蒸汽轮机装置原理

HarbinInstituteofTechnology蒸汽轮机装置的主要原理及运行特点院系：能源科学与工程班级：1302403姓名：闫昭琦学号：1130240312指导教师：周逊时间：10月13日哈尔滨工业大学当下社会蒸汽轮机体现着一个国家的工业能力的强弱，全称叫蒸汽涡轮发动机，它是一种将蒸汽的能量转换成机械功的旋转式动力机械，主要用作发电用的原动机，涡轮蒸汽机特别适用于火力发电世界上大约80%的电是利用蒸汽机所产生。也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，在生活中起着不可或缺的作用。蒸汽轮机装置主要包括四大组成部分，即锅炉、汽轮机、冷凝器、给水泵。下面分循环过程和装置的原理来个大部分来介绍蒸汽轮机。一、循环过程对于理想蒸汽轮机的循环即为朗肯循环，如下图所示。首先简单介绍一下朗肯循环的过程：3-4是给水泵的等熵压缩过程，给水泵耗功；4-1中间经历三个过程，等压加热过程使未饱和水变成饱和水，沸腾汽化过程中饱和水变成饱和蒸汽，最后过热过程得到过饱和蒸汽；1-2是汽轮机的等熵做功过程；2-3在冷凝器中，是一个等压凝结过程，由湿蒸汽变为饱和水。从过程图中我们能够发现提高效率的方法有很多，可以采用提高新汽温度或者提高压力。在上图中我们能够发现，对于提高温度可以升高平均吸热温度从而提高循环效率；提高压力同样提高了平均吸温，但同时也是湿度大大提高，这使得在蒸汽轮机的末几级损伤很大，因此仅提高压力的措施是不可取的。实际生活中常常是温度和压力同时提高。当然，朗肯循环是最简单的循环过程，为了能够提高效率与能源利用率，我们还采用中间再热循环和抽气回热过程。中间再热过程是在锅炉中加热后经过一个涡轮后，在增加一个过热器，使温度提高，在经过一个涡轮，从而大大提高了效率。抽气回热则是在涡轮的不同位置处进行抽气，当主汽流经过冷凝器进入给水泵之前进行一个加热，从而给省略了给水泵的供压，避免了能源的消耗。因此经常是两个方法同时使用，即经历了中间再热的抽气回热过程。二、装置的原理即工作过程下面就分别简单介绍一下这四个设备的工作原理。1、锅炉锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。锅炉是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度（热水）或一定压力蒸汽的热力设备。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分、吸热的部分称为锅）、“炉”（即燃烧设备部分、产生热量的部分称为炉）、附件仪表及附属设备构成的一个完整体。例如水冷壁、过热器、省煤器等吸热的部分可以看成是锅；而炉膛、燃烧器、燃油泵，送、引风机可以看成是炉。锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。锅炉的主要工作过程：1)燃料燃烧过程：层燃：煤→煤斗→炉排—（完成燃烧）→高温烟气2)烟气向工质传热过程：高温烟气—（辐射）→水冷壁—（辐射对流）→凝渣管—（辐射对流）→过热、再热管—（对流）→省煤器—（除尘脱硫）→低温烟气排向大气。3)工质的加热汽化过程：给水（系统用水补给水）→给水箱→泵→省煤器→锅筒—（下降管）→下集箱→水冷壁管束—（辐射对流汽水混合物）→分离器→饱和蒸汽→过热器→过热蒸汽→用户2、汽轮机汽轮机是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。相较于原由詹姆斯·瓦特发明的单级往复式蒸汽机，涡轮蒸汽机大幅改善了热效率，更接近热力学中理想的可逆过程，并能提供更大的功率，至今它几乎完全取代了往复式蒸汽机。蒸汽轮机之所以这么重要是因为有其独特的优点，与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，同时单位面积中能通过的流量大，因而功率较大。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。3、冷凝器冷凝器也称作凝汽器，作用是将饱和蒸汽转化为饱和水。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件，这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。制冷剂的种类较多，常用氟里昂12和22等。4、给水泵锅炉给水离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使预先充灌在叶片间液体旋转，在惯性离心力的作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流入排出管路。所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在贮槽液面与叶轮中心总势能差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。经过以上的介绍我们可以发现蒸汽轮机是一种复杂的结构，在很多方面还有待提高，这就需要我们的共同努力，本着效率更高，节能减排的目标让蒸汽轮机继续发展下去。