发电机热力学原理11

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,发电厂远景图,第十一章 蒸汽动力循环装置,教学目标：,使学生掌握蒸汽动力循环及其计算方法。,知识点：,蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循环；热电循环；蒸汽,燃气联合循环。,重 点：,回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。,难 点：,回热循环与再热循环计算,，提高循环热效率的途径和计算方法。,1,2,3,火电厂生产过程简介,4,5,6,1,2,2,3,3,4,4,p,s,v,T,饱和蒸汽的卡诺循环,饱和蒸汽的卡诺循环,11-1,简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,一,、工质为,水蒸汽的卡诺循环,7,1、朗肯循环的组成,定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩,二、朗肯循环及其热效率,泵,冷凝器,加热器,涡轮,W,turb,out,q,out,q,in,W,pump,in,8,简单蒸汽动力装置流程图,蒸发管,过热器,炉墙,汽包,水泵,锅炉,叶片,喷管,汽轮机,冷凝器,水箱,轴,发电机,9,朗肯循环在T-S图和p-v图中的表示,s,T,1,2,3,4,p,v,10,1,2,3,4,h,s,朗肯循环在h-s,图上的表示,11,s,T,2、朗肯循环的计算,吸 热 量,放 热 量,循环热效率,吸热平均温度,放热平均温度,循环热效率,汽 耗 率,汽耗率：每生产kW.h,（3600kJ）的功,所消耗的蒸汽量。,2,3,4,12,例1 已知朗肯循环的初压p,1,=5MPa,初温t,1,=500，乏汽压力,p,2,=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏,汽干度。,解题思路,根据,s,T,2,3,4,问题:,如何求平均放热温度?,如何求平均吸热温度?,13,例1 已知朗肯循环的初压p,1,=5MPa,初温t,1,=500，乏汽压力,p,2,=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环热效率及乏,汽干度。,解 查水蒸气表 由p,1,=5MPa,t,1,=500查得,p,2,=5kPa=0.005MPa时,计算乏汽的干度,乏汽的焓,s,T,2,3,4,14,查表得,吸热量,放热量,熵变量,吸热平均温度,放热平均温度,15,吸热量,放热量,吸热平均温度,热效率,放热平均温度,热 效 率,16,0 300 350 400 450 500 550,t,%,35,36,37,38,39,40,3,2,1,4,5,T,1,T,1,1、蒸汽初温对循环热效率的影响,s,T,初温,t,蒸汽初温对循环热效率的影响,三、蒸汽参数对热效率的影响,17,550,500,400,350,0.48,0.44,0.40,0.36,s,3,2,5,4,1,1,T,T,1,T,0 3 6 9 12 15 18 21,初压p,1,MPa,2、蒸汽初压对循环热效率的影响,蒸汽初压对循环热效率的影响,18,2 4 6 8 10 12 14 16 18 20,0.40,0.41,0.42,0.43,0.44,0.45,0.46,0.47,0.48,p,2,kPa,1,4,5,3,2,s,s,1,s,3,s,3,T,0,T,1,T,3、背压对循环热效率的影响,t,19,蒸汽参数的影响归纳如下:,(1)提高蒸汽初参数 p,1,，t,1,可以提高循环热效率（蒸汽温度提高50,，循环效率提高2个百分点）,现代蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用的亚临界机组参数见表11.1。