工程热力学第十章蒸汽动力装置循环教案

所消耗的功量，2) 汽轮机作功量, 3) 汽轮机出口蒸汽干度, 4) 循环净功， 5) 循环热效率。 解：根据蒸汽表或图查得 1、2、3、4 各状态点的焓、熵值：
h1 =kg
s1 =kgK
h2 =2236kJ/kg
s2 =kgK
h3 = /kg
s3 =kgK
h4 =kg
则 1) 水泵所消耗的功量为
q0=q1-q2=（h1-h4）-（h2-h3） 1kg 工质在 T 中绝热过程所作的功
wT h1 h2
1kg 工质在 P 中绝热过程消耗的功
wP h4 h3
故循环净功
w0 (h1 h2 ) (h3 h4 )
则
w0 q0
t
w0 q1
q1 q2 q1
(h1 h4 ) (h2 h3) h1 h4
释放的热量供给，产生 1kg 蒸汽所需的热量 q1 中大约有 50%的热量被凝气器中的水
带走，因而热效率不变，所以为提高t ，蒸
汽功力装置都采用给水回热气的回热循环。 一、回热循环 为分析方便，以一次抽气为例。如图 叙述，每千克状态 "1" 的新蒸汽进入汽轮机
中绝热膨胀到状态 01( p01, t01) 时，即从汽轮
优点：热能利用率高 缺点：热负荷和电负荷不能调节, 供热参数单一 二、 调节抽气式热电循环 抽汽式热电联供循环, 可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。 它的实质是利用气轮机中间抽气来供热。
例 1：某朗肯循环的蒸汽参数取为 t1 =550 0 C ， p1 =30bar， p2 =。试计算 1) 水泵
第十章 蒸汽动力循环
蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质 ：水蒸汽。 用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。
本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环
匀速
朗肯循环 回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析
yT 的计算公式 yT 的影响因素分析 yT 的提高途径
10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率
w0 1(h1 h01) (11)(h1 h2 )
(h1 h01) (1)(h01 h2 )
b: q1 的确定
q1 h1 h01
tR
(h1
h01) (1)(h01 h1 ho1
h2 )
为了与郎肯循环比较，确定 h01
首先：根据热平衡得
(11)(h01 h2) (h01 h0)
2.提高蒸汽初压对热效率的影响 设初温 T1 ＝const，乏汽压力 p2 ＝const。
↑p1→p1'→(Tm1' ＞Tm1 ) 。
过程 2'-3 和原过程 2-3 放热温度相同，即 Tm2' ＝
Tm2 ＝T2
于是，根据等效卡诺循环的热效率公式 ηt＝1－(T2/Tm1)可知，提高蒸汽初
压 p1，可使朗肯循环的热效率提高。 当提高蒸汽的初压时，如果蒸汽的初温不变，则绝热膨胀终了状态 2'比原状
wp h4 h3 = 汽轮机作功量
wt h1 h2 ==kg
3) 汽轮机出口蒸汽干度
p2 =时的 s2' =kgK s2" =kgK.
则 x s2 s2' s2" s2'
(h1 h2 ) (h4 h3) h1 h4
由于过冷水在泵中绝热压缩过程，水具有不可压缩性故水温变化很
小。 u 0
即 v4 v3 w 0 q 0
故 wp h4 h3 ( p4 p3 )v2 h1 h2
即 h4 h3
∴ 上式可简化：
t
h1 h2 h1 h4
参数确定： h1 、 h2 可表示 or 图， h3 只可查表
(11)(h1 h2 ) (11)(h1 h2 )
h1 h2 h1 h2
t
结论：这一循环与朗肯循环1 2 2 ' 5 6 1不同之处
量。不能 用面积反 映循环中 真实热量 关系及循 环热效 率。
（1） 水自 2’到 01 的加热不由外热源供给（在锅炉中吸热量减小）
（2） 千克的蒸汽在作了一部分功后不再向外热源放热向外热源放热的只有
10-4 再热循环
为了提高热效率，可以采用再热的方法来提高加热过程的平均加热温度。
工作过程：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,送至再热器重新加热，使蒸汽的温度再次达到较高的温度，然后 送回汽轮机的低压汽缸，进一步膨胀作功。
采用再热措施的理想循环称为再热循环。由 0-1—定压吸热过程，1-a—绝热 膨胀过程，a-1'—定压再热过程，1'-2'—绝热膨胀过程，2'-3—定压放热过程， 3-0—绝热加压过程等组成。
再热循环的热效率可表示为
对比朗肯循环热效率
则只有当
时（即循环 a-1‘-2-2-a 的热效率大于朗肯循环的热效率），再热循环具有比朗 肯循环高的热效率。
采用再热措施时，乏汽的干度显著的提高。因此在一定的蒸汽初温的限制条 件下，采用再热循环 就可应用更高的蒸汽初压，使循环的热效率得到进一步提高。
