第七章
蒸汽动力循环
第七章 蒸汽动力循环
水蒸气,火力发电、核电
低沸点工质,氨、氟里昂
太阳能、余热、地热发电
动力循环,以获得功为目的
§ 7-1 郎肯循环
锅
炉
汽轮机
发电机
给水泵
凝汽器
郎肯循环
1
2
3
4
简化（理想化）：
1?2 汽轮机 s 膨胀
2?3 凝汽器 p 放热
3?4 给水泵 s 压缩
4?1 锅炉 p 吸热
1
3
4
2
p
v
郎肯循环 pv图
1?2 汽轮机 s 膨胀
2?3 凝汽器 p 放热
3?4 给水泵 s 压缩
4?1 锅炉 p 吸热
4
3 2
1
T
s
h
s
1
3
24
郎肯循环 Ts和 hs图
1?2 汽轮机 s 膨胀 2?3 凝汽器 p 放热
3?4 给水泵 s 压缩 4?1 锅炉 p 吸热
h
s
1
3
24
郎肯循环功和热的 计算
汽轮机作功：
2121,hhw s ???
凝汽器中的定压放热量：
322 hhq ??
水泵绝热压缩耗功：
3443,hhw s ???
锅炉中的定压吸热量：
411 hhq ??
h
s
1
3
24
郎肯循环热效率的 计算
,1 2,3 4n e t
t
11
sswww
qq
? ??
?
??
一般很小，
占 0.8~1%，
忽略泵功
12
13
t
hh
hh
? ??
?
工程上常用 汽耗率,反映装置经济性，设备尺寸
汽耗率,蒸汽动力装置每输出 1kW.h
功量所消耗的蒸汽量 kg
ne t
3600d
w
?
汽耗率的概念
netw
的单位是 kJ/kg 1kW=1 kJ/s
n e t
3 6 0 0 3 6 0 0
1
3600
k g k g k g k g
d
k J k Jk W h k J w
hh
s
h
??
??
??
??
??? ? ? ?
??? ? ? ?
??? ? ? ?
?? ? ? ???
?? ??
????
??
??
郎肯循环 与卡诺循环比较
s
T
6
4
2
1'4
109
8 7
5
3
? q2相同； ? q1卡诺 >q1朗肯
??卡诺 > ?朗肯 ； ?等温
吸热 4’1难实现
? 11点 x太小,不利于
汽机强度； ? 12-9两
相区难压缩；
? wnet卡诺 小
??卡诺 < ?朗肯 ；
?wnet卡诺 < wnet 朗肯
1112
对比同温限 1234’
对比 5678
对比 9-10-11-12
s
p1,t1,p2
65
4
3 2
1
如何提高 郎肯循环 的热效率
12
13
t
hh
hh
? ??
?
影响热效率
的参数？
T
s
T
65
4 3 2
1'1
'6'5
'4
'2
蒸汽初压对 郎肯循环 热效率的影响
t1,p2不变, p1 优点：
?
?, 汽轮机出口
尺寸小
1T t
?
2'v
缺点：
? 对强度要求高
? 不 利于汽
轮机安全。一般
要求出口干度大
于 0.85~ 0.88
2'x
s
T
65
4
3 2
1
'1
'2
蒸汽初温对 郎肯循环 热效率的影响
优点：
?
?, 有利于汽机
安全。
1T t
?
2'x
缺点：
? 对耐热及强度要
求高，目前最高
初温一般在 550℃
左右
? 汽机出口
尺寸大 2'v
p1,p2不变, t1
s
T
65
4
3
2
1
'2
乏汽压力 对 郎肯循环 热效率的影响
优点：
?
2T t
?
缺点：
?受环境温度限制，
现在大型机组 p2为
0.0035~0.005MPa，
相应的饱和温度约为
27~ 33℃,已接近事
实上可能达到的最低
限度。冬天热效率高
p1,t1不变, p2
'4
'3
§ 7-2 实际蒸汽动力循环分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
非理想因素：
给水泵不可逆 ( 3 4 ’)
汽机不可逆 ( 1 2 ’)
汽机汽门节流 ( 1’ 1 )
蒸汽管道摩擦降
压，散热 (1’’1’)
实际蒸汽动力循环分析方法
热一律,热效率分析法
热二律,熵分析法
Ex分析法
√
√
实际蒸汽动力循环 热效率法
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
忽略泵功
4 ' 3hh?
