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第十章 蒸汽动力循环装置

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工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案
过热区、过冷区加热是高压。
缺点在过冷区，高压加热，减少平均温差对热效率是不利的，但对简化设备有 很
大的好处。
1、压缩比容为Q'的水较压缩比容Vc的水汽混合物容易得多， 简化设备用泵代替 压缩机。
2、采用过热蒸汽对增加了平均吸热温度膨胀终了时乏气的干度增加，这些都是有
禾U
的。
二、朗肯循环热效率
用T-S图分析，设工质是 则1kg工质定压过程总的吸热量 则1kg工质定压过程总的吸热量 故循环有效吸热量
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。
水大的多32320002需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大
减少，同时对压缩机不利。
从锅炉过热电机发电，作了功的低压乏汽排入 结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D进行预热，
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 过程一朗诺循环。
朗肯循环与卡诺循环
乏汽凝结是完全的，不是只与C点而一直进行到（3）点，全部液化。 汽轮机采用过热整齐（不是饱和蒸汽）。
第十章
蒸汽动力循环
是实现热能7机械能的动力装置之一。
:水蒸汽。
:电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。
匀速
朗肯循环二回热循环
2、蒸汽动力装置循环热效率分析
T的计算公式
T的影响因素分析
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

沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-蒸汽动力装置循环(圣才出品)

沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-蒸汽动力装置循环(圣才出品)

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10章-蒸汽动力装置循环

第10章-蒸汽动力装置循环
13
三、提高朗肯循环的热效率途径
T
5
1
6
h1 h2 t h1 h3
4
3
2
影响热效率 的参数？
s
p 1, t1, p 2
14
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 优点：
5'
5
1' 1 6'
6
T1 • v2'
•
t
，汽轮机
4'
4 3
2' 2
s
出口尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽轮 机安全。一般要求 出口干度大于0.85~ 0.88
s
9
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
h1 h2 t h1 h3
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
h
1
4 3
3600 d wnet
2
蒸汽动力装置输出1kw〃h （3600kJ）功量所消耗的蒸汽 量，定义为汽耗率，用d表示。
s
10
朗肯循环与卡诺循环比较
15
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
•
1'
1 6
•
安全。 缺点： • 对耐热及强度要 求高，目前最高 初温一般在550℃ 左右 • v 汽机出口 2' 尺寸大
T1 x2'
t
，有利于汽机
16
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
热一律
ha 1 h4 1 h5

工程热力学课件10蒸汽动力循环

工程热力学课件10蒸汽动力循环

`
作业
第4版：P345 习题10-2
二、回热循环
从汽轮机中某个部位抽取经过 适当膨胀后的蒸汽，其温度总高于 凝结水的温度，用来预热锅炉给水， 使得水的加热过程从较高温度开始， 使平均加热温度增高，而平均放热 温度不变，从而提高循环热效率。
0’-1—1kg水蒸气的定压吸热过程， 1-a—1kg水蒸气的绝热膨胀过程； a-b—从汽轮机中抽出的αkg蒸汽回热器中定压回热过程； a-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸气的绝热膨胀过程， 2-3—(1－α)kg乏汽的定压放热过程， 3-0—(1－α)kg水的绝热加压过程， 0-b—(1－α)kg水在回热器中的定压预热过程； b-0’—回热后重新汇合后的1kg水的绝热加压过程。
第一节
水蒸汽作为工质的卡诺循环
1.汽水混合物压缩过程c-5难以实现。
2.循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度（647.3K），
效率不高。
3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。
第二节
基本蒸汽动力装置的理想循环——朗肯循环
一、朗肯循环及其工作过程
简单蒸汽动力装置 的主要热力设备：蒸汽 锅炉、汽轮机、冷凝器 和给水泵。
工作过程：当蒸汽在汽轮机的高 压汽缸中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 送至再热器重新加热，使蒸汽的温度 再次达到较高的温度，然后送回汽轮 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 采用再热措施的理想循环称为再热 循环。
蒸汽再热循环的热效率
再热循环本身不一 定提高循环热效率 与再热压力有关 x2 ,给提高初压创 造了条件，选取再 热压力合适，一般 采用一次再热可使 热效率提高2％～ 3.5％。
四、 汽耗率
汽耗率也是衡量蒸汽动力装置工作好坏的重要 经济指标之一。汽耗率ｄ表示每产生1千瓦小时的功 (等于3600kJ）需要消耗多少kg的蒸汽。 １kg蒸汽在一个循环中所作的功为

