蒸汽动力装置循环

第10章蒸汽动力装置循环一、选择题在蒸汽动力循环中，为达到提高循环热效率的目的，可采用回热技术来提高工质的（）[宁波大学2008研]A．循环最高温度B．循环最低温度C．平均吸热温度D．平均放热温度【答案】C【解析】在蒸汽动力循环中，采用回热技术可以提高工质的平均吸热温度，从而达到提高循环热效率的目的。

二、判断题1．回热循环的热效率比郎肯循环高，但比功比朗肯循环低。

（）[天津大学2004研] 【答案】对2．抽气回热循环由于提高了效率，所以单位质量的水蒸气做功能力增加。

（）[同济大学2006研]【答案】错【解析】抽气回热循环中部分未完全膨胀的蒸汽从汽轮机中抽出，去加热低温冷却水，这样就使得相同的工质情况下，抽气回热循环做功小于普通朗肯循环，因而单位质量的水蒸气做功能力降低。

3．实际蒸汽动力装置与燃气轮装置，采用回热后平均吸热温度与热效率均提高。

（）[湖南大学2007研]【答案】对【解析】对实际的蒸汽的动力装置于燃气轮机装置来说，采用回热后，平均吸热温度升高，于是热效率也得到提高。

三、简答题1．朗肯循环采用回热的基本原理是什么？[天津大学2004研]解：基本原理是提高卡诺循环的平均吸热温度来提高热效率。

2．画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的T-s图，用各点的状态参数写出：（1）朗肯循环的吸热量、放热量、汽轮机所做的功及循环热效率。

（2）制冷循环的制冷量、压缩机耗功及制冷系数。

[西安交通大学2004研]解：画出朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环的T-s图如图10-1所示。

郎肯循环蒸汽压缩制冷循环图10-1（1）参考T-s图，可以得到：朗肯循环的吸热过程为4→1的定压加热过程，吸热量：；郎肯循环的放热过程为2→3的过程，在冷凝器中进行，放热量：；汽轮机中，做功过程为绝热膨胀过程1→2，做工量：；在水泵中被绝热压缩，接受功量为，相对于汽轮机做功来说很小，故有热效率：（2）参考上面的T-s图，可以得到：蒸汽压缩制冷循环的吸热量为：；压缩机耗功为：；制冷系数为：。

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。

第十章 蒸汽动力循环蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。

工质 ：水蒸汽。

用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。

本章重点：1、蒸汽动力装置的基本循环朗肯循环匀速回热循环2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。

二、为什么不能采用卡诺循环若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。

1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2-C 定温放热（冷凝汽）可以实现 5-1 定温加热（锅炉）C-5 绝热压缩（压缩机） 难以实现原因：2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且3点的湿蒸汽比容比水大的多'23νν>'232000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大p v减少，同时对压缩机不利。

2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。

3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。

10-2 朗肯循环过程：从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。

1-2 绝热膨胀过程，对外作功2-3 定温（定压）冷凝过程（放热过程）3-4 绝热压缩过程，消耗外界功4-1 定压吸热过程，（三个状态）4-1过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。

蒸汽动力循环的四个主要过程
蒸汽动力循环的四个主要过程是：
1. 压缩：在蒸汽动力循环中，蒸汽从锅炉中产生并进入蒸汽轮机。

在进入蒸汽轮机之前，蒸汽需要被压缩以增加其热能密度。

压缩过程通常通过蒸汽压缩机完成，其中蒸汽被压缩到较高的压力。

2. 膨胀：压缩后的蒸汽进入蒸汽轮机进行膨胀。

在膨胀过程中，蒸汽的热能被转化为机械能，驱动蒸汽轮机旋转并做功。

通过连接到轮轴上的发电机，膨胀过程中产生的机械能可以转化为电能。

3. 冷凝：在膨胀过程结束后，蒸汽处于低压状态。

为了进一步提高热效率，蒸汽需要在冷凝器中冷凝成水，释放出余热。

在冷凝过程中，蒸汽失去热能并变成液态。

这些液态水可以被重新加热并再次进入蒸汽轮机，形成循环。

4. 加热：冷凝后的水被泵送到锅炉中，在那里它被加热至高温。

在锅炉中，水接触到燃烧的燃料，经过吸热反应转化为蒸汽。

加热过程使蒸汽再次进入压缩过程，形成循环。

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。