工程热力学蒸汽动力循环

30
四、具有一级回热和一次再热的蒸汽动力循环：
b 1
(1 )kg
1kg
T
பைடு நூலகம்
1
b
1kg
０
kg
2
( F)
0'
kg
0
F 0' ( a)
(1 )kg
(1 )kg
3
0
3( 4) ( b)
2 s
4
31
7-5 热电合供（联产）循环
一、热电合供循环：发电+供热
工业用汽压力为0.24—0.8MPa；
再热压力pa=p1.(20%--30%)，再热温度tb=t1。
3.再热次数：
再热次数过多，使管道系统复杂，投资增加，运行不便。 一般很少超过两次。只有超临界参数机组才考虑采用两次再热。
新课引入
T 1
T2 t 1 T1
o p 9 MPa 时 , t 303 C s1 1 o p 0 . 004 MPa 时 , t 29 C 2 s 2
29
5、从理论上讲，回热抽汽级数越多则热效率越高， 但实际上，随级数增加，热效率增长减慢，且系 统复杂，各种费用增加，故需作全面技术经济比 较。采用多级回热时：中、低压机组3～5级，高 压以上机组7～9级；如330MW机组采用7级抽汽回 热。 回热虽增加了回热器等设备，使系统复杂， 投资增加，但基于上面几点原因，总的来说 是利大于弊，所以蒸汽动力装置无论容量大 小，都广泛采用了抽汽回热循环。
不计泵耗功
w0 (h1 ha ) (hb h2 ) 循环热效率： t , z ) (hb ha ) q1 (h1 h2
b
二、循环计算： 2.汽耗率：
4
A 2
3600 3600 dz h1 ha hb h2 w0
kg/kWh
3.热耗率： qt ,z
15
新课引入
t p1 x2
为解决二者间的矛盾，可对循环方式 加以改进：采用再热循环。
7-3 再热循环
采用再热的目的：提高汽轮机排汽干度，为
初压的提高创造条件；同时提高循环热效率。
再热的概念：当蒸汽在汽轮机中膨胀作功而
压力降低到某个中间压力时，把蒸汽从汽轮机 引出，送至锅炉的再热器中重新加热，使蒸汽 再次达到较高的温度，然后送回汽轮机的低压 汽缸继续膨胀作功。
4 3 0
2 s
4
3
11
7-2 蒸汽参数对循环热效率的影响
T 1
h
p1 1 t1
p2
T1
T2
0
4 3 2
2
x=1
s
t1 h1 h2 T2 p1 t f ( p1 , t1 , p2 ) 1 h1 h2 T1 p2
12
s
一、蒸汽初温对热效率的 影响：
消耗的蒸汽量(kg)，用符号d表示.
3600 3600 d w0 h1 h2
消耗的热量(kJ)，用符号qt表示.
kg/kWh
3.热耗率：表示每产生1kw· h(即3600kJ)的功所
qt 3600
t
kJ/kWh
10
朗肯循环
1
ＴＴＴ ＴＴＴ T ＴＴＴ
T 1
ＴＴ
B
2
C P ＴＴＴ
ＴＴＴ
7
二、朗肯循环的热经济指标： 1.循环热效率：
在锅炉定压吸热： 在凝汽器定压放热：
T 1
q1 h1 h4
q2 h2 h3
4 3 2
在汽轮机绝热膨胀作功： w12 h1 h2 在水泵绝热压缩耗功：
w34 h4 h3
0
s
循环净功： w0 w12 w34 (h1 h2 ) (h4 h3 )
14
三、排汽压力对热效率的 影响：
设初温t1＝const，初压 p1＝const.
降低p2对ηt的影响：
（1）降低排汽压力使平均放热温度有明显下降，而平均吸热温 度相对下降得极少，因此朗肯循环的热效率还是有明显提高。 （2）降低排汽压力使汽轮机排汽干度下降，这将不利于汽轮机 的安全运行。 受到的限制：排汽压力的降低主要受汽轮机排汽干度下降及环 境温度的限制。目前火电厂的排汽压力最低在0.004MPa左右
生活用汽压力为0.12—0.25MPa.
