华北电力大学课件,工程热力学 第11章、蒸汽动力装置循环
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工程热力学11
整体煤气化联合循环(IGCC)
工作流程
气化炉中煤 煤气； 煤气的净化； 燃气轮机循环； 余热锅炉回收排气热量； 蒸汽轮机循环
整体煤气化联合循环(IGCC)
优点
热效率高，目前40~46%，预计可52%； 环保性能好，SO2, NOx, CO2, 粉尘排放低，可燃
用高硫煤；
可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲醇、尿
s
汽耗率的概念
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
3600
功量所消耗的蒸汽量kg
d wnet
wnet的单位是kJ/kg 1kW=1 kJ/s
d
kg kW
h
kg kJ s
h
kg kJ 1h 3600
h
3600kg kJ
ws,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量 h
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功
ws,34 h4 h3
4
锅炉中的定压吸热量
3
q1 h1 h4
1 2
s
Hale Waihona Puke 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
4
t
h1 h1
h2 h3
3
1 2
1
h1
ha
0
蒸汽抽汽回热循环的特点
•优点 >缺点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器
•缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资
小型火力发电厂回热级数一般为1～3级， 中大型火力发电厂一般为 4～8级。
工程热力学 课件 第十一章 蒸汽动力循环装置
循环净功为 wnet wt wp h1 h2 h4 h3
p v图上面积 1234561
循环净热量为 qnet q1 q2 h1 h4 h2 h3 h1 h2 h4 h3
T s图上面积 1234561
Ps mT P0 mT Dh1 h2
耗汽率d：装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 理想耗汽率d0为 D 1 d0 P0 h1 h2 以实际内部功率Pi为基准，则内部功耗汽率为 d0 D 1 1 di Pi h1 h2act T h1 h2 T 考虑有效功，则有效功耗汽率为
可得热效率的近似式 h1 h2 p1 p2 v2 h1 h2 p1 p2 v2 t h1 h3 p1 p2 v2 h1 h2 p1 p2 v2 略去wp简化为
h1 h2 t h1 h2
循环初压力p1甚高时，水泵功约占汽轮机作功的 2%左右，精确计算时不应忽略水泵功
提高初压使乏汽干度降低，引起汽轮机内效率降低 并缩短使用寿命，通常不使乏汽干度低于88% 在提高p1的同时提高t1，可以抵消因提高初压引起 的乏汽干度的降低
背压p2对热效率的影响 在相同的初温初压下降低背压p2也能使热效率提 高 背压降低意味着冷凝器内饱和温度t2降低，故受环 境温度的限制 降低p2若不提高t1也会引起乏汽干度x2降低，后果 与单独提高p1类似
d0 D D de Ps P0Tm Tm
11-2 再热循环
再热循环
新蒸汽膨胀到某一中间压力后撤出汽轮机，导入 锅炉中特设的再热器或其它换热设备中，使之再 加热，然后导入汽轮机继续膨胀到背压p2 再热循环热效率 循环所作的功（忽略水泵功）为
蒸汽动力装置循环PPT课件
T
1 56 4
3
2
0
s
朗肯循环T–s图
T
5 4
1 1’ 67
3
2 2‘
0
s
再热循环T–s图
第16页/共29页
3. 再热对热效率的影响及中间压力
（1）再热对热效率的影响 一次再热吸收的总热量：
对外放热： 热效率：
q 1 ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 ) q 2 h 2 h 3
T
时进行再热，再热器出口温度为540ºC，排汽
压力为0.008 MPa，
试确定乏气干度和循环热
效率，并与相同初，
T
终状态参数的朗肯循环
进行比较。
5
1 1’ 67
4
3
2 2‘
0
s
再热循环T–s图
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例题
2. 在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的压力
P1=13.5MPa, 初温度t1=550ºC，乏气压力为 0.004MPa，求循环净功，加热量、热效率、
T
5
1 1’ 67
4
3
2 2‘
0
s
再热循环T–s图
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4. 一次再热循环热经济性分析： 1. 采用蒸汽中间再热后，汽轮机的排汽干度提高，
使汽轮机低压缸的蒸汽温度保持在允许温度内， 减轻湿蒸汽对冲击和侵蚀，增加了汽轮机工作 的安全性。
2. 在相同参数范围内，再热循环的有用功和热效率 均高于朗肯循环的结果，即再热循环的热经济性 高于朗肯循环。
✓然后：分析实际循环与理论循环的偏离 程度，找出实际损失的部位，大小， 原因，及改进措施。
第2页/共29页
6—1 蒸汽动力装置循环
工程热力学高教第三版课后习题第十一章答案
o
