吉林大学热能与动力工程第五章 热力发电原理与系统.ppt

第五章 热力发电原理与系统 §5-1 热力发电基本循环 §5-2 现代热力发电循环 §5-3 磁流体发电 §5-4 核能发电 §5-1 热力发电基本循环：应用 1、朗肯循环：蒸汽动力装置的基本循环?由锅炉、汽轮机、冷凝器、水泵完成?无流动阻力、摩擦、散热、泄露等损失。 抽象成4个可逆过程： 水在锅炉内等压加热——蒸汽的过程， 蒸汽在汽轮机内绝热膨胀过程； 蒸汽从汽轮机排出后，在冷凝器内进行等压凝结为饱和水的过程； 水在水泵内的绝热压缩过程。 朗肯循环 d-a：水加热到沸腾?汽化成饱和蒸汽?过热器内?过热蒸汽 a-b：汽轮机内绝热膨胀过程 b-c：冷凝器内等压凝结为水的过程 c-d：水泵内 绝热压缩 朗肯循环热效率： 2、布雷顿循环 燃气轮机的理论循环，由以下4个过程组成： 1）空气在压气机内的绝热压缩过程； 2）空气在燃烧器内的等压加热过程； 3）空气在燃气轮机中的绝热膨胀过程； 4）空气在大气中的等压放热过程。 ? 内燃机循环：压缩、燃烧、膨胀都在同一气缸里顺序、重复进行?气流不连续；活塞的惯性力?转速受限制?发动机功率受限。 布雷顿循环效率： 其中， 压力比或增压比 p V T s 绝热压缩 绝热膨胀 ? 燃气轮机循环：压缩、燃烧、膨胀分别在压气机、燃烧器、燃气轮机里进行气流连续?不受转速的限制 ?功率?。 §5-2 现代热力发电循环 一、回热循环 1．朗肯循环的特点：蒸汽全部在冷凝器内凝结成水=锅炉给水温度?对给水的加热量?靠燃料在炉内燃烧放热供给?效率?。 2．汽轮机中间抽汽的作用：从汽轮机中间抽出部分作功、但压力尚不太低的少量蒸汽来加热凝结水?减少排入冷凝器的乏气量，同时加热水。 对每kg蒸汽：作功量略减少，但抽汽部分?kg的蒸汽汽化潜热得到利用?凝结水温?到锅炉的给水温度?1kg工质在锅炉中吸热量?，所需燃料量?。 3．回热循环效率 定义：用抽汽加热给水的蒸汽动力循环。 回热循环：设pa的1kg蒸汽进入蒸汽机膨胀作功 ) 1 ( a - 汽轮机 发电机 凝结水泵 加热器 给水泵 锅炉 过热器 冷凝器 ?kg被抽出 (1-?)kg水从冷凝器?经凝结水泵升压?加热器与a抽汽混合?给水泵?锅炉 回热循环效率： 抽汽份额： 一般采取分2~4次抽汽(≤不7~8次) ，依次在多个加热器中加热给水?保证抽汽之前尽可能多作功。 抽汽级数越多，给水加热的最后温度越高。 (1-?)kg膨胀做功 二、再热循环 定义：在汽轮机中膨胀到一定压力后，全部抽出，导入锅炉中再热器定压加热?成为过热蒸汽后再导入汽轮机后半部继续膨胀作功的循环?再热循环。 目的：提高乏汽的干度，在一定初温下，?初压?提高循环效率，保证汽轮机的使用寿命； 原因：提高汽轮机初压（of蒸汽），可提高效率； 但蒸汽初温低?蒸汽膨胀终了湿度?； 汽轮机叶片受水滴冲击加快锈蚀损坏。 一般，要求乏汽的实际干度不低于0.85~0.88。 使用条件: 为保证干度，在提高蒸汽初压时，若受金属耐温限制，初温不能相应地提高时，采用中间再热循环。 再热循环效率： 过热器 再热器 三、热电联产循环：节能的需要 凝汽式发电厂：只产电，大部分蒸汽在冷凝器内凝结放出汽化潜热；其热效率为24~40%。燃料所发出的热量的60%，没有利用。 蒸汽在冷凝器内凝结时放给冷却水的热量，占燃料所产生热量的50%。 热电循环的目的，就是利用此部分的热量。 热电循环：既产热又产电的热电联产循环。 即从汽轮机排出的乏汽经热用户后再通过凝结水泵进入锅炉。 §5-3 磁流体发电 一、磁流体发电机的工作原理 1. 法拉第电磁感应定律： 当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生感应电动势，其大小与磁通量对时间变化率的负值成正比。 2．应用： 回路：喷管壁上设置电极；在喷管内流动高速电离气体?等离子体。 电离气体：气体分子或原子在高温状态下，最外层电子因激发而分离成自由电子和正离子。 自由电子越多，导电性越好。 磁流体发电机上等离子的产生条件：高温：高温燃烧方式?纯氧或富氧燃烧； 以热激发?产生自由电子下“种子”：在高温燃气中?添加剂(钾盐、铯盐等) ? 提高自由电子数。磁场：利用专用起磁系统?在磁电体发电机通道上 建立磁场。 原理：带种子的工质高温电离?喷管中膨胀高速流过磁流体发电机通道；当等离子体横穿磁场切割磁力线时，在等离子体上产生感应电动势和电流?由通道上的电极输送到用户。 工质 膨胀?高速流动 磁流体发电系统： 空气压缩机 预热器 燃烧室