二、热电合供循环的类型：（按供热方式不同分）
1.背压式热电机组 2.调节抽汽式热电机组
32
1、背压式热电机组(p2>0.1MPa)
优点：
供电
①K值较高； ②系统简单，投资费用低。
缺点：
①t有所降低； ②供热、供电互相影响； ③供热参数单一。 应用：热负荷较稳定， 且用汽量大的自备电厂。 理论上，K=1，但实际 上，由于各种损失，一 般K=65%～70% 。
二、蒸汽初压对热效率的 影响：
设初温t1＝const，排汽 压力p2＝const.
提高p1对ηt的影响：
（1）提高初压使平均加热温度升高，而放热温度不变， 则朗肯循环的热效率得到提高； （2）x2′<x2，影响汽轮机的安全运行。 受到的限制：初压的提高受到汽轮机排汽干度下降的 限制。故一般同时提高蒸汽的初温及初压，既能提高 热效率，又能保证汽轮机叶片良好的工作条件。
加热器
34
提高蒸汽动力循环热经济性的途径
提高蒸汽初温 改变蒸汽参数 提高蒸汽初压 降低乏汽压力 再热循环 回热循环 改变循环方式 热电合供循环 燃气-蒸汽联合循环 (P121.图4-26)
减少各种不可逆损失
IGCC (P123.图4-28) 新型动力循环 PCFB-CC
…...
35
本章小结
设 初 压 p1＝const， 排 汽压力p2＝const.
提高t1对ηt的影响：
（1）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变， 则朗肯循环的热效率得到提高； （2）排汽干度增加，即x2′>x2，这有利于改善汽轮机叶 片的工作条件。
受到的限制：初温的提高受到过热器金属材料耐高温 性能的限制，故目前国产机组的初温一般在560℃左右



朗肯循环的装置图、T-s图及蒸汽参数对循环热 效率的影响； 再热的定义，采用再热的目的，再热循环的装 置图及T-s图； 抽汽回热的定义，回热循环的装置图及T-s图， 采用回热循环的意义； 热电合供循环的类型及经济性指标； 提高火电厂实际蒸汽动力循环热经济性的途径
第一篇
工程热力学
第七章
蒸汽动力循环
本章主要内容
朗肯循环 再热循环
回热循环
热电合供循环
目的与要求:
掌握各种循环的意义、构成、热经济性(热效率等)计算 及影响因素，提高循环热效率的措施等内容。
2
卡诺循环的工程指导意义
Ｔ T1 1 q1 2
w0 q1 q 2
T2 0 4 s1 q2 3 s2 s
（2）工质从锅炉中吸热：
(4) 3
kg
p0
0
(1 ) kg
p2
2
q1 h1 h0
循环热效率：t ,h
0
s
w0 (h1 h0 ) (1 )(h0 h2 ) ' q1 h1 h0
3.汽耗率：
3600 3600 dh w0,h (h1 h0 ) (1 )(h0 h2 ) kg/kWh
4 3 2
0
s
水在锅炉中的低温预热段很长，使循环的平均吸热温度 较低，所以朗肯循环的热效率不高。
对循环方式加以改进：采用回热循环
7-4 回热循环
回热：在循环内部工质自身之间的换热。
（与外热源无关）
抽汽回热：从汽轮机内抽出部分作了一定功的
蒸汽，将其引入回热加热器中用于预热锅炉给水。
23
一、装置系统图及T-s图：（以一级抽汽回热循环为例）
17
一、装置系统组成及循环T-s图：（以一次再热循环为例）
18
二、循环计算： 1.热效率：
4-1—锅炉中定压吸热过程； 1-a—高压缸中绝热膨胀过程； a-b—再热器中定压吸热过程； b-2—低压缸中绝热膨胀过程； 2-3—凝汽器中定压放热过程； 3-4—给水泵中绝热压缩过程。 b
4
A 2
循环净功： w0=（h1-ha)+( hb-h2) q1=（h1-h4)+ (hb-ha) 循环吸热量：
抽汽率（α ）——从进入汽轮机的1kg蒸汽中所抽出的蒸汽量。
二、一级回热循环计算： 1.抽汽率α的确定：
由热平衡方程式，可得：
' (h0 h ) (1 )(h0 h2 ) ' 0
1kg
1kg
1
F
给 水 泵
kg
0
2
3 0’
回热器
故
h h h0 h
' 0
' 2 ' 2
注意不计泵功时：
4 3 2
h4=h3=h2′
则朗肯循环的热效率可近似地表示为：
0
s
h
p1
