工程热力学-课件-第8章 蒸汽动力循环

工作循环图
1
汽轮机
T
发电机
1
过热器
1 2 2
5 4
7 9
6
锅炉
1
2
8
2
1
7
6
3
1 1 2
2
2
1 1
8
3
水泵3
水泵2
9
水泵1
一号回热器
二号回热器
T-s 图
s
回热抽汽率1 、 2的计算，根据凝结水被加热到抽汽压力下 的饱和温度的原则，由质量守恒和能量平衡式来确定。
0
0
3
P2
2
7
6
s
8.1.4蒸汽参数对热效率的影响
提高卡诺循环热效率途径
T2 t c 1 T1
T2 T1
朗肯循环工质吸热温度变化，于是引入平均吸热温度 以一个等效的卡诺循环代替朗肯循环
T
Tm1
94 5
1 8
吸热量：q1
1
s3451673 s 9867 9
蒸汽电厂示意图
蒸汽机简易图
锅炉 蒸汽 飞轮 滑动阀
活塞
汽缸
五十年代蒸汽机车
汽轮机示意图
蒸汽
汽轮机 冷凝器 冷水 给水泵
汽轮机低压缸
汽轮机中压缸
汽轮机高压缸
蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期蒸汽
动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，促使资本 主义诞生
目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝大部
T
5 4 1 7 2
1
6 1 1 8
w0 t q1
9 1 1 2
3
2
s
(h1 h6 ) (1 1 )(h6 h8 ) (1 1 2 )(h8 h2 ) h1 h7
理论上抽汽级数越多，最佳水温越好，平均吸热温度越高，
热效率也越高；
整个装置为热力系统，有
q w
T 4 P1 5 1
q1 q2 wt wp w0
wt wp 收获 w0 t 消耗 q1 q1
q1 q2 (h1 h4 ) (h2 h3 ) q1 h1 h4
W0
h1 h2 h1 h4
抽汽回热循环
工作循环图
抽汽回热循环目的
利用膨胀作了功的蒸汽 预热锅炉给水，以提高 热效率
7 水泵3
1 过热器 锅炉
汽轮机
发电机
1 2 2
1
2
8
2
6 水泵2 9 一号回热器
3
冷却水
冷凝器 水泵1
二号回热器
在回热器内先后与两次抽汽混合加热每次加热终了水温达 到相应的抽汽压力下的饱和温度
2 (1 1 2 ) (1 1 )
(1 1 )(h9 h3 ) 2 h8 h3
T
1
6
2 h8 (1 1 2 )h3 (1 1 )h9
}
7 9
4 1
5
1 1 2
2
1 1 8
3
2
s
二级回热循环的热效率：
wt h1 h2
以水泵为控制体，3- 4 为定熵压缩过程
消耗轴功
T 1 4 P1 W0 P2 5
wp h4 h3 v3 ( p1 p2 )
h1 h4
0
0
锅炉和过热器为控制体，4 -1定压过程 吸收热量 q1
3
2 6
冷凝器为控制体，2-3定压凝结过程
7
s
q2 h2 h3
8.1.5有摩阻的实际循环
实际蒸汽动力循环都是不可 逆过程，如果考虑到汽轮机 中的不可逆损失，则理想循 环中的可逆绝热过程l-2将代 之以不可逆绝热过程1-2/。 这样，在循环中q1不变，而 q2 增大。如图8.8所示，q2 的增大部分为面积822/78。
汽轮机内蒸汽实际做功wt/与理论功wt 的比值叫做汽 轮机的相对内效率，简称汽轮机效率，以ηT表示，即： wt/ h1 h2/ h2/ h2 (1 T )(h1 h2 ) T wt h1 h2 1kg蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功叫做实 际循环内部功，用wnet/表示，wnet/= wt/-wP/。忽略水泵 功wP/，wnet/≈wt/= h1-h2/。
点2：s2=s1=6.585 kJ/(kg∙K)，p2=0.004MPa， 根据x2=(s2-s2/)/(s2//-s2/)可得： x2=0.765，h2=x2s2//+(1-x2)s2/=1982.4 kJ/kg， T2=301.95K 点3：h3=h2/=121.41 kJ/kg，s3=s2/=0.4224 kJ/(kg∙K) 点4：s4=s3=0.4224 kJ/(kg∙K)，p4=13.5MPa， h4=134.93kJ/kg 汽轮机做功wT： wT=h1-h2=3464.5-1982.4=1482.1 kJ/kg 水泵消耗的功wp： Wp=h4-h3=134.93-121.41=13.52 kJ/kg
c
2
x 2 x2
6
2
(h1 hb ) (ha h2 ) t (h1 h3 ) (ha hb )
s
h1 h2 h1 h4
目前，超高压大型发电厂几乎毫无例外地采用再热循环。 根据蒸汽初参数的情况，一般进行一次或最多两次再热。
8-3 回 热 循 环 Extracting cycle
级数越多，设备和管道越复杂，而每级的抽气量越少；因此，
级数不宜过多，电厂为 3 ~ 8 级.