,低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参数,初压/MPa,初温/,发电功率/MW,1.3 3.5 9.0 13.5 16.5,340 435 535 550, 535 550, 535,1.53 625 50100 125, 200 200, 300, 600,表11.1 亚临界及以下参数的机组(汽轮机进口参数),20,表11.2 超临界参数机组(锅炉出口参数),机组类型,蒸汽压力MPa,蒸汽温度,电厂效率%,供电煤耗,g/kWh,亚临界机组,17.0,540/540,38,324,超临界机组,25.5,567/567,41,300,高温超临界,25.0,600/600,44,278,超超临界机组,30.0,600/600/600,48,256,高温超超临界,30.0,700,57,215,我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。,21,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。,参数年代,20世纪初期,30年代,40年代,50年代,60年代,90年代,2005,2015,蒸汽温度,250,370,400,430,480,500,500,535,538,566,538,566,566,593,610,613,700,720,蒸汽压力Mpa,0.8,1.0,1.5,3.0,3.0,8.0,8,14,亚临界,亚临界,超临界,33.5,40,再热次数,一次,二次,二次,二次,表11.3 国外火电机组蒸汽参数的发展,22,表11.4 部分超临界机组经济性举例,电厂,项目,蒸汽参数,机组效率,%,投运年份,丹麦,Vesk,电厂,407,MW,25.1 MPa,560,/560,45,.,3,1992,法国,STAUD,I,NGE,厂,550 MW,25 MPa,540,/560,42.5,1992,德国,ROSTOCK,电厂,559 MW,25 MPa,540,/560,42.5,1994,韩国,500 MW,24 MPa,538,/538,41,石洞口二厂,600 MW,24.2 MPa,538,/566,41.09,1992,日本松蒲电厂,1000,MW,25.2 MPa,598,/596,44,1997,丹麦,Nordjylland,电厂,410,MW,28.5 MPa,580,/580,/580,47,1998,西门子设计,400-1000 MW,27.5 MPa,589,/600,45,1999,欧洲,Future,33.5 MPa,610,/630,50,2005,欧洲,Future,40.0 MPa,700,/720,52-55,2015,平圩电厂,600 MW,(,亚临界,),17 MPa,537,/537,36.9,1989,23,(2)降低乏气压力可以提高循环热效率(乏气压力每降低2kPa,循环效率提高1个百分点)。但乏气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般在0.004MPa0.006MPa的乏气压力下运行。,24,四、有摩阻的实际循环,吸热量,放热量,汽轮机作功,水泵耗功,循环热效率,循环净功,2,3,4,s,T,汽轮机的相对内效率,水泵的相对内效率,25,五、实际循环的计算,2,3,4,s,T,已知,求,关键：,得到,因,所以,26,11-2 再热循环,一、蒸汽再热循环,27,1,6,5,4,3,2,2,s,T,1,6,5,2,2,h,h,6,h,1,h,5,h,2,h,2,p,1,p,RH,p,2,x,2,x,2,x,=1,s,t,1,蒸汽再热循环的T-s图和h-s图,二、蒸汽再热循环在T-s图和p-v图中表示,28,三,、,再热循环分析,循环作功(,忽略泵功,)：,循环热效率：,1,6,5,4,3,2,2,s,T,吸热量:,29,再热循环具有比朗肯循环高的热效率。,则只有当:,1,6,5,4,3,2,2,s,T,对比朗肯循环热效率:,30,1,6,4,3,2,s,T,四、再热压力对循环热效率大小的影响,T,1,5,T,2,再热压力对循环热效率大小的影响,31,1,2,A,4,T,s,A,1,5,3,一、回热循环系统示流程图和T-s图,锅炉,汽轮机,泵,冷凝器,Open,FWH,FWH=Feed water heater,q,in,q,out,4,3,6,6,5,泵,1kg,kg,kg,w,turb,out,11-3 回热循环,1kg,kg,kg,32,回热器的能量分析模型,Open,FWH,能量平衡方程,抽汽量,回热器的能量分析模型,假设条件:,各股工质的速度接近;,忽略回热器的散热。