第七章蒸汽动力循环
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
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
热力学郎肯循环
1’’1’ 1
h1 h2' (h1 h2 )oi
qf
(h1'' h3 ) /B
5
4’ oi
4
h1 h2' h1 h2
3
t
h1 h1
h2 2 h3
2’
(h1 h2 )
(h1 h3 ) /tu
B
oi
(h1 (h1
h2 ) h3 )
B
oi
tu
s t B oi tu
整个电厂热效率
3
2 s
郎肯循环热效率的计算
t
wnet q1
ws,12 ws,34 q1
h 一般很小，
占0.8~1%，
忽略泵功
t
h1 h2 h1 h3
4 3
1 2
s
汽耗率(Steam Rate)的概念
工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h d 3600
功量所消耗的蒸汽量kg
1’’1’ 1
汽机相对 内效率
oi
h1 h1
h2' h2
管道和节流，
管道效率 tu
h1 h3 h1'' h3
2 2’
锅炉散热 和排烟， 锅炉效率
B
h1'' qf
h3
s
整个实际蒸汽动力循环热效率
tu B
h1 h3 h1h'' 1'' h3h3
qf
T
收益＝ 循环净功＝ 代价 燃料热量
wnet qf
平均燃烧温度
燃料 空气
燃烧
qf
qf
1
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一、蒸汽动力循环介绍蒸汽动力循环是一种常见的热力学循环，广泛应用于电力、化工、航空等领域。
它利用热能将水转化为蒸汽，再通过蒸汽的膨胀和冷凝来实现能量的转化和利用。
蒸汽动力循环主要由四个过程组成，分别是压缩、加热、膨胀和冷凝，下面将分别对这四个过程进行详细介绍。
二、压缩过程压缩过程是蒸汽动力循环的第一个过程，其目的是将低压的蒸汽压缩为高压蒸汽。
在这个过程中，蒸汽从锅炉中进入压缩机，通过压缩机的工作，蒸汽的温度和压力都得到了提高。
压缩机通常采用离心式或轴流式，通过叶片的旋转来增加蒸汽的压力。
这样可以提高蒸汽的能量，为后续的加热和膨胀过程提供条件。
三、加热过程加热过程是蒸汽动力循环的第二个过程，其目的是将高压蒸汽加热至高温高压。
在这个过程中，高压蒸汽从压缩机出口进入锅炉，在锅炉中与燃料进行热交换，吸收燃料燃烧释放的热能。
经过加热，蒸汽的温度和压力进一步提高，成为高温高压蒸汽。
加热过程通常采用燃烧室或燃烧锅炉，通过燃料的燃烧来提供热能。
这样可以增加蒸汽的能量，为后续的膨胀和冷凝过程提供动力。
四、膨胀过程膨胀过程是蒸汽动力循环的第三个过程，其目的是将高温高压蒸汽的热能转化为机械能。
在这个过程中，高温高压蒸汽从锅炉出口进入膨胀机，通过膨胀机的工作，蒸汽的压力和温度都得到了降低。
膨胀机通常采用汽轮机或透平机，通过蒸汽的膨胀来驱动转子旋转，从而产生机械能。
这样可以将蒸汽的热能转化为机械能，为后续的发电或其他工作提供动力。
五、冷凝过程冷凝过程是蒸汽动力循环的最后一个过程，其目的是将膨胀后的低温低压蒸汽再次液化。
在这个过程中，膨胀后的低温低压蒸汽从膨胀机出口进入冷凝器，通过冷凝器的工作，蒸汽的温度和压力都得到了降低。
冷凝器通常采用冷却水或制冷剂，通过与蒸汽的热交换来将蒸汽冷却至液态。
这样可以将蒸汽的热能再次转化为冷却介质的热能，为后续的循环提供条件。
六、总结蒸汽动力循环是一种重要的能量转化和利用方式，通过四个主要过程实现了热能向机械能的转化。
动力热力学第07章水蒸汽
p c 1 2 ps ts v
T 1 c
ps 2 Ts
s
2. 设 ts = t , 先查 ps = f ( ts ) 如果 p > ps , 则为未饱和水，如图1点 如果 p < p s, 则为过热蒸汽，如图2点
p 1 c ps 2 ts v
T c ps ts
1
s
2. 独立状态参数的个数：π=n-Φ+2=1-2+2=1 不同的饱和状态用1个参数就能区别。
§7-2 水的定压加热、汽化过程
压力p一定，加热。从0.01℃开始(三相点温度以下有 固态，工程上一般不用)，经历以下五种状态。
过冷水 (未饱和水)
饱和水
湿蒸汽
干饱和 蒸汽
过热蒸汽Leabharlann 加热QQQ
Q
Q
p 画在p-v图上
Ttp Ts
0 (定压)
0’ 零点 v0’
dT T = c p ln s T Ttp
注：p较大时，cp变化较大，h0也不 为零，不能这么算，要查表。
(四) 压力为p的干饱和蒸汽（ 1’’ 点）
仍用定压加热过程计算 汽化潜热：
r = h' 'h' = Ts ( s' ' s' )
0
1’
1’’ ts 0.01℃ v
当汽化速度=液化速度时，系统 处于动态平衡——饱和状态 饱和状态。 动态平衡
汽化 凝结
饱和液体：处于饱和状态的液体； 饱和蒸汽：处于饱和状态的汽体； 饱和温度：饱和状态时的温度，Ts或ts；
二者 速度 相等 平衡
