工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环
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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
1kg
图9 二级抽汽的回热循环装置示意图和T-S 图
二、二级抽汽回热循环的热经济指标
1、汽耗率
h01
1
h01
h02 (1 1)
第一级
2 h02
h02 (1 1)
第二级
(11 2 )h2
第一级：列热平衡方程式，
1 (h01 h01) (1 1) (h01 h02 )
整理得：
1
h01 h01
h2 )
3、汽耗率
d 3600
3600
kg / kw h
w0 (h1 h01) (1 a1) (h01 h02 ) (1 1 2 ) (h02 h2 )
q2 = h2－h3
循环热效率
t
w0 q1
(h1 h2 ) (h4 h1 h4
h3 )
通常水泵消耗功与汽轮机做功量相比很小，
可忽略不计，故（h4-h3）=0
朗肯循环热效率简化为
t
h1 h2 h1 h3 (h2 )
2、汽耗率
汽耗率指的是每产生1KWh的功（3600KJ）需要 消耗多少Kg的蒸汽量，用d表示。
4 T1 1
（受大气温度限制），所以
热效率不高；
T2
3
2
（2）、状态3点处在湿 蒸汽区，所以压缩湿蒸汽需
0
S
庞大的压缩机，且耗功大； 图1 饱和蒸汽卡诺循环的T-S图
（3）、状态2点湿度大，对汽轮机末几级侵蚀严重。
3、改造 （1）、加装过热器，提高T1，同时状态2点湿度也 减小（干度增加）了； （2）、加装凝结器，降低T2，同时压缩凝结水的水 泵的体积大大减小且耗功也大大减小。
4、经上述改造后的构成切实可行的蒸汽动力 基本循环，称为朗肯循环。
二、蒸汽动力基本循环---朗肯循环
1、朗肯循环的装置示意图和T-S图
进行朗肯循环的蒸汽动力装置包括锅炉、汽轮 机、凝汽器和给水泵等四部分主要设备。如图2所 示。
朗肯循环的工作流程： 4-5-6-1 ：水在蒸汽锅炉中定压预热、汽化并过 热，变成过热蒸汽（吸热过程）； 1-2： 过热水蒸汽在汽轮机内的定熵膨胀过程； 2-3： 湿蒸汽在凝汽器内的定压定温冷却凝结放 热过程； 3-4 凝结水在水泵中的定熵压缩过程。
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 )
初参数不变源自文库将
终压p2降低至p2’， 相应的放热温度降
低，因而提高了循
T2
环的热效率。但乏 汽的干度变小，对 T2
汽轮机的运行不利； T2
且乏汽的比体积大
大增加，导致汽轮
机尾部尺寸加大。 图6 乏汽压力对循环热效率的影响
第三节 再热循环
一、再热循环的装置系统图和T-S 图
b
汽轮机
发电机
a
2
图7 再热循环的装置系统图
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。
二、提高蒸汽初压力
保持初始温度T1 及终压力P2不变， 将初压由P1提高到 P1’。由图中可以 看出，新循环的平 均吸热温度增高了 ，所以循环热效率 得到了提高。但乏 汽的干度变小。
工程上常采用同 时提高蒸汽初压力 和初温度。
P1’ P1
T1
T1
T1
图5 蒸汽初压力对循环热效率的影响
三、降低排汽压力
一、 提高蒸汽初温度
保持初压、终压不变，蒸汽初温由T1提高到T1’， 由图4可看出，新循环的平均吸热温度提高了，因而热 效率提高了；排汽干度也提高；另外汽耗率降低了。
但提高蒸汽初温度受到过热器金属材料耐温性能的 限制。
提高蒸汽初温度T1的T-S图如下
T1
T1
T1
T1
T1
图4 蒸汽初温度对循环热效率的影响
图2 朗肯循环装置示意图
6 5 4
图3 朗肯循环的T-S图
2、朗肯循环的热经济性指标
（1）、热效率
1kg工质，水蒸汽在汽轮机中定熵膨胀过程1-2所
做的理论轴功为： wO=h1－h2
水泵中定熵压缩过程3-4，消耗功为：
wO=h4－h3 蒸汽在锅炉中定压过程4-1，吸收的热量：
q1 =h1－h4 乏气在定压凝结过程2-3中向冷凝器放出的热量：
h0 2 h0 2
第二级：列热平衡方程式，
2 (h02 h02 ) (1 1 2 ) (h02 h2 )
整理得：
2
(1 1) (h02 h2 )
h02 h2
2、热效率
t
w0 q1
(h1 h01) (11) (h01 h02 ) (11 2 ) (h02
h1 h01
(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
d 3600 3600 w0 h1 h2
公式中各参数，可由水蒸汽的h-s图或水蒸汽图、 表上查得。
[例7-1]
第二节 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
前面已学过 ，等效卡诺循环热效率的公式为
t
1 T2 T1
为了提高郎肯循环热效率，基本途径是提高吸热过
