11-蒸汽动力循环(工程热力学)

第十一章蒸汽动力循环装置教学目标：使学生掌握蒸汽动力循环及其计算方法。知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循环。重点：回热循环、再热循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。难点：回热循环与再热循环计算，提高循环热效率的途径和计算方法。火电厂生产过程简介汽包锅炉，开式循环系统1１223344psvT饱和蒸汽的卡诺循环10-1简单蒸汽动力装置循环─朗肯循环一、工质为水蒸汽的卡诺循环1、朗肯循环的组成定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩二、朗肯循环及其热效率１２３４PumpCondenserBoilerTurbineWturb,outqoutqinWpump,in简单蒸汽动力装置流程图1243朗肯循环在T-S图和p-v图中的表示sT21341234pv1234hs朗肯循环在h-s图上的表示sT2、朗肯循环的计算吸热量放热量循环热效率114qhh223qhh01221111twqqqqqq吸热平均温度11411414qhhTssss放热平均温度23222314hhqTssss循环热效率221111tqTqT1T2T汽耗率03600kg/(kW.h)dw汽耗率：每生产１kW.h（3600kJ）的功所消耗的蒸汽量。１234例1已知朗肯循环的初压p1=5MPa,初温t1=500℃，乏汽压力p2=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏汽干度。解查水蒸气表由p1=5MPa,t1=500℃查得113432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hsp2=5kPa=0.005MPa时137.72kJ/kg;0.4761kJ/(kg.K)2560.55kJ/kg;8.3930kJ/(kg.K)hshs计算乏汽的干度226.97350.47610.82078.39300.4761ssxss乏汽的焓2'(')hhxhh137.720.8207(2560.55137.72)2126.14kJ/kgsT1T2T１234113432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs21ss22126.14kJ/kgh3137.72kJ/kghh30.4761kJ/(kg.K)ss430.4761kJ/(kg.K)ss415MPapp查表得4142.87kJ/kgh吸热量1143432.2142.873289.33kJ/kgqhh放热量2232126.14137.721988.42kJ/kgqhh熵变量146.97350.47616.4974kJ/(kg.K)ss吸热平均温度11143289.33506.3K6.4974qTss放热平均温度22141988.42306.K6.4974qTss吸热量1143432.2142.873289.33kJ/kgqhh放热量2232126.14137.721988.42kJ/kgqhh吸热平均温度11143289.33506.3K6.4974qTss热效率02t111988.42110.3953289.33wqqq放热平均温度22141988.42306.K6.4974qTss热效率2t1306.110.395506.TT0300350400450500550ηt%35363738394032145T1T1’1、蒸汽初温对循环热效率的影响sT初温t℃121T1T蒸汽初温对循环热效率的影响三、蒸汽参数对热效率的影响550℃500℃400℃350℃0.480.440.400.36s325411`TT1ηT036912151821初压p1MPa2、蒸汽初压对循环热效率的影响1T4'2'1T蒸汽初压对循环热效率的影响24681012141618200.400.410.420.430.440.450.460.470.48p2kPa14532ss1s3s3’T0T1T3、背压对循环热效率的影响ηt23'5'蒸汽参数的影响归纳如下:(1)提高蒸汽初参数p1，t1,可以提高循环热效率（蒸汽温度提高50℃，循环效率提高2个百分点）现代蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用的亚临界机组参数见表11.1。低参数中参数高参数超高参数亚临界参数初压/MPa初温/℃发电功率/MW1.33.59.013.516.5340435535550,535550,5351.5—36—2550—100125,200200,300,600表11.1亚临界及以下参数的机组(汽轮机进口参数)表11.2超临界参数机组(锅炉出口参数)机组类型蒸汽压力MPa蒸汽温度℃电厂效率%供电煤耗g/kWh亚临界机组17.0540/54038324超临界机组25.5567/56741300高温超临界25.0600/60044278超超临界机组30.0600/600/60048256高温超超临界30.070057215我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。注：临界压力：22.12MPa,临界温度：374.15℃•第一台试验性超临界125MW机组（31MPa,621/566/538℃）,1957年在美国投运。第二台超临界325MW机组（34.4MPa,649/566/566℃）,1959年在美国投运。