饱和压力：饱和状态时的压力，ps(一般指汽，液内上下有压差) 注：1. Ts Ps 或 Ts=f(ps), 它们不独立
思考题参考答案
第七章思考题参考答案1. 简单蒸汽动力装置由哪几个主要设备组成？画出系统图。
在p-v图、T-s图上如何表示？答：简单蒸汽动力装置由四部分组成：水泵，锅炉，蒸汽透平，冷凝器。
系统图请见p233页图7-1，p-v图、T-s图请见p234 图7-2。
2. 卡诺循环效率比同温限下其它循环效率高，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环方案？答：与朗肯循环相同温限下的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用（图见p237 图7-4）。
对于利用饱和区域定温即定压的特性形成饱和区的卡诺循环也不可行，其有两个关键问题：其一，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行。
同时不可逆损失增大，因此，实际使用的汽轮机出口干度一般限制在不小于0.85-0.88。
其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，汽液混合工质的压缩会给泵的设计与制造带来难以克服的困难。
综上所述，蒸汽动力循环至今未采用卡诺循环。
3. 蒸汽动力循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失大，能否取消冷凝器而用压缩机将乏气送回锅炉？答：首先，冷凝器放出的热量数量虽大，但品质很低，其中大部分为A n，这部分A n不能再转变为功了。
根据热力学第二定律，对于蒸汽动力循环，要求将这部分低品位的能量释放出去，才能保证热量连续不断地转化为功（可以从朗肯循环的T-s图上看出）。
其次，用压缩机将乏气送回锅炉的做法相当于耗功来换功（并非将热量转变为功，品位提高），这样做是不值得的。
因此不能取消冷凝器而用压缩机将乏气送回锅炉。
4. 上题同样的原因，能否取消冷凝器，直接将乏气送回锅炉加热，以免冷凝放热损失?答：不能这样做。
原因有二：第一个原因与上题相同，这是受热力学第二定律的限制，因此不能取消冷凝器；其次，若直接将乏气送回锅炉加热，势必将给锅炉的设计带来麻烦，使其结构复杂化。
5. 蒸汽中间再过热的主要作用是什么？是否总能通过再过热提高循环热效率？什么条件下中间再过热才能对提高热效率有好处？答：为了提高循环热效率，可以提高蒸汽初温和初压。
蒸汽动力循环和制冷循环
第七章蒸汽动力循环和制冷循环0、引言蒸汽动力循环：是以蒸汽为工质，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。
常用的工质是水蒸气。
制冷循环：是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。
耗功的过程。
7.1．蒸汽动力循环一、蒸汽动力循环基本原理主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
4→1水进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽。
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，回到水泵中。
3→4水在水泵中被压缩升压，再回到锅炉中，完成一个循环。
二、朗肯循环及其热效率原理：朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由：水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
1、理想朗肯循环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，可逆吸热过程。
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）。
气体压缩式制冷机以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成(图1) 。
经压缩机压缩的气体先在冷凝器中被冷却，向冷却水（或空气）放出热量，然后流经回热器被返流气体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。
气体在膨胀机中膨胀时对外作功，成为压缩机输入功的一部分。
同时膨胀后的气体进入冷箱，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。
此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。
气体制冷机都应采用回热器，这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低膨胀机前压缩气体的温度，因而降低制冷温度。
