蒸汽动力循环装置
第10章-蒸汽动力装置循环
三、提高朗肯循环的热效率途径
T
5
1
6
h1 h2 t h1 h3
4
3
2
影响热效率 的参数？
s
p 1, t1, p 2
14
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 优点：
5'
5
1' 1 6'
6
T1 • v2'
•
t
，汽轮机
4'
4 3
2' 2
s
出口尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽轮 机安全。一般要求 出口干度大于0.85~ 0.88
s
9
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1
h1 h2 t h1 h3
一般很小， 占0.8~1%， 忽略泵功
h
1
4 3
3600 d wnet
2
蒸汽动力装置输出1kw〃h （3600kJ）功量所消耗的蒸汽 量，定义为汽耗率，用d表示。
s
10
朗肯循环与卡诺循环比较
15
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
•
1'
1 6
•
安全。 缺点： • 对耐热及强度要 求高，目前最高 初温一般在550℃ 左右 • v 汽机出口 2' 尺寸大
T1 x2'
t
，有利于汽机
16
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2
热一律
ha 1 h4 1 h5
HTRI 4-蒸汽动力装置循环(4学时)
燃气-蒸汽联合循环
热力循环效率的概念
压水堆核电站蒸汽动力循环特点
热工基础4-蒸汽动力装置循环
蒸汽动力循环
过热器
锅 炉
定压过程
汽轮机
q h wt h
发电机
凝 汽 器
等熵过程
wt h s 0
给水泵
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
汽耗率表示每产生 1kWh的共所消耗的 蒸汽量，用d表示
热耗率表示每产生 1kWh的共所消耗的 热量，用qt表示
d D 3600 P w0
dR
3600 h1 h2
qt
Q1 P
3600
t
qt , R
3600
t,R
提高热效率的途径#
朗肯循环是很简单的蒸汽动力循环，所以它的热效率 较低。为了提高朗肯循环的热效率，可以通过改善蒸 汽参数的办法实现。下面简要分析蒸汽参数对循环热 效率的影响。
5'
5
1' 1 6'
6
优点：
• T1 t
• v2' ，汽轮机出口
尺寸小
缺点： • 对强度要求高
4'
4 3
• x2' 不利于汽
2' 2
轮机安全。一般 要求出口干度大
s 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T
5 4
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。
第九章蒸汽动力循环装置
第九章 蒸汽动力循环装置工业上最早使用的动力机是用水蒸气做工质的蒸汽动力装置。
在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态，如在蒸汽锅炉中液态水汽化产生蒸汽，经汽轮机膨胀作功后，进入冷凝器又凝结成水再返回锅炉，而且在汽化和凝结时可维持定温，因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。
此外，水和水蒸气不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以蒸汽循环必需配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力循环。
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。
第一节简单蒸汽动力装置循环———朗肯循环一、 工质为水蒸气的卡诺循环热力学第二定律已证明，在相同温限内卡诺循环的热效率最高。
在采用气体作工质的循环中,因定温加热和放热难于进行，而且气体的定温线和绝热线在p-v图上的斜率相差不多，以致卡诺循环所作的功并不大，故在实际上难于采用。
在采用蒸汽作工质时，由于水的汽化和蒸汽的凝结，当压力不变时温度也不变，因而实际上也就有了定温加热和放热的可能。