10 第10章 蒸汽动力循环

10 第10章 蒸汽动力循环

4
1
凝汽器
给水泵 12 汽轮机 s 膨胀 3 2
v 23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热
34 给水泵 s 压缩
朗肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 34 给水泵 s 压缩
T h
23 凝汽器 p 放热 41 锅炉 p 吸热 1
1 4
3 2
4 3
2
s
s
水蒸气的定压过程
四、有摩阻的实际工作循环
非理想因素：
T
5
4 3 2
1
蒸汽管道摩擦降 压，散热 汽机不可逆
2act
给水泵不可逆
s
1、汽轮机的相对内效率
T
wT,act wT h1 h2,act h1 h2s
T
1
h2,act h1 T (h1 h2s )
x2,act h2,act h2' h2" h2'
提高初温 提高初压 降低背压
例题1：朗肯循环中离开锅炉进入蒸汽轮机的蒸气是4 MPa 、 400 ℃，冷凝器内压力为 10 kPa。试确定循环热效率 。
分析：为确定热效率， 需计算水泵耗功、汽 轮机作功（放热量） 和锅炉内蒸汽吸热量。
解： 蒸汽轮机 控制体积: 蒸汽轮机。 进口状态1点: p1、T1已知；查水蒸气热力性质表或图，确定 1点状态参数：
wP h4 h3 ( p4 p3 )v2 ( p1 p2 )v2 (17 106 Pa 5 103 Pa) 0.001 005 3 m3 /kg 17.06 kJ/kg
h4 h3 wP h2 wP 137.72 kJ/kg 17.06 kJ/kg 154.78 kJ/kg

10蒸汽动力装置循环

10蒸汽动力装置循环

图11-4汽轮机高压缸
图11-6汽轮机低压缸
蒸汽电厂示意图
动力循环研究目的和分类
动力循环：以获得功为目的
——工质连续不断地将从高温热源取得的热 量的一部分转换成对外的净功
——正向循环
实际循环与卡诺循环
卡诺热机只有理论意义，最高理想 实际上 T s 很难实现 内燃机 t1=2000oC，t2=300oC tC =74.7% 实际t =30~40% 火力发电 t1=600oC，t2=25oC
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展， 促使资本主义诞生。 2）目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。
4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
图11-1电厂鸟览图 图11-3汽轮机车间等图 图11-5汽轮机中压缸 图11-2锅炉
h2 1 T h1 h2
（h1–h2—理想绝热焓降—ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）
T 5 4
4' 3 3'
优点：
•
T2
t
1 6
2
2'
s
缺点： •受环境温度限制， 现在大型机组p2为 0.0035~0.005MPa， 相应的饱和温度约为 27~ 33℃ ，已接近事 实上可能达到的最低 限度。冬天热效率高
五、有摩阻的实际朗肯循环 1.T-s图及h-s图
q1 h1 h3 不变 忽略水泵功： q2 h2act h2'
t
2.不可逆性衡量 a）汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）

