兰金循环效率改进技术

蒸汽发电厂还是总人数的骨干吗发电在亚太地区。因此,即使是以提高效率的形式进行的微小改进,对节省燃料和减少温室气体排放都有巨大的影响。因此,我们不应错过任何机会去寻找提高蒸汽动力循环效率的方法和手段。
任何改进或改造背后的理想是提高热效率电厂。因此,提高热效率的技术有:

  • 通过降低从冷凝器中工作流体(蒸汽)排出的热量的平均温度。(降低凝汽器压力)
  • 通过提高进入汽轮机的蒸汽温度

降低冷凝器压力

蒸汽根据冷凝器中蒸汽的相应压力离开汽轮机进入冷凝器,成为饱和混合物。降低了冷凝器压力总是有助于提供更多的网络工作在汽轮机中,因为更多的蒸汽在汽轮机中膨胀是可能的。

通过T-s图可以看出凝汽器压力降低对循环性能的影响。
冷凝器较低压力的影响

降低冷凝器压力的积极作用

充分利用高效率的优势郎肯循环必须在较低的冷凝器压力下运行,通常低于大气压力。但较低的冷凝器压力的极限是由该区域饱和压力对应的冷却水温度来定义的。

在上面的T-s图中,可以很容易地看出,彩色区域是由于冷凝器压力从P降低而产生的净输出量的增加4P4 '

降低冷凝器压力的负面影响

降低冷凝器压力的效果并非没有任何副作用。因此,以下是降低冷凝器压力的不利影响:

  • 额外的热量输入锅炉由于冷凝水再循环温度降低(冷凝器压力降低的影响)
  • 凝汽器压力越低,汽轮机最后膨胀阶段蒸汽含水率增加的可能性越大。在涡轮后期降低蒸汽干燥度是不可取的,因为它会导致效率的轻微下降和涡轮叶片的侵蚀。

降低冷凝器压力的净效应

总的净效应更趋向于积极的一面,因为在锅炉的热输入需求的增加是边际的,但净输出的增加更多是由于减少冷凝器压力。此外,涡轮后期的蒸汽干燥度不允许下降超过10-12%。

将蒸汽过度加热至较高温度

蒸汽过热是指在锅炉内保持恒压,将热量传递给蒸汽,使蒸汽过热至较高温度的现象。
冷凝器较低压力的影响
上面T-s图中的阴影区域清楚地显示了由于增加的净功(3-3 ' -4 ' -4)的增加蒸汽过热度

以能量形式输入的额外热量,以功的形式离开循环,即功输出的增加超过了额外的热输入和热排出量。郎肯循环的热效率随着蒸汽温度的升高而增加。

提高蒸汽温度的积极作用

提高蒸汽温度的一个理想效果是不允许最后一级蒸汽的含水率增加。这种效果很容易在上面的T-s图(图2)中看到。

提高蒸汽温度的负面影响

提高蒸汽温度会导致热量输入的小幅增加。蒸汽过热和在动力循环中使用是有限度的。这些限制因素与冶金在高温下的可行性和经济可行性有关。

目前超临界机组汽轮机入口蒸汽温度在620℃左右oC.任何进一步提高蒸汽温度的决定,只有在进行了冶金方面的尽职调查和成本影响评估之后,才能明智地采取。

提高蒸汽温度的净效应

从T-s图(图2)可以看出,升温的净效应更倾向于正方向,因为网络输出的增益超过了热输入的增加和热排出量的轻微增加。因此,在获得可靠性和经济可行性后,提高蒸汽温度总是有益的。

在亚临界参数下提高锅炉压力

增加的另一种方法郎肯循环效率是通过增加锅炉的操作压力,从而在某种程度上与沸腾发生在锅炉的温度有关。因此,循环的热效率增加。
通过T-s图的帮助,可以清楚地看到和了解锅炉压力增加对循环性能的影响。
增加锅炉压力的影响
由于锅炉压力的增加,如T-s图3所示,朗肯循环略有左移,由此可以得出如下结论:

  • 网状结构大幅增加,如上图粉红色阴影区域所示。
  • 当循环稍微向左移动时,汽机内蒸汽膨胀时净功减少。(如上图3所示,褪成灰色。
  • 减少冷却水的排热冷凝器

因此,由于这些措施,循环的热效率显著提高。

在超临界参数下提高锅炉压力

为了提高郎肯循环的热效率,目前使用的蒸汽发生器都采用了超临界压力。当蒸汽发生器运行在22.06Mpa以上时,称为超临界蒸汽发生器,称为超临界发电装置。由于较高的操作压力,这些工厂以提供更高的效率而闻名。
超临界功率循环

再热兰金循环

再热兰金循环是为了在不影响汽轮机最后阶段蒸汽水分含量的情况下,在更高的锅炉压力下利用提高的循环效率。

更高的循环效率是可能的,再加热循环也不影响干燥率,这是可能的,通过在两级之间再加热汽轮机蒸汽扩大。重新加热是解决涡轮最后阶段水分过多问题的可行方法。

减少最后阶段水分的理论方法

理论上,一种方法是在蒸汽进入汽轮机之前将蒸汽过热到更高的温度,但有一个限制,处理高蒸汽温度的冶金限制阻止它进一步增加超过620oC.印度运行的超临界电厂的入口蒸汽温度在593左右oC。

修改兰金循环

成功降低大型汽轮机(200mw及以上)最后一级水分的实际方法是对简单的兰金循环稍加修改,采用再热循环,如图5所示
再热循环
再热循环

再热循环与兰金循环在以下几个方面有所不同

再热循环中的蒸汽膨胀分为两个阶段。在第一阶段,蒸汽在高压汽轮机中膨胀,然后高压汽轮机的废气被送回蒸汽发生器重新加热。二级蒸汽发生器再加热的再加热器的蒸汽出口被引导到低压汽轮机(低压汽轮机),在高干燥率的汽轮机的最后几个阶段进行最后膨胀,然后排放到冷凝器

再热循环分析如下

循环过程中的热量输入(2-3-4-5)为

循环的涡轮功输出为

因此在a中采用单次再热循环火力发电厂循环效率可以轻易地再提高4到5个百分点。

重新加热的实际极限是什么?

理论上,如果我们增加再加热阶段的数量,那么涡轮的膨胀次数也可以增加,以获得更多的涡轮输出,从而获得更高的循环效率。

但实际上超过两个阶段的再加热是不现实的。实验结果表明,从第1次再热到第2次再热循环效率的理论提高从5%降低到2.5%以下。

此外,还观察到亚临界压力下的双再热循环有更大的过热排气损失冷凝器而不是super-critical-cycle-parameters。因此,避免了二次再热循环的亚临界参数。

从第三次再热循环开始,循环效率的收益开始减少,所以不应该产生额外的成本和复杂性。

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