可逆循环
效率 12t
13
hh
hh
? ??
?
汽机相对
内效率 1 2 'oi
12
hh
hh
? ??
?
管道和节
流，管
道效率
13
tu
1 '' 3
hh
hh
? ??
?
锅炉散热
和排烟，
锅炉效率
1 '' 3
B
f
hh
q
? ??
整个 实际蒸汽 动力循环 热效率
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
n e t
f
w
q
? ? 收益 循环净功 ＝＝
代价 燃料热量
1 2 '
f
hh
q
??
13
tu
1 '' 3
hh
hh
? ??
?
1 '' 3
B
f
hh
q
? ??
1 2 oi
1 '' 3 B
()
( ) /
hh
hh
?
?
??
?
1 2 '
oi
12
hh
hh
? ??
?
12
B oi
1 3 tu
()
( ) /
hh
hh
??
?
?? ? ?
?
12
t
13
hh
hh
? ??
?
12
B oi tu
13
()
()
hh
hh
? ? ??? ? ? ?
?
t B o i tu? ? ? ?? ? ? ?
整个电厂 热效率
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
g
f
w
q
? ?电厂 收益 电功＝＝
代价 燃料热量
机械效率 M
ne t
w
w
? ?机械
电机效率 g
M
w
w
? ?电机t B o i tu? ? ? ?? ? ? ?net
f
w
q
?＝
M
f
w
q
?
? 电机
n e t
f
w
q
?
?? 机械 电机
t B o i t u? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?机械 电机
实际蒸汽动力装置的 Ex分析法
对于稳定流动
i n o u t iE x E x? ? ?? ? ?
进入设备的
Ex总和
离开设备的
Ex总和 Ex损失之和
焓 Ex
锅炉的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
锅炉的 Ex分析（燃烧）
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
空气 0Ex ?
燃料
fqfex q?
设燃料完全是 Ex
（ 1） 燃烧，烟气热量
0
f
B
1
T
e x q
T
??
????
??
燃烧
以环境为基准
平均燃烧温度
0
ff
B
1
T
qq
T
?
??
? ? ???
??
燃烧
锅炉的 Ex分析（散热）
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
（ 2） 排烟，渣，散热后，可传给水的 ex
0
fB
B
1
T
e x q
T
?
??
?? ??
??
散热后
0
f
B
0
fB
B
1
1
T
q
T
T
q
T
?
?
??
?? ??
??
??
????
??
散热
锅炉的 Ex分析（传热）
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
（ 3） 传热，水的温度远比燃气低，温差传热
1 '' 3h h 1' ' 3 0 1' ' 3( ) ( )e x e x h h T s s? ? ? ? ?
? ?
0
fB
B
1 '' 3 0 1 '' 3
1
( ) ( )
T
q
T
h h T s s
??
??
?? ??
??
? ? ? ?
传热
水得到的 ex
? ? ? ?锅炉 燃烧 散热 传热＝ ＋ ＋
管道和汽机主汽门节流的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
1’’ 1
管道和汽机主汽门节流的 Ex分析
1’’ 1
汽机入口 ex
1h 1 0 0 1 0( ) ( )e x h h T s s? ? ? ?
管道和主汽门的 ex损失
1' ' 1 0 1' ' 1( ) ( )h h T s s? ? ? ? ?管道
汽轮机的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
1
2’
wnet’
绝热
汽轮机的 Ex分析
汽轮机最大可能作功
汽轮机的 ex损失
1 2 ' 1 2 ' 0 1 2 '( ) ( )hhw e x e x h h T s s? ? ? ? ? ?net
1
2’
wnet’
汽轮机实际输出功
1 2 ''w h h??net
n e t 0 2 ' 1' ( )w w T s s? ? ? ? ?net汽机
冷凝器的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
32’
冷凝器的 Ex分析
汽轮机最大可能作功
汽轮机的 ex损失
1 2 ' 1 2 ' 0 1 2 '( ) ( )hhw e x e x h h T s s? ? ? ? ? ?net
1
2’
wnet’
汽轮机实际输出功
1 2 ''w h h??net
n e t 0 2 ' 1' ( )w w T s s? ? ? ? ?net汽机
两种分析方法的比较
锅炉 qB/qf=10% ?B/ex,qf=56.7%
(燃烧 14.1%排烟及散热
8.6%传热 34%)
管道 qtu/qf= 0.6% ?tu/ex,qf= 0.5%
汽轮机 qt/qf= 0 ?t/ex,qf= 5.6%
凝汽器 qc/qf= 55.7% ?c/ex,qf= 3.5%
Ex 经济学分析方法
热效率法 Ex分析法
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
降低乏汽压力
改变循环形式 回热循环
再热循环
改变循环形式
热电联产
燃气 -蒸汽联合循环
新型动力循环 IGCCPFBC-CC…...