工程热力学-第十章-蒸汽动力装置循环.讲课教案

工程热力学-第十章-蒸汽动力装置循环.讲课教案

■汽轮机的相对内部效率 T 实际作功与理论作功之比，
T
h1 h2act h1 h2
一般为0.85～0.92。
■耗汽率(steam rate)
输出单位功量的耗汽量称为耗汽率，单位为 k g / J
工程上常用 kg/(kWh) 。
●理想耗汽率：d 0 D /P 0 1 /w T 1 /( h 1 h 2 ) ●实际耗汽率：d i D /P i 1 /w T ,a c t 1 /( h 1 h 2 a c t)
（2）吸热量不变，热效率： iw net,act/q10.3972
实际耗汽率：d i 1 /( h 1 h 2 a c t) 7 .5 9 7 1 0 7 k g /J
（3）作功能力损失
查水和水蒸汽图表，得到：
新蒸汽状态点1：s16.442kJ/(kgK )，h13426kJ/kg
乏汽状态点
胀到状态2，然后进入冷凝器，定压放热变为饱和水2
再经水泵绝热压缩变为过冷水4，也进入回热器。
在回热器中， kg的水蒸汽 0 1 和（1 ）kg的过
冷水4混合，变为1kg的饱和水 0 1 。然后经水泵绝热压
缩进入锅炉，定压吸热变为过热蒸汽，开始新的循
环。
2、回热循环分析
■抽汽量
能量方程（吸热量=放热量）：
说明：质量不同，因此不能直接从T-s图上判断热量的 变化。
●热效率（提高）：
t wnet / q1
锅炉给水的起始加热
温度由 2 提高到 0 1 ，平均
吸热温度提高，平均放热 温度不变，热效率提高。
吸热量：
q 1 h 1 h 4 h 1 ( h 3 w p ) h 1 ( h 2 w p ) 3 2 7 1 . 2 2 k J / k g

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环作业

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环作业

第10章 动力循环例1：某朗肯循环的蒸汽参数取为1t =550C 0，1p =30bar ，2p =0.05bar 。

试计算1) 水泵所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。

解：根据蒸汽表或图查得1、2、3、4各状态点的焓、熵值：1h =3568.6KJ/kg 1s =7.3752kJ/kgK2h =2236kJ/kg 2s =7.3752kJ/kgK 3h =137.8kJ /kg 3s =0.4762kJ/kgK4h =140.9kJ/kg则 1) 水泵所消耗的功量为34h h w p -==140.9-137.78=3.1kJ/kg2) 汽轮机作功量21h h w t -==3568.6-2236=1332.6kJ/kg3) 汽轮机出口蒸汽干度2p =0.05bar 时的'2s =0.4762kJ/kgK "2s =8.3952kJ/kgK.则 =--='2"2'22s s s s x 0.87 或查h-s 图可得 x =0.87. 4) 循环净功p T w w w -=0=1332.6-3.1=1329.5kJ/kg 5) 循环热效率411h h q -= =3568.6-140.9=3427.7KJ/kg故 1q w T =η =0.39=39%例2：在一理想再热循环中，蒸汽在68.67bar 、400℃下进入高压汽轮机，在膨胀至9.81bar 后，将此蒸汽定压下再热至400℃，然后此蒸汽在在状态点3的压力p3=68.67bar，温度t3=400℃。

