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第七章-蒸汽动力循环资料

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9.第七章 蒸汽动力循环和制冷循环

9.第七章 蒸汽动力循环和制冷循环

水 泵
冷 凝 器
3
朗肯（Rankine）被后人誉为那个时代 的天才，他的初等教育基本是在父亲及 家庭教师的指导下完成的。进入爱丁堡 大学学习2 年后，他离校去做一名土木 工程师。1840 年后，他转而研究数学 物理，1848 ～1855 年间，他用大量精 力研究理论物理、热力学和应用力学。 1855 年后，Rankine 在格拉斯哥大学 担任土木工程和力学系主任。1853 年 当选为英国皇家学会会员。他一生论著 颇丰，共发表学术论文154 篇，并编写 了大量的教科书及手册，其中一些直到 现今还在作为标准教科书使用。 朗肯在热力学、流体力学 及土力学等 领域均有杰出的贡献。他建立的土压力 理论，至今仍在广泛应用。朗肯计算出 一个热力学循环(后称为朗肯循环)的热 效率，被作为是蒸汽动力发电厂性能的 对比标准。
锅炉
Condensor 冷凝器 2 – 3 表示乏汽在冷凝 器中的等温等压冷凝 过程，放出的热量。
水泵
汽轮机
冷凝器
Q2 H H 3 H 2 kJ / kg
能量分析
Pump 水泵
H Q Ws
锅炉
3 – 4 表示冷凝水通过 水泵由P3升压至P4的可逆 绝热压缩过程，需要消耗 的轴功
1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
实际Rankine循环
实际上，工质在汽轮机和水泵 中不可能是完全可逆的，即不 可能作等熵膨胀或等熵压缩。 T 2 2’ 4 4’ 这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
4’
1 4
3
S
2 2’
等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做 功量之比。

工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环

工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环

第四节 回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图 分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原 因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程 的预热热量降低，提出了回热循环。 回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全 膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热 加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽 器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水， 达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来 的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的 热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章 蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循 环、热电循环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径
第一节 朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排 汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机 排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用 再热循环要增加电厂的投资，故我国规定 单机容量在125MW及以上的机组才采用此循 环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化

07第七章 蒸汽动力循环

07第七章 蒸汽动力循环


在图7-17中， wT表示为线段b
在图7-15中，wT表示为面积41254
• 作功后的乏汽在凝结放热过程（过程2 → 3）。从蒸汽 轮机作功后的乏汽迚入到凝汽器凝结放热，放出的凝 结热被冷却水带走。 • 每千克乏汽所放出的热量为：

在图7-16中， q2表示为面积63276

在图7-17中，q2表示为线段c
• 大型凝汽式机组湿度为9-10%，调节抽气式机 组湿度为14%-18%。蒸汽的初温和初压一般都 是同时提高的，这样既可避免单独提高初压带 来的乏汽湿度增大的问题，又可使循环热效率 的增长更为显著。提高蒸汽的初温和初压一直 是蒸汽动力装置的发展方向，现代大型蒸汽动 。 力装置蒸汽初温达550 C，初压超过15MPa。
• 改迚后的朗肯循环：
• 水泵压缩饱和水，降低压缩功耗，提高了压缩 效率和工作稳定性。
• 在蒸汽轮机中膨胀的是过热蒸汽，提高了循环 吸热温度和蒸汽膨胀作功能力，降低了叶片的 腐蚀，机组运行安全性增强。
7-6 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
1）新汽温度（初温T1）的影响
假定新汽和乏汽压力保持为 p1 和 p2 不变，将新汽的温 度从T1提高到T1’（图7-19）， 朗肯循环的平均吸热温度有 所提高T’m1>Tm1， 而平均放热温度未变，循环 的热效率也提高了同时可以 降低汽耗率和汽轮机乏汽湿 度，减少机组腐蚀。
2)新汽的压力（初压 p1 ）的影响
• 假定新汽温度和乏汽压力 保持为 T1 和 p1 不变，将 新汽压力由p1提高到p1 ’ （图7-20）。通常也能提 高朗肯循环的平均吸热温 度（T’m1 >Tm1），而平均 放热温度不变，因而可以 提高循环的热效率。
需要注意的是，如果单独提高初压会使膨胀终了时乏气的湿度增大（图7-20 y’2>y2）

