蒸汽动力循环
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第十一章 蒸汽动力循环装置
蒸汽动力循环装置特点
动力机最早的工质为水蒸气，热力过程状态发生变化 水和水蒸汽不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以 要 配备锅炉，装置设备不同于气体动力循环 燃烧产物不参与循环,可利用各种燃料
蒸汽动力循环— 蒸汽动力循环—朗肯循环
气体动力循环不采用卡诺循环的原因 a:定温加热和放热难于进行 b:定温线和绝热线斜率接近,循环作功不大 蒸汽动力循环不采用卡诺循环的原因 a:蒸汽压缩过程难于实现 b:循环局限于饱和区,上限温度受制于临界 温度 膨胀末期,蒸汽干度过小 蒸汽干度过小,不利于动力机安 膨胀末期 蒸汽干度过小 不利于动力机安 全
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
4. 高初参数与再热、回热的联合 应用 5. 减少循环中的不可逆损失 6. 热电联产循环及其他措施
回热循环的热效率一定大于单纯朗肯循环的热效率 循环中工质自热源吸热量、向冷源放热量及循环 净功都比原朗肯循环的对应量小。但由于工质的 平均吸热温度提高,平均放热温度不变,所以循环 热效率提高。
抽汽回热的有利方面: 抽汽回热的有利方面
由于工质吸热量减小,锅炉热负荷减低,因而 可减少受热面,节省金属材料 由于汽耗率增大,使汽轮机高压端的蒸汽流量增 加,低压端流量因抽汽而减小,有利于汽轮机的叶 片尺寸设计 由于进入冷凝器的乏汽量减少,可减少冷凝器的 换热面积,节省铜材
wp = h4 − h3 = u4 + p4v4 − (u3 + p3v3 ) ≈ ( p4 − p3 )v3 = ( p1 − p2 )v2′
h − h2 − ( p1 − p2 )v2′ ηt = 1 h − h3 − ( p1 − p2 )v2′ 1 h − h2 − ( p1 Hale Waihona Puke Baidu p2 )v2′ = 1 h − h2′ − ( p1 − p2 )v2′ 1 h − h2 = 1 h − h2′ 1
汽轮机实际所作的功
wt ,act = h1 − h2act
汽轮机的相对内效率
汽轮机内蒸汽实际作功与理论功的比值叫做汽轮机的 相对内效率,简称汽轮机效率 相对内效率 简称汽轮机效率 T
η
ηT =
理想耗汽率
wt,act wt
=
h1 − h2act h1 − h2
D为蒸汽耗量,P0理想输出功率
耗汽率 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
一、朗肯循环（Rankine Cycle） 一、朗肯循环（Rankine Cycle）
工质为水蒸气的卡诺循环（56785）
一、朗肯循环（Rankine 朗肯循环（ Cycle） Cycle）
朗肯循环
朗肯循环
q1 = h1 − h4 q2 = h2 − h3
汽轮机对外作功：
w = h − h2 T 1
2 act
水泵消耗功： wP = h4 − h3 循环热效率：
wnet q1 − q2 wT − wP (h1 − h2 ) − (h4 − h3） ηt = = = = q1 q1 q1 h1 − h4
水的压缩性很小,w≈0,q=0,所以△u=0,水 所以△ 水的压缩性很小 所以 水 泵功可近似表示为
提高蒸汽初温T 提高蒸汽初温T1
提高初温还可使终态的 干度增大, 干度增大,对汽轮机相对 内效率和使用寿命有利 提高新蒸汽的温度受材 料耐热性能的限制
降低终参数p 降低终参数p2
P2的降低受环境温度 的限制, 的限制,也会引起乏汽 干度降低的问题
三、有摩阻的实际循环
考虑到汽轮机的不 可逆损失,则理想循 可逆损失 则理想循 环的可逆绝热过程 1-2变为不可逆绝热 变为不可逆绝热 过程1-2 过程 act
D 1 d0 = = p0 h1 − h2
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
2. 再热循环
再热循环分析
q1 = (h1 − h4 ) + (h6 − h5 )
忽略水泵消耗 功， 循环作功：
wT = (h1 − h5 ) + (h6 − h2 )
循环热效率：
wT (h1 − h5 ) + (h6 − h2） ηt = = q1 (h1 − h4 ) + (h6 − h5）
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
3. 回热循环
回热循环计算
Q≈0 热平衡方程为: 热平衡方程为
′ 01
1kg 4
(1 − α1 )(h01′ − h4 ) = α1 (h01 − h01′ )
若忽略水泵功, 若忽略水泵功
α1 kg
(1 − α1 )kg
h4 = h2′
于是
α1 =
循环净功为
h01 − h2′ ′ h01 − h2′
wnet = (h1 − h01 ) + (1 − α1 )(h01 − h2 ) = (1 − α1 )(h1 − h2 ) + α1 (h1 − h01 )
从热源吸入的热量为
q1 = h1 − h01′
循环的热效率为
wnet (h1 − h01 ) + (1−α1)(h01 − h2 ) h1 − h2 ηt,R = = 〉 q1 h1 − h01 h1 − h2′ ′
水泵功通常相对较小,略 水泵功通常相对较小 略 去对计算准确度影响很小, 去对计算准确度影响很小 故可简化为
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
提高热效率方法： 提高热效率方法：
提高汽轮机入口参数(温度、压力) 降低汽轮机出口压力 减少各过程不可逆性 采用再热、回热等措施