从水蒸汽表查得h3=3157.26kJ/kg·K，s3=6.455kJ/kg·K，v3=0.04084m3/kg。

从点3等熵膨胀至43，p4=9.81bar，从h-s图查得h4s=2713.05kJ/kg。

在点5的压力p5=9.81bar，温度t s=400℃，从水蒸汽表查得h5=3263.61kJ/kg, v5=0.3126m3/kg。

10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环

10工程热力学第十章 水蒸气及蒸汽动力循环

10-3 水蒸气的热力过程 目的—确定过程的能量转换关系 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 分析水蒸气热力过程的目的 确定过程的能量转换关系, 包括w 以及 以及u和 等 因此,需确定状态参数的变化. 包括 ,q以及 和Δh等.因此,需确定状态参数的变化. 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律: 确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一,二定律:
图和T-s图 三,水蒸气的p-v图和 图 水蒸气的 图和
分析水蒸气的相变图线可见,上,下界线表明了水汽化的始末界线, 分析水蒸气的相变图线可见, 下界线表明了水汽化的始末界线, 二者统称饱和曲线, 图分为三个区域,即液态区( 二者统称饱和曲线,它把p-v和T-s图分为三个区域,即液态区(下 界线左侧) 湿蒸汽区(饱和曲线内) 汽态区(上界线右侧) 此外, 界线左侧),湿蒸汽区(饱和曲线内),汽态区(上界线右侧).此外, 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久" 习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为"永久"气体与液体 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点) 的分界线.所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点), 二线(上界线,下界线) 三区(液态区,湿蒸汽区,气态区) 二线(上界线,下界线),三区(液态区,湿蒸汽区,气态区)和五态 未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, (未饱和水状态,饱和水状态,湿饱和蒸汽状态,干饱和蒸汽状态, 过热蒸汽状态) 过热蒸汽状态)
q = h h ′′
显然, 的水加热变为过热水蒸气所需的热量, 显然,将0.01℃的水加热变为过热水蒸气所需的热量,等于液 的水加热变为过热水蒸气所需的热量 体热,汽化潜热与过热热量三者之和. 体热,汽化潜热与过热热量三者之和.而且整个水蒸气定压发生过 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算 用水和水蒸气的焓值变化来计算. 程及各个阶段中的加热量,均可用水和水蒸气的焓值变化来计算.

工程热力学思考题答案

工程热力学思考题答案

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1-2-3-4-5-6-1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。

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

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p v大大减少，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。

10蒸汽动力循环装置讲解

10蒸汽动力循环装置讲解
p-v 和 T-s图
p
4 5 6 1 4 3 2 3 2 S
T
5 6
1
0
v
0
10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环
朗肯循环功、热及热效率的计算
汽轮机作功：
ws ,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量：
h
1
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
4 3
2 s
ws ,34 h4 h3

汽轮机出口
尺寸大。
（ 3） 背 压 p2
t1 , p1不变，p2
T 5 4 1 6 2 2' s
优点：
T2 , t
缺点： （1）受环境温度限制， 现在大型机组 p2 为 0.0035~0.005 MPa，相 应的饱和温度约为27~ 33℃ ，已接近事实上可 能达到的最低限度。 （2）冬天热效率高。
（2）中间再热压力
目的：分析再热压力过高或过低对循环的影响。
a） 中间最佳压力应能够同时提高排汽干度和循环热效率。 b）根据已有的设计和运行经验，pm一般为初压p1的20%— 30%。 通常一次再热可使热效率提高 2%—3.5%。 目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数一般小于2级。 a）初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环； b) 初压在13Mpa—临界压力以下时，采用一级再热； c) 超临界参数时，采用两级再热。
第十章 蒸汽动力循环装置
本章重点
1、熟悉朗肯循环图示与计算
2、朗肯循环与卡诺循环
3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理及计算
本章基本要求
熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电
循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。

