火用分析第八章蒸汽动力装置循环资料
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火力发电厂实际蒸汽动力循环
火力发电厂实际蒸汽动力循环分析热力系统简介热力系统各点状态参数的选用分析的预备本节知识点：计算分析结果火力发电厂热力系统的节能诊断为进一步提高蒸汽动力循环的热效率，必须对简单蒸汽动力循环进行改进。
由工程热力学分析可知，火力发电厂中采用的实际蒸汽动力循环是在郎肯循环基础上，经多方面改进后而得的。
主要的改进为两方面：一是采用多级抽汽给水回热，二是进行蒸汽中间再热。
多级抽汽回热，较大地提高了循环热效率，但同时也增加了抽汽管道与回热加热器等设备，使热力系统的分析复杂性大为增加。
蒸汽中间再热不但可提高汽轮机的排汽干度，而且在一定程度上也提高了热效率，当然为此也增加了高温大口径的再热管道与再热器，所以火力发电厂实际蒸汽动力循环的分析远较郎肯循环复杂，但总的分析原则与分析方法还是相同的，下面我们将以国产 125MW 机组为例，说明分析的全过程：7．2．1 热力系统简介国产 125MW 机组的热力系统如图 7-8 所示，锅炉为 420t/h 再热锅炉，汽轮机为 125MW 中间再热冷凝式汽轮机，共有七级抽汽，八台回热加热器，其中高压加热器两台（ hh1-2 ），低压加热器四台（ Ih1-4 ），高压除氧器一台（ hd ），轴封加热器一台（ sg ）。
图 6-8 原则性热力系统2．2 热力系统各点状态参数的选用分析是在机组各系统，特别是热力系统计算的基础上进行的。
参数的选用来源首先由锅炉热力试验测得，主要有煤的成分、煤的发热量、飞灰可燃物等，如表 7-3 所示。
表 7-3 锅炉热力试验数据其次，由汽机热力试验测得，如表 7-4 所示：表 7-4 汽轮机热力试验数据此外，尚缺数据可参照一般推荐值或运行规范数据，如：机组机械效率 0.99发电机效率 0.985加热器加热效率 0.98轴封漏气压力 1.2MPa轴封漏气温度155.0℃7．2．3 分析的预备计算分析的预备计算即为热力系统计算，计算出热力系统各点的参数，这是分析计算的基础。
工程热力学课件10蒸汽动力循环
`
作业
第4版：P345 习题10-2
二、回热循环
从汽轮机中某个部位抽取经过 适当膨胀后的蒸汽，其温度总高于 凝结水的温度，用来预热锅炉给水， 使得水的加热过程从较高温度开始， 使平均加热温度增高，而平均放热 温度不变，从而提高循环热效率。
0’-1—1kg水蒸气的定压吸热过程， 1-a—1kg水蒸气的绝热膨胀过程； a-b—从汽轮机中抽出的αkg蒸汽回热器中定压回热过程； a-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸气的绝热膨胀过程， 2-3—(1－α)kg乏汽的定压放热过程， 3-0—(1－α)kg水的绝热加压过程， 0-b—(1－α)kg水在回热器中的定压预热过程； b-0’—回热后重新汇合后的1kg水的绝热加压过程。
第一节
水蒸汽作为工质的卡诺循环
1.汽水混合物压缩过程c-5难以实现。
2.循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度（647.3K），
效率不高。
3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。
第二节
基本蒸汽动力装置的理想循环——朗肯循环
一、朗肯循环及其工作过程
简单蒸汽动力装置 的主要热力设备：蒸汽 锅炉、汽轮机、冷凝器 和给水泵。
工作过程：当蒸汽在汽轮机的高 压汽缸中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 送至再热器重新加热，使蒸汽的温度 再次达到较高的温度，然后送回汽轮 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 采用再热措施的理想循环称为再热 循环。
蒸汽再热循环的热效率
再热循环本身不一 定提高循环热效率 与再热压力有关 x2 ,给提高初压创 造了条件，选取再 热压力合适，一般 采用一次再热可使 热效率提高2％～ 3.5％。
四、 汽耗率
汽耗率也是衡量蒸汽动力装置工作好坏的重要 经济指标之一。汽耗率ｄ表示每产生1千瓦小时的功 (等于3600kJ）需要消耗多少kg的蒸汽。 １kg蒸汽在一个循环中所作的功为
HTRI 4-蒸汽动力装置循环(4学时)
