第6章+蒸汽动力装置循环(中文课件)

1 过热器 6 锅炉 给水泵 4 3 汽轮机 冷 凝 器 2 发 电 机
（3）蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程 2点—3点：湿蒸汽—饱和水
（4）水在给水泵中的可逆绝热压缩过程 3点—4点：饱和水—未饱和水
冷却水
郭煜《工程热力学与传热学 》
1 过热器 汽轮机 冷 凝 器 3 2 发 电 机
3. p-v图，T-s 图表示
郭煜《工程热力学与传热学 》
3. 抽汽量及热效率
（1）抽汽量 不考虑回热加热器中的散热损失， αkg抽汽放出的热量= （1- α）kg凝结水吸收的热量。 热平衡方程：
(h 7 h 9 ) (1 ) ( h 9 h 4 )
T
5 １kg 6 10 4 3 9 (1-α ) kg α kg 8
放出热量：
q2 (1 ) (h2 h3 )
工质在汽轮机中作功：
0 T-s 图
s
w (h1 h7 ) (1 ) (h1 h2 )
热效率：
(1 ) ( h 2 h 3 ) q2 t 1 1 q1 h 1 h 9
郭煜《工程热力学与传热学 》
T
5 4 3 2 2’ 6 1’ 1
T
T1 4’ 4 3
5’
5
p1’
p1
6’
1’ 1
6 2’ 2
0 s
0
s
郭煜《工程热力学与传热学 》
1. 一次再热循环装置的系统图及T-s图
1‘ 再热器 过热器 6 锅炉 4 给水泵 1 高压汽轮机 2 7
T
低压汽轮机 发 电 机 冷 凝 器 3
5 4 3 2 2’ 6 1 1’ 7
结论
要想提高蒸汽动力装置的热效率
改变蒸汽参数： 尽可能提高蒸汽的初压和初温， 并降低乏汽压力。 改进朗肯循环： 如：再热循环，回热循环， 热电联供循环等。
郭煜《工程热力学与传热学 》
6-1-4 再热循环
再热循环的目的：
在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初压， 以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度过低， 在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。
工程热力学与传热学
工程热力学 第六章 动力装置循环
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第六章 动力装置循环
内容要求

掌握蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环 掌握再热循环，回热循环


了解活塞式内燃机循环
了解燃气轮机装置的理想循环
郭煜《工程热力学与传热学 》
热能动力装置（热力发动机）： 将热能转变为机械能的设备。 动力循环： 蒸汽动力循环 气体动力循环 比较 • 工质 • 设备 • 燃料 • 热力过程和循环 蒸气动力循环和气体动力循环
1
7
2
0
T-s 图
s
7
αkg (1-α) kg 4
1 kg
9
抽汽量
h9h4 h 7 h 4
h3 h4
h9h3 h 7 h 3
郭煜《工程热力学与传热学 》
（2）热效率 吸收热量：
T
1 5 １kg 6 7 10 αkg 9 8 4 (1-α) kg 3 2
q1 h1 h10
t1 ηt 300 35.4 350 36.0 400 36.6 435 37.0 450 37.4 500 38.2
（3）P1=35bar, t1=435ºC时
P2 ηt 0.04 37.5 0.05 37.0 0.1 35.1 0.2 33.1 0.5 29.6 1 26.9
郭煜《工程热力学与传热学 》
郭煜《工程热力学与传热学 》
6-1 蒸汽动力装置循环
6-1-1 蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环
1. 组成：
水泵，锅炉，汽轮机和冷凝器等四个主要设备组成。
2. 工作过程：
过热器
6
1
汽轮机 冷 凝 器
3
2
发 电 机
锅炉
给水泵
4
冷却水
郭煜《工程热力学与传热学 》
（1）水在锅炉中的可逆定压加热过程 4点—5点—6点—1点： 未饱和水—饱和水—干饱和蒸汽—过热蒸汽 （2）过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程 1点 —2点：过热蒸汽— 湿蒸汽
