火用分析第八章_蒸汽动力装置循环.

第8章蒸汽动力装置循环2019/12/212§8.1蒸汽动力装置的基本循环⑴朗肯循环蒸汽动力装置由以下基本设备:锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵按图中所示标号4-5-6-1——给水在锅炉中定压加热形成为过热蒸汽；1-2——过热蒸汽（新蒸汽）在汽轮机中绝热膨胀作功；2-3——乏汽在凝汽器中定压凝结，成为凝结水；3-4——凝结水由给水泵绝热压缩成给水，返回到锅炉中冷却水汽轮机锅炉给水泵凝汽器234561联接构成蒸汽动力装置蒸汽动力装置中水蒸气经历的基本循环过程可理想化为：2019/12/213sT4321t1P1理想化的蒸汽动力装置基本循环是朗肯循环1(P1,t1)——进入汽轮机时的新蒸汽（过热汽）状态；2(P2)——从汽轮机排出时的乏汽（湿蒸汽）状态；1-2——蒸汽在汽轮机中绝热膨胀（定熵）的作功过程；2-3——乏汽在凝汽器中定压（定温）凝结放热过程；3——凝结水（饱和水）状态(P2)；3-4——凝结水在给水泵中绝热压缩（定熵）成为锅炉给水；由于水几乎不可压缩，垂直线段3-4几乎重合成为一点2019/12/2144-5——给水在锅炉省煤器中定压加热成饱和水(P1'ts)；5-6——水在锅炉水冷壁中定压加热成为饱和汽(P1'ts)；6-1——饱和汽在过热器中定压加热成为新蒸汽(P1't1)。（4-5-6-1——给水在锅炉中定压加热成新蒸汽）654——给水（未饱和水）状态(P1)；朗肯循环sT4321t1P12019/12/215给水4(P1,h’2)省煤器饱和水5(P1,ts)饱和汽6(P1,ts)水冷壁过热器过热汽1(P1,t1)（新蒸汽）汽轮机绝热膨胀乏汽2(P2,h2)凝汽器定压放热凝结水3(P2,h’2)给水泵绝热压缩给水4蒸汽动力装置朗肯循环的路径：定压加热定压加热定压加热6sT54321t1P1朗肯循环（重新循环）2019/12/216sP4213PPs56hs132456朗肯循环的P-v图和h-s图P-v图h-s图sPPs2019/12/217⑵朗肯循环的热效率朗肯循环吸热和放热过程是定压的循环的吸热量4145611hhqq32232hhqq循环的放热量朗肯循环的热效率)()()()()()(413421413241121Rt,hhhhhhhhhhhhqqq汽轮机输出的技术功给水泵消耗的技术功sT4321t1P1562019/12/218水泵消耗的技术功远小于汽轮机作出的技术功h4=h3=h'2wt,B=h4−h3≈0)()()(413421Rt,hhhhhh汽轮机输出的技术功给水泵消耗的技术功一般占其0.8~1%通常不计给水泵消耗的技术功'2121Rt,hhhhsT4321t1P1562019/12/219⑶影响朗肯循环热效率的因素根据状态参数关系不计给水泵消耗的技术功时，朗肯循环热效率t,R受P1、P2、t1控制h1=f(P1,t1)h2=f(P2)h'2=f(P2)①P2、t1不变，将初压P1提高t,R会有较显著的提高乏汽干度x2会降低乏汽干度x2不得小于0.86P1'sT112342t1P1P1提高初压力的影响平均吸热温度明显提高1T对机器的强度要求提高'2121Rt,hhhh56562019/12/2110P1、P2不变，将初温t1提高t,R会有较显著的提高乏汽干度x2会提高同时提高P1、t1是方向提高初温的影响P11432t1sTt112t1'②平均吸热温度明显提高1T金属耐热要求提高对机器的强度要求提高目前可应用的t1约为550℃56汽机出口尺寸增大提高初温的结果相当于在原循环1234561基础上附加循环112212019/12/2111P1、t1不变，将终压P2降低wt,T增大P2目前实际采用至3.5~5kPa，水的对应饱和温