动力循环、热效率计算及提高热效率的方法和途径课件

动力循环、动力循环、热效率热效率计算及提高热效率计算及提高热效率的方法和途径的方法和途径动力循环、热效率计算及提高热效率的方法和途径1 1本章基本要求本章基本要求熟熟练练掌掌握握水水蒸蒸气气朗朗肯肯循循环环、回回热热循循环环、再再热热循循环环以以及及热热电电循循环环的的组组成成、热热效效率率计计算算及及提提高高热效率的方法和途径。热效率的方法和途径。本章基本要求熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热2 2本本 章章 重重 点点1 1。熟悉朗。熟悉朗肯循环肯循环图示图示与与计算计算2、朗朗肯循环肯循环与与卡诺循环卡诺循环3、蒸汽参数蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响对朗肯循环热效率的影响4、再热再热、回热原理及计算回热原理及计算本 章 重 点1。熟悉朗肯循环图示与计算3 3动力循环研究目的和分类动力循环研究目的和分类动力循环：动力循环：工质连续不断地将从高温热源取工质连续不断地将从高温热源取得的得的热量热量的一部分转换成对外的的一部分转换成对外的净功净功按工质按工质气体动力循环气体动力循环：内燃机：内燃机蒸汽动力循环蒸汽动力循环：外燃机：外燃机空气为主的燃气空气为主的燃气按按理想气体理想气体处理处理水蒸气等水蒸气等实际气体实际气体研究目的：研究目的：合理安排循环，提高热效率合理安排循环，提高热效率动力循环研究目的和分类动力循环：工质连续不断地将从高温热源取4 4水蒸气：水蒸气：火力发电、核电火力发电、核电低沸点工质：低沸点工质：氨、氟里昂氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电太阳能、余热、地热发电动力循环：动力循环：以获得功为目的以获得功为目的水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂太阳能、余热、地5 5热机：热机：将热能转换为机械能的将热能转换为机械能的 设备。设备。热机的工作循环称为动力循环热机的工作循环称为动力循环。动力循环：蒸汽动力循环动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环燃气动力循环热机：将热能转换为机械能的 设备。6 6 四个主要装置：四个主要装置：锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵10-1 朗肯循环朗肯循环水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器 四个主要装置：10-1 朗肯循环水蒸气动力循环系统7 7水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器郎肯循环郎肯循环1234简化（理想化）：简化（理想化）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热水蒸气动力循环系统的简化锅汽轮机发电机给水泵凝汽器郎肯循环18 81342pv郎肯循环郎肯循环pv图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热1342pv郎肯循环pv图12 汽轮机 s 膨胀9 94321Tshs1324郎肯循环郎肯循环Ts和和hs图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs图12 汽轮机1010hs1324郎肯循环功和热的郎肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功：凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量：hs1324郎肯循环功和热的计算 汽轮机作功：凝汽器中的定压1111hs1324郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵，忽略泵功功 hs1324郎肯循环热效率的计算 一般很小，占0.81%，1212朗肯循环朗肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较sT64211098753 q2相同；相同；q1卡诺卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺卡诺 朗肯朗肯；等温等温吸热吸热41难实现难实现 11点点x太小太小,不利于不利于汽机强度；汽机强度；12-9两两相区难压缩；相区难压缩；wnet卡诺卡诺小小 卡诺卡诺 朗肯朗肯；wnet卡诺卡诺 wnet 朗肯朗肯1112对比同温限对比同温限1234对比对比5678对比对比9-10-11-12朗肯循环与卡诺循环比较sT64211098753 q2相1313sp1,t1,p2654321如何提高朗如何提高朗肯循环肯循环的热效率的热效率影影响响热热效效率率的参数？的参数？Tsp1,t1,p2654321如何提高朗肯循环的热效率影1414sT654321蒸汽初压对朗蒸汽初压对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响t1,p2不变不变，p1优点：优点：，汽轮机出口汽轮机出口尺寸小尺寸小缺点：缺点：对强度要求高对强度要求高 不利于汽不利于汽轮机安全。一般轮机安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.88sT654321蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1,p21515sT654321蒸汽初温对朗蒸汽初温对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点：，有利于汽机有利于汽机安全。安全。缺点：缺点：对耐热及强度要对耐热及强度要求高，目前最高求高，目前最高初温一般在初温一般在550左右左右 汽机出口尺汽机出口尺寸大寸大p1,p2不变不变，t1sT654321蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点：缺点：p1616sT654321乏汽压力乏汽压力对朗对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点：缺点：缺点：受环境温度限制，受环境温度限制，现在大型机组现在大型机组p2为为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为27 33，已接近事，已接近事实上可能达到的最低实上可能达到的最低限度。