国内外蒸汽动力装置中

第十一章蒸汽动力循环装置水蒸气是工业上最早使用来作为动力机的工质。

在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态。

因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。

此外，水和水蒸气不能燃烧，只能从外界吸收热量，所以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力装置。

由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油，甚至可燃垃圾。

§11－1简单蒸汽动力装置循环——朗肯循环1、工质为水蒸气的卡诺循环由第二定律可知，在相同温限内卡诺循环的热效率最高，而采用气体作工质的循环中，定温过程（加热及放热）难以实现，并且气体绝热线及等温线在p-v图上斜率接近，因此有w较小。

i在采用蒸汽做工质时，由于水的汽化和凝结，当压力不变时温度也不变，因而有了定温放热和定温吸热的可能。

又因为定温即是定压，其在p-v图上与绝热线斜率相差较大，因而可提高w，所以蒸汽机原则上可采用卡诺循环，如图中5－6－7－8－5所i示。

而实际的蒸汽动力装置中不采用上冻循环，其主要原因有以下几点：1）在压缩机中绝热压缩8－5过程难以实现；2）徨仅局限于饱和区，上限温度受临界温度的限制，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；3）膨胀末期，湿蒸汽干度过小，含水分甚多，不利于动力机安全。

所以，实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。

2、朗肯（Rankine）循环朗肯循环是最简单也是最基本的蒸汽动力循环，它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵4个基本的、也是主要的设备组成。

右图中为该装置的示意图。

水在锅炉中被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，凝结后的水在水泵中被压缩升压后，再回到锅炉中，完成一个循环。

为了突出主要矛盾，分析主要参数对循环的影响，与前述循环一样，首先对实际循环进行简化和理想化，略去摩阻及温差传热等不可逆因素，理想化后的循环由右图(a )所示的热力过程组成，对应的T-s 图如图(b )所示。

第九章 蒸汽动力循环装置工业上最早使用的动力机是用水蒸气做工质的蒸汽动力装置。

在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态，如在蒸汽锅炉中液态水汽化产生蒸汽，经汽轮机膨胀作功后，进入冷凝器又凝结成水再返回锅炉，而且在汽化和凝结时可维持定温，因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。

此外，水和水蒸气不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以蒸汽循环必需配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力循环。

由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油,甚至可燃垃圾。

第一节简单蒸汽动力装置循环———朗肯循环一、 工质为水蒸气的卡诺循环热力学第二定律已证明，在相同温限内卡诺循环的热效率最高。

在采用气体作工质的循环中,因定温加热和放热难于进行，而且气体的定温线和绝热线在p-v图上的斜率相差不多，以致卡诺循环所作的功并不大，故在实际上难于采用。

在采用蒸汽作工质时，由于水的汽化和蒸汽的凝结，当压力不变时温度也不变，因而实际上也就有了定温加热和放热的可能。

更因这时定温过程亦即定压过程，在p-v图上其与绝热线之间的斜率相差亦大，故所作的功也较大。

所以，以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环，如图11-1中循环6-7-8-5-6所示。

然而在实际(b)(a)图9-1 水蒸气的朗肯循环的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环，其主要原因是：首先，在压缩机中绝热压缩过程8-5难于实现，因状态8是水和蒸汽的混合物，压缩过程中压缩机工作不稳定，同时状态8的比体积比水的比体积大得多，需用比水泵大得多的压缩机；其次，循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；再次，膨胀末期，湿蒸汽干度过小，即含水分甚多，不利于动力机安全。

