第九章蒸汽动力装置循环分解

朗肯循环是切实可行的蒸汽动力装置基本循环，现在各 种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改进 而得到的。
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2．分析简化：
工质的工作流程简图如图： 方法：根据每一设备的工作 特点将其中的实际工作过程用近 似的或等效的可逆过程代替。
q1 S 1

6
T 2 q2
B
C
循环由下列过程组成： 吸热过程（4-5-6-1）：可 看作可逆定压吸热过程。
在p1，p2保持不变的情下，
↑t1→ηt↑，且 x2 ↑
T
如图：进汽温度由t1提高
5
到 t1 ，则 T1↑，而 T2不变，
4
所可以见：，同t 时1x2↑。TT12有增利大于，汽由轮图
3
机的安全工作。但t1的提高受 O m 到了过热器金属材料耐高温性
能的限制,一般t1在550℃右。
1 1 6
1 T1 T2
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3）汽耗率:
若循环的汽耗量为D(kg/h),循环净功为w0（kJ/kg）
则汽循耗环率净：功产率生为1k:W·Ph0(36306D00k0Jw)功0 所需k消W耗的蒸汽量。是循环的另一
经济性指标。 d D 3600 P0 w0
！注意式中各量的单位。
kg/（kW·h）
1.热平衡法:以热力学第一定律为依据,从能量的数量关系
分析，用热效率来评价循环的经济性。 2.
效率来全面地评价循环的经济性。 步骤（以热平衡法为例）： 1.将实际循环合理地抽象简化为理想循环。 2.将简化好的理想可逆循环画在p-v图、T-s图上。 3.对理想循环进行分析计算。 4.定性分析影响循环性能的主要因素，寻求提高循环经济性
作技术功： wT h1 h2 即p-v图中面积e12fe
耗技术功：wp h4 h3 即p-v图中面积e43fe
循环净热： q0 q1 q2
循环净功: w0 wT wp 或：w0 q0 q1 q2
2）热效率:
t

w0 q1
or
t
1 q2 q1
or
t
2) 卡诺循环局限在饱和区内。工质吸热的上限温度受临界 温度的限制，工质放热的下限温度受环境温度的限制， 所以热效率也不很高。上限温度较高的其它循环的热效 率完全有可能高于卡诺循环的效率。
3) 饱和蒸汽膨胀终态的湿度很大，影响汽轮机工作的安全 性。
分析卡诺循环存在的问题，为改进实际循环指明了 方向。实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为基础。
第九章 蒸汽动力装置循环
太原电力高等专科学校
山西大学工程学院 卢改林副教授
电话：2646224（办）
动力装置循环
分析循环的目的方法步骤 §1 朗肯循环 §2 蒸汽参数对循环热效率的影响 §3 再热循环 §4 回热循环
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分析动力循环的目的： 在于揭示循环中能量利用的完善程度，分析影响循环热
力性能的主要因素, 探讨评价循环性能的方法，寻求提高循 环经济性的途径。 方法：
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二、朗肯循环:
1．概念：
朗肯循环系统的组成：
锅炉、汽轮机、凝汽器和水泵四大主要设备用管道连接。
针对饱和蒸汽卡诺循环的局限性进行的改进：
1）使放热过程一直延至蒸汽全部凝结成饱和水，用水泵取代压 缩机，水泵耗功比压缩机少得多且工作稳定。
2）使工质的吸热过程沿等压线延至过热蒸汽区，提高了循环的 平均吸热温度，既提高了循环热效率又增大了乏汽的干度。
的途径。 5.分析实际循环与理想循环的偏离程度，对理想循环的计算
结果引入必要的修正，提出相应的改善措施。 章节
§1 朗肯循环
一、卡诺循环的局限性：
？热力学第二定律证明了在相同的温度限之间， 卡诺循环的热效率是最高的，为什么在蒸汽动力装置中 不采用卡诺循环呢？
（这是因为在实际采用卡诺循环时有很多困难。其定温吸、放
4．各点参数的确定：
利用“水和水蒸气的热力性质图表”或计算程序确定。
！注意各点工质所处的状态。
状态1：p1，t1 的过热汽 状态3：p2下的饱和水
状态2：p2，s2=s1的湿蒸汽 状态4：p1, t4≈t3 的未饱和水
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5．说明：
1） wP 与wT相比可略,认为T-s图中的状态点4与点3相重合,则 h4≈h3 大为简化了计算，而对计算精度的影响很小。
2 2
（b）
ns
二、进汽压力的影响：
在t1, p2保持不变的情况下，
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3．p-v图、T-s图：
p 45 6 1
e
T 5
4
1 6
3 (2)
2
f 3 (2)
O (a)
2 v Om
（b）
ns
！各图中的相应点标注符号要对应。
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4.计算：
对1kg工质而言：
1）热量和功：
吸热量： q1 h1 h4 即T-s 图中面积m4561nm
放热量： q2 h2 h3 即T-s 图中面积m32nm
热过程以气体为工质难以实现。以水蒸汽作为工质利用工质的集态 变化可以实现，但仅局限于饱和蒸汽区）。如图：
p
4
1
p1
T
4
1
p2 O
3
2
3
2
(a)
v
O
（b）
s
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饱和蒸汽卡诺循环的局限性：
1) 湿蒸汽的绝热压缩过程难以实现。因为湿汽的比容比水 的比容大得多，压缩湿汽耗功很大，且压缩机工作极不 稳定。
P
Hale Waihona Puke Baidu
4
2
膨胀过程（1-2）：可看作可逆绝热（定熵）膨胀过程。
放热过程（2-3）：可看作可逆定压放热过程同时也是 定温过程。
压缩过程（3-4）：可看作可逆绝热（定熵）压缩过程。
压力升高后的水再次进入锅炉完成一次循环。
忽略了一切不可逆因素之后,便得到了相应的反映该实 际动力装置循环基本特征的可逆循环。
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2） 以上讨论的是理想化的可逆循环，故其热效率也称理想热 效率。对有摩阻的实际不可逆循环，常以汽机相对内效率和 泵效率来修正。
？在蒸汽动力循环中，乏汽凝结对外放出大量热量 而使循环热效率不高，是否可以取消凝汽器而用压缩机将乏 汽升压后送回锅炉再加热成新蒸汽呢？
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§2 蒸汽参数对朗肯循环的影响
蒸汽参数：指汽轮机的进汽参数(初温、初压) 和排汽参数（终压）。 热的由外公不式可逆t性提1 高TTT121，可降见低减T2少，循即环可中提温高差循传环 热效率（此处不考虑汽轮机中工质膨胀时摩擦引 起的内部不可逆性）。为方便采用平均吸热温度 和平均放热温度，由T-s图分析。
一、进汽温度的影响：