冬天热效率高限度。冬天热效率高p1,t1不变不变，p2sT654321乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优点：缺点：p1717Ts65431b10-2 蒸汽再热循环蒸汽再热循环(reheat)Ts65431b10-2 蒸汽再热循环(reheat)1818Ts65431b蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的热效率热效率 再热循环本身再热循环本身不一不一定定提高循环热效率提高循环热效率 与再热压力有关与再热压力有关 x2降低降低,给提高初给提高初压创造了条件，选压创造了条件，选取再热压力合适，取再热压力合适，一般采用一般采用一次再热一次再热可使热效率提高可使热效率提高2 23.53.5。Ts65431b蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身不一定1919蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再热再热 超临界机组，超临界机组，t1600，p125MPa，二，二次次再热再热蒸汽再热循环的实践 再热压力 pb=pa0.202020Ts65431b蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算定量计算吸热量：吸热量：放热量：放热量：净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）：热效率：热效率：Ts65431b蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净功（2121蒸汽再热蒸汽再热循环实体照片循环实体照片蒸汽再热循环实体照片222210-3 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(regenerative)抽汽抽汽去凝汽器去凝汽器冷凝水冷凝水表面式回热器表面式回热器抽汽抽汽冷凝水冷凝水给水给水混合式回热器混合式回热器抽汽式回热抽汽式回热10-3 蒸汽回热循环(regenerative)抽汽2323蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环(1-)kg kg65as43211kgTa kg4(1-)kg51kg由由于于T-s图图上上各各点点质质量量不不同同，面面积积不不再再直接代表热和功直接代表热和功蒸汽抽汽回热循环(1-)kg kg65as43211k2424抽汽抽汽回热循环的抽汽量回热循环的抽汽量计算计算(1-)kg kg65as43211kgTa kg4(1-)kg51kg以混合式回热器为例以混合式回热器为例热一律热一律忽略泵功忽略泵功抽汽回热循环的抽汽量计算(1-)kg kg65as432525抽汽抽汽回热循环热效率的回热循环热效率的计算计算(1-)kg kg65as43211kgT吸热量：吸热量：放热量：放热量：净功：净功：热效率：热效率：抽汽回热循环热效率的计算(1-)kg kg65as432626为什么抽汽为什么抽汽回热热效率提高？回热热效率提高？(1-)kg kg65as43211kgT教材教材P.256P.256推导推导简单朗肯循环：简单朗肯循环：物理意义物理意义：kg kg工质工质100%利用利用 1-1-kg kg工质效率未变工质效率未变为什么抽汽回热热效率提高？(1-)kg kg65as42727蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环的特点回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为小型火力发电厂回热级数一般为13级，级，中大型火力发电厂一般为中大型火力发电厂一般为 48级。级。优点优点l 提高热效率提高热效率l 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短l 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面l 可兼作除氧器可兼作除氧器缺点缺点l 循环比功减小，汽耗率增加循环比功减小，汽耗率增加l 增加设备复杂性增加设备复杂性l 回热器投资回热器投资缺点缺点蒸汽抽汽回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为13级，2828提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环改变循环形式热电联产热电联产燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽292910-4 热电联产热电联产(供供)循环循环用发电厂作了功的用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足蒸汽的余热来满足热用户的需要，这热用户的需要，这种作法称为种作法称为热电联热电联(产产)供供。背压式机组背压式机组(背压背压0.1MPa)热用户为什么要用热用户为什么要用换热器而不直接用换热器而不直接用热力循环的水？热力循环的水？10-4 热电联产(供)循环用发电厂作了功的蒸汽的余热3030背压式背压式热电联产热电联产(供供)循环循环背压式背压式缺点缺点：热电互相影响热电互相影响 供热参数单一供热参数单一清华北门外清华北门外2 2台台背压式背压式，5000kW5000kW电负荷电负荷背压式热电联产(供)循环背压式缺点：清华北门外2台背压式，3131抽汽调节式抽汽调节式热电联产热电联产(供供)循环循环 抽汽式热电联抽汽式热电联供循环供循环,可以自动可以自动调节热、电供应比调节热、电供应比例，以满足不同用例，以满足不同用户的需要。户的需要。抽汽调节式热电联产(供)循环 抽汽式热电联供循环,可3232热电联产热电联产(供供)循环循环的经济性评价的经济性评价 只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面 能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同 Ex经济学评价经济学评价 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产(供)循环的经济性评价 只采用热效率 3333