T
s
65
4
3
1
b
a
2
§ 7-3蒸汽再热循环的 热效率
? 再热循环本身 不一
定 提高循环热效率
? 与再热压力有关
? x2降低,给提高初
压创造了条件，选
取再热压力合适，
一般采用 一次再热
可使热效率提高 2
％～ 3.5％ 。
蒸汽再热循环的实践
? 再热压力 pb=pa?0.2~0.3p1
? p1<10MPa，一般不采用 再热
? 我国常见机组,10,12.5,20,30万机组，
p1>13.5MPa，一次 再热
? 超临界机组,t1>600℃, p1>25MPa，二
次 再热
? 超优点：通过提高初临界机组，
t1>600℃, p1>25MPa，二次 再热
T
s
65
4
3
1
b
a
2
蒸汽再热循环的 定量计算
吸热量：
? ? ? ?1 1 4 abq h h h h? ? ? ?
放热量：
2 2 3q h h??
净功（忽略泵功）：
? ? ? ?n e t 1 2baw h h h h? ? ? ?
热效率,ne t 1 2
t,RH
1 1 4
( ) ( )
( ) ( )
ba
ab
w h h h h
q h h h h
? ? ? ???
? ? ?
§ 7-4 蒸汽 抽汽 回热循环
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T
1
2
36
1kg
a
45
α kg
(1- α ) kg
a ? kg
4
(1- ?)kg
5
1kg由于 T-s图上各点质量不同, 面积不再
直接代表热和功
抽汽 回热循环的抽汽量 计算
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T
a ? kg
4
(1- ?)kg
5
1kg
以混合式回热器为例
热一律
? ?a 4 511h h h??? ? ? ?
忽略泵功
54
a4
hh
hh
? ??
?
''
a2
'
a2
hh
hh
? ??
?
抽汽 回热循环热效率的 计算
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T 吸热量：
放热量：
'
1,R G 1 5 1 aq h h h h? ? ? ?
? ? ? ?'2,R G 2 21q h h?? ? ?
? ?
? ? ? ?
RG 1 a
a21
w h h
hh?
??
? ? ?
净功：
热效率：
? ? ? ? ? ?1 a a 2
t,R G '
1a
1h h h h
hh
?
?
? ? ? ?
?
?
为什么抽汽 回热热效率提高？
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T
? ? ? ?
'
22
t,RG
'
1 2 1 a
1
1
hh
h h h h
?
?
?
?
??
? ? ?
?
教材 P.256推导
'
22
t '
12
1 hh
hh
? ???
?
简单朗肯循环：
? ?1a 01 hh? ? ???
?
t,R G t???
物理意义, ? kg工质 100%利用
1- ? kg工质效率未变
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 1～ 3级，
中大型火力发电厂一般为 4～ 8级。
?优点
? 提高热效率
? 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短
? 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面
? 可兼作除氧器
?缺点
? 循环比功减小，汽耗率增加
? 增加设备复杂性
? 回热器投资
>缺点
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
降低乏汽压力
改变循环形式 回热循环
再热循环
改变循环形式
热电联产
燃气 -蒸汽联合循环
新型动力循环 IGCCPFBC-CC…...