（2） p1 = 3MPa ， t1 = 500 C ， p2 = 6kPa ，由 h-s 图查得：
h1 = 3453kJ/kg 、 h2 = 2226kJ/kg 、 x2 = 0.859 t2 = 36 o C
取 h2′ ≈ cwt2' = 4.187kJ/(kg ⋅ K) × 36 C = 150.7kJ/kg
o
若不计水泵功，则
ηt =
h1 − h2 3453kJ/kg − 2226kJ/kg = = 37.16% h1 − h2′ 3453kJ/kg − 150.7kJ/kg
142
第十一章 蒸汽动力装置循环
d=
1 1 = = 8.15 × 10−7 kg/J 3 h1 − h2 (3453 − 2226) × 10 J/kg
热效率
ηt =
h1 − h2 − wp h1 − h2 − wp
=
(2996 − 2005 − 3)kJ/kg = 34.76% (2996 − 150.7 − 3)kJ/kg
若略去水泵功，则
ηt =
d=
h1 − h2 2996kJ/kg − 2005kJ/kg = = 34.83% h1 − h2′ 2996kJ/kg − 150.7kJ/kg 1 1 = = 1.009 × 10−6 kg/J 3 h1 − h2 (2996 − 2005) ×10 J/kg
143
第十一章 蒸汽动力装置循环
解： （1）由 p1 = 12.0MPa 、 t1 = 450 o C 及再热压力 pb = 2.4MPa ，由 h-s 图查得
h1 = 3212kJ/kg、s1 = 6.302kJ/(kg ⋅ K)、hb = 2819kJ/kg 、 ha = 3243kJ/kg 、 h2 = 2116kJ/kg 、 x 2 = 0.820 p2 = 0.004MPa 、 s1 = sc = sb = 6.302kJ/(kg ⋅ K) ， sc ' = 0.4221kJ/(kg ⋅ K) 、 sc " = 8.4725kJ/(kg ⋅ K)
（2） p1 = 3MPa ， t1 = 500 C ， p2 = 6kPa ，由 h-s 图查得：
h1 = 3453kJ/kg 、 h2 = 2226kJ/kg 、 x2 = 0.859 t2 = 36 o C
取 h2′ ≈ cwt2' = 4.187kJ/(kg ⋅ K) × 36 C = 150.7kJ/kg
o
若不计水泵功，则
ηt =
h1 − h2 3453kJ/kg − 2226kJ/kg = = 37.16% h1 − h2′ 3453kJ/kg − 150.7kJ/kg
142
第十一章 蒸汽动力装置循环
d=
1 1 = = 8.15 × 10−7 kg/J 3 h1 − h2 (3453 − 2226) × 10 J/kg
热效率
ηt =
h1 − h2 − wp h1 − h2 − wp
=
(2996 − 2005 − 3)kJ/kg = 34.76% (2996 − 150.7 − 3)kJ/kg
若略去水泵功，则
ηt =
d=
h1 − h2 2996kJ/kg − 2005kJ/kg = = 34.83% h1 − h2′ 2996kJ/kg − 150.7kJ/kg 1 1 = = 1.009 × 10−6 kg/J 3 h1 − h2 (2996 − 2005) ×10 J/kg
143
第十一章 蒸汽动力装置循环
解： （1）由 p1 = 12.0MPa 、 t1 = 450 o C 及再热压力 pb = 2.4MPa ，由 h-s 图查得
h1 = 3212kJ/kg、s1 = 6.302kJ/(kg ⋅ K)、hb = 2819kJ/kg 、 ha = 3243kJ/kg 、 h2 = 2116kJ/kg 、 x 2 = 0.820 p2 = 0.004MPa 、 s1 = sc = sb = 6.302kJ/(kg ⋅ K) ， sc ' = 0.4221kJ/(kg ⋅ K) 、 sc " = 8.4725kJ/(kg ⋅ K)
工程热力学课件--华北电力大学(北京).ppt
2019-8-26
谢谢观赏
20
例题： 如图，已知大气压pb=101325Pa，U型 管内 汞柱高度差H=300mm，气体表B读数为 0.2543MPa，求：A室压力pA及气压表A的读 数pgA
2019-8-26
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21
解： pB pb peB
101325Pa 0.2543106 Pa 355600Pa
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势 化学反应 — 化学不平衡势
平衡的本质：不存在不平衡势
2019-8-26
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31
2.平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态变化
2019-8-26
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32
稳定未必平衡
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
若以（热源+铜棒+冷源）为系统，又如何？
1
1kg工质：w =pdv
2
w 1 pdv
p 1 2019-8-26
p外
注意： 上式仅适用于
准静态过程
2
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50
p
1.
p 1 2019-8-26
示功图
W
mkg工质：
W =pdV
.
