蒸汽中間再熱循環(huán)再熱壓力選擇的課堂教學(xué)探索

楊陽(yáng)

【摘要】熱力發(fā)電廠是熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)課，如何提高熱力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性是該課程的重點(diǎn)內(nèi)容。本文針對(duì)采用蒸汽中間再熱循環(huán)方法提高熱經(jīng)濟(jì)性時(shí)的難點(diǎn)內(nèi)容——再熱壓力的選擇，結(jié)合朗肯循環(huán)T-s圖進(jìn)行分析講解，以幫助學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解，提高課堂教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】熱力發(fā)電廠 朗肯循環(huán) 再熱循環(huán) 再熱壓力

【中圖分類(lèi)號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）34-0141-01

火電廠廣泛采用蒸汽中間再熱的方法提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。蒸汽中間再熱是將在汽輪機(jī)高壓缸中做了一部分功的蒸汽引至再熱器再加熱，提高溫度后引回汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)膨脹做功的過(guò)程[1]，這部分內(nèi)容是熱力發(fā)電廠課程的重要知識(shí)點(diǎn)，而關(guān)于再熱參數(shù)中再熱壓力的選擇又是一個(gè)難點(diǎn)。

1.傳統(tǒng)講授方法

圖1為循環(huán)熱效率與再熱前蒸汽焓降份額的關(guān)系，目前大部分教材都采用圖1進(jìn)行再熱壓力選擇的講解。

該圖是在蒸汽初壓為8.83MPa，蒸汽初溫和再熱后的溫度均為500℃，排汽壓力為0.00392MPa的條件下繪制的[2]。其中圖中的縱坐標(biāo)為再熱循環(huán)熱效率與基本循環(huán)熱效率的比值，橫坐標(biāo)為再熱前蒸汽理想焓降與基本循環(huán)理想焓降之比。

教材中根據(jù)圖1得到以下結(jié)論：

（1）當(dāng)再熱壓力很高時(shí)，即再熱前蒸汽理想焓降很小時(shí)，附加循環(huán)的平均吸熱溫度很高，但其循環(huán)吸熱量很小，所以再熱循環(huán)熱效率提高很少，如圖1中a點(diǎn)。

（2）當(dāng)再熱壓力較低時(shí)，雖然附加循環(huán)的吸熱量相當(dāng)大，若其吸熱過(guò)程平均溫度高于基本循環(huán)吸熱過(guò)程平均溫度不是很多，則再熱循環(huán)熱效率的提高也不是很多，如圖1中b點(diǎn)。

（3）當(dāng)再熱壓力很低時(shí)，致使附加循環(huán)吸熱過(guò)程的平均溫度低于基本循環(huán)吸熱過(guò)程平均溫度，甚至使低壓缸排汽處于過(guò)熱狀態(tài)，排汽放熱量急劇增加，冷源損失增大，則會(huì)使再熱循環(huán)熱效率低于基本循環(huán)熱效率，這時(shí)再熱就沒(méi)有熱經(jīng)濟(jì)效益了，如圖1中c點(diǎn)。

在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，僅僅通過(guò)圖1學(xué)生并不能對(duì)不同再熱壓力時(shí)循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性好壞有直觀的判斷，而且對(duì)于以上三點(diǎn)結(jié)論中提到的附加循環(huán)的平均吸熱溫度、吸熱量等參數(shù)的變化情況也無(wú)法理解。

2.結(jié)合朗肯循環(huán)T-s圖進(jìn)行講解

圖2為再熱后的朗肯循環(huán)T-s圖。首先在圖2中的等熵膨脹線1-2上選擇兩個(gè)再熱點(diǎn)a、c（其中pa>pc）進(jìn)行比較，再熱后的蒸汽溫度與新蒸汽溫度相等，即T1= T1'=T1''，再熱后汽輪機(jī)排汽溫度與再熱前排汽溫度相等，即T2= T2'=T2''。

（1）當(dāng)再熱壓力選擇較高時(shí)，如圖2中a點(diǎn)所示，再熱蒸汽沿等壓線a-1'加熱到溫度為T(mén)1'的1'點(diǎn)，再由1'點(diǎn)做等熵膨脹至2'點(diǎn)，由a-1'-2'-2形成了再熱的附加循環(huán)，可以看出，該附加循環(huán)的平均吸熱溫度Trha較高，但僅根據(jù)附加循環(huán)平均吸熱溫度的高低并不能判斷出整個(gè)循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性。

采用中間再熱后，基本循環(huán)熱效率越低，再熱加入的熱量越大，再熱所得到的熱經(jīng)濟(jì)效益才會(huì)越大[3]。圖3為不同再熱壓力時(shí)附加循環(huán)的吸熱量，可以看出，再熱壓力為pa時(shí)，其循環(huán)吸熱量較小（吸熱量等于由吸熱曲線a-1'兩個(gè)端點(diǎn)到橫軸的垂線與橫軸所包圍區(qū)域的面積），因此該再熱壓力下，整個(gè)機(jī)組的熱效率提高并不多。

（2）當(dāng)再熱壓力選擇較低時(shí)，如圖2、圖3中c點(diǎn)所示，雖然其附加循環(huán)的吸熱量較大，但其平均溫度Trhc較低，甚至有可能低于基本循環(huán)的平均溫度。同時(shí)，從圖2中可看到，再熱后汽輪機(jī)低壓缸排汽（2''點(diǎn)）位于飽和蒸汽線的右方，即過(guò)熱蒸汽區(qū)，這將導(dǎo)致排汽放熱量急劇增加，冷源損失增大，此時(shí)再熱沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效益。

在課堂講授時(shí)，通過(guò)圖1、圖2、圖3，結(jié)合多媒體教學(xué)手段，利用PPT的動(dòng)畫(huà)效果，能更進(jìn)一步地提高教學(xué)質(zhì)量。

3.結(jié)論

采用朗肯循環(huán)T-s圖分析再熱壓力的選擇，能夠更加直觀地將附加循環(huán)的平均溫度、吸熱量、排汽狀態(tài)等重要變量在圖中表示出來(lái)，使學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解更加透徹，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量有顯著的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉濤.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[2]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[3]邱麗霞.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.endprint