§ 7-5 热电联产 (供 )循环 1
2'
3
4 给水泵
热用户
汽轮机
过热器
锅炉
用发电厂作了功
的蒸汽的余热来
满足热用户的需
要，这种作法称
为 热电联 (产 )供 。
背压式机组 (背压 >0.1MPa)
热用户为什么要
用换热器而不直
接用热力循环的
水？
抽汽调节式 热电联产 (供 )循环
过热器 汽轮机
发电机
锅炉
冷却水
冷凝器
加热器 水泵 1水泵 2
调节阀 抽汽式热电联
供循环,可以自动
调节热、电供应比
例，以满足不同用
户的需要。
热电联产 (供 )循环 的经济性评价
n e t
1
qw
K
q
?? 供热
＋已被利用的能量
工质从热源得到的能量
ne t
t
1
w
q
? ?? 只采用热效率 显然不够全面
? 能量利用系数,但未考虑热和电的品位不同
? Ex经济学评价
? 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
§ 7-6 现代 新型动力循环
? 蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：
? 提高初参数，向亚临界和超临界发展；
? 采用大功率机组，降低厂用电率；
? 采用热电联供。
? 火电厂发展现状
? 占总装机容量的 80%左右，效率 37~40%；
? 耗煤占总产量 30%，油占 10%左右；
? 提高供电效率和改善环境有重要意义。
燃气 -蒸汽联合循环
? 燃气轮机的发展
? 热力参数与单机容量逐步提高，达 W>200MW，
热效率 35~41%；
? 可靠性 95~98.5%，可作为基本负荷电站；
? 联合循环的现实可行性
? 燃气轮机排气温度 t4=400~600 ℃ ；
? 大功率机组排气量 300kg/s以上；
? 利用排气能量加热蒸汽轮机给水 (取代锅炉 )，
大大提高供电效率，极限效率 (烧气 )约 58%。
燃气蒸汽联合循环
T
s
燃气轮机循环
蒸汽轮机循环
燃气蒸汽联合循环
法国 GECAlsthom公司的联合循环电站
燃气轮机,227.2 MW
蒸汽轮机,128.3 MW
燃料：天然气
热效率,54.5%
整体煤气化联合循环 (IGCC)
? 工作流程
?气化炉中煤 煤气；
?煤气的净化；
?燃气轮机循环；
?余热锅炉回收排气热量；
?蒸汽轮机循环
整体煤气化联合循环 (IGCC)
? 优点
? 热效率高，目前 40~46%，预计可 52%；
? 环保性能好,SO2,NOx,CO2,粉尘排放低，
可燃用高硫煤；
? 可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲
醇、尿素等；
? 单机功率可达 300~400MW
? 缺点
? 目前煤气化和净化的热损失还偏大；
? 初期投资大。
整体煤气化联合循环 (IGCC)
应用
?目前已建成或拟建的 IGCC电站 10余座，
美国预测,2030年 IGCC市场份额达
35%左右
?如美国加州有一个电站，“世界上最
洁净的燃煤火电站，脱硫 98-99%，产
生元素硫，排渣中主要是 Al,Si,Fe、
Ca等无害元素，用于绝缘材料和筑路
材料
其它新型煤气化联合循环
? 注蒸汽燃气轮机循环（ STIG）程式循环
(Steam Injected Gas Turbine Cycle)
? 增压流化床燃烧联合循环（ PFBC-CC）
(Fluidized Bed Combustion Cycle)
? 外燃式燃煤联合循环（ EFCC）
(Externally Coal-Fired Combined Cycle)
? 直接燃煤联合循环（ DFCC）
(Directly Coal-Fired Combined Cycle)
磁流体发电联合循环 (MHD-CC)
(Magnetohydrodynamics
Combined Cycle)
特点：
1,无运动机械，热转变为电不经机械能
2,温度 3000K，热效率可达 60%
3,污染小、种子（钾、铯化合物）有脱硫
作用
4,目前实验室阶段
整体煤气化燃料电池联合循环 (IGFC-CC)
Integrated Gasfication Fuel Cell Combined Cycle
燃料电池,燃料 +氧化剂
化学能 电能
电化学反应
分类,熔融碳酸盐型 (MCFC)
磷酸盐型 (PAFC)
固体氧化剂型 (SOFC)
特点,高效 60%、洁净、排放接近 0
目前试验室阶段
1,熟悉 郎肯循环 图示 与 计算
2,郎肯循环 与 卡诺循环
3,蒸汽参数 对朗肯循环热效率的影响
4,再热, 回热原理及计算
第 七 章 小 结
蒸汽动力循环
第七章 蒸汽动力循环
水蒸气,火力发电、核电
低沸点工质,氨、氟里昂
太阳能、余热、地热发电
动力循环,以获得功为目的
§ 7-1 郎肯循环
锅
炉
汽轮机
发电机
给水泵
凝汽器
郎肯循环
1
2
3
4
简化（理想化）：
1?2 汽轮机 s 膨胀
2?3 凝汽器 p 放热
3?4 给水泵 s 压缩
4?1 锅炉 p 吸热
1
3
4
2
p
v
郎肯循环 pv图
1?2 汽轮机 s 膨胀
2?3 凝汽器 p 放热
3?4 给水泵 s 压缩
4?1 锅炉 p 吸热
4
3 2
1
T
s
h
s
1
3
24
郎肯循环 Ts和 hs图
1?2 汽轮机 s 膨胀 2?3 凝汽器 p 放热
3?4 给水泵 s 压缩 4?1 锅炉 p 吸热
h
s
1
3
24
郎肯循环功和热的 计算
汽轮机作功：
2121,hhw s ???
