发电厂远景图蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置教学目标：教学目标：使学生掌握蒸汽动力循环及其计算方法。使学生掌握蒸汽动力循环及其计算方法。知识点：知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循环；热电循环；蒸汽循环；热电循环；蒸汽燃气联合循环。燃气联合循环。重重 点：点：回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。率计算及提高热效率的方法和途径。难难 点：点：回热循环与再热循环计算回热循环与再热循环计算，提高循环热效率的途，提高循环热效率的途径和计算方法。径和计算方法。火电厂生产过程简介1223344psvT饱和蒸汽的卡诺循环饱和蒸汽的卡诺循环饱和蒸汽的卡诺循环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一一、工质为、工质为水蒸汽的卡诺循环水蒸汽的卡诺循环1 1、朗肯循环的组成、朗肯循环的组成 定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩二、朗肯循环及其热效率二、朗肯循环及其热效率 泵泵冷凝器冷凝器加热器加热器涡轮涡轮Wturb,outqoutqinWpump,in简单蒸汽动力装置流程图简单蒸汽动力装置流程图蒸发管蒸发管过热器过热器炉墙炉墙汽包汽包水泵水泵锅炉锅炉叶片叶片喷管喷管汽轮机汽轮机冷凝器冷凝器水箱水箱轴轴发电机发电机朗肯循环在朗肯循环在T-ST-S图和图和p-vp-v图中的表示图中的表示sT1234pv1234hs朗肯循环在朗肯循环在朗肯循环在朗肯循环在h-sh-sh-sh-s图上的表示图上的表示图上的表示图上的表示sT2 2、朗肯循环的计算、朗肯循环的计算吸吸 热热 量量放放 热热 量量循环热效率循环热效率吸热平均温度吸热平均温度放热平均温度放热平均温度循环热效率循环热效率汽汽 耗耗 率率 汽耗率：每生产汽耗率：每生产 （3600kJ3600kJ）的功）的功 所消耗的蒸汽量。所消耗的蒸汽量。234例例1 1 已知朗肯循环的初压已知朗肯循环的初压p p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温t t1 1=500=500，乏汽压力，乏汽压力 p p2 2=5kPa=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏 汽干度。汽干度。 解题思路解题思路根据根据sT234问题问题: : 如何求平均放热温度如何求平均放热温度? ? 如何求平均吸热温度如何求平均吸热温度? ?例例1 1 已知朗肯循环的初压已知朗肯循环的初压p p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温t t1 1=500=500，乏汽压力，乏汽压力 p p2 2=5kPa=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏 汽干度。汽干度。解解 查水蒸气表查水蒸气表 由由p p1 1=5MPa,t=5MPa,t1 1=500=500查得查得p2计算乏汽的干度计算乏汽的干度乏汽的焓乏汽的焓sT234查表得查表得吸热量吸热量放热量放热量熵变量熵变量吸热平均温度吸热平均温度放热平均温度放热平均温度吸热量吸热量放热量放热量吸热平均温度吸热平均温度热效率热效率放热平均温度放热平均温度热热 效效 率率0 300 350 400 450 500 550t%35363738394032145T1T11 1 1 1、蒸汽初温对循环热效率的影响、蒸汽初温对循环热效率的影响、蒸汽初温对循环热效率的影响、蒸汽初温对循环热效率的影响sT初温 t蒸汽初温对循环热效率的蒸汽初温对循环热效率的影响影响 三、蒸汽参数对热效率的影响三、蒸汽参数对热效率的影响550500400350s325411TT1T0 3 6 9 12 15 18 21初压p1 MPa2 2 2 2、蒸汽初压对循环热效率的影响、蒸汽初压对循环热效率的影响、蒸汽初压对循环热效率的影响、蒸汽初压对循环热效率的影响蒸汽初压对循蒸汽初压对循环热效率的影环热效率的影响响2 4 6 8 10 12 14 16 18 20p2 kPa14532ss1s3s3T0T1T3 3 3 3、背压对循环热效率的影响、背压对循环热效率的影响、背压对循环热效率的影响、背压对循环热效率的影响t蒸汽参数的影响归纳如下蒸汽参数的影响归纳如下: (1)(1)提高蒸汽初参数提高蒸汽初参数 p p1 1，t t1 1, ,可以提高循环热效率（蒸可以提高循环热效率（蒸汽温度提高汽温度提高50 50 ，循环效率提高，循环效率提高2 2个百分点）个百分点）现现代蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用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。的亚临界机组参数见表。