2
2
V
W 1 pdV
1kg工质：
p外
2
谢谢观赏
w =pdv
2
w pdv
1
51
p 准静态容积变化功的说明
pA H pB
(133.32300) Pa 355600Pa 0.3956MPa
pA pb peA p eA pA pb 0.3956MPa 0.101325MPa 0.2943MPa
第十、十一、十二章热力装置及其循环气(气体动力循环、蒸汽循(精)
第十、十一、十二章热力装置及其循环气（气体动力循环、蒸汽循环、制冷循环、热泵循环）气体动力循环一、目的及要求了解各种内燃机的热力过程，掌握朗肯循环的热力循环过程，了解制冷循环及热泵循环的热力过程。
二、内容：10.1分析动力循环的一般方法10.2活塞式内燃机实际循环的简化10.3活塞式内燃机的理想循环10.4活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较10.5燃气轮机装置循环10.6燃气轮机装置的定压加热实际循环10.7简单蒸汽动力装置循环――朗肯循环10.8再热循环及回热循环10.9制冷循环概况10.10压缩空气与压缩蒸汽制冷循环10.11制冷剂的性质10.12热泵循环三、重点及难点：10.1掌握各种装置循环的实施设备及工作流程。
10.2掌握将实际循环抽象和简化为理想循环的一般方法，并能分析各种循环的热力过程组成。
10.3掌握各种循环的吸热量、放热量、作功量及热效率等能量分析和计算的方法。
10.4会分析影响各种循环热效率的因素。
10.5掌握提高各种循环能量利用经济性的具体方法和途径。
四、主要外语词汇：sabeander cycle, diesel cycle, otto cycle, spark ignition, brayton cycle, gas turbine, rankine cycle, vapor, air standard assumptions, refrigerator cycle, heat pump cycle五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：1、试以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例，总结分析动力循环的一般方法。
2、活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率？实际中是否采用？为什么？3、燃气轮机装置循环中，压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功，因而增加了循环净功，但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低，试分析之。
4、干饱和蒸汽朗肯循环与同样初压下的过热蒸汽朗肯循环相比较，前者更接近卡诺循环，但热效率却比后者低，如何解释此结果？5、各种实际循环的热效率，无论是内燃机循环、燃气轮机装置循环或是蒸汽循环肯定地与工质性质有关，这些事实是否与卡诺定理相矛盾？6、蒸汽动力循环中，在动力机中膨胀作功后的乏气被排入冷凝器中，向冷却水放出大量的热量q2，如果将乏汽直接送入汽锅中使其再吸热变为新蒸汽，不是可以避免在冷凝器中放走大量热量，从而减少对新汽的加热量q1，大大提高热效率吗？这样的想法对不对？为什么？7、压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？8、压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？作业：10－2，10－3，10－7，11－2，11－4，11－6，12－3，12－5第十章气体动力循环在学习本章过程中需要掌握三个问题：1）余隙容积对压气机产生什么影响？2）压缩比π的影响如何？如有矛盾采用什么方法解决？3）请说明多级压缩级间冷却原理？§10－1分析动力循环的一般方法动力装置，制冷装置和热泵装置统称为热力装置。
蒸汽动力装置循环PPT课件
(17106 Pa 5103 Pa) 0.001 005 3 m3/kg 17.06103 kJ/kg
h4 h3 wP h2 wP 137.72 kJ/kg 17.06 kJ/kg 154.78 kJ/kg q1 h1 h4 3 426 kJ/kg 154.78 kJ/kg 3 271.22 kJ/kg
1）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。
2）目前世界约75%电力、国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、廉价、易得的工质。
4
6. 蒸汽动力装置工作流程和简化 蒸汽电厂示意图
2513.29 2544.68 2553.46 2560.55 2583.72 2608.90 2645.31 2675.14 2706.53 2748.59 2777.67 2798.66 2803.19 2793.64 2724.46 2085.87
2484.1 2443.6 2432.2 2422.8 2392.0 2357.5 2304.8 2257.6 2201.7 2108.2 2014.8 1890.0 1794.9 1639.5 1317.2
由第一定律
q1 h1 h4
代入已得数据
q1 h1 h4 3 213.6 kJ/kg 195.8 kJ/kg 3 017.8 kJ/kg
14
蒸汽轮机
控制体积: 蒸汽轮机。 进入状态: p1、T1已知；状态确定 出口状态: p2已知。 据第一定律 wt h1 h2