凝汽器中的定压放热量：
322 hhq ??
水泵绝热压缩耗功：
3443,hhw s ???
锅炉中的定压吸热量：
411 hhq ??
h
s
1
3
24
郎肯循环热效率的 计算
,1 2,3 4n e t
t
11
sswww
? ??
?
??
一般很小，
占 0.8~1%，
忽略泵功
12
13
t
hh
hh
? ??
?
工程上常用 汽耗率,反映装置经济性，设备尺寸
汽耗率,蒸汽动力装置每输出 1kW.h
功量所消耗的蒸汽量 kg
ne t
3600d
w
?
汽耗率的概念
netw
的单位是 kJ/kg 1kW=1 kJ/s
n e t
3 6 0 0 3 6 0 0
1
3600
k g k g k g k g
d
k J k Jk W h k J w
hh
s
h
??
??
??
??
??? ? ? ?
??? ? ? ?
??? ? ? ?
?? ? ? ???
?? ??
????
??
??
郎肯循环 与卡诺循环比较
s
T
6
4
2
1'4
109
8 7
5
3
? q2相同； ? q1卡诺 >q1朗肯
??卡诺 > ?朗肯 ； ?等温
吸热 4’1难实现
? 11点 x太小,不利于
汽机强度； ? 12-9两
相区难压缩；
? wnet卡诺 小
??卡诺 < ?朗肯 ；
?wnet卡诺 < wnet 朗肯
1112
对比同温限 1234’
对比 5678
对比 9-10-11-12
s
p1,t1,p2
65
4
3 2
1
如何提高 郎肯循环 的热效率
12
13
t
hh
hh
? ??
?
影响热效率
的参数？
T
s
T
65
4 3 2
1'1
'6'5
'4
'2
蒸汽初压对 郎肯循环 热效率的影响
t1,p2不变, p1 优点：
?
?, 汽轮机出口
尺寸小
1T t
?
2'v
缺点：
? 对强度要求高
? 不 利于汽
轮机安全。一般
要求出口干度大
于 0.85~ 0.88
2'x
s
T
65
4
3 2
1
'1
'2
蒸汽初温对 郎肯循环 热效率的影响
优点：
?
?, 有利于汽机
安全。
1T t
?
2'x
缺点：
? 对耐热及强度要
求高，目前最高
初温一般在 550℃
左右
? 汽机出口
尺寸大 2'v
p1,p2不变, t1
s
T
65
4
3
2
1
'2
乏汽压力 对 郎肯循环 热效率的影响
优点：
?
2T t
?
缺点：
?受环境温度限制，
现在大型机组 p2为
0.0035~0.005MPa，
相应的饱和温度约为
27~ 33℃,已接近事
实上可能达到的最低
限度。冬天热效率高
p1,t1不变, p2
'4
'3
§ 7-2 实际蒸汽动力循环分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
非理想因素：
给水泵不可逆 ( 3 4 ’)
汽机不可逆 ( 1 2 ’)
汽机汽门节流 ( 1’ 1 )
蒸汽管道摩擦降
压，散热 (1’’1’)
实际蒸汽动力循环分析方法
热一律,热效率分析法
热二律,熵分析法
Ex分析法
√
√
实际蒸汽动力循环 热效率法
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
忽略泵功
4 ' 3hh?