蒸汽动力循环及制冷循环

蒸汽动力循环及制冷循环
特点： ① 冷凝器中冷却工质旳介质为热顾客旳介质（不一定是冷
却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用； ② 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,不小
于大气压力；
③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热顾客旳热量/输入旳总 热量。
QL
QH
（2） 抽气式汽轮机联合供电供热循环
J
P P 0 cp
这阐明了理想气体在 节流过程中温度不发 生变化
② 真实气 体
有三种可能旳情况，由定义式知
J
T P H
当μJ>0时，表达节流后压力下降，温度也下降
V T V 0
致冷
T P
当μJ=0时，表达节流后压力下降，温度不变化
V T V 0 不产生温度效应 T P
这就阐明了在相同条件下等熵膨胀系数不小于节 流膨胀系数,所以由等熵膨胀可取得比节流膨胀更加 好旳致冷效果.
(3) 积分等熵温度效应
等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起旳温度变化，
称之。
p2
Ts T2 T1 s dp
p1
计算积分等熵温度效应旳措施有4种：
① 利用积分等熵温度效应
Ts
p2
s dp
（1）工质进汽轮机状态不同
卡诺循环：湿蒸汽 郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（3）工质出冷凝器状态不同 卡诺循环：气液共存
（4）压缩过程不同 （5）工作介质吸热过程不同
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 视掉工作介质水旳摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
6.2 节流膨胀与作外功旳绝热膨胀
一. 节流膨胀过程

工程热力学(第7章--蒸汽动力循环)

工程热力学(第7章--蒸汽动力循环)

1
T2 T1
从理论上确定了通过热机循环 实现热能转变为机械能的条件 及给定温度范围内循环热效率 的最高极限值，并指出了提高 热机效率的方向和途径，为度 量实际热机循环的热力学完善
s 程度提供了标准。
对于任意复杂循环，可利用相 应的等效卡诺循环（即平均温 度法）来分析其热经济性。
3
任意循环ηt 的分析方法——平均温度法
1
p1
h
1 t1
T1
p2
4
T2 3
2
2 x=1
s
0
s
t
h1 h2 h1 h2
f
( p1,t1,
p2 )
1 T2 T1
t1
p1
p2
12
一、蒸汽初温对热效率的 影响：
设 初 压 p1＝const， 排 汽 压力p2＝const.
提高t1对ηt的影响：
（1）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变， 则朗肯循环的热效率得到提高； （2）排汽干度增加，即x2′>x2，这有利于改善汽轮机叶 片的工作条件。
受到的限制：排汽压力的降低主要受汽轮机排汽干度下降及环 境温度的限制。目前火电厂的排汽压力最低在0.004MPa左右
15
新课引入
p1
t
x2
为解决二者间的矛盾，可对循环方式 加以改进：采用再热循环。
7-3 再热循环
➢采用再热的目的：提高汽轮机排汽干度，为
初压的提高创造条件；同时提高循环热效率。
➢再热的概念：当蒸汽在汽轮机中膨胀作功而
0
则朗肯循环的热效率可近似地表示为： h
t
w12 q1
h1 h2 h1 h3
h1 h2 h1 h2'

第七章蒸汽动力循环-资料

第七章蒸汽动力循环-资料

（3）传热，水的温度远比燃气低，温差传热
水得到的ex
e x h 1 '' e x h 3 ( h 1 '' h 3 ) T 0 ( s 1 '' s 3 )排烟
传热

qf
1
T0 TB

B

(h1'' h3 ) T0 (s1'' s3 )
燃料 空气
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
吸热量： q1,RGh1h5h1ha' 放热量：
q2,R G1 h2h2 '
3
2
净功：wRG h1 ha
热效率：t,R Gh1hash 1 1 h a' h a1 h 2ha h2
热效率：
t,RHw qn s1et
(h1hb)(hah2) (h1h4)(hahb)
§7-4 蒸汽回热循环
蒸汽抽汽回热循环
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
3
2
1 1kg
a2
α kg
6
3
5
4
(1-α )kg
由于T-s图上各点质 量不同，面积不再 直接代表热和功
s 1kg
1
1
’
’
汽轮机的Ex分析
T 5
4’ 4
3
1’’1’ 1
2 2’ s
1
wnet’
绝热 2’
汽轮机的Ex分析
汽轮机最大可能作功
w n e t e x h 1 e x h 2 ' ( h 1 h 2 ') T 0 ( s 1 s 2 ')