据第二定律 s1 s2
wP
4
vdp
2'
v
p4
h4 h3 wP h2 wP 137.72 kJ/kg 17.06 kJ/kg 154.78 kJ/kg q1 h1 h4 3 426 kJ/kg 154.78 kJ/kg 3 271.22 kJ/kg
1）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。
2）目前世界约75%电力、国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、廉价、易得的工质。
4
6. 蒸汽动力装置工作流程和简化 蒸汽电厂示意图
2513.29 2544.68 2553.46 2560.55 2583.72 2608.90 2645.31 2675.14 2706.53 2748.59 2777.67 2798.66 2803.19 2793.64 2724.46 2085.87
2484.1 2443.6 2432.2 2422.8 2392.0 2357.5 2304.8 2257.6 2201.7 2108.2 2014.8 1890.0 1794.9 1639.5 1317.2
由第一定律
q1 h1 h4
代入已得数据
q1 h1 h4 3 213.6 kJ/kg 195.8 kJ/kg 3 017.8 kJ/kg
14
蒸汽轮机
控制体积: 蒸汽轮机。 进入状态: p1、T1已知；状态确定 出口状态: p2已知。 据第一定律 wt h1 h2
据第二定律 s1 s2
wP
4
vdp
2'
v
p4
第十一章 蒸汽动力循环装置
第十一章蒸汽动力循环装置水蒸气是工业上最早使用来作为动力机的工质。
在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态。
因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。
此外，水和水蒸气不能燃烧，只能从外界吸收热量，所以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力装置。
由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、渣油，甚至可燃垃圾。
§11－1简单蒸汽动力装置循环——朗肯循环1、工质为水蒸气的卡诺循环由第二定律可知，在相同温限内卡诺循环的热效率最高，而采用气体作工质的循环中，定温过程（加热及放热）难以实现，并且气体绝热线及等温线在p-v图上斜率接近，因此有w较小。
i在采用蒸汽做工质时，由于水的汽化和凝结，当压力不变时温度也不变，因而有了定温放热和定温吸热的可能。
又因为定温即是定压，其在p-v图上与绝热线斜率相差较大，因而可提高w，所以蒸汽机原则上可采用卡诺循环，如图中5－6－7－8－5所i示。
而实际的蒸汽动力装置中不采用上冻循环，其主要原因有以下几点：1）在压缩机中绝热压缩8－5过程难以实现；2）徨仅局限于饱和区，上限温度受临界温度的限制，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；3）膨胀末期，湿蒸汽干度过小，含水分甚多，不利于动力机安全。
所以，实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。
2、朗肯（Rankine）循环朗肯循环是最简单也是最基本的蒸汽动力循环，它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵4个基本的、也是主要的设备组成。
右图中为该装置的示意图。
水在锅炉中被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，凝结后的水在水泵中被压缩升压后，再回到锅炉中，完成一个循环。
为了突出主要矛盾，分析主要参数对循环的影响，与前述循环一样，首先对实际循环进行简化和理想化，略去摩阻及温差传热等不可逆因素，理想化后的循环由右图(a )所示的热力过程组成，对应的T-s 图如图(b )所示。
Get清风11章：蒸汽动力循环装置 工程热力学课件第四版
〔1〕抽汽量α1和α2； 〔2〕汽轮机作功wt，act、水泵耗功wp及循
环净功wnet,act； 〔3〕循环内部热效率ηi和实际耗汽率di； 〔4〕各过程及循环的不可逆损失。
解：(1) 此题装置示意图如图10-16，T–s 图如图10-17所示〔见教材P. 330~331, 四版〕。 先利用h-s图(或水蒸汽参数表)确 定各点参数。 由(T1、p1)→(h1、 s1)； 注意： s1=sa=sb=s2； 故可：(pa 、sa) → ha; (pb 、sb) → hb; (p2 、s2) → h2;
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔8〕
管 道 阀 门
中压进汽阀 电 厂 外 观
平安阀
排污泵
二、工质为水蒸气的卡诺循环
p
T
1
e 4 5 p1 6 1
5
6
4
f
p2
3(2’) 8
o
8
3(2’ )
72
v om
7
2
ns
图11-1 水蒸气的朗肯循环
动力循环以蒸汽为工质时，原那么上可采用如上图中6-7-
8-5-6所示的卡诺循环，然而由于过程8-5难以实现等原因(?)，
蒸 汽 轮 机
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔4〕
蒸 汽 轮 机 的 核 心 部 件 转 子
——
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔5〕