第10章-蒸汽动力循环装置优秀课件

第10章-蒸汽动力循环装置优秀课件
四有摩阻的实际循环吸热量放热量汽轮机作功水泵耗功1??14qhh??2??23qhh??12twhh????43p??whh??循环净功循环净功1224t4??循环热效率0??1twq??0?1?2?t?p?wqqww????3s2?汽轮机的相对内效率水泵的相对内效率t?oitww??ppp?ww??17hplp一蒸汽再热循环一蒸汽再热循环boilerreheaterlowpturbinehighpturbineqinwturbout蒸汽再热循环系统示意图102再热循环5893pumpcondenserqout蒸汽再热循环系统示意图蒸汽再热循环系统示意图wpumpin165t16hh6h1hh5p1prht1蒸汽再热循环的ts图和hs图二蒸汽再热循环在二蒸汽再热循环在ttss图和图和hhss图中表示图中表示4322s522h2h2p2x2x9x1s压力提高压力提高效率提高效率提高干度下降干度下降升温受限升温受限再热目的是提高乏汽干度再热目的是提高乏汽干度有自己的优缺点
2
(11)(h02' h2')
h02 h2'
10-4 热电合供循环
背
1
压
Generator
式
Boiler
Turbine
汽
qin
轮
机
2
Electricity
热
Heat exchanger
电
4
联
Pump
qout User
产
循
3
环
抽
汽
Turbine
Generator
调
节
qin Boiler
式
热
Regulator valve
力Mpa ～ ～
3.0
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热效率:
b
c
2
0
图10-9 再热循环的T-s图
s
四、再热压力对循环热效率大小的影响
T
1
T1
1
1
T 1'
5
T1
T 1"
4
6
T2
3 2 2'
2
s
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1 p1<10MPa，一般不采用再热 10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热
目录
第十章 10-1 10-2 10-3
蒸汽动力循环装置
简单蒸汽动力装置循环(朗肯循环) 再热循环 回热循环
10-4* 热电合供循环
10-5* 几种与蒸汽有关的动力循环
•
教学目标：掌握蒸汽动力循环及其计算方法。
•
知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循
环；热电循环；蒸汽—燃气联合循环。
发 电 机
T
2
q2
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
实际的蒸汽动力循环都是以 朗肯循环为基础的。
1
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
q1
锅 炉
B
T
汽 轮 机
2
发 电 机
q2
凝汽器 给水泵
4 C
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝 3—4：给水泵中绝热压缩
10-3
回热循环
对于一级抽汽回热循环，每千克状态
为1的新蒸汽绝热膨胀到状态01（p01,t01），
即从汽轮机中抽出α1kg，将之引入回热器。 剩下的（1-α1）kg蒸汽在汽轮机内继续膨胀 到2，然后进入冷凝器，被冷却凝结成冷却 水2’,再经给水泵加压到p01进入回热器。在 其中被α1kg的抽汽加热成饱和水，并与α1kg 的蒸汽凝结的水汇成1kg状态为的饱和水。
3
s
0.36 0
3
6
9
12
15 18
21
图10-4 初压p1对ηt的影响
p1
3、背压p2对热效率的影响
优点：
•
T2
t
T
5
3
3a
1
6
2 2a
局限：
•受环境温度限制，现在大型机组p2为 0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度t2约为 27~ 33℃ ，已接近事实上可能达到的最低 限度。冬天环境温度较低，可以达到较低 的凝结温度， p2↓，热效率较高。 •此外，降低p2若不提高t1，亦会引起乏汽 干度x2a降低，其后果与单独提高p1类似。

h1 h2,act h1 h2
汽轮机效率
现代大型汽轮机的ηT在0.85～0.92之间。 则循环内部热效率ηi为
i
wnet ,act q1

h1 h 2act h1 h 2'