《工程热力学》热力学第七章蒸汽动力循环steam power cycle


水蒸气动力循环系统
过热器 汽轮机 T
1.
5
锅
炉
发电机 4
2.
3
凝汽器
4
3
给水泵
1
6
2 s
第7 章
7-2 朗肯循环
P232~263
水蒸气动力循环系统的简化 简化（理想化）：
1 汽轮机 1→2 汽轮机 s 膨胀
锅
2→3 凝汽器 p 放热
炉
发电机 3→4 给水泵 s 压缩
4
2
4→1 锅炉 p 吸热
凝汽器
0.746
h′ = 151.47kJ / kg
h′′ = 2566.48kJ / kg
h2b = x2bh′′ + (1 − x2b )h′ = 2566.48× 0.746 + (1− 0.746) ×151.47 = 1953.0kJ / kg
汽耗率 热效率
d = 3600 = 3600 = 2.663kg / kW.h wnet 1352
第七章 蒸汽动力循环 Steam Power Cycles
第7 章
7-1 概述
P232~263
4 1
3
2
第7 章
基基本本内内容 容
7-1 概述
P232~263
简单朗肯循环 再热循环 抽汽回热循环
q1 (T1 ), q2 (T2 ),
wnet , d ,ηt
目的
掌握蒸汽动力循环热力学分析 方法，提高循环热效率。
(h1 − hb ) + (ha − h2 ) (h1 − h4 ) + (ha − hb )
第7 章
7-4 蒸汽再热循环
蒸汽再热循环图

07-蒸汽动力循环演示48


qin
Boiler
Reheater
High-P turbine
Low-P turbine
wturb,out
7 5
8
9
wpump,in
Ⅱ 降低乏气压力可以提高循环热效率，但乏气压力受环境温度限制。 目前火力发电厂一般在0.004MPa─0.006MPa的乏气压力下运行。 (28.95℃—36.17℃）
w0 q1 q2 wT wP
w0 q1
h9 h2 s
2 x2
9 x9
循环热效率 t
第三节
蒸汽的再热循环和回热循环
2. 蒸汽回热循环
1)回热循环系统示流程图和 T-s图 图 1)回热循环系统示流程图和T-s
1kg
3) 再热压力对循环热效率大小的影响
T
T1 1
1
1
1
wturb,out
0.43
2 2
0.42 0.41 0.40 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
2
s
初温
t℃
s3’ s3
s1
s
p2 kPa
目前火力发电厂一般在0.004MPa─0.006MPa的乏气压力下运行。 (28.95℃—36.17℃）
9-6
蒸汽参数对循环热效率的影响
9-7 蒸汽的再热循环和回热循环
s4 s3 0.4761kJ/(kg.K)
h4 142.87kJ/kg
T2
3
2
p2=5kPa=0.005MPa时
h 137.72kJ/kg ; s 0.4761kJ/(kg.K) h 2560.55kJ/kg ; s 8.3930kJ/(kg.K)

蒸汽动力循环的知识点总结

蒸汽动力循环的知识点总结总览：蒸汽动力循环是一种热力循环，其基本原理是通过燃烧燃料来产生热能，然后利用热能产生的高温高压蒸汽驱动蒸汽机或者涡轮机，最终将热能转化为机械能。

蒸汽动力循环一般包括以下几个基本组成部分：1. 锅炉：将水加热生成蒸汽的设备；2. 蒸汽机或者涡轮机：利用蒸汽动力产生机械功的设备；3. 冷凝器：将流过蒸汽机或者涡轮机的低温低压蒸汽冷凝成水的设备；4. 泵：将冷凝水经过加压再次送入锅炉的设备。

