第三章-热力系统分析1

3.13.2燃气-蒸汽联合循环3.3热电联产系统分析3.4中低温余热动力回收的热力系统分析3.5热泵系统分析第三章热力系统分析3.1电能中，80%以上是由燃料通过蒸汽动力循环转换而来。蒸汽动力循环是应用最广、最重要的一种热力循环，将它的效率提高0.1%，我国每年将节约几十万吨标准煤。3.1.1朗肯循环是最基本的蒸汽热力循环，也称为简单蒸汽动力装置循环。它由锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器组成，并由管路连接。构成热力系统。１’２３４简单蒸汽动力装置系统图水泵P冷凝器C锅炉B汽轮机TW1q2q1W2１简单蒸汽动力装置流程图1432134朗肯循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环。4-1—定压吸热过程，1’-2—绝热膨胀过程，2-3—定压放热过程，3-4—绝热压缩过程。1-1’为阻力和散热造成的温降和压降ST锅炉汽轮机发电机凝汽器给水泵11’2341134ST锅炉的燃料低发热值为dwQ锅炉的热效率为tgη汽轮机的相对内效率为it水泵效率为b22s1)(11,tp1’)(11t,p1p2p12ss34ss1、锅炉1134ST22s1p2p1kg蒸汽在锅炉中的吸热量：)(411hhq1kg燃料所能产生的蒸汽量：)(41hhQdtgdw1kg)()()()()()()(41041040040100141ssThhssThhssThheeexxxg1kg燃烧、传热不可逆及排烟散热等xgfgedeI)()(1)()(41414141hheeQeηhheeeηQeΔedηxxdwftgxxftgdwfxgeg1fλ1远小于—q2、蒸汽管路1134ST22s1p2p)()()(1101111ssThhdeedIxxj由于管路的阻力及散热，蒸汽进口降为1xe至汽轮机1xe对1kg11xxejee—fxxfjjeeedeI)(113、汽轮机1134ST22s1p2p蒸汽在汽轮机中绝热膨胀对外做出的有用功：)(211hhdw)()()(2102121ssThhdeededxxxt)(1201ssTdwedIxtt0Tbc2s1s即面积cssb12)(120ssT1134ST22s1p2p0Tbca2s1sxttxtetedIedwη11)()()()()()()()(21212121212121211xxsitxxssxxxteteehheehhhhhheedhhdedwηffttessTdeI)(120理论可逆做功实际不可逆对外做功单位工质：4、凝汽器1134ST22s1p2p0Tba蒸汽在凝汽器中放出热量)(322hhdq成损失，即：)()()()(32023203232ssTdqssThhdeedIxxn2-3-a-bfxxfnteeedeI)(325、水泵水在水泵中被增压可以看成是绝热压缩过程。它所消耗的功为：)(342hhdw)(34xxxbeede)()()()(34034034342ssTdssThhhhdewIxbbbntjgiIIIIII汽轮机发电机凝汽器12341’ifieI1fifeeIe装置的净功：)()(342121hhhhdffteehhhhdew)()(3421例题1已知朗肯循环的各点参数：汽轮机发电机凝汽器12341’)()(2121itshhhh)()(3434bhhhhs每1kg燃料产生的蒸汽量为：)/(0.11)9.1343450(9.040500)(41kgkghhQdtgdw朗肯循环的热效率：蒸汽动力循环（包括锅炉）的热效率：)()()(413421121hhhhhhqwwtttgtgdwthhhhhhQhhhhd)()()()()(4134213421两种计算结果对比：热平衡认为装置的主要热损失是在凝汽器中，放给冷却水的热量占输入热的59.07%。，3.2%，因为它的温度（28.98℃）接近环境温度（12℃），可用能很小，节能潜力不大，达60.8%，，才有可能明显改善蒸汽动力装置的效率。配有很大差别。3.1.2锅炉的热效率可达90%，40%，影响最大的是燃烧和传热的不可逆损失。其中，及蒸汽参数有关。c1kg水加热成蒸汽的吸热量：)(411hhq)()()()(41014104141ssTqssThheeexxxg)()(1)()s-(sT)()()(4141041410414141hh-ssThhhhηhheeeQηηtgxxfdwtgegc)()(4141m-sshhTmtgegTTηη011、提高蒸汽的初参数t1和p1MtwMPap45.314020201.51.1twtM6.9013.8MPap0138.020538649760蒸汽温度t1MtwMPap0138.02t1=538℃蒸汽压力p1图3-5朗肯循环效率与蒸汽参数关系①②sT①①T1T0②②1x9.0x0xPap510500Pap510100Pap51020Pap51004.0当温度一定时，提高压力，膨胀后的状态点2向左方移动，湿度变大。当干度小于0.9时，在汽轮机的最后几级里，有部分蒸汽凝结成水，易损坏叶片降低内效率。温度一定时，最高蒸汽压力就受到限制。当锅炉给水温度一定时，热力学吸热平均温度Tm是蒸汽温度T1和p1的函数。