例题8.1
在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压力p1=13.5MPa， 初温度T1=823K，乏汽压力p2=0.004MPa，求：①循环 净功wnet、加热量q1、朗肯循环热效率ηt、汽耗率ω及汽 轮机出口干度x2；②试从 的角度分析能量利用情况。 [解] ①1-2为蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀过程；23为乏汽在冷凝器内可逆定压放热过程；3-4为水在 给水泵内可逆绝热压缩过程。由已知条件查水及水 蒸气热力性质图或表，得到各状态点参数。 点1：p1=13.5MPa，T1=823K得： h1=3464.5kJ/kg，s1=6.585 kJ/(kg ∙K)
第八章蒸汽动力循环
Stream Power Cycle
热机定义：将热能转换为机械能的设备 动力循环：热机的工作循环.
分类（按工质）：
蒸汽动力动力循环 （蒸汽机、汽轮机等）
燃气动力循环 （内燃机、燃气轮机等）
8-1 朗肯循环
8.1.1蒸汽机概述
蒸汽动力装置系统简图
发电机 汽轮机
锅 炉
冷凝器 水泵
循环净功wnet： wnet=wT-wp=1482.1-13.52=1468.58 kJ/kg 工质吸热量q1： q1=h1-h4=3464.5-134.93=3329.57 kJ/kg 朗肯循环热效率ηt： ηt=wnet/q1=1468.58/3329.57=44.1% 汽耗率ω： ω=1/wnet=1/(1468.58×1000)= 6.81×10-7 kg/J 汽轮机出口干度x2： x2=0.765
s m T t
忽略水泵功，则循环输出净功率的表达式为：
Ps mT P0 mT D(h1 h2 )
理想耗汽率ωo
D 1 0 P0 h1 h2
o D 1 1 i Pi h1 h2/ T h1 h2 T
以实际内部功率Pi为基准 考虑有效功， 有效功耗汽率ωs为：
令实际蒸汽循环净功与循环中热源所供给的热量的比 值为循环内部热效率ηi，则蒸汽循环内部热效率ηi为：
/ wnet h1 h2/ T (h1 h2 ) i T t q1 h1 h3 h1 h3
若再考虑轴承等处的机械损失ηm，则汽轮机输出的 有效功（即轴功ws）为： w w
②朗肯循环热效率ηt=44.1%说明蒸汽机吸入的热量 q1中，只有44.1%转变成了功，55.9%都放给了大气 环境T0=293K，十分可惜。但是，由于实际上排气 温度已较低(T2=301.95K)，排出的热量 为：
exQ T0 T0 q2 (1 ) (h2 h3 )(1 ) T2 T2 293 (1982.4 121.41)(1 ) 301.95
=55.16kJ/kg 由数值看，虽然排出的热量较多，但其有效能值 较小，说明排汽的热能品质较低，因而动力利用的 价值不大。
例题8.2
在图8.11所示的两级抽汽回热循环中（其T-s图如 图8.12所示），第一级回热加热器为混合式，第 二级为表面式。表面式回热加热器的疏水流回冷 凝器。若已知该回热循环的参数为p1=13.5MPa， T1=808K，p2=0.004MPa，给水回热温度为423K， 抽汽点蒸汽的压力按等温差分配选定。试完成： ①加热器级间的温差分配； ②各级抽汽参数p01、p02、h01、h02； ③抽汽系数α1、α2； ④循环功； ⑤循环热效率和汽耗率； ⑥与同参数朗肯循环相比较。
分来自蒸汽动力
蒸汽动力装置可利用各种燃料 蒸汽是无污染、价廉、易得的工质
8.1.2工质为水蒸气的卡诺循环 在相同范围内卡诺循环的热效率最高 气体工质的定温加热与放热难于进行，且功不大 水蒸气汽化与凝结时既定压又定温，功大 实际气体不采用卡诺循环
8-5难于实现；
T
1
5 4
P1 W0
6
V8>>v5 需用比水泵大得多的压缩机；
循环局限于饱和区，热效率不高；
膨胀末期湿空气，不利于动力机安全；
实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为基础
3 8 P2 7 2
O
m n
s
8.1.3朗肯循环及其热效率 1、朗肯循环 工作原理