更因这时定温过程亦即定压过程，在p-v图上其与绝热线之间的斜率相差亦大，故所作的功也较大。
所以，以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环，如图11-1中循环6-7-8-5-6所示。
然而在实际(b)(a)图9-1 水蒸气的朗肯循环的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环，其主要原因是：首先，在压缩机中绝热压缩过程8-5难于实现，因状态8是水和蒸汽的混合物，压缩过程中压缩机工作不稳定，同时状态8的比体积比水的比体积大得多，需用比水泵大得多的压缩机；其次，循环局限于饱和区，上限温度受制于临界温度，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高；再次，膨胀末期，湿蒸汽干度过小，即含水分甚多，不利于动力机安全。
实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为其基础。
二、朗肯循环及其热效率简单蒸汽动力装置流程示意图如图9-2所示，其理想循环———朗肯循环图9-2简单蒸汽动力装置流程示意图的p-v图和T-s图见图9-1。
蒸汽动力循环
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朗肯循环匀速回热循环2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 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。
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点的湿蒸汽比容比水大的多'23νν>'232000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大p v减少，同时对压缩机不利。
2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。
3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。
10-2 朗肯循环过程：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。
工程热力学-第十章-蒸汽动力装置循环.讲课教案
■汽轮机的相对内部效率 T 实际作功与理论作功之比，
T
h1 h2act h1 h2
一般为0.85～0.92。
■耗汽率(steam rate)
输出单位功量的耗汽量称为耗汽率，单位为 k g / J
工程上常用 kg/(kWh) 。
●理想耗汽率：d 0 D /P 0 1 /w T 1 /( h 1 h 2 ) ●实际耗汽率：d i D /P i 1 /w T ,a c t 1 /( h 1 h 2 a c t)
（2）吸热量不变，热效率： iw net,act/q10.3972
实际耗汽率：d i 1 /( h 1 h 2 a c t) 7 .5 9 7 1 0 7 k g /J
（3）作功能力损失
查水和水蒸汽图表，得到：
新蒸汽状态点1：s16.442kJ/(kgK )，h13426kJ/kg
乏汽状态点
胀到状态2，然后进入冷凝器，定压放热变为饱和水2
再经水泵绝热压缩变为过冷水4，也进入回热器。
在回热器中， kg的水蒸汽 0 1 和（1 ）kg的过
冷水4混合，变为1kg的饱和水 0 1 。然后经水泵绝热压
缩进入锅炉，定压吸热变为过热蒸汽，开始新的循
环。
2、回热循环分析
■抽汽量
能量方程（吸热量=放热量）：
说明：质量不同，因此不能直接从T-s图上判断热量的 变化。
●热效率（提高）：
t wnet / q1
锅炉给水的起始加热
温度由 2 提高到 0 1 ，平均
吸热温度提高，平均放热 温度不变，热效率提高。
吸热量：
q 1 h 1 h 4 h 1 ( h 3 w p ) h 1 ( h 2 w p ) 3 2 7 1 . 2 2 k J / k g
第十章 蒸汽动力循环装置
热效率:
b
c
2
0
图10-9 再热循环的T-s图
s
四、再热压力对循环热效率大小的影响
T
1
T1
1
1
T 1'
5
T1
T 1"
4
6
T2
3 2 2'
2
s