气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽，从高于0℃到低于-100℃；制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于-90℃时其经济性反而高于蒸气制冷机。
压缩式制冷机蒸气压缩式制冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。
这类制冷机的制冷剂在常温和普通低温下能够液化，在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。
蒸汽动力循环及制冷循环
由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可按下列 式近似计算
w p vdp vp v p 4 p3
(5) 热效率 定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量 数学式：
ws wp QH
H 2 H1 H 4 H 3 H1 H 4
wp ws ws QH
1 2 H c gZ q ws 2
Q=0（来不及传热）， Ws=0（不做功） 若忽略掉动能、位能的影响 ∴ΔH=0 对于 H=f （ T ， P ） 之发生变化 ∵ P 发生变化 ∴ T 也随
2. 微分节流效应（焦汤效应）
（1） 定义式 流体节流时，由于压力变化而引起的温度变化， 称为微分节流效应 数学式：
水泵中进行
锅炉进行，
水在锅炉中恒压加热。
3. 郎肯循环过程的热力学计算
(1) 工作介质在锅炉中吸热量
QH H 41 H1 H 4
(2) 工作介质在冷凝器中排放的热量
kJ/kg
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg （理想）
QL H 23 H 3 H 2
ws H 1 H 2 (1 )H 2 H 3
ws Qh 能量利用参数 QH
4.应用举例
[P140-143
例6-3~6-4] 自看
6.2
节流膨胀与作外功的绝热膨胀
一. 节流膨胀过程
高压流体经过节流阀后迅速膨胀到低压的过程称为节 流膨胀。 1. 特点：等焓过程 由热力学第一定律：
6.1
蒸汽动力循环
一. 蒸汽动力循环为正向卡诺循环 二. 蒸汽动力循环
《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
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。
热力学第七章郎肯循环
汽轮机实际输出功
wnet ' h1 h2'
1
wnet’
汽轮机的ex损失
汽机 wnet wnet ' T0 ( s2' s1 )
2’
冷凝器的Ex分析
冷凝器的ex损失
冷凝器 ex2' ex3 h2' h3 T0 s2' s3
T
5
4’ 4 3
§7-2 实际蒸汽动力循环分析
非理想因素：
T 1’’ 1’ 1
蒸汽管道摩擦降 压，散热(1’’1’) 汽机汽门节流( 1’ 1 )
汽机不可逆( 1 2 ’)
5
4’ 4 3
给水泵不可逆( 3 4 ’)
2 2’
s
实际蒸汽动力循环分析方法
热一律：热效率分析法
√
热二律：熵分析法 Ex分析法
√
实际蒸汽动力循环热效率法
锅 炉
给水泵
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 23 凝汽器 p 放热 发电机 34 给水泵 s 压缩 4 2
锅 炉
41 锅炉 凝汽器 3
p 吸热
郎肯循环
给水泵
郎肯循环pv图
12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热 4 1 34 给水泵 s 压缩
对于稳定流动
焓Ex
Ex
in
Exout i
离开设备的 Ex总和
进入设备的 Ex总和
Ex损失之和
锅炉的Ex分析
排烟
T
5
4’ 4 3
1’’ 1’ 1
燃料 空气
1’’
过热汽 4’（3） 水
严家騄版工程热力学PPT水蒸气性质和蒸汽动力循环
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
p-v图，T-s图上的水蒸气定压加热过程
一点，二线，三区，五态
p
T
pc
a3 b3
C p pc c3 d3 e3 T Tc Tc
a2 b2 c2 d2 e2
Tc
a1b1
c1
A
d1
e1
B
A a1 a2a3
p pc pc
C
T e3e2
Tc
b3 b2 b1
c3 d c2
查表举例（3）
在一刚性容器内充满p=0.1MPa，t=20℃的
水。由于太阳照射，使其温度升为40℃,求容器
承受的压力。
等容过程
p=0.1MPa t=20℃
v 0.0010018 m3 kg
t=40℃
储液罐很危险， 不能装满。
p 14.0MPa
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
