能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学第十一章第十一章 蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学主要内容主要内容 1掌握蒸汽动力循环的基本形式朗肯循环的组成；2掌握工质的初、终参数对循环效率是如何影响的。3理解中间再热的朗肯循环、给水回热加热循环、热电联产循环，最后是燃气蒸汽联合循环等。4掌握回热循环热效率的计算过程。能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学11-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环 一、工质为水蒸气的卡诺循环一、工质为水蒸气的卡诺循环 在采用气体作工质的循环中，因定温加热和放热难于进行，而且气体的定温线和绝热线在p-图上的斜率相差不多，以致卡诺循环所作的功并不大，故在实际上难于采用。在采用蒸汽作工质时，由于水的汽化和蒸汽的凝结，当压力不变时温度也不变，因而定温加热和放热过程能够实现。更因这时定温过程亦即定压过程，在p-图上其与绝热线之间的斜率相差亦大，故所作的功也较大。所以，以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环。能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学实际蒸汽动力装置中不采用卡诺循环，其原因是：1、在压缩机中绝热压缩过程8-5难于实现，因状态8是水和蒸汽的混合物，压缩过程中压缩机工作不稳定，同时状态8的比体积比水的比体积大得多，需用比水泵大得多的压缩机； 2、循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；3、膨胀末期，湿蒸汽干度过小，不利于动力机安全。实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学二、朗肯循环及其热效率二、朗肯循环及其热效率 新蒸汽可逆绝热膨胀作出的技术功为 wt=h1-h2=p-图上面积e12fe在冷凝器中向冷却水放出的热量为 q2=h2-h3=T-s图上面积m32nm 给水泵消耗的功为 Wp=h4-h3=p-图上面积e43fe新蒸汽从热源吸热量为 q1=h1-h4=T-s图上面积m4561nm循环净功为 wnet=wt-wp=(h1-h2)-(h4-h3)=p-图上面积1234561循环净热量为 qnet=q1-q2=(h1-h4)-(h2-h3)=(h1-h2)-(h4-h3) 所以循环热效率为t=wnet/q1=（ql-q2）/ql=wt -wp/q1= (h1-h2)-(h4-h3)/(h1-h4) 忽略泵功可简化为：能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学三、蒸汽参数对热效率的影响三、蒸汽参数对热效率的影响 1初温初温t1对热效率的影响对热效率的影响 在相同的初压及背压下，提高新蒸汽的温度可使热效率增大。 2初压初压p1对热效率的影响对热效率的影响 在相同的初温和背压下，提高初压也可使热效率增大。当初压提高时，循环的平均温差增大，所以循环的热效率提高。 3背压背压p2对热效率的影响对热效率的影响 在相同的p1、t1下降低背压p2能使热效率提高，这是由于循环温差加大的缘故。 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学 四、有摩阻的实际循环四、有摩阻的实际循环 实际所作的技术功为 wt,act=h1-h2act=(h1-h2)-(h2act-h2) 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学汽轮机内蒸汽实际作功wt,act与理论功wt的比值叫做汽轮机的相对内效率，简称汽轮机效率，以T表示，即 (11-4)这样 h2act=h2+(1-T)(hl-h2)=h2+(1-T)h0 (11-5)近代大功率汽轮机的T在0.850.92之间。 每每千千克克蒸蒸汽汽在在实实际际工工作作循循环环中中作作出出的的循循环环净净功功叫叫做做实实际际循循环环内内部部功功，用wnet,act表示，wnet,act=wt,act-wp,act。忽略水泵功 wnet,actwt,act= h1-h2则循环内部热效率i蒸汽在实际循环中所作的循环净功与循环中热源所供给的热量的比值为 (11-6)能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学若再考虑轴承等处的机械损失，则汽轮机输出的有效功，即轴功为ws=mwt,actws=mTwt(11-7)或用轴功率表示：Ps=mTP0=mTD(h1-h2)(11-7a)耗汽率用d表示，则理想耗汽率d0为d0=D/P0=1/(h1-h2)(11-8)若以实际内部功率pi为基准，则内部功耗汽率为(11-8a)若考虑有效功，则有效功耗汽率(11-8b)能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学11-2 再热循环再热循环 新汽膨胀到某一中间压力后撤出汽轮机，导入锅炉中，使之再加热，然后再导入汽轮机继续膨胀到背压p2。