10 第10章 蒸汽动力循环

T
5 4
3
影响热效率的参数？
1 6
2 s
t
h1 h1
h2 h3
p1 t1 p2
三、蒸汽参数对热效率的影响
1、初温 t1 对热效率ηt 的影响
p1 , p2不变，t1
t
1 T2 T1
优点：
T
1'
1
• T1 t
• x2' ，有利于汽轮
5
6
机安全。
4
缺点：
3
2 2 ' • 对耐热要求高，
目前初温一般小
wnet q1
q1 q2 q1
wT wP q1
(h1 h2 ) (h4 h3) h1 h4
h
一般很小，占汽轮
1
机做功的2%，忽略
泵功，取h3=h4
t
h1 h2 h1 h3
4
2
3
s
汽轮机出口2 点参数的确定
T
1
s2 s1 背压，p2给定
x2
s2 s2' s2" s2'
4
3
2
s
h2 h2' (h2" h2' )x2
热力循环
动力循环
内 燃 机 循 环
燃 气 轮 机 循 环
蒸 汽 动 力 循 环
正循环 制冷循环
T1热源 q1 w q2
制制 冷热
逆循环
TH环境
qH w
qL
第10章 蒸汽动力循环
10－1 简单蒸汽动力循环 10－2 再热循环 10－ 3 回热循环 10－4 热电合共循环 10－5 蒸汽-燃气联合循环
基本内容
动力循环：以获得功为目的
气体动力循环 工质：燃气 理想气体 应用：内燃机和燃气轮机
蒸汽动力循环
工质：水蒸气 实际气体
应用：
锅
火电、
炉
核电、
太阳能热发电
汽轮机 发电机 凝汽器
给水泵
蒸汽动力循环
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。
可逆过程： s
p1 p2 2 2’
s
不可逆过程
二、朗肯循环功和热的计算
T
汽轮机作功： wT h1 h2
1
凝汽器中的定压放热量：
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
wP h4 h3 v3( p4 p3)
锅炉中的定压吸热量：
4
3
2
h
s
1
q1 h1 h4
Biblioteka Baidu
4
2
3
s
朗肯循环热效率的计算
t
汽轮机（透平Turbine）机组刨面图
凝汽器Condenser和冷却塔系统图
冷却塔实体图 Natural-drift Cooling Tower
10-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
一、蒸汽动力循环简化
1
12 汽轮机 s 膨胀
汽轮机
23 凝汽器 p 放热
锅 炉
34 给水泵 s 压缩
2 发电机 41 锅炉 p 吸热
解：
分析：为确定热效率， 需计算水泵耗功、汽 轮机作功（放热量） 和锅炉内蒸汽吸热量。
蒸汽轮机
控制体积: 蒸汽轮机。 进口状态1点: p1、T1已知；查水蒸气热力性质表或图，确定 1点状态参数：
h1 3 213.6 kJ/kg, s1 6.769 0 kJ/(kg K)
？
v
水蒸气的定压过程
例：水从30℃ ，4MPa, 定压加热到450 ℃
q = h2-h1 =3201.4kJ/kg
T
h
2
3
h2
2
1
4
13
4
h1
h1 = 129.3 kJ/kg s h2 = 3330.7 kJ/kg s
水蒸气的绝热过程
汽轮机、水泵
q h wt
T 1
q=0
wt h h1 h2
2）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 3）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。 4 ） 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循环。
火电厂
火电厂系统图
核电站
太阳能热电系统
美国加州Bastow Solar-1, 10MW
美国南加州SEGS,1380MW，加热有机油到
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热
T
h
1
1
4
4
2
3
2
3
s
s
水蒸气的定压过程
锅炉、换热器
wt = 0 q = h
q h wt
p
例：锅炉中，水从30℃ ，
4MPa, 定压加热到450 ℃
13
2
ts(4MPa)=250.33℃
4
q = h2-h1=cp(T2-T1)=4.2×(450-30)=1764 kJ/kg
2'
优点：
• T2 t
缺点： •受环境温度限制，现在大型机 组p2为0.0035~0.005MPa，相应 的饱和温度约为27~ 33℃ ，已 接近事实上可能达到的最低限 度。冬天热效率高
s
提高循环热效率的途径
改变循环参数 其它方式？
提高初温 提高初压 降低背压
例题1：朗肯循环中离开锅炉进入蒸汽轮机的蒸气是4 MPa 、 400 ℃，冷凝器内压力为 10 kPa。试确定循环热效率 。
3C90
西 班 牙 Plataform Solar de Almeria 的 蝶式Stirling 机系统
吸热器
高温蓄 热器
蒸汽发 生器
低温蓄 热器
汽轮机发 电机组
冷凝器
定日镜 场
蒸汽动力循环的示意图
汽轮机 四个主要装置：
锅炉
锅 炉
汽轮机 发电机 凝汽器（冷凝器）
给水泵 凝汽器
给水泵
锅炉Boiler设备图
耗汽率(Steam Rate)的概念 耗汽率：蒸汽动力装置每输出单位功量所消耗的
蒸汽量kg，用d来表示
理想可逆条件下的耗汽率：
d0
D P0
1 h1 h2
[kg/J]
D:蒸汽消耗量，kg/s
朗肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热
s 于620℃
2、初压 p1 对热效率ηt 的影响
t1 , p2不变，p1
T
5'
5
4'
4 3
6'1' 1
6
2' 2
优点：
• T1 t
缺点：
• 对强度要求高
x •
不利于汽轮机
2'
安全。一般要求出口干
度大于0.88。
s
3、背压 p２ 对热效率ηt 的影响
p1 , t1不变，p2
T
1
5
6
4
4' 3
2
3'
T
h
1
1
4
4
2
3
2
3
s
s
朗肯循环与卡诺循环比较
T 4'
5 4
38
1 对比同温限1234’
q2相同；
q1卡诺> q1朗肯
6
卡诺> 朗肯；
等温吸热4’1难实现
72
对比5678
7点x太小,不利于汽轮机强度；
s 8-5两相区难压缩；
wnet卡诺小 温度上限受临界温度限制
卡诺< 朗肯；
如何提高朗肯循环的热效率
4
凝汽器
3
工质：水蒸气 实际气体
给水泵
水和水蒸气性质
p-v图
T-s图
h-s图
1点2线3区5态
朗肯循环pv图
汽轮机
p
锅
炉
发电机
4
1
凝汽器 给水泵 12 汽轮机 s 膨胀
3
2
23 凝汽器 p 放v热
34 给水泵 s 压缩 41 锅炉 p 吸热
朗肯循环T-s和h-s图
12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热