(10-7)
(11-4)(10-5)
忽略水泵功:
则 循环内部热效率:
, , 1 2,net act t act actw w h h
, , 1 2, 1 2
1 1 1 2 1 2
( )net act t act act Ti T t
w w h h h h
q q h h h h
设 汽轮机轴承等处有机械损失,汽轮机的轴功:
,s m t act m T tw w w (11-7)(10-8)机械效率
轴功率1 2 0( )s s m T t m T m TP Dw D w D h h P (11-7a)
(10-9)
简称 汽轮机效率
例题 11-1 10-2 按照466155参数,假设锅炉中传热过程
是从831.45K的热源向水传热,冷凝器中乏汽向298K的环境介质放热,且汽轮机相对内效率为η T=0.90。求:(1)水泵功wP、汽轮机产生的功wT,act和循环净功wnet;(2)循环内部热效率η i和实际耗汽率di;(3)各过程及循环的不可逆损失。解:(1)蒸气在汽轮机膨胀过程为1-2act
kgkJkgkJkgkJkgkJ
hhhh Tact
/8.2109)/5.1963/3426)(9.01(/5.1963
))(1( 212,2
kgkJkgkJkgkJhhw actactT /3.1316/8.2109/3426,21,
wp同上题,仍为17.06kJ /kg kgkJkgkJkgkJwww PactTactnet /24.1299/06.17/3.1316,,
3. 实际内部功耗汽率 di 和耗汽量 Di
01 2
1 2 1 2 1 2
1 1i
act act T
i i i i
dh hd
h h h h h h
D d P P
实际内部功率
(11-8a)(10-10)
例题 11-2 10-3
自学:例 11-1 (例 10-2 ) 重要! 习题: 11-6 (1)(3)(5)+ 耗汽率 d0
10-12(1)(3)(5)+ 耗汽率 d0
20
1. 新蒸汽进入汽轮机高压缸作功后,全部抽出2. 重新回到锅炉中的再热器再次加热3. 然后全部进入汽轮机低压缸继续作功
11-2 10-2 再热循环— reheat cycle
12
34
ab
一、原理
12
34
a
b
1 1 4 1 2q h h h h
1 1 bw h h
1 a bq h h
2 2aw h h
2 2 2q h h
二、循环过程(忽略泵功)4-1 蒸汽在锅炉内定压吸热1- b 高压缸内膨胀作功b- a 再热器内加热a- 2 低压缸内膨胀作功2- 3(4) 凝汽器内定压放热
a
b
动画
四、再热对循环热效率的影响
( 1 ) x2 上升( 2 ) d0 下降,结构紧凑( 3 )结构复杂,投资上升
)()(
)()(
' 41
21
11 ba
abnett hhhh
hhhh
w
1 1, 1
,
rh rh t
t rh t
T T T T
(11-9) (10-12)
三、再热循环热效率(忽略泵功)
若再热压力为( 20%--30% ) p1 ,则
其他影响:效率提高 4 % ~ 5%
a
b1,rhT
1T
rhT
2
11-3 10-3 回热循环 --regenerative cycle
一、抽汽回热循环— regenerative cycle with steam extraction; ( regenerative cycle with feed-water heater )
•从汽轮机已作过功的蒸汽中抽取一部分•加热给水•余下的蒸汽继续作功
1. 过程原理
混合式加热器
非混合式加热器
T
s
1
5
2
01
4
6
R
01
01’
1
2
4
01’ α1kg
图 11-10 10-13 图 11-11 10-14
(1-α1)kg
1kg
1kg
α1kg
(1-α1)kg
•没有对外放热,
•加热起点温度提高,
热效率提高,输出净功稍有下降
1 tT
t
2. 提高热效率的原理分析
•抽气量
二、回热循环计算
01 '01014 hhh
忽略泵功'24 hh
01' 2'
01 2'
h h
h h
能量方程:
(11-10) (10-13)
1. 抽汽量(一级抽汽)
2. 循环热效率
net 1 01 01 21w h h h h
011211 hhhhwor net
'0111 hhq
'222 1 hhq
图 11-11 10-14
图 11-12 10-15
'011
201011
1
1
hh
hhhh
q
wnett
• 抽汽级数越多 ηt 越高
'011
'22
1
2 111
hh
hh
q
qt
(11-11) (10-14)
讨论:
• 抽汽回热 ηt 上升
• 一般采用 3~ 8级,级数太多则系统太复杂
图 11-14 两级回热抽汽循环
11-4 10-4 热电合供循环 (简介) —power-and-heating plant cycle
既发电又供热的循环称为热电合供循环
从热源所吸收的热量已利用热量
1. 背压式:把乏汽压力提高到大气压以上,乏汽温度可达 100oC以上,从而对外供热
2.分汽供热式:从气轮机中抽出一部分蒸汽供热
评价指标:
热电循环方式:
背压式
抽汽凝汽式
§11-5 10-5 燃气 - 蒸汽联合循环(简介)一、燃气 - 蒸汽联合循环 (gas-steam combined cycle)
燃气 - 蒸汽联合循环型式之一 燃气 - 蒸汽联合循环型式之二
燃气 - 蒸汽联合循环型式之三——热电合供
图 11-19 燃气 / 蒸汽联合循环
21
习题 11-3 10-7
求:两个再热循环的 ηt 和 x2 ,并比较。