度为27~33℃sT12'342t1P1降低终压力的影响3'4'③P2'对t,R总是有利略有下降；56冬天循环水温较低，循环热效率较高1T下降明显2T限于循环水的温度（环境温度），已基本达到极限低值2019/12/2112⑷汽轮机的相对内效率和汽耗率实际的汽轮机内部过程是不可逆的①汽轮机的相对内效率（定熵效率）s2121Thhhh②汽耗率(d)单位kg/J，kg/kJ，也使用kg/(kWh)不计给水泵耗功时，若理想汽轮机的输出功率为P0kW，耗汽量为Dkg/s，两者有以下关系：)(2s10hhDP理想汽耗率hkg/kW3600kg/kJ12s12s100hhhhPDd装置输出每单位功量所消耗的蒸汽量P11432s2t1sT实际的基本循环2019/12/2113相对于汽轮机实际输出功率P的汽耗率为实际汽耗率实际汽耗率hkg/kW360021hhPDd从整体上讲，实际蒸汽动力装置尚需考虑：锅炉的热损失——锅炉效率B管道的热损失——管道效率tu实际蒸汽动力装置的热效率t=t,RBtuT燃料的发热量装置输出的功效率实际蒸汽动力装置的热⑸实际蒸汽动力装置的热效率2019/12/2114例8-1(习题11-1)一简单蒸汽动力装置循环(即朗肯循环)，蒸汽的初压P1=3MPa，终压P2=6kPa，初温分别为300℃和500℃。试求不同初温时循环的热效率t、耗汽率d及蒸汽的终干度x2，并将所求得的各值填入下表内，以比较所求得的结果。解：P1=3MPa（过热汽）t1=300℃h1=2992.4kJ/kgs1=6.5371kJ/(kg·K)t1'=500℃h1=3454.9kJ/kgs1'=7.2314kJ/(kg·K)P2=6kPa的饱和参数：s=0.5209kJ/(kg·K)，s=8.3305kJ/(kg·K)h=151.50kJ/kg，h=2567.1kJ/kgP11432t1sTt112忽略水泵功耗。查水蒸气表得：ss1s乏汽为湿蒸汽2019/12/21158593.05209.03305.85209.02314.7''1)500('2ssssx具体计算如下：7708.05209.03305.85209.05371.6''1)300(2ssssxkJ/kg44.20135.151)7708.01(1.25677708.0']1[)300(2)300(2)300(2hxhxhkJ/kg23.22275.151)8593.01(1.25678593.0']1[)500('2)500('2)500('2hxhxh3446.05.1514.299244.20134.2992'2121)300(hhhhtP11432t1sTt1122019/12/21163716.05.1519.345423.22279.3454'2121)500(hhhhtkg/J100215.11044.20134.29921101633)300(21)300(0hhdkg/J108146.01023.22279.34541101633)500(21)500(0hhd计算结果汇总：t1，℃300500t0.34460.3716d，kg/J1.02151060.8146106x20.77080.85932019/12/2117§8.2蒸汽动力装置再热循环⑴带再热的蒸汽动力装置再热——蒸汽在汽轮机中工作至某一中间压力后重新送回到锅炉的再热器中加热，然后再引回汽轮机中继续作功，或称重热一次汽——再热前的蒸汽二次汽——再热后的蒸汽一般都再热至初温；理论上可进行多次再热，但实际只有1~2次再热冷却水汽轮机锅炉给水泵凝汽器带再热的蒸汽动力装置234561(再热器)(过热器)二次汽一次汽ab以朗肯循环为基础2019/12/2118⑵蒸汽动力装置再热循环设一次汽的参数为P、t，中间再热压力为Pb，再热至初温t工质循环路径：一次汽1