低参数低参数 中参数中参数 高参数高参数 超高参数超高参数 亚临界参数亚临界参数初压初压/MPa初温初温/发电功率发电功率/MW340 435 535 550, 535 550, 5351.53 625 50100 125, 200 200, 300, 600表表11.1 11.1 亚临界及以下参数的机组亚临界及以下参数的机组( (汽轮机进口参数汽轮机进口参数) )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：注：临界压力：22.12 MPa, 临界温度：临界温度：374.15 第一台试验性超临界第一台试验性超临界125MW机组（机组（31 MPa,621/566/538）,1957年在美国投运。年在美国投运。 第二台超临界第二台超临界325MW机组（机组（34.4 MPa,649/566/566）,1959年在美国投运。年在美国投运。参数参数年年代代20世世纪初纪初期期30年年代代40年年代代50年年代代60年年代代90年年代代20052015蒸汽温蒸汽温度度250370400430480500500535538566538566566593610613700720蒸汽压蒸汽压力力Mpa0.81.01.53.03.08.0814亚临亚临界界亚临亚临界界超临超临界界33.540再热次再热次数数一次一次二次二次二次二次二次二次表表11.3 11.3 国外火电机组蒸汽参数的发展国外火电机组蒸汽参数的发展表表11.4 11.4 部分超临界机组经济性举例部分超临界机组经济性举例电厂电厂 项目项目蒸汽参数蒸汽参数机组效率机组效率 ,%投运年份投运年份丹麦丹麦 Vesk 电厂电厂 407 MW25.1 MPa,560 /560 45. 31992法国法国 STAUD INGE 厂厂 550 MW25 MPa,540/560 1992德国德国 ROSTOCK电厂电厂 559 MW25 MPa,540/560 1994韩国韩国 500 MW24 MPa,538/538 41石洞口二厂石洞口二厂600 MW24.2 MPa,538 /566 1992日本松蒲电厂日本松蒲电厂1000 MW25.2 MPa,598 /596 441997丹麦丹麦 Nordjylland 电厂电厂 410 MW28.5 MPa,580 /580 /580 471998西门子设计西门子设计400-1000 MW27.5 MPa,589 /600 451999欧洲欧洲 Future 33.5 MPa,610 /630 502005欧洲欧洲 Future 40.0 MPa,700 /720 52-552015平圩电厂平圩电厂 600 MW ( 亚临界亚临界)17 MPa,537/537 1989 (2) (2)降低乏气压力可以提高循环热效率降低乏气压力可以提高循环热效率( (乏气压乏气压力每降低力每降低2kPa,2kPa,循环效率提高循环效率提高1 1个百分点个百分点) )。但乏。但乏气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般在的乏气压力下运行。在的乏气压力下运行。四、有摩阻的实际循环四、有摩阻的实际循环吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率循环净功循环净功234sT汽轮机的相对内效率汽轮机的相对内效率水泵的相对内效率水泵的相对内效率五、实际循环的计算五、实际循环的计算234sT已知已知求求关键：关键：得到得到因因所以所以11-2 11-2 再热循环再热循环一、蒸汽再热循环一、蒸汽再热循环一、蒸汽再热循环一、蒸汽再热循环165 54322 2 2sT1 16 65 52 222hh6 6h1h5h2h2p1p RHp2x2x2x=1st t1 1蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的T-sT-s图和图和h-sh-s图图二、蒸汽再热循环在二、蒸汽再热循环在二、蒸汽再热循环在二、蒸汽再热循环在T-sT-s图和图和图和图和p-vp-v图中表示图中表示图中表示图中表示三三、再热循环分析再热循环分析 循环作功(忽略泵功 )：循环热效率：165 54322 2 2sT 吸热量:再热循环具有比朗肯循环高的热效率。再热循环具有比朗肯循环高的热效率。则只有当则只有当: :165 54322 2 2sT对比朗肯循环热效率对比朗肯循环热效率: :16432sT四、再热压力对循环热效率大小的影响四、再热压力对循环热效率大小的影响T15T2再热压力对循环热效率大再热压力对循环热效率大小的影响小的影响1 12 2A4 4TsA153一、回热循环系统示流程图和一、回热循环系统示流程图和T-sT-s图图锅炉锅炉汽轮机泵泵冷凝器冷凝器OpenFWHFWH=Feed water heaterqinqout43 3665泵泵1kgkgkgwturb,out11-3 11-3 回热循环回热循环1kgkgkg回热器的能量分析模型回热器的能量分析模型OpenFWH能量平衡方程能量平衡方程能量平衡方程能量平衡方程抽汽量抽汽量抽汽量抽汽量回热器的能量分析回热器的能量分析模型模型假设条件假设条件: 各股工质的各股工质的速度接近速度接近; 忽略回热器忽略回热器的散热。的散热。