1
w12 h1 h2 h1 h2 t ' q1 h1 h3 h1 h2
式中，h1、h2及h2′由p1、t1及p2在水蒸气 图表中查取。 2
t1
p2 x=1
s
2.汽耗率：表示每产生1kw· h(即3600kJ)的功所
T
1
4.热耗率：
p1
1kg
qt ,h
3600
( F) 0'
kg
p0
0
t ,h
kJ/kWh
( 4) 3
(1 )kg
p2
2
0
s
27
两级抽汽回热循环
28
三、回热循环的分析（意义）：
1、回热循环的热效率高于同参数朗肯循环的热效率，因为 回热减少了冷源损失，提高了给水温度（即提高了循环 的平均吸热温度）。 2、回热虽使汽耗率高于同参数朗肯循环的汽耗率,但由于 抽汽，改善了蒸汽的流动，有利于汽轮机结构改进。 3、给水温度的提高，使锅炉热负荷及相应受热面（省煤器） 减少；由于抽汽使进入凝汽器的乏汽量减少，使凝汽器 及其辅助设备尺寸减小，节省材料和投资。 4、热耗率低于同参数朗肯循环的热耗率。
由于以上三点原因，此循环热效率并不高，且 不利于汽轮机的安全运行，故实际并不采用。
5
7-1 朗肯循环——蒸汽动力装置的基本循环
一、装置系统组成及T-s图：
7-1 朗肯循环
四个工作过程：
4-1—定压吸热过程（锅炉：Boiler） 1-2—绝热膨胀过程（汽轮机：Turbine） 2-3—定压放热过程（凝汽器：Condenser） 3-4—绝热压缩过程（给水泵：Pump）
3
任意循环ηt 的分析方法——平均温度法
任意循环abcd的等效
T Tm T11 a Tm T2
2
卡诺循环为ABCD：循 环热效率应相等。
A
b
B
c d
s2 C
t abcd t ,c ABCD
T2 1 T1
D
s1
s
对于实际的热机循环，在可能的条件下，尽 量提高工质的平均吸热温度、降低工质的平 均放热温度，是提高循环热效率的根本途径。
4
以水蒸气为工质的卡诺循环能否实现呢？
此循环缺点：
（1）加热温度T1受临界温度（374℃）限制，不能太高。 （2）放热温度T2受环境温度及汽轮机排汽干度（x2≮0.850.88）的限制，不能太低。 （3）从凝汽器出来的3点状态为湿蒸汽，压缩这样的汽水 两相混合物所需压缩机尺寸庞大，耗功量也很多，且工作 极不稳定，所以实现3-4的压缩过程不易。
4
(1 )kg
凝结水泵
注意：h2′为乏汽压力P2 下的饱和水焓；h0′为抽 汽压力p0下的饱和水焓。
kg h0
1kg
(1 )kg
'
h0
h2
'
2.热效率：
（1）循环净功：（不计泵耗功）
T
1
p1
1kg
(F) 0'
w0 (h1 h0 ) (1 )(h0 h2 )
q1 q2 w0 (h1 h2 ) (h4 h3 ) 循环热效率： t q1 q1 h1 h4
8
q1 q2 w0 (h1 h2 ) (h4 h3 ) t q1 q1 h1 h4
T
1
水泵耗功很少，约占汽轮机轴功的 2%， 可忽略，即认为： w34 h4 h3 0
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供 热
热用户
能量利用系数: K w q 被利用的能量 0 2 工质从热源得到的热量 q1
2、调节抽汽式热电机组
优点：
供电
调节阀
①可同时满足供热、供 电的需要； ②供热可满足不同压力 的需要； ③热效率比背压式高。
供 热
热用户
缺点：
①系统及运行较复杂； ②其能量利用系数比背 压式低。
从理论上确定了通过热机循环 实现热能转变为机械能的条件 及给定温度范围内循环热效率 的最高极限值，并指出了提高 热机效率的方向和途径，为度 量实际热机循环的热力学完善 程度提供了标准。 对于任意复杂循环，可利用相 应的等效卡诺循环（即平均温 度法）来分析其热经济性。
T2 t ,c 1 T1
3600
t ,z
kJ/kWh
20
三、再热循环分析：
1.再热的意义：
当初压较高时，采用再热可使乏汽的干度显著的提高，增 加了汽轮机工作的安全性，同时使循环的热效率得到进一步提 高，汽耗率和热耗率都小于同参数的朗肯循环，故现代蒸汽动 力装置中，蒸汽初压高于13MPa时都采用再热措施。
2.再热参数的确定：