工程熱力學(xué)課件華北電力大學(xué)（北京）動力工程系工程熱物理教研室制作2004年8月2

第十一章

蒸汽動力裝置循環(huán)蒸汽及蒸汽動力裝置(steam

power

plant)

：

1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，19世紀(jì)后期

蒸汽動力裝置的大量使用，促使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，

促使資本主義誕生。

2）目前世界75%電力，國內(nèi)70%電力來自火電廠，絕

大部分來自蒸汽動力。

3）蒸汽動力裝置可利用各種燃料。

4）蒸汽是無污染、價(jià)廉、易得的工質(zhì)。電廠鳥覽圖鍋爐

汽輪機(jī)車間圖汽輪機(jī)高壓缸

汽輪機(jī)中壓缸汽輪機(jī)低壓缸9

蒸汽電廠示意圖10

§11-1簡單蒸汽動力裝置循環(huán)

—朗肯循環(huán)(Rankine

cycle)一.簡介朗肯W.J.M.Rankine，1820~1872年，英國科學(xué)家。1820年6月5日出生于蘇格蘭的愛丁堡。1855年被委任為格拉斯哥大學(xué)機(jī)械工程教授。1858年出版《應(yīng)用力學(xué)手冊》一書，是工程師和建筑師必備的指南。1859年出版《蒸汽機(jī)和其它動力機(jī)手冊》，是第一本系統(tǒng)闡述蒸汽機(jī)理論的經(jīng)典著作。朗肯計(jì)算出一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)(后稱為朗肯循環(huán))的熱效率，被作為是蒸汽動力發(fā)電廠性能的對比標(biāo)準(zhǔn)。1872年12月24日于格拉斯哥逝世。12

二.朗肯循環(huán)

1.水蒸汽的卡諾循環(huán)水蒸汽卡諾循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)，但：

1）溫限??；

2）膨脹末端x太??；

3）壓縮兩相物質(zhì)的困難；

所以，實(shí)際并不實(shí)行卡諾循環(huán)。13

2.朗肯循環(huán)

a）流程圖b）p-v，T-s及h-s圖14

c）朗肯循環(huán)的熱效率??15

若忽略泵功，并近似取h4h3，則

d）汽耗率,熱耗率，煤耗率

理想汽耗率

d0

—工程上每輸出1kWh所消耗的蒸汽質(zhì)量kg由于1kg蒸汽所產(chǎn)凈功為wnetkJ/kg工程上指每產(chǎn)生1kWh的功需要鍋爐提供的熱量,kJ/kW.h熱耗率q0由于1kg蒸汽在鍋爐中吸熱量為q1，發(fā)1kW.h需要d0kg蒸汽則：q0=d0*q1

=3600/（wnet/q1)=3600/t(kJ/kW.h)標(biāo)煤耗率b0

指每產(chǎn)生1kWh所需要的標(biāo)煤耗量單位g標(biāo)煤/kWh

標(biāo)煤指低位發(fā)熱量為29308kJ/kg(7000kcal/kg)的煤17

三.初參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響

1.初溫t1

or循環(huán)1t2t3561t

=循環(huán)123561+循環(huán)11t2t21

18

2.初壓力p1

但x2下降且p太高造成強(qiáng)度問題19

3.背壓p2

但受制于環(huán)境溫度，不能任意降低同時(shí)，x2下降20

討論：我國幅員遼闊，四季溫差大，對蒸汽發(fā)電

機(jī)組有什么影響？四.有摩阻的實(shí)際朗肯循環(huán)

1.T-s圖及h-s圖忽略水泵功：汽輪機(jī)相對內(nèi)效率ri

定義：汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽實(shí)際作功與理論功的比值。

實(shí)際功：理論功：b)實(shí)際循環(huán)內(nèi)部功：蒸汽在實(shí)際循環(huán)中作出的循環(huán)凈功忽略泵功時(shí)例：我國生產(chǎn)的30萬kW汽輪發(fā)電機(jī)組，其新蒸氣壓力和溫度分別為p1=17MPa、t1=550℃，汽輪機(jī)排汽壓力p2=5kPa。若按朗肯循環(huán)運(yùn)行，求：（1）汽輪機(jī)所產(chǎn)生的功；(2)水泵功；(3)循環(huán)熱效率（4）若忽略泵功，其熱效率、理論汽耗率、熱耗率、標(biāo)煤耗率。解：h1=3426kJ/kgh2=1963.5kJ/kg查飽和水和飽和水蒸氣表p=5kPa時(shí)，v′=0.0010053m3/kg、h′=137.22kJ/kg。若略去水泵功，則q0=3600/t=3600/0.4448=8093.5kJ/kW.hb0=123/t=123/0.4448=276.5g標(biāo)煤/kW.h25

§11-2再熱循環(huán)—reheat

cycle;

再熱即將從高壓缸做功后排出的蒸汽引入鍋爐再熱器加熱升溫，然后再進(jìn)入中壓缸做功。26

再熱循環(huán)效率計(jì)算及再熱對系統(tǒng)效率的影響

忽略泵功：其他影響：x末上

升、d0下降；但

復(fù)雜化，投資上

升。ηt？27

§11-3回?zé)嵫h(huán)一.抽汽回?zé)嵫h(huán)利用蒸汽加熱進(jìn)入鍋爐的給水，以提高平均吸熱溫度。28

二.回?zé)嵫h(huán)計(jì)算

1.抽汽量

忽略泵功能量方程：3.循環(huán)熱效率

討論：a）抽汽回?zé)?，使得循環(huán)平均吸熱溫度提高，ηt上升b）抽汽級數(shù)越多ηt越高例：某再熱-回?zé)嵫h(huán)，初壓p1=10MPa，初溫t1=500°c。第一次抽汽壓力pa=p1=1.5MPa，抽汽量α1kg，余下(1-α1)kg，再熱到500°c。第二次抽汽壓力pb=0.13MPa，若最終壓力為0.005MPa，試求循環(huán)理論熱效率(忽略泵功）。解：查h-s圖及水和水蒸氣熱力性質(zhì)表忽略水泵功：類似：

N300-16.7/538/538型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

IP35

§11-4熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)

背壓式36

抽汽凝汽式燃料利用系數(shù)（系統(tǒng)總能利用率）：電熱比汽輪機(jī)理想動力裝置，功率為125MW，其新汽參數(shù)為p1=10Mpa、t1=500℃，再熱壓力為2Mpa,再熱后的溫度為500℃，乏汽壓力為p2=10kPa，不計(jì)水泵耗功。求（20分）（1）在T-s圖上畫出此再熱循環(huán)；（2）循環(huán)熱效率；（3）蒸汽流量（kg/h）（4）理想汽耗率。蒸汽動力裝置理想再熱循環(huán)，機(jī)組功率為125MW，其新汽參數(shù)為p1=12MPa、t1=520℃，再熱壓力為2MPa，再熱后的溫度為52