12 24 4Ts3 3651kgkgkg吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率二、回热循环的计算二、回热循环的计算循环净功循环净功一级抽汽回热循环的热效率：一级抽汽回热循环的热效率：与朗肯循环热效率相比与朗肯循环热效率相比( (忽略泵功忽略泵功):):所以抽汽循环的热效率高于朗肯循环热效率。所以抽汽循环的热效率高于朗肯循环热效率。 现代蒸汽动力装置一般抽汽回热的级数为现代蒸汽动力装置一般抽汽回热的级数为78级，而且往往回热和再热同时并用，以求使蒸汽动级，而且往往回热和再热同时并用，以求使蒸汽动力装置得到尽可能高的热效率。但这将使装置的复力装置得到尽可能高的热效率。但这将使装置的复杂性大为增加杂性大为增加, ,投资增加。投资增加。 分级分级( (二级二级) )抽汽回热循环系统示意图抽汽回热循环系统示意图 kgkg(1-1-1 1)kg)kg2 2kgkg1 1kgkg1kg1kgh02h02h2h2h01h011kg1kg汽轮机汽轮机冷凝器冷凝器qinqout发电机发电机电能电能锅炉锅炉泵泵泵泵PumpOpen FWHOpen FWHh10102215Tsp1p01p02p2第一、二级回热器的能量分析模型第一、二级回热器的能量分析模型第一、二级回热器的能量分析模型第一、二级回热器的能量分析模型OpenFWHOpenFWH机组循环系统总图示意图机组循环系统总图示意图机组循环系统总图示意图机组循环系统总图示意图11.33MPa,536.42.10MPa,537.50.50MPa,346254.535.7401.00.47MPa,349.6多级回热系统1234背背压压式式汽汽轮轮机机热热电电联联产产循循环环用户用户锅炉锅炉汽轮机汽轮机泵泵qinqout发电机发电机电能电能热交换器热交换器11-4 热电合供循环热电合供循环抽抽汽汽调调节节式式热热电电联联产产设设备备系系统统图图汽轮机汽轮机锅炉锅炉泵泵泵泵发电机发电机电能电能OpenFWH冷凝器冷凝器qinqout热交换器热交换器用户用户 在热电联供循环中，工质所吸收的热量除一部分用在热电联供循环中，工质所吸收的热量除一部分用于作功外于作功外, ,同时还向热用户供热。评价热电联供循环的同时还向热用户供热。评价热电联供循环的热经济性指标除热效率外热经济性指标除热效率外 ，还有能量利用系数，还有能量利用系数： 对背压式热电联供循环，理论上对背压式热电联供循环，理论上将达到将达到1 1，但实际上，但实际上由于各种损失及泄漏，由于各种损失及泄漏，值只有左右。热电联供循环的热值只有左右。热电联供循环的热经济性应该用经济性应该用和和 两个指标来衡量。两个指标来衡量。11-5 燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环联合循环发电厂外景联合循环装置中的燃气轮机燃气轮机联合循环技术效率高：效率高：E E级联合循环效率级联合循环效率51515252 F F级级55555757，H H级达到级达到6060以上以上污染少：污染少：可将可将NOxNOx排放控制在排放控制在50mg/Nm50mg/Nm3 3以内以内启动快、适合调峰：启动快、适合调峰：燃机单循环可以在燃机单循环可以在2020分钟内带满负荷分钟内带满负荷联合循环可以在联合循环可以在6060分钟内带满负荷分钟内带满负荷可以实现黑启动、提高电网安全性可以实现黑启动、提高电网安全性自动化程度高、人员配置少自动化程度高、人员配置少表表11.5 当代先进燃气轮机及联合循环性能当代先进燃气轮机及联合循环性能 机型机型项目项目西屋西屋501-ATS501-ATSGE-MS7001HGE-MS7001HABB GT26ABB GT26西门子西门子KWUKWU燃气初温，燃气初温，15101510143014301260126011901190压压 比比28282323303016.616.6简单循环净出力简单循环净出力,MW,MW290290265265240240简单循环效率简单循环效率,%,%414138.538.53838联合循环净出力联合循环净出力,MW,MW426426400400396396359359联合循环效率联合循环效率,%,%6161606058.558.558.158.1提高进燃气初温的效果提高进燃气初温的效果 燃气初温决定了燃气轮机的效率和比功，计算和实践表明，燃气初温提高100，可使燃机效率增加2%3%，进一步提高燃气初温将是未来燃气轮机发展的方向，这就需要发展以下技术： 高温材料技术。 蒸汽冷却技术。 热涂层技术。 陶瓷燃气轮机。 例例2 某基本蒸汽动力装置，其新汽压力p1=170bar，t1=550,汽轮机排汽压力p2。求汽轮机所产生的功；循环热效率；汽耗率；若汽轮机相对内效率oi，则实际循环热效率与实际汽耗率为多少？解解 根据p1=170bar，t1=550，查表得h1=3424kJ/kg，s1=6.4434kJ/(kgK)。 hsX=1p1t11p22可逆过程12： s2=s1= 6.4434kJ/(kgK)p2时， h2h2”=2561.2 kJ/kg ， s1 =0.4762kJ/(kgK) s2” =8.3952 kJ/(kgK)1-3为实际过程 hsX=1p1t11p223