可逆循环
效率 12t
13
hh
hh
? ??
?
汽机相对
内效率 1 2 'oi
12
hh
hh
? ??
?
管道和节
流，管
道效率
13
tu
1 '' 3
hh
hh
? ??
?
锅炉散热
和排烟，
锅炉效率
1 '' 3
B
f
hh
q
? ??
整个 实际蒸汽 动力循环 热效率
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
n e t
f
w
q
? ? 收益 循环净功 ＝＝
代价 燃料热量
1 2 '
f
hh
q
??
13
tu
1 '' 3
hh
hh
? ??
?
1 '' 3
B
f
hh
q
? ??
1 2 oi
1 '' 3 B
()
( ) /
hh
hh
?
?
??
?
1 2 '
oi
12
hh
hh
? ??
?
12
B oi
1 3 tu
()
( ) /
hh
hh
??
?
?? ? ?
?
12
t
13
hh
hh
? ??
?
12
B oi tu
13
()
()
hh
hh
? ? ??? ? ? ?
?
t B o i tu? ? ? ?? ? ? ?
整个电厂 热效率
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
g
f
w
q
? ?电厂 收益 电功＝＝
代价 燃料热量
机械效率 M
ne t
w
w
? ?机械
电机效率 g
M
w
w
? ?电机t B o i tu? ? ? ?? ? ? ?net
f
w
q
?＝
M
f
w
q
?
? 电机
n e t
f
w
q
?
?? 机械 电机
t B o i t u? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?机械 电机
实际蒸汽动力装置的 Ex分析法
对于稳定流动
i n o u t iE x E x? ? ?? ? ?
进入设备的
Ex总和
离开设备的
Ex总和 Ex损失之和
焓 Ex
锅炉的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
锅炉的 Ex分析（燃烧）
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
空气 0Ex ?
燃料
fqfex q?
设燃料完全是 Ex
（ 1） 燃烧，烟气热量
0
f
B
1
T
e x q
T
??
????
??
燃烧
以环境为基准
平均燃烧温度
0
ff
B
1
T
T
?
??
? ? ???
??
燃烧
锅炉的 Ex分析（散热）
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
（ 2） 排烟，渣，散热后，可传给水的 ex
0
fB
B
1
T
e x q
T
?
??
?? ??
??
散热后
0
f
B
0
fB
B
1
1
T
q
T
T
q
T
?
?
??
?? ??
??
??
????
??
散热
锅炉的 Ex分析（传热）
排烟
过热汽
1’’
水
4’（ 3）
渣
燃料
空气
（ 3） 传热，水的温度远比燃气低，温差传热
1 '' 3h h 1' ' 3 0 1' ' 3( ) ( )e x e x h h T s s? ? ? ? ?
? ?
0
fB
B
1 '' 3 0 1 '' 3
1
( ) ( )
T
q
T
h h T s s
??
??
?? ??
??
? ? ? ?
传热
水得到的 ex
? ? ? ?锅炉 燃烧 散热 传热＝ ＋ ＋
管道和汽机主汽门节流的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
1’’ 1
管道和汽机主汽门节流的 Ex分析
1’’ 1
汽机入口 ex
1h 1 0 0 1 0( ) ( )e x h h T s s? ? ? ?
管道和主汽门的 ex损失
1' ' 1 0 1' ' 1( ) ( )h h T s s? ? ? ? ?管道
汽轮机的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
1
2’
wnet’
绝热
汽轮机的 Ex分析
汽轮机最大可能作功
汽轮机的 ex损失
1 2 ' 1 2 ' 0 1 2 '( ) ( )hhw e x e x h h T s s? ? ? ? ? ?net
1
2’
wnet’
汽轮机实际输出功
1 2 ''w h h??net
n e t 0 2 ' 1' ( )w w T s s? ? ? ? ?net汽机
冷凝器的 Ex分析
s
T
5
3 2 2’
4’
1’’1’
1
4
32’
冷凝器的 Ex分析
汽轮机最大可能作功
汽轮机的 ex损失
1 2 ' 1 2 ' 0 1 2 '( ) ( )hhw e x e x h h T s s? ? ? ? ? ?net
1
2’
wnet’
汽轮机实际输出功
1 2 ''w h h??net
n e t 0 2 ' 1' ( )w w T s s? ? ? ? ?net汽机
两种分析方法的比较
锅炉 qB/qf=10% ?B/ex,qf=56.7%
(燃烧 14.1%排烟及散热
8.6%传热 34%)
管道 qtu/qf= 0.6% ?tu/ex,qf= 0.5%
汽轮机 qt/qf= 0 ?t/ex,qf= 5.6%
凝汽器 qc/qf= 55.7% ?c/ex,qf= 3.5%
Ex 经济学分析方法
热效率法 Ex分析法
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
降低乏汽压力
改变循环形式 回热循环
再热循环
改变循环形式
热电联产
燃气 -蒸汽联合循环
新型动力循环 IGCCPFBC-CC…...
