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1、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。 火电厂生产过程简介 汽包锅炉，开式循环系统 1 2 2 3 3 44 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 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
2、其热效率 PumpCondenser Boiler Turbine Wturb,out qout qin Wpump,in 简单蒸汽动力装置流程图 朗肯循环在T-S图和p-v图中的表示 s T 1 2 3 4 p v 1 2 3 4 h s 朗肯循环在朗肯循环在h-sh-s图上的表示图上的表示 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。 23 4 例1 已知朗肯循环的初压p1=5MPa,初温t1=500，乏汽压力 p2=5kPa，试求该循环的平均吸热温度、循环
3、热效率及乏 汽干度。 解 查水蒸气表 由p1=5MPa,t1=500查得 p2=5kPa=0.005MPa时 计算乏汽的干度 乏汽的焓 s T 23 4 查表得 吸热量 放热量 熵变量 吸热平均温度 放热平均温度 吸热量 放热量 吸热平均温度 热效率 放热平均温度 热 效 率 0 300 350 400 450 500 550 t% 35 36 37 38 39 40 32 1 4 5 T1 T1 1 1、蒸汽初温对循环热效率的影响、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三、蒸汽参数对热效率的影响 550 500 400 350
4、0.48 0.44 0.40 0.36 s 3 2 5 4 11 T T1 T 0 3 6 9 12 15 18 21 初压p1 MPa 2 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 蒸 汽 初 压 对 循 环 热 效 率 的 影 响 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 p2 kPa 1 4 5 3 2 ss1s3s3 T0 T1 T 3 3、背压对循环热效率的影响、背压对循环热效率的影响 t 蒸汽参数的影响归纳如下: (1)提高蒸汽初参数 p1，t1,可以提高循环热效率
5、（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) 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17.0540/5403
6、8324 超临界机组25.5567/56741300 高温超临界25.0600/60044278 超超临界机组30.0600/600/60048256 高温超超临界30.070057215 我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。 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 纪纪初 期 30年 代 40年 代 50年 代 60年 代 90年 代 20052015 蒸汽
7、温 度 250 370 400 430 480 500 500 535 538 566 538 566 566 593 610 613 700 720 蒸汽压压 力Mpa 0.8 1.0 1.5 3.0 3.0 8.0 8 14 亚临亚临 界 亚临亚临 界 超临临 界 33.540 再热热次 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 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 MW25.1 MPa,560 /56045.31992 法国 STAUDINGE 厂 550 MW25 MPa,540 /56042.5
8、1992 德国 ROSTOCK 电厂 559 MW25 MPa,540 /56042.51994 韩国 500 MW24 MPa,538 /53841 石洞口二厂 600 MW24.2 MPa,538 /56641.091992 日本松蒲电厂 1000 MW25.2 MPa,598 /596441997 丹麦 Nordjylland 电厂 410 MW28.5 MPa,580 /580/580471998 西门子设计 400-1000 MW27.5 MPa,589 /600451999 欧洲 Future 33.5 MPa,610 /630502005 欧洲 Future 40.0 MPa,7
9、00 /72052-552015 平圩电厂 600 MW ( 亚临界 )17 MPa,537 /53736.91989 (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。 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 23 4 s T 汽轮机的相对内效率 水泵的相对内效率 五、实际循环的计算 23 4 s T 已知 求 关键：得到 因 所以 1 5 7 H.P L.P 8 9 3 一、蒸汽再热循环一、蒸汽再热循环 Boi
10、ler ReheaterLow-P turbine High-P turbine Pump Condenser qin qout 蒸汽再热循环系统示意图蒸汽再热循环系统示意图 wturb,out wpump,in 蒸 汽 再 热 循 环 系 统 示 意 图 11-2 再热循环 16 5 4 3 2 2 s T 1 6 5 22 h h6 h1 h5 h2 h2 p1 p RH p2 x2 x9 x=1 s t1 蒸汽再热循环的T -s图和h-s图 二、蒸汽再热循环在二、蒸汽再热循环在T-sT-s图和图和p-vp-v图中表示图中表示 三、再热循环分析 忽略水泵消耗 功， 循环作功： 循环热效率：
11、 1 6 4 3 2 s T 四、再热压力对循环热效率大小的影响四、再热压力对循环热效率大小的影响 T1 5 T2 再热 压力 对循 环热 效率 大小 的影 响 1 2 A 4 T s A 1 5 3 一、回热循环系统示流程图和一、回热循环系统示流程图和T-sT-s图图 BoilerTurbine Pump Condenser Open FWH FWH=Feedwater heater qin qout 4 3 6 6 5 Pump 1kg kg kg wturb,out 11-3 回热循环 回热器的能量分析模型回热器的能量分析模型 Open FWH 能量平衡方程能量平衡方程 抽汽量抽汽量 回
12、 热 器 的 能 量 分 析 模 型 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 分级分级( (二级二级) )抽汽回热循环系统示意图抽汽回热循环系统示意图 kg (1-1)kg 2kg 1kg 1kg h02 h02 h2 h2 h01 h011kg Turbine Condenser qin qout Generator Electricity Boiler Pump Pump Pump Open FWH Open FWH h1 01 02 2 1 5 T s p1 p01 p02 p2 第一、二级回热器
13、的能量分析模型第一、二级回热器的能量分析模型 Open FWH Open FWH 1 2 3 4 背压式汽轮机热电联产循环背压式汽轮机热电联产循环 User Boiler Turbine Pump qin qout Generator Electricity Heat exchanger 11-4 热电合供循环 抽汽调节式热电联产设备系统图抽汽调节式热电联产设备系统图 Turbine Boiler Pump Pump Generator Electricity Open FWH Condenser qin qout Regulator valve Heat exchanger User 机组循
14、环系统总图示意图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 11-5 燃气蒸汽联合循环 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/Nm3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 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-MS7001HABB GT26西门子KWU 燃气初温，1510143012601190 压 比28233016.6 简单循环净出力,MW290265240 简单循环效率,%4138.538 联合循环净出力,MW426400396359 联合循环效率,%616058.558.1 提高进气初温的效果 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。 本章结束