提高蒸汽压p1
提高初压带来设备强度 和乏汽干度降低问题
蒸汽动力循环装置特点
动力机最早的工质为水蒸气，热力过程状态发生变化 水和水蒸汽不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以 要 配备锅炉，装置设备不同于气体动力循环 燃烧产物不参与循环,可利用各种燃料
蒸汽动力循环— 蒸汽动力循环—朗肯循环
气体动力循环不采用卡诺循环的原因 a:定温加热和放热难于进行 b:定温线和绝热线斜率接近,循环作功不大 蒸汽动力循环不采用卡诺循环的原因 a:蒸汽压缩过程难于实现 b:循环局限于饱和区,上限温度受制于临界 温度 膨胀末期,蒸汽干度过小 蒸汽干度过小,不利于动力机安 膨胀末期 蒸汽干度过小 不利于动力机安 全
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
4. 高初参数与再热、回热的联合 应用 5. 减少循环中的不可逆损失 6. 热电联产循环及其他措施
回热循环的热效率一定大于单纯朗肯循环的热效率 循环中工质自热源吸热量、向冷源放热量及循环 净功都比原朗肯循环的对应量小。但由于工质的 平均吸热温度提高,平均放热温度不变,所以循环 热效率提高。
抽汽回热的有利方面: 抽汽回热的有利方面
由于工质吸热量减小,锅炉热负荷减低,因而 可减少受热面,节省金属材料 由于汽耗率增大,使汽轮机高压端的蒸汽流量增 加,低压端流量因抽汽而减小,有利于汽轮机的叶 片尺寸设计 由于进入冷凝器的乏汽量减少,可减少冷凝器的 换热面积,节省铜材
wp = h4 − h3 = u4 + p4v4 − (u3 + p3v3 ) ≈ ( p4 − p3 )v3 = ( p1 − p2 )v2′
h − h2 − ( p1 − p2 )v2′ ηt = 1 h − h3 − ( p1 − p2 )v2′ 1 h − h2 − ( p1 Hale Waihona Puke Baidu p2 )v2′ = 1 h − h2′ − ( p1 − p2 )v2′ 1 h − h2 = 1 h − h2′ 1
汽轮机实际所作的功
wt ,act = h1 − h2act
汽轮机的相对内效率
汽轮机内蒸汽实际作功与理论功的比值叫做汽轮机的 相对内效率,简称汽轮机效率 相对内效率 简称汽轮机效率 T
η
ηT =
理想耗汽率
wt,act wt
=
h1 − h2act h1 − h2
D为蒸汽耗量,P0理想输出功率
耗汽率 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
一、朗肯循环（Rankine Cycle） 一、朗肯循环（Rankine Cycle）
工质为水蒸气的卡诺循环（56785）
一、朗肯循环（Rankine 朗肯循环（ Cycle） Cycle）
朗肯循环
朗肯循环
q1 = h1 − h4 q2 = h2 − h3
汽轮机对外作功：
w = h − h2 T 1
2 act
水泵消耗功： wP = h4 − h3 循环热效率：
wnet q1 − q2 wT − wP (h1 − h2 ) − (h4 − h3） ηt = = = = q1 q1 q1 h1 − h4
水的压缩性很小,w≈0,q=0,所以△u=0,水 所以△ 水的压缩性很小 所以 水 泵功可近似表示为
提高蒸汽初温T 提高蒸汽初温T1
提高初温还可使终态的 干度增大, 干度增大,对汽轮机相对 内效率和使用寿命有利 提高新蒸汽的温度受材 料耐热性能的限制
降低终参数p 降低终参数p2
P2的降低受环境温度 的限制, 的限制,也会引起乏汽 干度降低的问题
三、有摩阻的实际循环
考虑到汽轮机的不 可逆损失,则理想循 可逆损失 则理想循 环的可逆绝热过程 1-2变为不可逆绝热 变为不可逆绝热 过程1-2 过程 act
D 1 d0 = = p0 h1 − h2
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
2. 再热循环
再热循环分析
q1 = (h1 − h4 ) + (h6 − h5 )
忽略水泵消耗 功， 循环作功：
wT = (h1 − h5 ) + (h6 − h2 )
循环热效率：
wT (h1 − h5 ) + (h6 − h2） ηt = = q1 (h1 − h4 ) + (h6 − h5）
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
3. 回热循环
回热循环计算
Q≈0 热平衡方程为: 热平衡方程为
′ 01
1kg 4
(1 − α1 )(h01′ − h4 ) = α1 (h01 − h01′ )
若忽略水泵功, 若忽略水泵功
α1 kg
(1 − α1 )kg
h4 = h2′
于是
α1 =
循环净功为
h01 − h2′ ′ h01 − h2′
wnet = (h1 − h01 ) + (1 − α1 )(h01 − h2 ) = (1 − α1 )(h1 − h2 ) + α1 (h1 − h01 )
从热源吸入的热量为
q1 = h1 − h01′
循环的热效率为
wnet (h1 − h01 ) + (1−α1)(h01 − h2 ) h1 − h2 ηt,R = = 〉 q1 h1 − h01 h1 − h2′ ′
水泵功通常相对较小,略 水泵功通常相对较小 略 去对计算准确度影响很小, 去对计算准确度影响很小 故可简化为
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
提高热效率方法： 提高热效率方法：
提高汽轮机入口参数(温度、压力) 降低汽轮机出口压力 减少各过程不可逆性 采用再热、回热等措施
提高蒸汽压p1
提高初压带来设备强度 和乏汽干度降低问题