(P,t)……再热器过热汽1(P,t)（新蒸汽）凝结水3(P2,h’2)给水泵绝热压缩给水4定压加热（新蒸汽）汽轮机前缸绝热膨胀前缸排汽a(Pa)1-a——一次汽在汽轮机前缸中绝热膨胀作功(h1−ha)；a-b——蒸汽在锅炉再热器中定压再热，吸热(hb−ha)；b-2——二次汽在汽轮机后缸中绝热膨胀作功(hb−h2)；sTb1atP2c34蒸汽动力装置再热循环二次汽b(Pa,t)汽轮机后缸绝热膨胀乏汽2(P2,h2)凝汽器定压放热（循环）2019/12/2119⑶再热循环的热效率忽略给水泵的功耗时，再热循环输出的功为一次汽和二次汽在汽轮机中所作的技术功之和对于具有1次再热的蒸汽动力循环)()(2ba1nethhhhw循环的吸热量为蒸汽分别在锅炉的过热器和再热器中所吸热量之和)()(ab'211hhhhq再热循环的热效率为)()()()()()()()(ab'21ab21ab'212ba11netreh.t,hhhhhhhhhhhhhhhhqw一次汽作的功二次汽作的功一次汽吸的热量二次汽吸的热量sTb1atP2c342019/12/2120①再热措施能否提高循环的热效率取决于中间压力存在着一个最佳的中间再热压力1opta,)3.0~2.0(PP②再热的目的不全在于靠其直接提高循环的热效率无再热时乏汽的状态为c；有再热时乏汽的状态为2x2xc——与Pa有关再热的目的更重要地还在于它能提高汽轮机乏汽的干度，从而为提高初压力创造条件③此外，乏汽干度提高对汽轮机的内部效率有利sTb1atP2c34精心设计的再热循环有望直接提高循环热效率4%~5%(2~3.5%)2019/12/2121蒸汽再热循环的实践P110MPa一般不采用再热我国常见再热机组t1600℃，P125MPa(超临界机组)系统复杂，初投资增加再热也带来一些负面影响锅炉、汽轮机结构复杂化100、125、200、300MW，P113.5MPa——一次再热——二次再热2019/12/2122例8-2(习题11-3部分)蒸汽动力装置再热循环，蒸汽的初参数为P1=12MPa、t1=450℃，终压为P2=0.004MPa。再热时蒸汽的压力为0.5MPa，再热后蒸汽的温度为400℃。试确定该再热循环的热效率和终湿度，将所得的热效率、终湿度和朗肯循环作比较，并在T-s图上画出该再热循环。附水蒸气表（节录）饱和水蒸气表P,MPah,kJ/kg,h,kJ/kgs,kJ/(kgK)s,kJ/(kgK)0.004121.412554.10.42248.47470.5640.12748.51.86046.8215过热水蒸气表t,℃0.5，MPa12MPah,kJ/kgs,kJ/(kgK)h,kJ/kgs,kJ/(kgK)4003271.87.79443053.36.07874503377.07.94523209.96.30322019/12/2123sT1234解：由水蒸气表查得：P2=4kPa时s=0.4224kJ/(kgK)s=8.4747kJ/(kgK)h=121.41kJ/kgh=2554.1kJ/kg,P1=12MPat1=450℃h1=3209.9kJ/kgs1=6.3032kJ/(kgK)题给再热后的蒸汽状态（设为b，过热汽）Pb=0.5MPatb=400℃hb=3271.8kJ/kgsb=7.7944kJ/(kgK)2019/12/2124sT1234bcaP=0.5MPa时s=1.8604kJ/(kgK)s=6.8215kJ/(kgK)h=640.1kJ/kgh=2748.5kJ/kg,已知再热时的蒸汽状态（设为a）Pa=0.5MPasa值在s与s之间，故知a点为湿蒸汽状态8955.08604.18215.68604.13032.6''aassssxsa=s1=6.3032kJ/(kgK)并且2019/12/2125由