,33,1,2,4,T,s,3,6,5,1kg,kg,kg,吸热量,放热量,汽轮机作功,水泵耗功,循环热效率,二、回热循环的计算,循环净功,34,一级抽汽回热循环的热效率：,与朗肯循环热效率相比(忽略泵功):,所以抽汽循环的热效率高于朗肯循环热效率。,现代蒸汽动力装置一般抽汽回热的级数为,78,级，而且往往回热和再热同时并用，以求使蒸汽动力装置得到尽可能高的热效率。但这将使装置的复杂性大为增加,投资增加。,35,分级,(二级),抽汽回热循环系统示意图,kg,(,1-,1,)kg,2,kg,1,kg,1kg,h,02,h,02,h,2,h,2,h,01,h,01,1kg,汽轮机,冷凝器,q,in,q,out,发电机,电能,锅炉,泵,泵,Pump,Open FWH,Open FWH,h,1,01,02,2,1,5,T,s,p,1,p,01,p,02,p,2,36,第一、二级回热器的能量分析模型,Open,FWH,Open,FWH,37,机组循环系统总图示意图,11.33MPa,536.4,2.10MPa,537.5,0.50MPa,346,254.5,35.7,401.0,0.47MPa,349.6,6.53kP,5.52kP,38,多级回热系统,39,1,2,3,4,背压式汽轮机热电联产循环,用户,锅炉,汽轮机,泵,q,in,q,out,发电机,电能,热交换器,11-4,热电合供循环,40,抽汽调节式热电联产设备系统图,汽轮机,锅炉,泵,泵,发电机,电能,Open,FWH,冷凝器,q,in,q,out,热交换器,用户,41,在热电联供循环中，工质所吸收的热量除一部分用,于作功外,同时还向热用户供热。评价热电联供循环的,热经济性指标除热效率外 ，还有能量利用系数,：,对背压式热电联供循环，理论上,将达到1，但实际上由于各种损失及泄漏，,值只有0.85左右。热电联供循环的热经济性应该用,和 两个指标来衡量。,42,11-5,燃气,蒸汽联合循环,43,联合循环发电厂外景,44,联合循环装置中的燃气轮机,45,46,47,48,燃气轮机联合循环技术,效率高：,E级联合循环效率5152,F级5557，H级达到60以上,污染少：,可将NOx排放控制在50mg/Nm,3,以内,启动快、适合调峰：,燃机单循环可以在20分钟内带满负荷,联合循环可以在60分钟内带满负荷,可以实现黑启动、提高电网安全性,自动化程度高、人员配置少,49,表11.5 当代先进燃气轮机及联合循环性能,机型,项目,西屋501-ATS,GE-MS7001H,ABB GT26,西门子KWU,燃气初温，,1510,1430,1260,1190,压 比,28,23,30,16.6,简单循环净出力,MW,290,265,240,简单循环效率,%,41,38.5,38,联合循环净出力,MW,426,400,396,359,联合循环效率,%,61,60,58.5,58.1,50,提高进燃气初温的效果,燃气初温决定了燃气轮机的效率和比功，计算和实践表明，燃气初温提高100，可使燃机效率增加2%3%，进一步提高燃气初温将是未来燃气轮机发展的方向，这就需要发展以下技术：,高温材料技术。,蒸汽冷却技术。,热涂层技术。,陶瓷燃气轮机。,51,例2,某基本蒸汽动力装置，其新汽压力p,1,=170bar，t,1,=550,汽轮机排汽压力p,2,=0.05bar。求汽轮机所产生的功；循环热效率；汽耗率；若汽轮机相对内效率,oi,=0.90，则实际循环热效率与实际汽耗率为多少？,解,根据p,1,=170bar，t,1,=550，查表得h,1,=3424kJ/kg，s,1,=6.4434kJ/(kg,K),。,h,s,X=1,p,1,t,1,1,p,2,2,可逆过程12： s,2,=s,1,= 6.4434kJ/(kg,K),p,2,=0.05bar时， h,2,=137.77kJ/kg,h,2,”=2561.2,kJ/kg ， s,1,=0.4762kJ/(kg,K),s,2”,=8.3952 kJ/(kg,K),52,1-3为实际过程,h,s,X=1,p,1,t,1,1,p,2,2,3,53,本章结束！,54,