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1 p1<10MPa，一般不采用再热 10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热
目录
第十章 10-1 10-2 10-3
蒸汽动力循环装置
简单蒸汽动力装置循环(朗肯循环) 再热循环 回热循环
10-4* 热电合供循环
10-5* 几种与蒸汽有关的动力循环
•
教学目标：掌握蒸汽动力循环及其计算方法。
•
知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循
环；热电循环；蒸汽—燃气联合循环。
发 电 机
T
2
q2
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
实际的蒸汽动力循环都是以 朗肯循环为基础的。
1
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
q1
锅 炉
B
T
汽 轮 机
2
发 电 机
q2
凝汽器 给水泵
4 C
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝 3—4：给水泵中绝热压缩
10-3
回热循环
对于一级抽汽回热循环，每千克状态
为1的新蒸汽绝热膨胀到状态01（p01,t01），
蒸汽动力循环与制冷循环
*
② 真实气体
有三种可能的情况，由定义式知
当μJ>0时，表示节流后压力下降，温度也下降
致冷
当μJ=0时，表示节流后压力下降，温度不变化
当μJ<0时，表示节流后压力下降，温度上升，
致热
不产生温度效应
*
（3） 结论
① 节流膨胀过程的主要特征是等焓过程； ② 理想气体节流时温度不变，不能用于致冷、致热； ③ 真实气体节流效应取决于气体的状态，在不同的状态下节流，具有不同的微分节流效应值。
*
③ 循环的热效率：
循环的净功
吸收的热量
解题步骤：
关键在于求出循环产生的净功
*
对于透平
1
2’
2
3
4
绝热可逆（等熵）：
实际过程（绝热不可逆）：
1—2，等熵过程：
*
1
2’
2
3
4
绝热可逆（等熵）：
实际过程（绝热不可逆）：
*
1
2’
2
3
4
对于泵：
① 对于蒸汽的质量流量：
*
1
2’
2
3
4
② 汽轮机出口乏汽的湿度：
（1）过热蒸汽在透平中为等熵膨胀过程，因此：
点２为湿蒸汽，所以：
*
查压力为10kPa，温度为45.830C饱和水蒸气表得：
sl、h1
sg、hg
*
x2=0.80467
同理：
透平等熵膨胀作出的可逆轴功为：
*
已知：h3 = hl = 191.83kJ·kg-1
所以，冷凝过程的传热量为：
*
水泵所消耗的可逆轴功：
*
3. 热电循环
蒸汽动力循环装置提高效率的方法
蒸汽动力循环装置提高效率的方法1. 使用多级蒸汽动力循环装置：通过增加多个蒸汽轮机和各个级别的回热器，可以充分利用热能，提高装置的效率。
每个级别都利用已经冷却的蒸汽，使其再次加热，并选择不同的压力点以充分利用能量。
2. 使用高效的燃烧系统：采用高效的燃烧系统，如流体化床燃烧器或气化燃烧器，可以更充分地燃烧燃料，并减少烟气中的污染物生成。
这不仅可以提高燃料利用效率，还可以减少对环境的负面影响。
3. 优化锅炉和回热器设计：通过优化锅炉和回热器的设计，增加燃料燃烧的热能传递，从而提高装置的热效率。
增加燃料燃烧的燃烧时间和温度，减少烟气温度和烟气中的热量损失。
4. 使用高效的蒸汽涡轮机：选择高效的蒸汽涡轮机，可以减少能量损失，提高装置的效率。
采用多级蒸汽涡轮机和温度叶片等先进技术，可以更好地利用蒸汽的能量。
5. 采用热能储存系统：通过采用热能储存系统，可以在低耗电负荷时存储部分热能，然后在高耗电负荷时释放。
这种方式可以平衡装置的能量供应，提高效率。
6. 优化循环过程：通过优化蒸汽动力循环装置的操作参数，如水蒸气的压力和温度，可以提高装置的性能。
选择合适的循环压力，以在蒸汽生成和排气过程中最大限度地提高效率。
7. 进行余热回收：通过在涡轮蒸汽排气过程中回收余热，可以充分利用热能，减少能量损失。
采用热交换器将排气蒸汽中的热量传递给进料水，从而提高装置的热效率。
8. 使用高效的冷凝器：选择高效的冷凝器，可以将涡轮蒸汽排气中的热量更充分地释放出来，并转化为有用的能源。
通过减少蒸汽在冷凝器中的压力损失，可以提高装置的效率。