T (h1 h 2 )
h1 h 2'
Tt
耗汽率：装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量。
理想耗汽率：
一般很小，占1～2%，
w (h1 h2 ) (h4 h3 ) 循环的热效率为 t q1 (h1 h4 )
略去水泵消耗比轴功，
h3 h4
h1 h2 t h1 h3
因为
h3=h2’
新蒸汽焓
蒸汽动力装置的热效率为
h1 h2 t h1 h2
乏汽焓 凝结水焓 （10-1）
朗肯循环在h-s图上的表示
h
1
2
4
3
s
例10-1 某远洋船的汽轮机按朗肯循环用过热蒸汽工作，蒸汽的 初始参数为： p1=5Mpa，t1=440℃，冷凝器中的蒸汽压力 p2=0.005Mpa，试求循环热效率。 解 根据p1=5Mpa，t=440℃，由水蒸气h-s图中找到点1， 查得h1=3293.2kJ/kg。 h2=2069.2kJ/kg
1、初温T1对热效率的影响。 优点：
39 38 37 36 35 0 300 350 400 450 500 550 初温 t℃
•循环吸热温度 T1 ， t • x 2’ ，有利于汽机安全。 缺点： • 对耐热及强度要求高，目前最高初
T
T1’ T1
1
1
T1 T1
4 5
2
温一般在550℃-620 ℃，正朝700 ℃
一般忽略水泵的耗功，认为 h4 抽汽量: 循环热效率:
h01'
回热器
(1 )h4
h2'
，并有：
1
t , R
h0'1 h2' h01 h2'
8 3(2’)
7
2 s
故循环有效吸热量为:
q0=q1-q2=（h1-h4）-（h2-h3） 1kg工质在汽轮机中绝热过程所作的功: 1kg工质在水泵中中绝热过程消耗的功:
o
wT h1 h2
wP h4 h3
故循环净功为: 则
w0 (h1 h2 ) (h3 h4 )
w0 q0
f o T e
p1
5
6
p2 8 7 v 5 8
6
装置中不采用卡诺循环，但卡诺循环在理
论上仍具有很大的意义。
o
7
s
图10-1 水蒸气的卡诺循环
为什么不能采用卡诺循环？
6-7 7-8 5-6 8-5 绝热膨胀（汽轮机） 定温放热（冷凝器） 定温加热（锅炉） 绝热压缩（压缩机） 可以实现 难以实现
卡诺循环
(由p2、定s确定，此时具有一定的湿度)
h
1
p1
t1
p2 X=1
p2=0.005Mpa查饱和水蒸气表得 h2′=137.77 kJ/kg
2
h1 h2 3293 .2 2069 .2 t 0.3879 3293 .2 137.77 h1 h2
s
ηt% 40
四、蒸汽参数对热效率的影响
动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，促使资本 主义诞生。 • • • 2）目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝大部 分来自蒸汽动力。 3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
11-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
p
一.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。动力循环以蒸汽为工质时，原则上 可采用如上图中 6-7-8-5-6 所示的卡诺循 环。但实际上存在种种困难和不利因素， 过程 8-t2
2
2 act
h2
2
2 act
O 9
8 7
s
O
s
（11-2）
图10-6 汽轮机中的不可逆过程
汽轮机实际所做的技术功：
wT ,act h1 h2act
少作的功等于在冷凝器中多排出的热量h2act-h2。
用汽轮机的相对内效率来衡量做功损失：
T
wT ,act wT
D 1 d0 P0 h1 h2
D为蒸汽耗量。
内部功 耗汽率:
di
T
d0
汽轮机的相对内效率
有效功 耗汽率:
de
T m
d0
机械效率
T
１
4
4
3
2 2
s
•
实际上，若考虑水泵等熵压缩的耗功和不可逆的压缩， 循环的T－s图应该如上图所示。
五、实际循环的计算
已知 p 1,t 1, p 2,oi ,c , oi 求
超临界机组， t1>600℃，p1>25MPa，二次再热
h h6 1
p1
pRH 6 t1
h1
h5
5
p2 h2 h2‘
2’ x2 s 2 x9 x=1
10-3
回热循环
1
回热循环利用蒸汽回热消除朗肯循
环中水在较低温度下吸热的不利影响,
提高热效率。 现代的大型蒸汽动力装置无一例外的采
q1
S 6 B
攻关; •
3
2
s
汽机出口尺寸大
图10-3 初温t1对ηt的影响
v2’
p1 T 1 2、初压p 对热效率的影响
1 T T1 1` 1
t
v2’
x 2’
ηT
0.48 550℃
4'
T1 T1
500℃ 0.44 400℃
4 5
2'
350℃
2
0.40
提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。因为提高初温能提高乏汽 的干度,所以提高初压和提高初温应同步进行。
水和水蒸汽只能自外热源吸热，蒸汽循环中必须配备产生蒸汽的 锅炉。 而以空气作为工质时，燃料可在其中燃烧，燃烧产物也为工 质。这样就可以使燃烧和功热转换过程在同一个设备中进行，不需要 其它额外的设备。
蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant) ：
• 1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期蒸汽
T
用抽汽回热循环：从汽轮机适当位置抽
出少量尚未完全膨胀，压力、温度相对 较高的蒸汽，加热低温凝结水。
0
1
2
q2 C
0’
P2
1
R 4
’ P1 3 (2 )
理论上说，抽汽级数越多，效率提高越
多，随着初参数的提高，抽汽级数从2、 3级到7、8级，参数越高、容量越大的
图10-8 抽气回热循环流程图
机组，回热级数越多。