4’ 4 5 p1 p2 6 2’ 2 s
3
0
郭煜《工程热力学与传热学 》
3. 乏汽压力p2的影响
（1）保持 p1 , T1 不变，降低 p2—p2’ ; （2）吸热平均温度变化较小，放热平均温度降低， 热效率增大； （3）p2 降低受冷凝器冷却介质温度的影响， 不能任意降低。 T
一般情况下: P2 最低0.0035-0.005MPa， 相应的饱和温度27-33℃。
郭煜《工程热力学与传热学 》
回热循环，再热循环
- 课 堂 讨 论 -
郭煜《工程热力学与传热学 》
结论
提高蒸汽动力装置的热效率的方法：
改变蒸汽参数：
提高蒸气初温
T
5 4 p2 3 2 2‘ S p1 6
冷却水
0 T–s图
s
一次再热循环
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 朗肯循环和一次再热循环T–s图比较
T
1
T
1 1’
5
4
6
4
5
6
7
3
2
3
2 2’
0 朗肯循环T–s图
s
0 再热循环T–s图
s
郭煜《工程热力学与传热学 》
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：
6 锅炉
给水泵 4
冷却水
p
4 5 6 1
T
1 5 6
4
3 2
3
2
0
v
0
s
郭煜《工程热力学与传热学 》
T
6-1-2 朗肯循环的净功和热效率
4
1 5 6
1. 朗肯循环的净功
（1）汽轮机：新蒸汽在汽轮机可逆绝热膨胀作功
0
3
2
s
w s ,12 h 1 h 2
（2）冷凝器：乏汽在冷凝器中向冷却水放热
T
1 1’ 5 4 3 2 2‘ 6 7
q 1 ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 )
对外放热：
q 2 h 2 h 3
热效率：
0
s 再热循环T–s图
( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 ) ( h 2 h 3 ) t ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 )
循环净热：
3
2
0 s
wp,3-4=h4-h3=0
q net q 12 q 34 (h1 h 4) (h 2 h 3)
2. 朗肯循环的热效率
w net q 1 q 2 h 1 h 2 t q1 q1 h 1 h 3
h4=h3
郭煜《工程热力学与传热学 》
0 s T 1 5 4 p2 3 2 2’ p1 6 1’
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 蒸汽初压 p1的影响
（1）保持T1， p2不变，提高初压p1 —p 1’ ； （2）可提高平均吸热温度，若平均放热温度不变， 热效率提高； （3）干度降低，说明乏汽中水分增加，将会冲击 和侵蚀汽轮机最后几级 T 叶片，影响寿命并使汽 1’ 1 轮机摩擦加大。 T1 p 1’ 5’ 6’ 要求干度：0.86—0.88。
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 回热装置系统图及T-s图
1 kg 过热器 6 锅炉 10 9 给水泵 回热 加热器 4 凝结水泵 7 kg 冷 凝 器 (1- ) kg 2 1 发 电 机
T
１kg αkg 9 (1-α) kg 3 8
1 5 10 4
6
7
3 冷却水
2
0 T-s 图 s
一次抽汽回热循环
T1 4 4’ 3’ 3
1 5 p1 p2 p2’ 6
2 2’
0 s
郭煜《工程热力学与传热学 》
在不同初，终参数下朗肯循环的热效率
（1）P2=0.05bar, t1=435ºC时
P1 ηt 15 33.7 25 35.9 35 37.0 50 38.5 75 39.9 90 40.6
（2）P1=35bar, P2=0.05bar时
’
4 3 2 2‘
0
s 再热循环T–s图
郭煜《工程热力学与传热学 》
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，汽耗率 T 及汽轮机出口干度。
1
汽耗率： 蒸汽动力装置输出１kＷ.h （3600kJ）功量所消耗的蒸汽量。
’
5 4 3
6
7
2 2‘
0
s 再热循环T–s图