对一定的蒸汽温度，对应一个吸热平均温度Tm和最高的最佳蒸汽压力popt。),(11pTfTm0/pTmoptp1T受锅炉材料的限制蒸汽参数的影响归纳如下提高蒸汽初参数p1，t1,可以提高循环热效率，现代蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用的配套机组参数如下：低参数中参数高参数超高参数亚临界参数1.33.59.013.516.5初温/℃340435535550,535550,5351.5-36-2550-100125,200200,300,600初压/MPa发电功率/MW12采用再热循环wturb,out57893锅炉再热器低压缸高压缸水泵凝汽器qinqoutwpump,in蒸汽再热循环的T-s图1875329sTmzTmT蒸汽再热循环可以防止膨胀后蒸汽湿度过大，以保证汽轮机长期安全运转。蒸汽再热后，提高了蒸高了吸热平均温度。国产再热机组蒸汽参数规范单机容量(MW)初压(Mpa)初温(℃)再热温度℃再热压力(Mpa)12520030060013.5/55013.0/53516.5/55016.5/5502.6/5502.5/5353.5/5503.6/5503采用回热循环回热循环系统示流程图由吸热平均温度的定义可知，如果蒸汽的压力和温度一定，提高进入锅炉的给水温度，同样回热循环就是从汽轮机的中部抽出一部分做过功但有中间压力pk的蒸汽，供之回热器来加热冷凝水。Ts12943651kgkg(1)kg41416161*sshhsshhTm回热循环T-s图))(1(4559hhhh）（4945hhhh每1kg蒸汽做功将减少：)())(1(91211hhhhw但每1kg蒸汽在锅炉内的吸热量也减少)()(41611hhhhq3.1.3凝汽式发电厂的能耗指标凝汽式发电厂由锅炉、汽轮机、机械传动装置带动发电机组成。发电厂的发电效率可由下式计算：djitgdglngl—锅炉效率，一般为0.85~0.92；n—凝汽式电厂效率；gd—管道效率，一般为0.99；t—循环效率，一般为0.4~0.54；i—汽轮机相对内效率，一般为0.8~0.9；j—机械效率，一般为0.96~0.99；d—发电机效率，一般为0.96~0.99；由上述各效率的实际数值可得，凝汽式发电厂的效率为25%~40%。一般中压电厂的效率约25%，高压电厂约33%，超高压电厂约37%，亚临界电厂约40%。凝汽式发电厂的每发1kW·h电能的标准煤耗率为：nnb123.0293003600h)kg/(kW1kg标准煤的发热值为7000kcal（29300kJ）3.2燃气-蒸气联合循环如上所述，，其中，。上述的提高吸热平均温度的各种措施，实际上是为了减少传热温差，。1000℃由于受水蒸气的热物理性质及装置材料的限制，这些措施所能取得的效果已经接近极限，燃料燃烧温度与蒸汽温度仍存在着1000℃左右的温差，采用水蒸气为工质的循环已无法进一步减小这一损失。3.2燃气-蒸气联合循环燃气轮机目前主要用于航空发动机，利用燃料燃烧产生的高温，有压力的气体在燃气轮机中膨胀做功。它的结构紧凑，但是，排气温度很高，有450~650℃左右，构成放热损失，因此热效率不到30%。燃气-蒸汽联合循环的热效率可以达到40%~47%。3.2燃气-蒸气联合循环燃气-蒸汽联合循环系统以燃气轮机为主，燃气轮机发电量占65%~70%，汽轮机占30%~35%。燃气轮机有较大的独立性，可单独工作。余热锅炉容量和蒸汽参数取决于燃气轮机排气，不能单独运行。燃气-蒸汽联合循环3.2燃气-蒸气联合循环燃气-蒸汽联合循环T-s图燃气轮机的排气放热过程4-1是在余热锅炉内完成的。在锅炉内将热传给水，完成6-7-8的汽化过程。余热锅炉内的燃气放热平均温度T2m与蒸汽吸热平均温度T3m之间的温差比一般的锅炉要小得多，。环要高。3.2燃气-蒸气联合循环600℃1000℃联合循环装置的效率3.2燃气-蒸气联合循环余热利用型联合循环结构简单，造价较低，但燃料需采用轻质油和气体燃料。适用于小容量蒸汽动力装置的改造。冶金厂有大量副产煤气—上海宝钢投产了一套以煤气为燃料的联合循环装置。其它联合循环型式补燃型：往余热锅炉补充燃料进行补燃；排气助燃型：以蒸汽循环为主，燃气循环提供高空气过量系数的热气体，再供给锅炉作为助燃气体；增压锅炉型：将燃气轮机的燃烧室与蒸汽锅炉燃烧室合二而一。沸腾炉型联合循环装置煤气化燃气-蒸汽联合循环装置3.3热电联产系统分析供热系统工业锅炉管网系统用热设备约60%约90%约55%总效率约30%凝汽式发电机组的最高效率也低于40%，大量的热（50%~60%）被冷凝器中的冷却水带走。而乏汽的压力只有3~5kPa，对应的饱和温度为23.77~32.55℃，，无直接利用价值。3.3.1热电联产概念•从单一能量来源同时产生两种或多种类型的可利用的能源(也叫“联产”)•利用来自电力生产设备的余热热电分产热电分产（一）热电分产（二）背压式热电联产系统12'34给水泵热用户汽轮机过热器锅炉将汽轮机的排汽压力设计成用户所需的压力，蒸汽经汽轮机做出功后再供热用户使用。缺点：热电互相影响，供热参数单一。抽汽式热电联产系统热电联产的T-s图3.3.2热电联产的热经济性分析dwbrdQBQW,)11(,wdwbrdWWQBQWdwwQBW总效率：指有效利用的能量（包括发电与供热量）与消耗的能量（燃料提供的热量）之比。QW0一般蒸汽动力循环热效率23.0~09.040.0~12.0总热效率约0.83.3.2热电联产的热经济性分析过热器汽轮机发电机锅炉冷却水冷凝器加热器水泵1水泵2调节阀cqcqQW对于抽汽供热机组而言，只有抽汽部分是既发电又供热因此，它的热化发电率为：cqW—抽汽在流经汽轮机时发出的电能，kJ/hcqQ—抽汽所提供的热量，kJ/hdwncqqccrdQBWQW,