这样的循环叫做再热循环。 循环所作的功(忽略水泵功)为 wnet=(h1-hb)+(h0-h2)加入的热量为 q1=(h1-h2)+(ha-hb)一般地，中间压力在(2030)p1范围内时对提高t 的作用最大。 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学 11-3 11-3 回热循环回热循环 一、抽汽回热一、抽汽回热 从概括性卡诺循环及定压加热燃气轮机装置循环可以知道，回热就是把本来要放给冷源的热量利用来加热工质，以减少工质从热源的吸热量。目前工程上采用的回热方式是从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的压从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去加热低温凝结水，已力、温度相对较高的少量蒸汽，去加热低温凝结水，已达到回热的目的达到回热的目的。这种循环称为抽汽回热循环。 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学二、回热循环计算二、回热循环计算 首先要确定抽汽量1，它可以从回热器的热平衡方程式及质量守恒式确定。图11-12是混合式回热器的示意图，其热平衡方程为 (1-1)(h01-h4)= 1 (h01-h01) 若忽略水泵功，则h4=h2，可得 1 =(h01-h2)/(h01-h2) (11-10) 循环净功为 wnet=(h1-h01)+(1-1)(h01-h2) =(1-1)(hl-h2)+ 1 (h1-h0) 从热源吸入的热量为 q1=h1-h01 循环热效率 (11-11) 由式(11-10)可以得出 h0=h2+1 (h0-h2)代入式(1111)，整理后可得 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学 采用抽汽回热，能显著提高循环热效率，优点： (1)由于工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，因而可减少受热面，节省金属材料； (2)由于汽耗率增大，使汽轮机高压端的蒸汽流量增加，而低压端因抽汽而流量减小，这样有利于汽轮机设计中解决第一级叶片太短和最末级叶片太长的矛盾，提高单机效率； (3)由于进入冷凝器的乏汽量减少，可减少冷凝器的换热面积；节省铜材。 综上所述，采用回热利大于弊，故现代大中型蒸汽动力装置都采用回热循环。当然抽汽级数过多会使系统过于复杂，因而很少超过8级。在采用大型机组的现代蒸汽电厂中，广泛采用一次再热与多级抽汽回热的循环。 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学 114 热电合供循环热电合供循环热电合供循环也称为热电联产或称热化。所谓热化热化(即热电合供循环，简称热电循环)就是考虑到这两种需要，使蒸汽在电厂中膨胀使蒸汽在电厂中膨胀作功到某一压力，再以此乏汽或乏汽的热量供作功到某一压力，再以此乏汽或乏汽的热量供给生活或工业之用的方案，同时供热和供电的给生活或工业之用的方案，同时供热和供电的工厂称为热电厂工厂称为热电厂。 这时汽轮机的背压这时汽轮机的背压(即汽轮机设计排汽压力即汽轮机设计排汽压力)通常大于通常大于0.1MPa，这种汽轮机叫做背压式汽轮，这种汽轮机叫做背压式汽轮机。机。能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学 因为热电循环除了输出机械功wnet外，同时提供了可利用的热量q2，故衡量其经济性除了热效率外同时衡量其经济性除了热效率外同时需考虑热量利用系数需考虑热量利用系数。热量利用系数定义为 =已利用的热量已利用的热量/工质从热源所吸收的热量工质从热源所吸收的热量 热电厂的热量利用系数则以燃料的总释热量为计算基准，若以，表示热电厂的热量利用系数，则 =利用的热量利用的热量/燃料的总释热量燃料的总释热量 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学11-5 蒸汽蒸汽燃气联合循环燃气联合循环 两种或几种不同工质的循环互相复合或联合可有两种或几种不同工质的循环互相复合或联合可有效提高整个联合装置的热效率。效提高整个联合装置的热效率。 两气循环是两种工质联合运行的蒸气循环。汞、水两气循环的T-s图如图11-19所示。图中1a-2a-3a-5a-1，是汞循环，1-2-3-5-6-1为水循环。在循环参数为 汞 p1=1.962 MPa、t1a=582.4，p2a=9.81 kPa；t2a=249.6 水 p1=3.5 MPa、 t6=242.54，p2=4kPa、 t2=28.98 汞水两气循环的热效率可达到5060，约为相同温度界限的卡诺循环热效率的9095，且整个装置的压力仍不太高。 能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学能能源源与与动动力力工工程程学学院院（保保定定）华华北北电电力力大大学学 蒸汽燃气联合循环是以燃气为高温工质、蒸汽汽低温工质，由燃气轮机的排气作为蒸汽轮机装置循环的加热源的联合循环。 因此联合循环的热效率为 实际上，仅有过程4-5排放的热量得到利用，过程5-1仍为向大气放热，故其热效率应为