发电机的定子和转子
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔6〕
冷 凝 汽 化 器
锅炉给水泵
离心式风机
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔7〕
电 厂 中 常 用 的 几 种 换 热 器
故在实际的蒸汽动力装置中不采用之。
三、朗肯循环及其热效率
在实际的蒸汽动力循环
环净功wnet,act； 〔3〕循环内部热效率ηi和实际耗汽率di； 〔4〕各过程及循环的不可逆损失。
解：(1) 此题装置示意图如图10-16，T–s 图如图10-17所示〔见教材P. 330~331, 四版〕。 先利用h-s图(或水蒸汽参数表)确 定各点参数。 由(T1、p1)→(h1、 s1)； 注意： s1=sa=sb=s2； 故可：(pa 、sa) → ha; (pb 、sb) → hb; (p2 、s2) → h2;
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔8〕
管 道 阀 门
中压进汽阀 电 厂 外 观
平安阀
排污泵
二、工质为水蒸气的卡诺循环
p
T
1
e 4 5 p1 6 1
5
6
4
f
p2
3(2’) 8
o
8
3(2’ )
72
v om
7
2
ns
图11-1 水蒸气的朗肯循环
动力循环以蒸汽为工质时，原那么上可采用如上图中6-7-
8-5-6所示的卡诺循环，然而由于过程8-5难以实现等原因(?)，
蒸 汽 轮 机
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔4〕
蒸 汽 轮 机 的 核 心 部 件 转 子
——
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔5〕
发电机的定子和转子
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔6〕
冷 凝 汽 化 器
锅炉给水泵
离心式风机
一、蒸汽动力装置中的主要设备〔7〕
电 厂 中 常 用 的 几 种 换 热 器
故在实际的蒸汽动力装置中不采用之。
三、朗肯循环及其热效率
在实际的蒸汽动力循环
2021优选蒸汽动力循环及制冷循环优秀课件ppt
1.再热循环
T
8 7 6
1 P1 3 p2
2 p3
45
S 结论：（1）η提高
再热循环的热效率
w sw SH w SL w pw SH w SL Q Q HQ RH Q HQ RH
1
2
wsh+wsL 34
QR
H
（2）乏汽湿含量减少，干度增加。
2.回热循环
回热循环的热效率：
w s w pw s Q H Q L 1 (1 )H (3 H 2)
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： H12c2gZqws
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） ∵ P发生变化 之发生变化
∴T也随
2. 微分节流效应（焦汤效应）
（1） 定义式
QRH
QH
QH H1 H 7
Q RH H 6 H 2 w s H 1 H 2 (1 )H 2 H 3
热效率 w s
QH
能量利用参数 w s Q h
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
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环：
c
ws QH
1TL TH
对郎肯循环： ws H1H2H1H2
QH H1H4 H1H3
要使η↑：
(1) H2↓，降低压力P2（汽轮机出口蒸汽压力）
(2) H1↑，提高汽轮机进口蒸汽的压力或温度 (3) 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效率
华北电力大学课件,工程热力学 第11章、蒸汽动力装置循环_1515
实际 w p 实 水 际 h 3 a h 泵 2 w p p 功 1 0 ..8 0 4 5 7 1 ： .5 6 k5 /k Jg
理 想 情 况 下 汽 轮 机 功 ： w T h 1 h 2 3 4 3 2 . 1 1 9 9 0 . 3 1 4 4 1 . 8 k J / k g
w p h 3 h 2 v 2 p 1 p 2
v2 0.0010m3 0/k5g2
w p1.0 4k7/Jkg
p114 16 0Pa p250P 00 a
2019/5/3
理 想 情 况 下 水 泵 功 ： w p h 3 h 2 v 2 p 1 p 2 1 4 . 0 7 k J / k g
2019/5/3
2
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 —朗肯循环(Rankine cycle)
一.简介
32019/5/3
朗肯 W.J.M. Rankine，1820~1872年， 英国科学家。
1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁 堡。1855年被委任为格拉斯哥大学机 械工程教授。 1858年出版《应用力学 手册》一书，是工程师和建筑师必备的 指南。1859年出版《蒸汽机和其它动 力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机 理论的经典著作。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。 1872年12月24日于格拉斯哥逝世。