实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。

二、朗肯循环及其热效率简单蒸汽动力装置流程示意图如图9-2所示，其理想循环———朗肯循环图9-2简单蒸汽动力装置流程示意图的p-v图和T-s图见图9-1。

简述蒸汽动力装置中冷凝器的作用。

蒸汽动力装置是一种常用的能量转换装置，广泛应用于发电、汽车、船舶等领域。

在蒸汽动力装置中，冷凝器是一个关键的组件，它的作用是将蒸汽冷凝成水，从而使其重新进入锅炉回路循环使用，以提高能量利用效率。

本文将详细介绍蒸汽动力装置中冷凝器的作用及其工作原理。

冷凝器位于蒸汽动力装置的末端，位置接近于涡轮机的出口。

当蒸汽流经涡轮机后，会形成高温高压蒸汽。

这时，进入冷凝器的蒸汽会受到冷却，并逐渐转化为水。

冷凝器的作用主要有以下几个方面：1. 能量回收：冷凝器能够将蒸汽的潜热转化为热量释放出来，使其温度降低。

通过这种方式，蒸汽动力装置可以回收并再次利用蒸汽中的能量，提高能量利用效率。

冷凝器回收的热量可以用于加热液体、供暖、生活热水等用途，进一步提高能源利用效率。

2. 减压：蒸汽经过涡轮机后的压力较高，需要通过冷凝器进行降压。

冷凝器内部的管道设计使蒸汽在流动中逐渐降压，使其达到与锅炉前的压力相适应。

这种降压的过程可以保证整个系统的稳定性，减少蒸汽管道和设备的压力冲击。

3. 水循环：通过冷凝器，蒸汽被冷凝成水后，可以重新进入锅炉回路，形成循环。

这种循环可以减少水的消耗，降低成本，同时也减少了对自然水资源的需求，具有环保的优势。

冷凝器的工作原理如下：蒸汽在进入冷凝器后，首先与冷却介质（通常为冷水或冷却塔冷却水）进行热量传递，蒸汽的温度逐渐降低。

热量传递的方式通常是通过冷凝器内外表面的热传导，也可以通过喷淋装置将冷却介质喷洒到冷凝器内部，使蒸汽与冷却介质之间充分接触。

冷凝器内部通常有大量的管道，用于增加热交换面积，提高热传导效率。

此外，冷凝器内部还设置有冷凝器表面使水蒸气通过冷凝器内部的管道流动时不会形成干度过高，影响热量传递的阻塞物。

冷却介质在与蒸汽进行热量交换后，会被加热，形成热水或蒸气。

这些热水或蒸气可以再次利用，例如用于供暖或发电。

最后，蒸汽在冷凝器内部的热量传递过程中，逐渐冷凝成水。

蒸汽动力原理
蒸汽动力作为常见的动力源，其原理基于蒸汽的压力能转化为机械能的过程。

蒸汽动力的实现过程主要包括以下几个步骤：蒸汽的产生、蒸汽的输送与控制、蒸汽的利用以及排放废气。

首先，在蒸汽动力系统中，燃料被燃烧产生高温烟气，通过热交换器与水进行热交换，使水转变为蒸汽。

蒸汽的产生过程类似于锅炉的工作原理，水在高温下受热并转化为蒸汽。

其次，蒸汽通过管道输送至发动机或其他设备，需要进行控制和调节。

为了确保蒸汽能够有效地传递能量，管道内的压力和温度必须维持在合适的范围内。

常见的控制方式包括阀门和调节器等。

接下来，蒸汽被有效地利用以产生机械能。

在蒸汽动力系统中，常见的利用方式是通过蒸汽驱动活塞或涡轮机进行能量转换。

活塞的往复运动或涡轮机的旋转均能将蒸汽能量转化为机械能，驱动设备进行工作。

最后，蒸汽在释放完能量后，将成为废气排放到大气中。

废气中可能含有未完全燃烧的燃料残余或污染物，因此需要进行处理和排放管控，以减少对环境的影响。

蒸汽动力作为一种常用的动力来源，广泛应用于各个领域，如发电、工业生产以及运输等。

通过充分利用蒸汽的能量，实现能源的高效利用和环保可持续发展。

第十章蒸汽动力装置循环1、干饱和蒸汽朗肯循环（图10-1 中循环 6-7-3-4-5-6）与同样初压力下的过热蒸汽朗肯循环（图10-1 中循环1-2-3-4-5-6-1）相比较，前者更接近卡诺循环，但热效率却比后者低，如何解释此结果？答：循环6-7-3-4-5-6局限于饱和区，吸热温度受到水的临界温度的制约，其平均吸热温度较低，故其热效率较循环低。

2、本世纪二三十年代，金属材料的耐热性仅达400℃，为使蒸汽初压提高，用再热循环很有必要。

其后，耐热合金材料有进展，加之其他一些原因，在很长一段时期内不再设计制造按再热循环工作的设备。

但近年来随着初压提高再热循环再次受到注意。

请分析其原因。

答：朗肯循环中提高新蒸汽压力和温度都可以提高循环的热效率，在本世纪二三十年代，材料的耐热性较差，通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率比较困难，因此采用再热循环来提高蒸汽初压。

随着耐热材料的研究通过提高蒸汽的温度而提高热机的效率就可以满足工业要求。

因此很长一段时期不再设计制造再热循环工作设备。

近年来使用的蒸汽初压大大提高，由于初压的提高使得乏气干度迅速降低，引起气轮机内部效率降低，另外还会侵蚀汽轮机叶片缩短汽轮机寿命，所以乏气干度不宜太低，必须提高乏气干度，就要使用再热循环。

3、图10-13 所示回热系统中采用的是混合式回热器，靠蒸气与水的混合达到换热的目的。

另有一种表面式换热器，如图10-26 所示，蒸汽在管外冷凝，将凝结热量传给管内的水，这种布置可减少系统中高压水泵的数量。

试分析这种系统在热力学分析上与混合式系统有否不同？图10-26答：回热循环的计算最重要的是计算抽气量：对于混合式回热加热器：其热平衡方程为：()()()1'1'100041h h h h -=--αα 可得：404011'h h h h --=α对于表面式换热器：热平衡方程为：假设在理想换热情况下，没有热损失。