T
s
65
4
3
1
b
a
2
§ 7-3蒸汽再热循环的 热效率
? 再热循环本身 不一
定 提高循环热效率
? 与再热压力有关
? x2降低,给提高初
压创造了条件，选
取再热压力合适，
一般采用 一次再热
可使热效率提高 2
％～ 3.5％ 。
蒸汽再热循环的实践
? 再热压力 pb=pa?0.2~0.3p1
? p1<10MPa，一般不采用 再热
? 我国常见机组,10,12.5,20,30万机组，
p1>13.5MPa，一次 再热
? 超临界机组,t1>600℃, p1>25MPa，二
次 再热
? 超优点：通过提高初临界机组，
t1>600℃, p1>25MPa，二次 再热
T
s
65
4
3
1
b
a
2
蒸汽再热循环的 定量计算
吸热量：
? ? ? ?1 1 4 abq h h h h? ? ? ?
放热量：
2 2 3q h h??
净功（忽略泵功）：
? ? ? ?n e t 1 2baw h h h h? ? ? ?
热效率,ne t 1 2
t,RH
1 1 4
( ) ( )
( ) ( )
ba
ab
w h h h h
q h h h h
? ? ? ???
? ? ?
§ 7-4 蒸汽 抽汽 回热循环
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T
1
2
36
1kg
a
45
α kg
(1- α ) kg
a ? kg
4
(1- ?)kg
5
1kg由于 T-s图上各点质量不同, 面积不再
直接代表热和功
抽汽 回热循环的抽汽量 计算
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T
a ? kg
4
(1- ?)kg
5
1kg
以混合式回热器为例
热一律
? ?a 4 511h h h??? ? ? ?
忽略泵功
54
a4
hh
hh
? ??
?
''
a2
'
a2
hh
hh
? ??
?
抽汽 回热循环热效率的 计算
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T 吸热量：
放热量：
'
1,R G 1 5 1 aq h h h h? ? ? ?
? ? ? ?'2,R G 2 21q h h?? ? ?
? ?
? ? ? ?
RG 1 a
a21
w h h
hh?
??
? ? ?
净功：
热效率：
? ? ? ? ? ?1 a a 2
t,R G '
1a
1h h h h
hh
?
?
? ? ? ?
?
?
为什么抽汽 回热热效率提高？
(1- ?)kg
? kg6
5
a
s
4
3 2
1
1kg
T
? ? ? ?
'
22
t,RG
'
1 2 1 a
1
1
hh
h h h h
?
?
?
?
??
? ? ?
?
教材 P.256推导
'
22
t '
12
1 hh
hh
? ???
?
简单朗肯循环：
? ?1a 01 hh? ? ???
?
t,R G t???
物理意义, ? kg工质 100%利用
1- ? kg工质效率未变
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 1～ 3级，
中大型火力发电厂一般为 4～ 8级。
?优点
? 提高热效率
? 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短
? 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面
? 可兼作除氧器
?缺点
? 循环比功减小，汽耗率增加
? 增加设备复杂性
? 回热器投资
>缺点
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
降低乏汽压力
改变循环形式 回热循环
再热循环
改变循环形式
热电联产
燃气 -蒸汽联合循环
新型动力循环 IGCCPFBC-CC…...