现代蒸汽动力装置中，蒸汽初压高于 13MPa 的大型装置都采用再热措施。 10．5 热电循环 一、 背压式热电循环 用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。
T1'时，朗肯循环的热效率提高。
此外，当蒸汽的初温提高时，如果蒸汽的初压不变，绝热膨胀终了状态比原 状态 2 有较大的干度。乏汽的干度增大。 说明乏汽中含有的水分减少，这有 利于减少汽轮机内部的功耗散，也有利于改善汽轮机叶片的工作条件。但另一方 面，为提高蒸汽的初温，则要求锅炉过热器所用材料具有较好的耐热性。
最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今 不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。
二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能
按卡诺循环进行。
p
5
1
C
2
v
1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2-C 定温放热（冷凝汽） 可以实现 5-1 定温加热（锅炉） C-5 绝热压缩（压缩机） 难以实现 原因：2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且 3 点的湿蒸汽比容比
低温蒸汽状态称乏汽。 2-3 过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4 过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。
朗肯循环与卡诺循环
1）乏汽凝结是完全的，不是只与 C 点而一直进行到（3）点，全部液化。 2）汽轮机采用过热整齐（不是饱和蒸汽）。 3）过热区、过冷区加热是高压。
态 2 有较小的干度。 干度减小说明乏汽中含有的水分增加，这会引起汽轮机内部 的耗散增加。特别是干度较低而水分过多 时，由于水滴的冲击，汽轮机叶片的表
面受破坏，甚至引起叶片振动，影响叶片的使用寿命。因此，一般同时提高蒸汽 的初温及初压，既能提高热效率，又能保证汽轮机内部良好的工作条件。
3.降低乏汽压力对热效率的影响 设初温 T1＝const，初压 p1＝const 降低乏汽的压力 p2→与乏汽压力相应的饱和温度也随 着降低，放热过程
机中抽出 kg，被引进回热器。R 中使之在定压下凝结放热。成为1 千克的饱积
水，剩下的（11 ）千克的蒸汽继续绝热膨胀到状态" 2 " 然后进入冷凝气凝结成 2 ' 饱和水。经给水泵进入回热气，在其中接受 千克蒸汽凝结时放出的热量，将 温度提高到 01 并与 千克蒸汽凝结成水 R 或 1kg 01 的饱和水。 然后由泵进入锅
从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机 T，蒸汽部分热能在 T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入 C，对冷却水放出 γ，凝 结成水，凝结成的水由给水泵 P 送进省煤器 D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化， 饱和蒸汽进入 S 继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热 过程—朗诺循环。
1-2 绝热膨胀过程，对外作功 2-3 定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4 绝热压缩过程，消耗外界功 4-1 定压吸热过程，（三个状态） 4-1 过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无
技术功交换。 1-2 过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压
or 根据稳定流动方程
h01 1h01 (1 )h2 h01 h2
h01 h2
从而可得 h01 h2 1(h01 h2 ) 代入 tR 得
2-3 过 程 线下面的 面积不表 示
(1 )kg
蒸汽所放 出的热
tR
(11)(h1 h2 ) (h1 h01) (11)(h1 h2) 1(h1 h01)
要使整个加热过程的平均加热温度比没有再热时的高，应使 a-1‘的平均 加热温度高于 0-1 的平均加热温度。即 a 点的温度不宜过低。当再热过程 a-1'的
平均加热温度高于加热过程 0-1 的平均加热温度时，则循环的平均加热温度得以 提高 。
由于平均加热温度提高，而平均放热温度不变，按等效卡诺循环热效率公式， 可知再热循环具有比朗肯循环高的热效率。
2'-3'要比原过程 2-3 有较低的放热温度 ，即 T2‘＜T2。虽然这时加热过程的起点 T0 也降低为
T0'， 但它对整个加热过程的平均加热温度影响很小。
因而，由等效卡诺循环的热效率公式可知， 降低乏汽的压力 p2，可以提高朗肯循环的热效 率。
乏汽的凝结温度主要取决于自然环境中冷却介质的温度。当乏汽的凝结温度 降低到 28℃时，乏汽的压力相应ห้องสมุดไป่ตู้降低为左右。