基本原理：蒸汽动力循环的基本原理是通过引入高温高压蒸汽来推动轮机转动，然后在轮机功率输出后将蒸汽冷凝成水再次送入锅炉加热，形成循环。

循环过程中，蒸汽在不同的温度和压力下进行相变，从而产生热能和机械能的转换。

整个循环过程符合热力学的一定规律，例如热力学第一定律和第二定律等。

循环的效率：蒸汽动力循环的效率通常用热效率和热功效率来衡量。

热效率是指工作流体产生的功率与输入的热量之比，可以用以下公式来表示：η = W/Q其中，η为热效率，W为物体产生的功率，Q为输入的热量。

热功效率是指工作流体产生的功率与燃料热值之比，可以用以下公式来表示：ηth = W/Qc其中，ηth为热功效率，Qc为燃料的热值。

优化蒸汽动力循环的效率是很重要的工程问题，需要考虑很多因素，包括锅炉和轮机的设计、流体性质和循环工艺等。

循环的组件：1. 锅炉：通过燃烧燃料来产生高温高压蒸汽的设备。

主要包括燃料供给系统、燃烧室、加热表面和管道等组件。

2. 蒸汽机或者涡轮机：利用蒸汽动力来产生机械功的设备。

主要包括转子、转子叶片、蒸汽进出口和机械传动系统等组件。

3. 冷凝器：将流过蒸汽机或者涡轮机的低温低压蒸汽冷凝成水的设备。

主要包括冷凝管道、冷却水系统和冷却塔等组件。

4. 泵：将冷凝水经过加压再次送入锅炉的设备。

主要包括旋片式泵、离心泵和柱塞泵等组件。

循环的性能评估：针对蒸汽动力循环的性能评估，主要包括循环的效率、热力学性能和经济性能等方面。

蒸汽动力循环


中参数 高参数 超高参数 亚临界参
数
3.5 9.0
13.5
16.5
435 535 550, 535 550, 535
6000～ 5~10万 12.5万,20 20万,30
25000
万 万,60万
§7-2 蒸汽再热循环(reheat)
T
5 4 3
1a 6b
2 s
1
再 热
4
b 2
a
3
蒸汽再热循环的热效率
5
a kg (1- )kg
4
为什么抽汽回热热效率提高？
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
3
2
kg工质100%利用 1- kg工质效率未变
t,RG t
s
蒸汽抽汽回热循环的特点
•优点 >缺点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面
T
5 4 3
1a 6b
2
• 再热循环本身不一 定提高循环热效率
• 与再热压力有关
• x2降低,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 s ％～3.5％。
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
• 我国常见机组，10、12.5、20、30万机 组，p1>13.5MPa，一次再热
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
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1
T4
WN
3
2
Ql越大， Q2越小，做的净功 WN就越大。
Ql受锅炉中金属材料的极限的 限制，约550~600oC。
Q2受为环境温度的限制。
a Sb
2020/6/4
用T-S图表示热和功
T-S图 ：温-熵图
T-S图的用处： (1)体系可逆地从状态A到状 态B,在T-S图上曲线AB下的 面积就等于体系在该过程中 的热效应，一目了然。
实际Rankine循环
1
实际上，工质在汽轮机和水泵
中不可能是完全可逆的，即不
4’
可能作等熵膨胀或等熵压缩。 T 4
2 2’
4 4’
3
这个不可逆性可用等熵效率ηs 来表示。
S 等熵效率ηs的定义：“对膨胀作功过程，不 可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做
功量之比。
2 2’
2020/6/4
实际Rankine循环
第七章 蒸汽动力循环
§7.1.1 Rankine(朗肯)循环 §7.1.2 Rankine循环的改进
2020/6/4
前言
循环：
体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重 新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。
蒸汽动力循环：
是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程， 其主要设备是各种热机。
产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂
等熵效率ηs H12' H1 H2'
S， 透 平
WS,透平,不 WS,透平,可
H1 H 2' H1 H2
T
4’ 4
S，泵
2020/6/4
前言
合成氨N2 3H2 400 C，300atm2NH3
•如何将1atm 300atm?
•需要压缩机，消耗动力。 电
•中国60年代，1500~1800度电/吨NH3。 •中国70年代，仅10~30度电/吨NH3。 •这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。