程的平均温度 T1 （由蒸汽初压力和初温度决定）， 降定低）放。可热以过采程取的以平下均措温施度：T2 （由汽轮机排汽压力决
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
1kg
图9 二级抽汽的回热循环装置示意图和T-S 图
二、二级抽汽回热循环的热经济指标
1、汽耗率
h01
1
h01
h02 (1 1)
第一级
2 h02
h02 (1 1)
第二级
(11 2 )h2
第一级：列热平衡方程式，
1 (h01 h01) (1 1) (h01 h02 )
整理得：
1
h01 h01
h2 )
3、汽耗率
d 3600
3600
kg / kw h
w0 (h1 h01) (1 a1) (h01 h02 ) (1 1 2 ) (h02 h2 )
q2 = h2－h3
循环热效率
t
w0 q1
(h1 h2 ) (h4 h1 h4
h3 )
通常水泵消耗功与汽轮机做功量相比很小，
可忽略不计，故（h4-h3）=0
朗肯循环热效率简化为
t
h1 h2 h1 h3 (h2 )
2、汽耗率
汽耗率指的是每产生1KWh的功（3600KJ）需要 消耗多少Kg的蒸汽量，用d表示。
4 T1 1
（受大气温度限制），所以
热效率不高；
T2
3
2
（2）、状态3点处在湿 蒸汽区，所以压缩湿蒸汽需
0
S
庞大的压缩机，且耗功大； 图1 饱和蒸汽卡诺循环的T-S图
（3）、状态2点湿度大，对汽轮机末几级侵蚀严重。
3、改造 （1）、加装过热器，提高T1，同时状态2点湿度也 减小（干度增加）了； （2）、加装凝结器，降低T2，同时压缩凝结水的水 泵的体积大大减小且耗功也大大减小。
4、经上述改造后的构成切实可行的蒸汽动力 基本循环，称为朗肯循环。
二、蒸汽动力基本循环---朗肯循环
1、朗肯循环的装置示意图和T-S图
进行朗肯循环的蒸汽动力装置包括锅炉、汽轮 机、凝汽器和给水泵等四部分主要设备。如图2所 示。
朗肯循环的工作流程： 4-5-6-1 ：水在蒸汽锅炉中定压预热、汽化并过 热，变成过热蒸汽（吸热过程）； 1-2： 过热水蒸汽在汽轮机内的定熵膨胀过程； 2-3： 湿蒸汽在凝汽器内的定压定温冷却凝结放 热过程； 3-4 凝结水在水泵中的定熵压缩过程。
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 )
初参数不变源自文库将
终压p2降低至p2’， 相应的放热温度降
低，因而提高了循
T2
环的热效率。但乏 汽的干度变小，对 T2
汽轮机的运行不利； T2
且乏汽的比体积大
大增加，导致汽轮
机尾部尺寸加大。 图6 乏汽压力对循环热效率的影响
第三节 再热循环
一、再热循环的装置系统图和T-S 图
b
汽轮机
发电机
a
2
图7 再热循环的装置系统图
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。
二、提高蒸汽初压力
保持初始温度T1 及终压力P2不变， 将初压由P1提高到 P1’。由图中可以 看出，新循环的平 均吸热温度增高了 ，所以循环热效率 得到了提高。但乏 汽的干度变小。
工程上常采用同 时提高蒸汽初压力 和初温度。
P1’ P1
T1
T1
T1
图5 蒸汽初压力对循环热效率的影响
三、降低排汽压力
一、 提高蒸汽初温度
保持初压、终压不变，蒸汽初温由T1提高到T1’， 由图4可看出，新循环的平均吸热温度提高了，因而热 效率提高了；排汽干度也提高；另外汽耗率降低了。
但提高蒸汽初温度受到过热器金属材料耐温性能的 限制。
提高蒸汽初温度T1的T-S图如下
T1
T1
T1
T1
T1
图4 蒸汽初温度对循环热效率的影响
图2 朗肯循环装置示意图
6 5 4
图3 朗肯循环的T-S图
2、朗肯循环的热经济性指标
（1）、热效率
1kg工质，水蒸汽在汽轮机中定熵膨胀过程1-2所
做的理论轴功为： wO=h1－h2
水泵中定熵压缩过程3-4，消耗功为：
wO=h4－h3 蒸汽在锅炉中定压过程4-1，吸收的热量：
q1 =h1－h4 乏气在定压凝结过程2-3中向冷凝器放出的热量：
h0 2 h0 2
第二级：列热平衡方程式，
2 (h02 h02 ) (1 1 2 ) (h02 h2 )
整理得：
2
(1 1) (h02 h2 )
h02 h2
2、热效率
t
w0 q1
(h1 h01) (11) (h01 h02 ) (11 2 ) (h02
h1 h01
(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
d 3600 3600 w0 h1 h2
公式中各参数，可由水蒸汽的h-s图或水蒸汽图、 表上查得。
[例7-1]
第二节 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
前面已学过 ，等效卡诺循环热效率的公式为
t
1 T2 T1
为了提高郎肯循环热效率，基本途径是提高吸热过
程的平均温度 T1 （由蒸汽初压力和初温度决定）， 降定低）放。可热以过采程取的以平下均措温施度：T2 （由汽轮机排汽压力决