§ 7-5 热电联产 (供 )循环 1
2'
3
4 给水泵
热用户
汽轮机
过热器
锅炉
用发电厂作了功
的蒸汽的余热来
满足热用户的需
要，这种作法称
为 热电联 (产 )供 。
背压式机组 (背压 >0.1MPa)
热用户为什么要
用换热器而不直
接用热力循环的
水？
抽汽调节式 热电联产 (供 )循环
过热器 汽轮机
发电机
锅炉
冷却水
冷凝器
加热器 水泵 1水泵 2
调节阀 抽汽式热电联
供循环,可以自动
调节热、电供应比
例，以满足不同用
户的需要。
热电联产 (供 )循环 的经济性评价
n e t
1
qw
K
q
?? 供热
＋已被利用的能量
工质从热源得到的能量
ne t
t
1
w
q
? ?? 只采用热效率 显然不够全面
? 能量利用系数,但未考虑热和电的品位不同
? Ex经济学评价
? 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
§ 7-6 现代 新型动力循环
? 蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：
? 提高初参数，向亚临界和超临界发展；
? 采用大功率机组，降低厂用电率；
? 采用热电联供。
? 火电厂发展现状
? 占总装机容量的 80%左右，效率 37~40%；
? 耗煤占总产量 30%，油占 10%左右；
? 提高供电效率和改善环境有重要意义。
燃气 -蒸汽联合循环
? 燃气轮机的发展
? 热力参数与单机容量逐步提高，达 W>200MW，
热效率 35~41%；
? 可靠性 95~98.5%，可作为基本负荷电站；
? 联合循环的现实可行性
? 燃气轮机排气温度 t4=400~600 ℃ ；
? 大功率机组排气量 300kg/s以上；
? 利用排气能量加热蒸汽轮机给水 (取代锅炉 )，
大大提高供电效率，极限效率 (烧气 )约 58%。
燃气蒸汽联合循环
T
s
燃气轮机循环
蒸汽轮机循环
燃气蒸汽联合循环
法国 GECAlsthom公司的联合循环电站
燃气轮机,227.2 MW
蒸汽轮机,128.3 MW
燃料：天然气
热效率,54.5%
整体煤气化联合循环 (IGCC)
? 工作流程
?气化炉中煤 煤气；
?煤气的净化；
?燃气轮机循环；
?余热锅炉回收排气热量；
?蒸汽轮机循环
整体煤气化联合循环 (IGCC)
? 优点
? 热效率高，目前 40~46%，预计可 52%；
? 环保性能好,SO2,NOx,CO2,粉尘排放低，
可燃用高硫煤；
? 可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲
醇、尿素等；
? 单机功率可达 300~400MW
? 缺点
? 目前煤气化和净化的热损失还偏大；
? 初期投资大。
整体煤气化联合循环 (IGCC)
应用
?目前已建成或拟建的 IGCC电站 10余座，
美国预测,2030年 IGCC市场份额达
35%左右
?如美国加州有一个电站，“世界上最
洁净的燃煤火电站，脱硫 98-99%，产
生元素硫，排渣中主要是 Al,Si,Fe、
Ca等无害元素，用于绝缘材料和筑路
材料
其它新型煤气化联合循环
? 注蒸汽燃气轮机循环（ STIG）程式循环
(Steam Injected Gas Turbine Cycle)
? 增压流化床燃烧联合循环（ PFBC-CC）
(Fluidized Bed Combustion Cycle)
? 外燃式燃煤联合循环（ EFCC）
(Externally Coal-Fired Combined Cycle)
? 直接燃煤联合循环（ DFCC）
(Directly Coal-Fired Combined Cycle)
磁流体发电联合循环 (MHD-CC)
(Magnetohydrodynamics
Combined Cycle)
特点：
1,无运动机械，热转变为电不经机械能
2,温度 3000K，热效率可达 60%
3,污染小、种子（钾、铯化合物）有脱硫
作用
4,目前实验室阶段
整体煤气化燃料电池联合循环 (IGFC-CC)
Integrated Gasfication Fuel Cell Combined Cycle
燃料电池,燃料 +氧化剂
化学能 电能
电化学反应
分类,熔融碳酸盐型 (MCFC)
磷酸盐型 (PAFC)
固体氧化剂型 (SOFC)
特点,高效 60%、洁净、排放接近 0
目前试验室阶段
1,熟悉 郎肯循环 图示 与 计算
2,郎肯循环 与 卡诺循环
3,蒸汽参数 对朗肯循环热效率的影响
4,再热, 回热原理及计算
第 七 章 小 结