背压式汽轮机热电合供循环 调节抽汽式汽轮机热电合供循环
燃气-蒸汽联合循环
热力循环效率的概念
压水堆核电站蒸汽动力循环特点
热工基础4-蒸汽动力装置循环
蒸汽动力循环
过热器
锅 炉
定压过程
汽轮机
q h wt h
发电机
凝 汽 器
等熵过程
wt h s 0
给水泵
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
汽耗率表示每产生 1kWh的共所消耗的 蒸汽量，用d表示
热耗率表示每产生 1kWh的共所消耗的 热量，用qt表示
d D 3600 P w0
dR
3600 h1 h2
qt
Q1 P
3600
t
qt , R
3600
t,R
提高热效率的途径#
朗肯循环是很简单的蒸汽动力循环，所以它的热效率 较低。为了提高朗肯循环的热效率，可以通过改善蒸 汽参数的办法实现。下面简要分析蒸汽参数对循环热 效率的影响。
5'
5
1' 1 6'
6
优点：
• T1 t
• v2' ，汽轮机出口
尺寸小
缺点： • 对强度要求高
4'
4 3
• x2' 不利于汽
2' 2
轮机安全。一般 要求出口干度大
s 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T
5 4
燃气-蒸汽联合循环
热力循环效率的概念
压水堆核电站蒸汽动力循环特点
热工基础4-蒸汽动力装置循环
蒸汽动力循环
过热器
锅 炉
定压过程
汽轮机
q h wt h
发电机
凝 汽 器
等熵过程
wt h s 0
给水泵
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
汽耗率表示每产生 1kWh的共所消耗的 蒸汽量，用d表示
热耗率表示每产生 1kWh的共所消耗的 热量，用qt表示
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Q1 P
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t
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3600
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提高热效率的途径#
朗肯循环是很简单的蒸汽动力循环，所以它的热效率 较低。为了提高朗肯循环的热效率，可以通过改善蒸 汽参数的办法实现。下面简要分析蒸汽参数对循环热 效率的影响。
5'
5
1' 1 6'
6
优点：
• T1 t
• v2' ，汽轮机出口
尺寸小
缺点： • 对强度要求高
4'
4 3
• x2' 不利于汽
2' 2
轮机安全。一般 要求出口干度大
s 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T
5 4
蒸汽动力循环及其参数
三联产的必要性
发展三联产，符合按质用能的要求 发展集中的三联产，可以发挥大容量设备高效节能的优越性 发展集中的三联产，可以发挥大容量设备清洁生产的优越性
2020/3/3
15
2.5.3热电冷三联产
制冷技术
压缩机是制冷机组的关键设备有容积式和离心式两类
利用热能的制冷方式
蒸汽压缩制冷 消耗高品位的电能或机械能
22
2.6.1燃气蒸汽联合循环的特点
联合循环的特点
在容量和参数相互匹配的条件下热效率高，大于55％ 由于燃料和效率的双重影响，气态污染物减少 适于在缺水地区和水源条件较差的坑口电站 适于老旧电厂改造，仅需报废蒸汽锅炉而利用汽轮机
联合循环的类型
余热锅炉联合循环(燃机为主、汽机为辅) 补燃余热锅炉联合循环(可用混合燃料、汽机容量增大) 助燃锅炉联合循环(燃机为辅、汽机为主) 正压锅炉联合循环(锅炉体积小、启动快、厂用电少)
D≥35t/h 0.115%
目前全国在用工业锅炉保有量50多万台，约180万蒸吨/小时，平均 运行效率约60~65％。主要用于工厂动力、建筑采暖等领域，每年耗 原煤约4亿吨，排放烟尘约200万吨，二氧化硫约600万吨
2020/3/3
14
2.5.3热电冷三联产
热电冷三联供的必要性
现状
三北地区有冬季采暖的要求但集中供热不足 黄河以南广大地区无集中供热设施 随着生活水平的提高制冷需求日益强劲 采暖、除湿、制冷均采用电驱动的设备 我国新增住宅大量增加，暖通需求旺盛