查表举例（4）
h" 2584.4 s" 8.1505
0.02MPa
ts 60.09
v' 0.0010172 v" 7.6515
h' 251.46
h" 2609.6
s' 0.8321
s" 7.9092
tv
0 0.0010002 40 0.0010078 60 15.34 80 16.27 120 18.12
干饱和蒸汽
对干度x的说明：
饱和水
x = 0 饱和水 x = 1 干饱和蒸汽
0≤x ≤1
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环
湿饱和蒸汽区状态参数的确定
如果有1kg湿蒸气，干度为x, 即有 xkg饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。
蒸汽动力装置循环
h-s 图
ν
s
23
⑶ 蒸汽动力装置为什么不采用卡诺循环
朗肯循环1234561 朗肯循环 平均吸热温度 T 1 平均放热温度 T2 朗肯循环1234561的热效率 朗肯循环 的热效率
T2 ηt =1− T 1
P1
′ T 4′
14
15
16
17
蒸汽动力循环
• 循环中工质偏离液态较近，时而处于液态，时而 处于气态，因而对蒸汽动力循环的分析必须结合 水蒸气的性质和热力过程 。 • 由于水和水蒸气均不能燃烧而只能从外界吸热， 必需配备制备蒸汽的锅炉设备，因而装置的设备 也不同。 “外燃动力装置”。 • 燃烧产物不参与循环，因此蒸汽动力装置可以使 用各种常规的固体、液体、气体燃料及核燃料， 可以利用劣质煤和工业废热，还可以利用太阳能 和地热等能源，这是这类循环的一大优点。
(P1, ts)
绝热压缩 给水泵
定压加热 水冷壁
饱和汽6 饱和汽
(P1, ts)
定压放热 凝汽器
定压加热 过热器
过热汽1 过热汽
(P1, t1)
绝热膨胀 汽轮机
22
重新循环） （重新循环）
给水4 给水
凝结水3 凝结水
(P2, h’2)
乏汽2 乏汽
(P2, h2)
⑵ 朗肯循环的P-v图和h-s图 朗肯循环的 图和 图 P-v图 图
19
P1
1 理想化的蒸汽动力装置基本循环 T t1 是朗肯循环 1(P1,t1)—— 进 入 汽 轮 机 时 的 新蒸汽（过热汽）状态； 新蒸汽（过热汽）状态； 1-2——蒸汽在汽轮机中 绝热 蒸汽在汽轮机中绝热 蒸汽在汽轮机中 4 3 2 膨胀（定熵）的作功过程； 膨胀（定熵）的作功过程； 2(P2)—— 从 汽 轮机排 出时的 s 乏汽（湿蒸汽）状态； 乏汽（湿蒸汽）状态； 2-3——乏汽在凝汽器中定压（定温）凝结放热过程； 乏汽在凝汽器中定压 放热过程 乏汽在凝汽器中定压（定温）凝结放热过程； 3——凝结水（饱和水）状态 2) ； 凝结水（ 凝结水 饱和水）状态(P 3-4——凝结水在给水泵中绝热压缩（定熵）成为锅炉 凝结水在给水泵中绝热压缩（ 凝结水在给水泵中绝热压缩 定熵） 给水； 给水； 由于水几乎不可压缩，垂直线段3-4几乎重合成为一点 由于水几乎不可压缩，垂直线段 几乎重合成为一点
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 ')
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低参数 中参数 高参数 超高参数 亚临界参
数
汽轮机进 1.3 3.5 9.0
13.5
16.5
汽压力
MPa 汽轮机进 340
435 535 550, 535 550, 535
汽温度℃
发电机功 1500～ 6000～ 5~10万 12.5万,20 20万,30
率 P/ kW 3000 25000
万 万,60万
管道 汽轮机 凝汽器
qtu/qf= 0.6% qt/qf= 0 qc/qf= 55.7%
Ex分析法
B/ex,qf=56.7%
(燃烧14.1%排烟及散热 8.6%传热34%)
tu/ex,qf= 0.5% t/ex,qf= 5.6% c/ex,qf= 3.5%
Ex 经济学分析方法
Ex损失的表示
T 5
4’ 4
§7-5 热电联产(供)循环
Cogeneration
背压式机组(背压>0.1MPa) 用发电厂作了功
1
的蒸汽的余热来
过热器
汽轮机
满足热用户的需 要，这种作法称
锅炉
2'
为热电联(产)供。
4
给水泵 3
热 用 户 热用户为什么要 用换热器而不直
接用热力循环的
水？
背压式热电联产(供)循环
过热器
1 汽轮机
s • wnet卡诺小
如何提高郎肯循环的热效率
T
5 4
3
1
t
h1 h2 h1 h3
6
影响热效率的参数？
2 s
p1 t1 p2
蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
优点：
•T1
t
T
5' 5
4' 4
3
1' 1
6' 6
2' 2
• v 2 ' ，汽轮机出口
尺寸小
缺点： • 对强度要求高
• x 2 ' 不利于汽
轮机安全。一般 要求出口干度大