2019/5/3
(1) 循环效率
汽轮机的相对内效率： ri实 理际 论功 功 hh11hh22a
水泵的效率：
p实 理际 论 泵 泵 hh33a 功 功 hh2 2
实际效率：
i h1h1h2h2rih3ah3h2ph2
理 想 情 况 下 汽 轮 机 功 ： w T h 1 h 2 3 4 3 2 . 1 1 9 9 0 . 3 1 4 4 1 . 8 k J / k g
w p h 3 h 2 v 2 p 1 p 2
v2 0.0010m3 0/k5g2
w p1.0 4k7/Jkg
p114 16 0Pa p250P 00 a
2019/5/3
理 想 情 况 下 水 泵 功 ： w p h 3 h 2 v 2 p 1 p 2 1 4 . 0 7 k J / k g
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2
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 —朗肯循环(Rankine cycle)
一.简介
32019/5/3
朗肯 W.J.M. Rankine，1820~1872年， 英国科学家。
1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁 堡。1855年被委任为格拉斯哥大学机 械工程教授。 1858年出版《应用力学 手册》一书，是工程师和建筑师必备的 指南。1859年出版《蒸汽机和其它动 力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机 理论的经典著作。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。 1872年12月24日于格拉斯哥逝世。
2019/5/3
(1) 循环效率
汽轮机的相对内效率： ri实 理际 论功 功 hh11hh22a
水泵的效率：
p实 理际 论 泵 泵 hh33a 功 功 hh2 2
实际效率：
i h1h1h2h2rih3ah3h2ph2
华北电力工程热力学课件第11章 蒸汽动力装置循环
❖ 1:主蒸汽（汽轮机入口，过 热蒸汽）
❖ 2:乏汽（汽轮机出口，湿饱 和蒸汽）
❖ 3:冷凝水（冷凝器出口，饱 和水）
❖ 4:给水（水泵出口，未饱和 水）
9
朗肯循环示意图
10
朗肯循环热效率
t
wnet q1
1 q2 q1
wnet wt wP
wt h1 h2
wP h4 h3
t
wnet q1
wt
wP q1
1 q2 q1
h1 h2 h4 h3 h1 h4
11
忽略水泵耗功时的热效率
❖ 水泵耗功相对较低， 不作精解计算时可忽 略
tt
wwnneett qq11
hh11 hh22 hh11 hh33
12
汽耗率、热耗率和煤耗率
❖每产生1kW•h的功所消耗的蒸汽质量称为 汽耗率，用符号d表示，单位为kg/（kW•h）
20
第11章 蒸汽动力装置循环
11-1 朗肯循环 11-2 再热循环 11-3 抽汽回热循环 11-4 热电联产循环
11-5 热电冷三联产
21
再热循环
❖ 再热循环主要目的：提高乏汽干度
22
再热循环基本过程
❖ 3-1：给水在锅炉内吸热（定 压吸热）
❖ 1-b：主蒸汽在汽轮机高压缸 中膨胀作功（等熵膨胀）
D
3600
d
kg/(kW h)
Dwnet / 3600 wnet
13
汽耗率、热耗率和煤耗率
❖把每产生1kW•h的功需要锅炉提供的热量 称为热耗率，用q0 表示，单位为kJ/ （kW•h） q0 dq1 kJ/(kW h)
14
汽耗率、热耗率和煤耗率
❖火电厂把每产生1kw•h电能消耗的标准煤的 克数称为标准煤耗率，常常简称煤耗率， 用b0 表示，单位为g/（kW•h）
❖ 2:乏汽（汽轮机出口，湿饱 和蒸汽）
❖ 3:冷凝水（冷凝器出口，饱 和水）
❖ 4:给水（水泵出口，未饱和 水）
9
朗肯循环示意图
10
朗肯循环热效率
t
wnet q1
1 q2 q1
wnet wt wP
wt h1 h2
wP h4 h3
t
wnet q1
wt
wP q1
1 q2 q1
h1 h2 h4 h3 h1 h4
11
忽略水泵耗功时的热效率
❖ 水泵耗功相对较低， 不作精解计算时可忽 略
tt
wwnneett qq11
hh11 hh22 hh11 hh33
12
汽耗率、热耗率和煤耗率
❖每产生1kW•h的功所消耗的蒸汽质量称为 汽耗率，用符号d表示，单位为kg/（kW•h）
20
第11章 蒸汽动力装置循环
11-1 朗肯循环 11-2 再热循环 11-3 抽汽回热循环 11-4 热电联产循环
11-5 热电冷三联产
21
再热循环
❖ 再热循环主要目的：提高乏汽干度
22
再热循环基本过程
❖ 3-1：给水在锅炉内吸热（定 压吸热）
❖ 1-b：主蒸汽在汽轮机高压缸 中膨胀作功（等熵膨胀）
D
3600
d
kg/(kW h)
Dwnet / 3600 wnet
13
汽耗率、热耗率和煤耗率
❖把每产生1kW•h的功需要锅炉提供的热量 称为热耗率，用q0 表示，单位为kJ/ （kW•h） q0 dq1 kJ/(kW h)
14
汽耗率、热耗率和煤耗率
❖火电厂把每产生1kw•h电能消耗的标准煤的 克数称为标准煤耗率，常常简称煤耗率， 用b0 表示，单位为g/（kW•h）
工程热力学(华北电力大学)全套课件
3
绪论
0-1 火力发电厂的生产过程
0-2 热能及其利用