201312318254我国的热电联产热电厂与热网同步建设统一规划与管理20131231926燃气蒸汽联合循环底部的蒸汽循环利用了环境或接近环境作为冷源联合循环可以提高热效率并减少污染国外先进技术的引进促进了联合循环的发展20131232026燃气蒸汽联合循环264热电煤气三联产201312321261燃气蒸汽联合循环的特点单机热效率不高2532进气温度高12501400排气温度也高450650燃气轮机组多用于调峰移动电站或缺水地区201312322261燃气蒸汽联合循环的特点锅炉炉膛烟气温度比较高约为1400理论燃烧温度可达2000余热锅炉产生的过热蒸汽在汽轮机中作功201312323261燃气蒸汽联合循环的特点正压锅炉联合循环锅炉体积小启动快厂用电少201312324262燃气蒸汽联合循环的热效率余热锅炉型联合循环的ts图201312325262燃气蒸汽联合循环的热效率设循环吸热量q23循环放热量qda燃气在余热锅炉放热量q411q41xq23l14p951qdaxq411qda1l9p95天然气资源为38m201312326263燃煤的联合循环磁流体发电联合循环mhdcc201312327263燃煤的联合循环东南大学负责完成的15mwpfbccc中试电站已经建成201312328263燃煤的联合循环美国能源部等建设的120mw冷水igcc是最洁净的燃煤电站201312329264热电煤气三联产利用循环水的余热发展温水养殖产业201312330本章小结125热电联产循环热电联产的效益1热能消费的特点是数量大种类多品位低2热电联产与热电分产热电联产利用汽轮机做功抽汽或排汽对外供热符合按质用和热尽其用的用能原则3热电联产的热量法分析供热循环效率较高是因为由热用户全部或部分地利用了循环的冷源损失对于抽凝供热机组存在ihic201312331本章小结2供热节煤量和节煤条件供热节煤量按244计算节煤条件
发展三联产，符合按质用能的要求 发展集中的三联产，可以发挥大容量设备高效节能的优越性 发展集中的三联产，可以发挥大容量设备清洁生产的优越性
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2.5.3热电冷三联产
制冷技术
压缩机是制冷机组的关键设备有容积式和离心式两类
利用热能的制冷方式
蒸汽压缩制冷 消耗高品位的电能或机械能
22
2.6.1燃气蒸汽联合循环的特点
联合循环的特点
在容量和参数相互匹配的条件下热效率高，大于55％ 由于燃料和效率的双重影响，气态污染物减少 适于在缺水地区和水源条件较差的坑口电站 适于老旧电厂改造，仅需报废蒸汽锅炉而利用汽轮机
联合循环的类型
余热锅炉联合循环(燃机为主、汽机为辅) 补燃余热锅炉联合循环(可用混合燃料、汽机容量增大) 助燃锅炉联合循环(燃机为辅、汽机为主) 正压锅炉联合循环(锅炉体积小、启动快、厂用电少)
D≥35t/h 0.115%
目前全国在用工业锅炉保有量50多万台，约180万蒸吨/小时，平均 运行效率约60~65％。主要用于工厂动力、建筑采暖等领域，每年耗 原煤约4亿吨，排放烟尘约200万吨，二氧化硫约600万吨
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2.5.3热电冷三联产
热电冷三联供的必要性
现状
三北地区有冬季采暖的要求但集中供热不足 黄河以南广大地区无集中供热设施 随着生活水平的提高制冷需求日益强劲 采暖、除湿、制冷均采用电驱动的设备 我国新增住宅大量增加，暖通需求旺盛
201312318254我国的热电联产热电厂与热网同步建设统一规划与管理20131231926燃气蒸汽联合循环底部的蒸汽循环利用了环境或接近环境作为冷源联合循环可以提高热效率并减少污染国外先进技术的引进促进了联合循环的发展20131232026燃气蒸汽联合循环264热电煤气三联产201312321261燃气蒸汽联合循环的特点单机热效率不高2532进气温度高12501400排气温度也高450650燃气轮机组多用于调峰移动电站或缺水地区201312322261燃气蒸汽联合循环的特点锅炉炉膛烟气温度比较高约为1400理论燃烧温度可达2000余热锅炉产生的过热蒸汽在汽轮机中作功201312323261燃气蒸汽联合循环的特点正压锅炉联合循环锅炉体积小启动快厂用电少201312324262燃气蒸汽联合循环的热效率余热锅炉型联合循环的ts图201312325262燃气蒸汽联合循环的热效率设循环吸热量q23循环放热量qda燃气在余热锅炉放热量q411q41xq23l14p951qdaxq411qda1l9p95天然气资源为38m201312326263燃煤的联合循环磁流体发电联合循环mhdcc201312327263燃煤的联合循环东南大学负责完成的15mwpfbccc中试电站已经建成201312328263燃煤的联合循环美国能源部等建设的120mw冷水igcc是最洁净的燃煤电站201312329264热电煤气三联产利用循环水的余热发展温水养殖产业201312330本章小结125热电联产循环热电联产的效益1热能消费的特点是数量大种类多品位低2热电联产与热电分产热电联产利用汽轮机做功抽汽或排汽对外供热符合按质用和热尽其用的用能原则3热电联产的热量法分析供热循环效率较高是因为由热用户全部或部分地利用了循环的冷源损失对于抽凝供热机组存在ihic201312331本章小结2供热节煤量和节煤条件供热节煤量按244计算节煤条件
发电厂蒸汽动力循环示意图
h4
h3
wp
c,oi
h3
h4 h3
c,oi
１
2 2 s
11-2 再热循环
一、蒸汽再热循环
1
qin
Boiler
7 Reheater
H.P
High-P turbine
L.P
Low-P turbine
蒸汽再热循环系统 示意图
wturb,out
wpump,in
5
Pump 3
8
9
Condenser
力Mpa ～ ～
3.0
～
8～
14
亚临 界
亚临 界
超临 界
33.5
40
1.0 3.0 8.0
再热次 数
一次 二次 二次 二次
注：临界压力：22.12 MPa, 临界温度：374.15 ℃ • 第一台试验性超临界125MW机组（31 MPa,621/566/538℃）,1957年在美国投运。
第二台超临界325MW机组（34.4 MPa,649/566/566℃）,1959年在美国投运。
水泵的相对内效率
p
wp wp
１
2 2 s
五、实际循环的计算 T
已知 p1, t1, p2 ,oi ,c,oi
求 q1, w0 ,t
4
关键： 得到 h2 , h4
4
因
oi
wt wt
h1 h2 h1 h2
3
p
wp wp
h4 h3 h4 h3
所以 h2 h1 oiwt h1 oi h1 h2
p01 1kg
蒸汽动力装置循环
1 d0 h1 h2
kg/J,工程上用kg/ kW h
耗汽量
D0 d0 P 0
P 0 功率,W
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量kg
kJ 1(kW h) 1( ) 3600( s ) 3600(kJ ) s kJ d wnet ( ) 3600(kJ ) kg 3600(kJ ) 3600 d (kg ) kJ w net 3600 wnet ( ) d kg
按照上题参数，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ηT=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ηi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
锅炉中的定压吸热量： 4 3 2
q1 h1 h4
s
循环净功：
wnet wT wP (h1 h2 ) (h4 h3 )
循环净热量： qnet q1 q2 (h1 h4 ) (h2 h3 ) (h1 h2 ) (h4 h3 )
wnet wT ,12 wP,34 (h1 h2 ) 0 t q1 q1 h1 h4 h
Di di Pi
Pi 实际内部功率
【例题1】
某太阳能动力装置利用水为工质，从太阳能集热器出来的是175℃的饱和 水蒸气，在汽轮机内等熵膨胀后排向7.5kPa的冷凝器，求循环的热效率。
t(℃)/ P(MPa) 175 /0.8918 - /0.0075
h‘ (kJ/kg)
h’’ (kJ/kg) 2773.23
kg/J,工程上用kg/ kW h
耗汽量
D0 d0 P 0
P 0 功率,W
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量kg
kJ 1(kW h) 1( ) 3600( s ) 3600(kJ ) s kJ d wnet ( ) 3600(kJ ) kg 3600(kJ ) 3600 d (kg ) kJ w net 3600 wnet ( ) d kg