参数\年代20世纪初期30年代40年代50年代60年代90年代20052015蒸汽温度℃250～370400～430480～500500～535538～566538～566566～593610～613700～720蒸汽压力Mpa0.8～1.01.5～3.03.0～8.08～14亚临界亚临界超临界33.540再热次数一次二次二次二次表11.3国外火电机组蒸汽参数的发展表11.4部分超临界机组经济性举例电厂项目蒸汽参数机组效率,%投运年份丹麦Vesk电厂407MW25.1MPa,560℃/560℃45.31992法国STAUDINGE厂550MW25MPa,540℃/560℃42.51992德国ROSTOCK电厂559MW25MPa,540℃/560℃42.51994韩国500MW24MPa,538℃/538℃41石洞口二厂600MW24.2MPa,538℃/566℃41.091992日本松蒲电厂1000MW25.2MPa,598℃/596℃441997丹麦Nordjylland电厂410MW28.5MPa,580℃/580℃/580℃471998西门子设计400-1000MW27.5MPa,589℃/600℃451999欧洲FutureⅠ33.5MPa,610℃/630℃502005欧洲FutureⅡ40.0MPa,700℃/720℃52-552015平圩电厂600MW(亚临界)17MPa,537℃/537℃36.91989(2)降低乏气压力可以提高循环热效率(乏气压力每降低2kPa,循环效率提高1个百分点)。但乏气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般在0.004MPa─0.006MPa的乏气压力下运行。四、有摩阻的实际循环吸热量放热量汽轮机作功水泵耗功循环热效率114qhh223qhh12twhh43pwhh01twq循环净功012TPwqqww１234sT42汽轮机的相对内效率水泵的相对内效率toitwwpppww五、实际循环的计算１234sT424343pppwhhwhh已知112,,,,,oicoiptp求10,,tqw关键：得到24,hh1212toitwhhwhh因所以21112oitoihhwhhh43433,,pcoicoiwhhhhh157H.PL.P893一、蒸汽再热循环BoilerReheaterLow-PturbineHigh-PturbinePumpCondenserqinqout蒸汽再热循环系统示意图wturb,outwpump,in蒸汽再热循环系统示意图11-2再热循环165432‘2sT16522’hh6h1h5h2h2‘p1pRHp2x2x9x=1st1蒸汽再热循环的T-s图和h-s图二、蒸汽再热循环在T-s图和p-v图中表示三、再热循环分析)()(56411hhhhq忽略水泵消耗功，循环作功：)()(2651hhhhwT））564126511()(()(hhhhhhhhqwTt循环热效率：16432sT四、再热压力对循环热效率大小的影响T1112'21'T1T1T5T2再热压力对循环热效率大小的影响12A4Ts２A153一、回热循环系统示流程图和T-s图BoilerTurbinePumpCondenserOpenFWHFWH=Feedwaterheaterqinqout43665Pump1kgkg(1)kgwturb,out11-3回热循环回热器的能量分析模型4(1)h5hOpenFWH45(1)0Ahhh544Ahhhh能量平衡方程抽汽量回热器的能量分析模型Ah12Ａ4Ts3651kgkg(1)kg吸热量放热量汽轮机作功水泵耗功循环热效率116qhh2231qhh121TAAwhhhh43651pwhhhh01twq二、回热循环的计算循环净功012TPwqqwwⅡⅠ分级(二级)抽汽回热循环系统示意图kg(1-α1)kgα2kgα1kg1kgh02’h02h2’h2h01h01’1kg12(1)TurbineCondenserqinqoutGeneratorElectricityBoilerPumpPumpPumpOpenFWHOpenFWHh10102215Tsp1p01p02p201022'1kg11kg2kg121kg第一、二级回热器的能量分析模型102'(1)h122'(1)h202h101h102'(1)h01'hOpenFWHⅠOpenFWHⅡ102'10101'(1)0hhh02'01'10102'()hhhh122'202102'(1)(1)hhh102'2'2022'(1)()hhhh1234背压式汽轮机热电联产循环UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeatexchanger11-4热电合供循环抽汽调节式热电联产设备系统图TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulatorvalveHeatexchangerUser机组循环系统总图示意图11.33MPa,536.4℃2.10MPa,537.5℃0.50MPa,346℃254.5℃35.7℃401.0℃0.47MPa,349.6℃6.53kP5.52kP11-5燃气—蒸汽联合循环燃气轮机联合循环技术•效率高：E级联合循环效率51－52％F级55－57％，H级达到60％以上•污染少：–可将NOx排放控制在50mg/Nm3以内•启动快、适合调峰：–燃机单循环可以在20分钟内带满负荷–联合循环可以在60分钟内带满负荷•可以实现黑启动、提高电网安全性•自动化程度高、人员配置少表11.5当代先进燃气轮机及联合循环性能机型项目西屋501-ATSGE-MS7001HABBGT26西门子KWU燃气初温，℃1510143012601190压比28233016.6简单循环净出力,MW290265240简单循环效率,%4138.538联合循环净出力,MW426400396359联合循环效率,%616058.558.1