0-3 热力学发展简史 0-4 工程热力学的内容 0-5 工程热力学的学习
4
火力发电厂的生产过程
5
火力发电厂系统图
汽轮机
锅 B 炉
锅炉
Boiler（B）
T
G
发电机
汽轮机
Turbine（T）
凝汽器（冷凝器）
Condenser（C）
11
热能的动力应用
热能—机械能
车用内燃式发动机、船用燃气轮机、船用蒸汽 轮机、飞机喷气式发动机
热能—机械能—电能
蒸汽轮机发电 内燃机发电 燃气轮机发电
12
我国的能源结构
煤是一次能源主体，石油天然气部分依靠进口。 2002年，我国煤炭产量13.8亿吨，居世界第一位； 原油产量1.67亿吨，居世界第五位；天然气产量 326.6亿立方米，居世界第十六位，发电量16540 亿千瓦时，居世界第二位。 2002年，我国一次能源总消费中煤炭占66.1％， 石油23.4%，天然气2.7%，水电7.1%，核电0.7%。 我国是世界第二大能源消费国。
19
热力学的建立—热二律
1824年，卡诺提出了卡诺循环和卡诺定理，发现 了热能转变为机械能的根本条件，即必须有温度 不同的热源和冷源，这从本质上说明了热力学第 二定律。 开尔文在1848年根据卡诺定理制定了“热力学温 标”，克劳修斯在1850年根据卡诺定理提出了 “熵”。 在卡诺研究的基础上，1850-1851年间，克劳修斯 和开尔文先后提出了热力学第二定律。
水泵
P
给水泵
C
凝汽器
Pump（P）
发电机
工程热力学学-11 水蒸气及蒸汽动力循环
工程热力学
ux (1 x)u'xu" u'x(u"u') hx (1 x)h ' xh" h ' x(h" h ') h' xL sx (1 x)s'xs" s'x(s"s') vx (1 x)v'xv" v'x(v"v')
8
11-2 水蒸气热力性质表和图
B
A
s
10
2、水蒸气热力性质线图（h - s图）
工程热力学
11
2、水蒸气热力性质线图（h - s图）
工程热力学
C为临界点，BC为饱和水线，AC为干饱和水蒸气线 ACB线下面是湿蒸汽区，AC右上方是过热蒸汽区
h
定压线群
p
vT
定温线群
定容线群
C
定干度线群
A
B
s
12
h
p
C
B
工程热力学
vT A
（1）在湿蒸汽区内有定压线、 定温线和等干度线，此区域 内，定压线即为定温线；
3-0：抽汽后剩余的(1-α)kg水在水泵中的绝热加压过程
0-b：抽汽后剩余的(1-α)kg水在回热器中的定压吸热过程 b-0’：回热后重新汇合的1kg水在水泵中的绝热加压过程
h x=0
工程热力学
p2 2 t2
p1 t1
1
x x=1
s
p1 =p2 2 t2
t1
1 x x=1 s 16
三、定温过程 t1 = t2
h
q12
2
Tds
1
T1(s2 s1)
工程热力学六动力装置循环课件
蒸汽机动力装置的应用
蒸汽机动力装置广泛应用于工业领域，如发电站、化工、造纸等，也可用于船舶 和铁路机车等交通运输工具。
随着技术的发展，蒸汽机逐渐被更高效的汽轮机和内燃机所取代，但在某些特定 领域仍有一定应用。
05
燃气-蒸汽联合循环
燃气-蒸汽联合循环工作原理
燃气-蒸汽联合循环是一种高效、清洁的能源利用方式，它结合了燃气轮机循环和蒸汽轮机循环的优点。在燃气-蒸汽联合循 环中，首先通过燃气轮机燃烧燃料产生高温高压气体，驱动涡轮机转动并输出机械功；然后，将部分或全部高温排气引入余 热锅炉中加热给水，产生高温高压蒸汽；最后，蒸汽轮机利用这些蒸汽转动涡轮机并输出机械功。
03
燃气轮机动力装置循环
布雷顿循环
总结词
基于等压加热的理想循环，适用于燃气轮机。
详细描述
布雷顿循环由吸气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成。在等压加热过程中，工质吸收热量并对 外做功，实现热能向机械能的转化。
回流燃烧室循环
总结词
提高燃气轮机效率的循环方式。VS详细描述回流燃烧室循环通过在燃烧室内形成回流 ，增加燃料与空气的混合时间和燃烧程度 ，从而提高燃烧效率。同时，回流还使得 燃烧室内压力升高，提高了循环热效率。
回热循环通过将部分做功后的蒸汽抽 出，引入回热器加热锅炉中的给水， 提高给水温度，减少锅炉中燃料消耗 ，从而提高整个循环的热效率。
再热循环
总结词
再热循环是在朗肯循环基础上增加一个再热器，以提高再热率的改进型循环。
详细描述
再热循环中，汽轮机高压缸排出的蒸汽被引入再热器中再次加热，然后进入低 压缸继续做功。再热循环可以提高汽轮机的效率，并减小蒸汽在汽轮机内的温 差和压力降，从而提高整个循环的热效率。
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()
11-1 蒸汽动力循环
1.简单的蒸汽动力装置
华
北
电
力
大 学
3
北 京
2
动
力
系
工
程
热 物
1
理 教
4
研
室
5
1.锅炉，boiler，加热 2.过热器，super heater,加热
q1
3.汽轮机，turbine，做功，Wt
4.凝汽器，condenser，放热，q2 5.给水泵，pump，增压，耗功，Wp
2019年12月30日4时4分
()
11-1 蒸汽动力循环
2.水蒸气的卡诺循环
华 北 电 力 大
学T
北 京
动
力 系 工
T1
程
热
物 理
T2
教
研
室
C
4
1
3
2
能量的实际利用率低，T1受到水 蒸气临界温度 (374.15°C)的限 制。热量从炉膛(1500 °C)传到 低于374.15°C的工质，做功能 力损失大；
h2
ri
h3 h2
p
h2
h3 h2
p
2019年12月30日4时4分
()
(2) 技术指标
汽耗率：汽轮机发出单位功率所需要消耗的蒸汽流量，d (kg/kWh)。如
