能源动力装置基础

蒸汽。
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3, 给水回热加热循环的优缺点
采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备（加热 器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利是主要的： 1）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。对提高效率、改善末级的 设计都是有好处的； 2）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约部分金 属材料； 3）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。
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一、蒸汽动力循环：
首先从最基本的水蒸汽动力循环进行分析，然后再分析经过改进以后 的较复杂的水蒸汽动力循环。 （一） 火电厂蒸汽动力装置循环—朗肯循环
1，朗肯循环 根据热力学第二定律，卡诺循环的
热效率是最高的。但实际上所采用的 是最简单的蒸汽动力装置理想循环— —朗肯循环。它由锅炉、汽轮机、冷 凝器和水泵所组成。如图11-1所示。
程。
热电厂所用的各种复杂蒸汽动力装
置循环都是在朗肯循环的基础上进 图11—1 b、c、d中分别给出了朗肯循环
行改进后得到的。
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在p-v图、T-s图、h-s图上的表示。
3，理想朗肯循环的热效率
这种最简单的蒸汽动力装置循环（理想的朗肯循环）的热效率是不高的（低 于40%）。蒸汽在锅炉中的吸热量（Q。）只有一小部分转化为汽轮机的作 功；而大部分热量（潜热）作为冷源损失在凝汽器中为循环水所带走。如图 11-2所示，用热力学第一定律对最简单的蒸汽动力装置循环进行分析的结果， 就可以形象地用能流图表示。
图11-5
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2， 再热对循环热效率的影响 对图11-5b的T-s图作分析。图中，1-2’-3-4-1 为基本循环，B-A-2-2’-B为 再热附加循环。当再热温度与新蒸汽温度相同时，当终参数一样，只要再热 压力不太低，则附加循环的平均吸热温度将高于基本循环的平均吸热温度。 这样，总的平均吸热温度就变高了，则总的热效率得到提高。
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2，朗肯循环的组成
• 锅炉，煤在炉中燃烧、放热，水在锅炉 中定压吸热、汽化为饱和蒸汽。
• 过热器，饱和蒸汽在其中吸热成为过热蒸汽。 • 汽轮机，蒸汽在汽轮机膨胀、作功、乏汽排出。 • 凝汽器，乏汽进入凝汽器并凝结、放出潜热。 • 给水泵，将凝结水提高压力并泵入锅炉，完成一个循环。
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• 4-1为定压吸热过程，(水在锅炉、过热器的吸热、汽化和过热过程，由 饱和水变成过热蒸汽)。
《能源动力装置基础》
任课教师： 刘 华 堂
华中科技大学 能源学院 2008.10
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第十一章 发电厂系统及其他动力装置
第一节 火电厂热力系统与 经济性分析 第二节 联合动力循环 第三节 核能发电 第 四 节 水电站 第五节 其他型式的发电厂 第六节 太 阳 能 的 利 用
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第一节 火电厂热力系统
在火电厂中，是用煤、石油、天然气作为 能源，以水蒸汽作为工质的蒸汽动力循环。为 了充分利用燃料燃烧时放出的热能，应根据热 力学原理，从热功转换的效果上来进行研究， 考查其热效率。
• 回热加热器 是一种表面式热交换器 •在汽轮机中有高压加热器和低压加热器两种。 •位于给水泵前的为低压加热器， •位于给水泵后的为高压加热器。
图11-4 实际回热循环
• 凝汽器
是汽轮机的重要辅助设备。在汽轮机中作过功的乏汽进入凝
汽器内凝结成水，放出汽化潜热（冷源损失），凝结水经过凝结水泵、低
压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器，最后进入锅炉重新吸热汽化成
图11-2 能量在各设备中的 利用和损失
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4，提高蒸汽动力装置循环的热效率
提高蒸汽动力装置循环的热效率，具有很重大的意义。为了提高热效率，应 （1）尽可能的减少散热、排烟的外部能量损失； （2）从设计、制造和运行等诸方面着手，提高汽轮机的内效率； （3）提高蒸汽在锅炉的平均吸热温度，减少蒸汽与烟气间温差传热造成的损失； （4）降低汽轮机排汽压力（温度），减少蒸汽与冷却水温差传热造成的损失 。 • 在以上几个方面，提高蒸汽在锅炉中的平均吸热温度最为重要。具体做法是：
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（三）中间再热循环
1，中间再热循环的采用 提高蒸汽初压，可以提高循环热效率。但是，蒸汽初压的提高，将会引起：
• 乏汽的湿度增加，对汽轮机的工作产生不利影响。 • 如果同时提高蒸汽的初压和初温，又要受到金属材料性能的限制。
为了解决这一问题，采用蒸汽中间再过热的办法。
采用中间再热，就是让新蒸汽首先进入汽轮机高压 部分膨胀作功，到某一中间压力时，全部抽出来， 送到锅炉的再热器中再过热，然后再送到汽轮机的 中、低压部分继续膨胀作功，如图11-5所示。经再 热后，膨胀末了的乏汽的干度明显增大。这样，就 避免了提高初压或者同时提高初压、初温而带来的 困难。
图11-3 朗肯循环的T—s图
如果把这一低温吸热段加以改进提高，则循环的平均吸热温度将提高。改
进的最好的办法是采用给水回热。 就是把汽轮机中作过功的蒸汽，逐级抽 出来加热给水，减少冷源损失，同时提高锅炉给水温度（提高蒸汽平均吸 热温度），则提高了循环热效率。
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2, 实际回热循环
实际回热循环如图11-4，是从汽轮机的不同的级 逐级抽出部分作过功的蒸汽，在加热器中加热给水， 提高锅炉进水温度，减少蒸汽在低温吸热段的吸热， 这种循环称为给水回热加热循环。
• 1-2为绝热膨胀作功过程。如果忽略摩擦与散热，可简化为一理想可逆绝 热膨胀过程(等熵过程)。
• 2-3过程为乏汽在凝汽器中的定压（也定温）的凝结放热过程(蒸汽凝结成 为饱和水)。
• 3-4为压缩过程(它由给水泵把水
压入锅炉的压缩过程)。若忽略摩
擦与散热，可将一个实际不可逆循
环简化为一个理想可逆等熵压缩过
• 再热压力选定 •如果再热压力选得较高，能使热效率得到提高； •如果再热压力选得较低，则使热效率将会降低。 •如果再热压力选得过高，附加循环的吸热量减少， 使整个循环的热效率减弱。 因此要找一个最佳的再 热压力。根据设计和运行的经验取再热压力为新蒸汽 压力的20~30%之间。
– 提高蒸汽初参数和再热蒸汽参数； – 采用回热系统等； – 在此基础上，再配合中间再热循环； – 采用热电联产、蒸汽—燃气联合循环等措施
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（二） 回热循环

1，给水回热循环的采用
在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质平均 吸热温度不高。为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提高蒸 汽初参数之外，另一种办法是改善吸热过程。如图11-3所 示，4-5-1为蒸汽的吸热过程，而4-5为其预热阶段，是整 个吸热过程中最低段。