•高温热源 废热锅炉，产生高压蒸汽 透平机
1 净功WN WS WP Q1 Q2 面积12341
过 热
透
WS
器
平 机
膨胀功
Q可逆 TdS
1
锅炉 Q1 4
2
冷
T4
WN
凝
器
Q2
3 Q2 Q1 2
水泵
3
WP压缩功
aS
b2020/6/4
理想Rankine循环
净功WN WS WP Q1 Q2
净功WN= IQ1（面积1ba41）-Q2（面积2ba32）I =面积12341
（WS
WP）（H1
H 2）（H 3
H
）
4
Q1
H1 H4
WP 0
WS H1 H2
Q1 H1 H4
2、气耗率SSC：Specific Steam Consumption
作出1kW.h净功消耗的蒸气公斤数。
SSC 3600 / Ws （Kg.Kw 1 .h1）
2020/6/4
1 2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2’，4 4’实际朗肯循环（不等熵）
2020/6/4
§7.1.1 Rankine (朗肯)循环
3 4 饱和水可逆绝热压缩过程。（等S）
4 1 高压水等压升温和汽化，等压吸热过程
原理 1 2 过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。（等S）
2 3 湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。
水
加
热
至
过
锅炉
热 蒸
汽
4
1
透 平 机
2
冷 凝 水压缩 器
水泵 3
蒸 汽 作 功
蒸 汽 冷 凝 成 水
理想Rankine循环
T 等S 4
压
缩3
1
等 等压吸热 S
膨 胀
相变 2
2020/6/4S源自卡诺循环的缺点T缺点之二: 对于泵易 产生气缚
现象
锅炉加热
4
1
透
泵
平 机
冷凝器
3
2
汽+液
S
结论:卡诺循环不 适合变热为功!
透平机后的乏气, 汽+液
缺点之一: 透平机要求干度
WS H12 H 2 H1
机
WS可逆绝
2 热膨胀功 Q2 H23 H3 H2
冷
凝 器
Q2
WP H34 H4 H3
水泵
3
WP可逆绝热压缩功
P4
V水dP V水（P4 P3）
P3
2020/6/4
Q1=面积1ba41 Q2=面积2ba32
循环过程U 0
闭系U Q W
W Q
2020/6/4
§7.1 蒸汽动力循环
蒸汽动力循环原理
蒸汽动力循环主要由水泵、锅 炉、透平机和冷凝器组成。
1
过 热 器 锅炉
4
透 平 机
2
冷 凝 器
水泵
3 4水在水泵中被压缩升压。 4 1 进入锅炉被加热汽化，直 至成为过热蒸汽后。 1 2 进入透平机膨胀作功。 2 3 作功后的低压湿蒸汽进 入冷凝器被冷凝成水，再回到 水泵中，完成一个循环。
ABCDA的面积 ABC曲线下的2020/面6/4 积
用T-S图表示热和功的优点
T-S 图：既显示体系所吸取或释放的热 量；又显示体系所作的功。 p-V 图：只能显示所作的功。
2020/6/4
理想Rankine循环的热效率η 和气耗率SSC
评价动力循环的指标：热效率和气耗率。
1、热效率η： 循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比
X>0. 9 但2点的X<0.88
易损坏叶片 2020/6/4
郎肯循环与卡诺循环的区别
（1）工质进汽轮机状态不同 卡诺循环：湿蒸汽
郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（3）工质出冷凝器状态不同 卡诺循环：气液共存
郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
卡诺循环：等熵过程
压缩机 (氢循环压缩机)
2020/6/4
§7.1 蒸汽动力循环
稳定流动体系的热力学第一定理：
H gZ u2 2 Q Ws 流体通过压缩机、膨胀机
∵ u2≈0，g Z≈0，若绝热过程Q=0
Ws= H= H2-H1
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。
（流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的
能量，称为轴功Ws。）
QR TdS
2020/6/4
用T-S图表示热和功
(2)容易计算热机循环时的效率
图中ABCDA表示任一可逆 循环。ABC是吸热过程，所吸 之热等于ABC曲线下的面积；
CDA是放热过程，所放之 热等于CDA曲线下的面积。
热机所作的功W为闭合
曲线ABCDA所围的面积。
W Q1 Q2
Q1
Q1
循环热机的效率
郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 略掉工作介质水的摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
（5）工作介质吸热过程不同
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程，20沿20/6着/4 等压线变化
理想Rankine循环
稳流体系 H Q Ws （1）
1
Q1 H41 WHS1 H4
过 热 器
锅炉 Q1 4
透 平