华 北
果汽轮机每小时消耗的蒸汽流量为D (kg/h)，发出的功率为Nnet (kW)， 则：
电 力 大 学
2~2`凝汽器中的定压放热过程 q2 h2 h2
2`~3给水泵中的绝热压缩过程
2
wp h3 h2
s
3~1锅炉中的定压加热过程
q1 h1 h3
朗肯循环就是水和水蒸气的 两个定压过程（热） 与
两个绝热过程（做功）的组合
2019年12月30日4时4分
()
华 北 电 力 大 学 北 京 动 力 系 工 程 热 物 理 教 研 室
wt h1 h2a h1 h2 1
同样，水泵耗功也多于理论耗功：
2a 2
s
wp h3a h2
实际循环的热效率为：
i
h1
h2a h3a
h1 h3a
h2
2019年12月30日4时4分
()
(1) 循环效率
华 北 电 力
汽轮机的相对内效率：
ri
北
京 动 力 系
3600
3600 3600
q0 d q1 wnet q1 wnet / q1 t
kJ / kWh
电 力
蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，
大
学 北
促使资本主义诞生。
京 动
2）目前世界75%电力，国内80%电力来自火电厂，绝
力
系 工
大部分来自蒸汽动力。
程
热 物
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。
理 教 研
4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
室
()
2019年12月30日4时4分2
()
§11-1 简单蒸汽动力装置循环 —朗肯循环(Rankine cycle)
()
第11章、蒸汽动力装置循环
热能动力装置 ：将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简
华 称热机。
北
电
力 大
动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：
学
北 京
蒸汽动力装置循环：以蒸汽为工质的热机的工作循环
动 力
（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。
系
工
程 热
气体动力装置循环：以气体为工质的热机的工作循环
物 理
Nnet
D 3600
wnet
kW
北 京
动 理论汽耗率为：
力 系 工 程 热 物 理 教 研 室
d D 3600
N net
wn分
()
(2) 技术指标
热耗率：机组发出1kW.h的功所要消耗的热量q0，kJ/kW.h。
华 北 电 力 大 学
蒸汽流量D kg/h，机组功率Nnet kW，每kW.h所需要消耗的蒸 汽流量为d kg/kW.h，单位质量蒸汽的循环吸热量为q1kJ/kg， 则郎肯循环的热耗率为：
2019年12月30日4时4分
(1) 循环效率
()
华 循环功：
北 电 力 大 学
wnet wt wp q1 q2
h1 h2 h4 h3
北
京 动 力 系 工 程
循环热效率 t
wnet q1
h1 h2 h4 h3
h1 h4
热
（如内燃机、燃气轮机等）。
教
研
室
研究热机循环的目的：分析其热能利用的经济性（即热效率）、
影响热效率的因素、寻找提高热效率的途径。
2019年12月30日4时4分
第十一章 蒸汽动力装置循环
蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant) ：
华 北
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期
一.简介
华 北 电 力 大 学 北 京 动 力 系 工 程 热 物 理 教 研 室
32019年12月30日4时4分
()
朗肯 W.J.M. Rankine，1820~1872年， 英国科学家。
华 1820年6月5日出生于苏格兰的爱丁
北
电 力
堡。1855年被委任为格拉斯哥大学机
大 学
械工程教授。 1858年出版《应用力学
湿蒸汽的膨胀于汽轮机不利。
s 湿蒸汽的压缩不易实现。
因此，实际的蒸汽动力循环不采用卡诺循环， 而采用朗肯循环：加热到过热蒸汽区，冷却到饱和水状态
2019年12月30日4时4分
3.朗肯循环
()
T
华
北 电
T1
力
大
学
北
京 动
4
力
系
工 程
3
热 物
T2
理
2
教
研
室
1~2汽轮机中绝热膨胀过程
1
wt h1 h2
实际功 理论功
h1 h2a h1 h2
大
学 北
水泵的效率：
京
p
理论泵功 实际泵功
h3 h2 h3a h2
动
力
系 工 程 热 物 理 教 研 室
实际效率：
i
h1
h1
h2
ri
h3 h2
p
h2 h3a h2
i
h1
h1
物
理 教
由于水泵功和汽轮机功相比很小，粗略计算中可以忽略不计，即：
研 室
wp wt
h3 h3
则：
t
wnet q1
h1 h2 h1 h4
称为理论热效率
2019年12月30日4时4分
()
(1) 循环效率
华
北
电 力
T
大
学 北
T1
京
动
力
系
4
工
程
热 物
3
理 教 研
T2 2
室
若考虑汽轮机的不可逆性，则：
北
京 手册》一书，是工程师和建筑师必备的
动
力 系
指南。1859年出版《蒸汽机和其它动
工 程 热
力机手册》，是第一本系统阐述蒸汽机
物 理
理论的经典著作。朗肯计算出一个热力
教
研 室
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。
1872年12月24日于格拉斯哥逝世。
2019年12月30日4时4分