按照上题参数，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ηT=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ηi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
锅炉中的定压吸热量： 4 3 2
q1 h1 h4
s
循环净功：
wnet wT wP (h1 h2 ) (h4 h3 )
循环净热量： qnet q1 q2 (h1 h4 ) (h2 h3 ) (h1 h2 ) (h4 h3 )
wnet wT ,12 wP,34 (h1 h2 ) 0 t q1 q1 h1 h4 h
Di di Pi
Pi 实际内部功率
【例题1】
某太阳能动力装置利用水为工质，从太阳能集热器出来的是175℃的饱和 水蒸气，在汽轮机内等熵膨胀后排向7.5kPa的冷凝器，求循环的热效率。
t(℃)/ P(MPa) 175 /0.8918 - /0.0075
h‘ (kJ/kg)
h’’ (kJ/kg) 2773.23
热力发电厂的蒸汽参数及其循环ppt
其意义为：将每一回热器中水的焓升取为相等来分配的，即美国 推导的方法，又简称为“平均分配法”。
将
代入式2-13得：
即每一级加热器中水的焓升，取为等于汽轮机的各级焓降， 简称“等焓降分配法”。
几何级数分配法：
m=1.01~1.04
不同回热分配的热经济结果略有差异，当蒸汽参数不高时， 数值上差别不大。
排汽与冷却水换热面积不能无限大，存在端差δt 我国目前用于分散供热的小锅炉还有50万台，每年多消耗煤炭4亿多吨。
（2）循环供水（闭式供水）：凝汽器使用了的冷却水经冷却设备冷却降温后，由循环水泵再送往凝汽器重复使用系统。 我国自20世纪80年代开始陆续引进并投运了一批超临界压力机组。 余热锅炉实际是个热交换器，容量与参数取决于燃气轮机的排气量和温度
美国1965-1991年间，800MW以上超临界压力机组 22台，最大单机容量1300MW
日本1974-2002年间投运20台，最大单机容量 1000MW
前苏联和俄罗斯1967-1983年间投运8台，最大单机 容量1200MW
德国1997-2002年间投运5台，最大单机容量 1000MW
（三）我国超临界压力汽轮发电机组发展现状
凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定
热电负荷可独立调节，运行灵活
（一）超临凝界压汽力机器组的冷意义却水入口温度为排汽温度的理论极限。
1、发电方面的热经济性指标 随t0的增加，使ηt下降的极限压力愈高
由于冷却水量有限，必然存在Δt； （一）热电厂总的热经济性指标
德国1997-2002年间投运5台，最大单机容量1000MW 1、供热式机组：
理再想热朗 系肯统循耗δ环钢t热材与效少率、凝投ηt和资汽实小际，器朗调肯节工循容环易作热效状率η况i为：有关，若凝汽器铜管有积垢，或有空气
蒸汽动力循环 ppt课件
2
1
4
13
4
h1
h1 = 129.3 kJ/kg s h2 = 3330.7 kJ/kg s
ppt课件
21
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
qhwt
T
1
q=0
wt hh1h2
可逆过程： s
p1 p2 2 2’
不可逆过程
s
ppt课件
22
二、朗肯循环功和热的计算
T
汽轮机作功： wT h1 h2
1
凝汽器中的定压放热量：
1 6
2 s
ppt课件
t
h1 h2 h1 h3
p1 t1 p2
29
三、蒸汽参数对热效率的影响
1、初温 t1 对热效率ηt 的影响
p1 , p2不变，t1
T
1'
1
5
6
t
1
T2 T1
优点：
•T1
t
• x 2 ' ，有利于汽轮
机安全。
4
缺点：
3
2 2 ' • 对耐热要求高，
目前初温一般小
s 于620℃
锅炉Boiler设备图
ppt课件
12
汽轮机（透平Turbine）机组刨面图
ppt课件
13
凝汽器Condenser和冷却塔系统图
ppt课件
14
Natura冷l-却dr塔if实t 体C图ooling Tower
ppt课件
15
10-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
一、蒸汽动力循环简化
1
12 汽轮机 s 膨胀
基本内容
ppt课件
2
动力循环：以获得功为目的