s 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T
5 4
3
1'
1 6
2 2'
s
优点：
•T1
t
• x 2 ' ，有利于汽机
安全。
缺点：
• 对耐热及强度要
求高，目前初温
一般在550℃左右
• v 2 ' 汽机出口
尺寸大
燃料 空气
锅 炉 ＝ 燃 烧 ＋ 散 热 ＋ 传 热 渣
1 ’
过’热汽
4’（3）
水
管道和汽机主汽门节流的Ex分析
T 5
4’ 4
3
1’’1’ 1
1
1
’
’
2 2’
s
管道和汽机主汽门节流的Ex分析
汽机入口ex exh 1(h 1 h 0) T 0(s1 s0)
管道和主汽门的ex损失
管 道 (h 1 ''h 1) T 0(s1 ''s1)
燃料 exqf qf 设燃料完全是Ex
（1）燃烧，烟气热量
ex燃烧
qf
1
T0 TB
平均燃烧温度
燃料 空气
燃烧
qf
qf
1TTB0
渣
排烟
1 ’
过’热汽
4’（3） 水
锅炉的Ex分析（散热）
（2）排烟，渣，散热后，可传给水的ex
ex散热后
qf
1TTB0
B
排烟
散热
qf
1
T0 TB
电 机
wg wM
实际蒸汽动力装置的Ex分析法
对于稳定流动
焓Ex
E x inE x o u t i
进入设备的 Ex总和
离开设备的 Ex总和
Ex损失之和
锅炉的Ex分析
T 5
4’ 4
3
1’’1’ 1
燃料
空气
渣 2 2’
排烟
1 ’
过’热汽
4’（3） 水
s
锅炉的Ex分析（燃烧）
空气 Ex 0 以环境为基准
9 5
4 3 8 12
1 10
6
11 7 2
对比同温限1234’ • q2相同； • q1卡诺> q1朗肯
• 卡诺> 朗肯； •等温
吸热4’1难实现
对比5678
• 卡诺< 朗肯；
• wnet卡诺< wnet 朗肯
对比9-10-11-12
• 11点x太小,不利于 汽机强度； • 12-9两 相区难压缩；
汽轮机作功： ws,12 h1h2
凝汽器中的定压放热量：
q2 h2h3
h
水泵绝热压缩耗功：
1
ws,34 h4h3
锅炉中的定压吸热量：
4
q1h1h4
3
2 s
郎肯循环热效率的计算
t
wnet q1
ws,12ws,34 q1
h 一般很小，
占0.8~1%，
忽略泵功
t
h1 h1
h2 h3
4 3
1 2
s
汽耗率(Steam Rate)的概念
s t B oi tu
整个电厂热效率
电 厂收 代 益 价 ＝ 燃 电 料 功 热 量 ＝w qfg
电
机 wM qf
T 5
1’’1’ 1
w 机械 net
qf
电机
tB o itu 机 械电 机
4’
4
＝ w n3e t qf
t B o2i2’tu
s
机械效率 电机效率
机械
wM wnet
qf
1
T0 TB
B
燃料 空气
渣
1 ’
过’热汽
4’（3） 水
锅炉的Ex分析（传热）
（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 )
qf
T
收 代 益 价＝燃 循 料 环 热 净 量 功＝w qnfet
1’’1’ 1
h1 h 2 ' (h1 h2)oi
qf
(h1'' h3) /B
5
4’ oi
4
h1 h2 ' h1 h2
3
t
h1 h1
h2 h3
2
2’
(h1h2)
(h1h3)/tu
Boi
((hh11hh32))Boi tu
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
5
a kg (1- )kg
工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h d 3 6 0 0
功量所消耗的蒸汽量kg
w net
w n e t 的单位是kJ/kg
1kW=1 kJ/s
dkWkghksJkgh361k0Jk0ghh360kJ0kg3w6n0et0
郎肯循环与卡诺循环比较
T 4'
t
w net q1
显然不够全面
• 能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同
Utilization factor
K 工 质 已 从 被 热 利 源 用 得 的 到 能 的 量 能 量 q 供 热 ＋ q 1w n et
• Ex经济学评价
• 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保
第七章 小 结 Summary
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 ')
汽轮机实际输出功
1
wnet'h1h2'
汽轮机的ex损失
蒸汽再热循环的热效率
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
忽略泵功
T 5
4’ 4
3
h4' h3
可逆循环 效率
t
h1 h2 h1 h3
1’’1’ 1
汽机相对 内效率
oi
h1 h2 ' h1 h2
管道和节流，
管道效率 tu
h1 h3 h1'' h3