()()1'1'10'0'4'0'11h h h h αααα+-=+- 可得：4040'11'h h h h --=α所以在理想情况下，这两种回热器没有差别。

蒸汽动力循环装置提高效率的方法1. 使用多级蒸汽动力循环装置：通过增加多个蒸汽轮机和各个级别的回热器，可以充分利用热能，提高装置的效率。

每个级别都利用已经冷却的蒸汽，使其再次加热，并选择不同的压力点以充分利用能量。

2. 使用高效的燃烧系统：采用高效的燃烧系统，如流体化床燃烧器或气化燃烧器，可以更充分地燃烧燃料，并减少烟气中的污染物生成。

这不仅可以提高燃料利用效率，还可以减少对环境的负面影响。

3. 优化锅炉和回热器设计：通过优化锅炉和回热器的设计，增加燃料燃烧的热能传递，从而提高装置的热效率。

增加燃料燃烧的燃烧时间和温度，减少烟气温度和烟气中的热量损失。

4. 使用高效的蒸汽涡轮机：选择高效的蒸汽涡轮机，可以减少能量损失，提高装置的效率。

采用多级蒸汽涡轮机和温度叶片等先进技术，可以更好地利用蒸汽的能量。

5. 采用热能储存系统：通过采用热能储存系统，可以在低耗电负荷时存储部分热能，然后在高耗电负荷时释放。

这种方式可以平衡装置的能量供应，提高效率。

6. 优化循环过程：通过优化蒸汽动力循环装置的操作参数，如水蒸气的压力和温度，可以提高装置的性能。

选择合适的循环压力，以在蒸汽生成和排气过程中最大限度地提高效率。

7. 进行余热回收：通过在涡轮蒸汽排气过程中回收余热，可以充分利用热能，减少能量损失。

采用热交换器将排气蒸汽中的热量传递给进料水，从而提高装置的热效率。

8. 使用高效的冷凝器：选择高效的冷凝器，可以将涡轮蒸汽排气中的热量更充分地释放出来，并转化为有用的能源。

通过减少蒸汽在冷凝器中的压力损失，可以提高装置的效率。

9. 优化冷却水系统：通过优化蒸汽动力循环装置的冷却水系统，可以提高冷凝的效率。

使用高效的冷却塔或换热器，以便更好地冷却循环水，并减少冷却水的消耗。

10. 定期维护和清洁：定期进行设备维护和清洁，以确保蒸汽动力循环装置的正常运行。

清洁涡轮叶片和燃烧器，消除积碳和污垢，可以提高设备的性能和效率。

定期检查和更换老化的设备部件，也可以减少能量损失和系统故障。

火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准引言火力发电机组和蒸汽动力设备是电力工业中常见的装置，水汽作为其工作介质之一，在设备的正常运行中起着重要的作用。

为了保证设备的安全、稳定运行，制定合适的水汽质量标准是必要的。

本文将介绍火力发电机组和蒸汽动力设备的水汽质量标准及其重要性。

1. 水汽质量标准的定义水汽质量标准是对火力发电机组和蒸汽动力设备中使用水作为工作介质的质量要求的规定。

它涉及到水蒸气的化学性质、物理性质以及其他与设备正常运行相关的要求。

水汽质量标准的制定旨在保证设备的高效运行、延长设备的寿命，并减少设备故障和维修成本。

2. 火力发电机组和蒸汽动力设备中的水汽质量标准2.1 化学性质要求在火力发电机组和蒸汽动力设备中，水蒸气的化学性质对设备的正常运行起着重要的作用。

以下是化学性质方面的一些要求： - 总溶解固体量：水蒸气中所含的总溶解固体量应满足规定的标准，过高的总溶解固体量可能会引起设备的腐蚀和堵塞问题。

- PH值：水蒸气的PH值应在指定的范围内，过高或过低的PH值都可能导致腐蚀或堵塞的风险。

- 含氧量：水蒸气中的氧气含量应控制在合适的范围内，过高的氧气含量会引起设备腐蚀的风险。

2.2 物理性质要求除了化学性质外，火力发电机组和蒸汽动力设备中的水汽质量还需要满足一些物理性质方面的要求，以确保设备的正常运行： - 蒸汽温度：水蒸气的温度应在一定的范围内，过低或过高的蒸汽温度都可能影响设备的性能和安全。

- 蒸汽压力：水蒸气的压力应满足设备的要求，过高或过低的蒸汽压力会导致设备的故障或不稳定运行。

- 蒸汽流量：蒸汽流量也是设备运行过程中需要控制和监测的一个重要参数，合理的蒸汽流量有助于提高设备的效率和稳定性。

2.3 其他要求除了化学性质和物理性质方面的要求外，火力发电机组和蒸汽动力设备的水汽质量标准还可能包括其他相关要求，例如： - 性能指标：火力发电机组和蒸汽动力设备的水汽质量可能根据设备的性能指标来制定，例如设备的高效率要求或低排放要求。