郭煜《工程热力学与传热学 》
6-1-5 回热循环
1. 回热循环的目的
减少冷源损失，提高给水温度， 提高朗肯循环的吸热平均温度， 从而提高热效率。
T
1
5 4
T1 T2
0
p1 p2
6
3
2
s
S
回热： 将在汽轮机中做了部分功的蒸汽从汽轮机中抽出来， 用以加热进入锅炉前的给水，这样不仅避免抽汽的冷源 损失，锅炉的给水温度也同时提高。
4. 回热循环的分析
（1）回热循环热效率高于同参数朗肯循环热效率。 （2）采用回热后，每kg蒸汽在汽轮机中作功量减少。 （3）最佳的抽汽压力： 最有利的给水温度为锅炉压力下饱和温度的 0.65 - 0.75 倍。 （4）回热循环的投资情况分析。
小型火力发电厂：回热级数 1-3 级 大中型火力发电厂：回热级数 4-8 级
6-1-3 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
分析：朗肯循环热效率
h1 h2 t h1 h3
影响朗肯循环 热效率的因素
h 1 f ( p1 , t1 ) h 2 f ( p1 , t1 , p2 ) h 3 f ( p2 )
T 1 5 4 p1 p2 2
表示成等效 卡诺循环热效率
1kg工质
q2 h 2 h 3
（3）水泵：凝结水流经水泵，水泵消耗功量
w p,34 h 4 h 3
（4）锅炉：未饱和水在锅炉中定压吸热
百度文库
q 1 h 1 h 4
郭煜《工程热力学与传热学 》
T
1 5 4 6
循环净功：
w net w s ,12 w p,34 (h1 h 2) (h 4 h 3)
郭煜《工程热力学与传热学 》
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。
h h 2 T t 1 1 2 h 1 h 3 T1
T1 T2
0
6
式中： 吸热平均温度 T1 放热平均温度 T2
3
s
s
郭煜《工程热力学与传热学 》
1. 蒸汽初温T1的影响
（1）保持 p1 , p2不变，提高初温 T1—T1’； （2）朗肯循环的平均吸热温度增加， 平均放热温度不变，热效率增大； （3）干度增大， 有利于汽轮机安全工作； （4）锅炉过热器，汽轮机高压 部分金属耐热及强度要求高。 （t1 最高 550ºC）
郭煜《工程热力学与传热学 》
（2）中间再热压力
分析再热压力过高或过低对循环的影响。
中间最佳压力应能够同时 提高排汽干度和循环热效率。 根据已有的设计和运行经验： pm一般为初压p1的20%—30%。 通常一次再热可使热效率提高 2%—3.5%。
T
1 1’ 5 4 3 2 2‘ 6 7
0
s 再热循环T–s图
0
5 4 3
6
2
s 朗肯循环T–s图
郭煜《工程热力学与传热学 》
例题
3. 与上题相同，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。当蒸汽在 汽轮机中膨胀至３MPa时，再加热到 t1，形成一次再热 循环。求循环净功，加热量， T 热效率，汽耗率及汽轮机出口干度。 11
水蒸气 锅炉 廉价燃料
燃料燃烧后的燃气
汽缸 汽油，柴油，煤气
郭煜《工程热力学与传热学 》
分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析动力循环能量转换 的经济性，寻求提高经济性的方法和途径。 方法和步骤 （1）首先：把实际问题抽象为可逆理论循环。分析找出 热效率及提高该循环热效率的可能措施，以指导实际循 环的改善。 （2）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。
（3）目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数
一般小于2级。 初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环； 初压在13Mpa—临界压力以下时，采用一级再热； 超临界参数时，采用两级再热。
郭煜《工程热力学与传热学 》
例题 1. 某蒸汽动力装置采用一次再热循环，汽轮机入口压力 为17MPa，温度为540ºC，膨胀到4MPa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， T 并与相同初，终状态参数的朗 1 1 5 6 7 肯循环进行比较。