9. 优化冷却水系统：通过优化蒸汽动力循环装置的冷却水系统，可以提高冷凝的效率。
使用高效的冷却塔或换热器，以便更好地冷却循环水，并减少冷却水的消耗。
10. 定期维护和清洁：定期进行设备维护和清洁，以确保蒸汽动力循环装置的正常运行。
清洁涡轮叶片和燃烧器，消除积碳和污垢，可以提高设备的性能和效率。
定期检查和更换老化的设备部件，也可以减少能量损失和系统故障。
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
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
简析燃气—蒸汽联合循环发电装置
简析燃气—蒸汽联合循环发电装置自20世纪60年代以来，国内的电力领域已开始进行全面的发展，电力装置已趋于世界前沿。
按照国内电力规划的相关标准，到2005年在发电装置上，每年将以1600千瓦的速度增长，而且在新增的机组中，除侧重于发展高数值大容量机组外，还全面发展高效率、低消耗的同时具有调峰性能的机组。
其侧重于发展300MW、600MW的大型火电机组，发展局部性集中供热的热电机组，而且要全面发展燃气-蒸汽联合循环发电机组，进而达到高效节能、深化电网能力的目的，这已变成未来中国电力发展的核心目标。
文章将以燃气-蒸汽联合循环发电装置的特点及应用作为切入点，予以深入的探究，相关内容如下所述。
1 燃气-蒸汽联合循环的概念一般来说燃气-蒸汽联合循环发电机组的核心设备包括：（1）燃气轮机；（2）余热锅炉；（3）汽轮机；（4）发电机；（5）凝汽器。
在燃气轮机运转时，压气机在外部吸进空气，并将空气进行压缩，空气温度也随之增加，再把空气输入到燃烧室和喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气，输入燃气轮机内进行作功，进而带动发电机予以发电。
燃气轮机的排气导入余热锅炉，进而产生高温高压，再利用蒸汽带动汽轮机进行发电。
汽轮机排汽再输入至凝汽器内进行放热，凝结水又输送到余热锅炉，进而推动蒸汽动力循环。
这样不仅提高了总输出功率，同时还利用了燃气轮机以及汽轮机的特性，促使循环的热效率增加。
2 燃气-蒸汽联合循环发电装置的基本特性我们都知道常规的火电机组因为其自身设备与系统的功能问题，它的热效率已无法有突破性的提升。
相关数据显示，1996年国内火力发电机组的平均供电煤耗为每小时每千瓦0.409千克，若根据此数据进行换算，平均供电效率约30%。
1989年4月日本大板发电厂正式投入商业运行的700MW超临界数值的汽轮发电机组，此发电机组以液化石油气为主要燃料，其发电效率为42%，此电站是目前世界最先进火电站的代表。
而燃气-蒸汽联合循环发电装置的热效率则远超过上述数据。
动力装置循环
一定 t
28
早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。
3. 影响内燃机理想循环热效率的主要因素
（1） 压缩比 的影响
t
提高压缩比是提高内燃机循环热效 率的主要途径之一 。 汽油燃点低，易爆燃，压缩比受限制。
一般汽油机：
一般柴油机：
5 10
14 22
29
柴油机热效率一般高于汽油机，但汽油机小巧。
wnet (h1 h2 ) (h4 h3 )
每千克蒸汽在锅炉中的定压吸热量为
q1 h1 h4
根据热效率定义，可得朗肯循环的热效率为
wnet ws ,12 ws ,34 (h1 h2 ) (h4 h3 ) t q1 h1 h4 q1
7
由于水的压缩性很小，水泵消耗的功与汽轮机作出的功相比甚 小，可忽略不计，
锅 炉
汽轮机
循环水 乏汽
轮机、冷凝器和水泵
四个设备组成。
冷凝器
水泵
冷却水
4
5
1. 朗肯循环
朗肯循环是一个简化的理想蒸汽动力循环， 由4个理想化的可逆过程组成(忽略给水泵、 汽轮机中的摩擦和散热以及工质在锅炉、冷 凝器中的压力变化)：
3-4：水在给水泵中的可逆绝热压缩过程；
S
4-5-6-1 ：水与水蒸气在锅炉中的可逆定压 加热过程；
表示定容加热过程工质压力升高的程度。 预胀比：
v4 v3
表示定压加热时工质体积膨胀的程度。
23
（1） 混合加热循环
单位质量工质的吸热量：
q1 cv T3 T2 cp T4 T3
单位质量工质的放热量：
q2 cv T5 T1
热工基础课件课件-动力装置循环
活塞開始上行，將氣缸中剩餘氣體排出，完成一個實
際迴圈。
18
(2)活塞式內燃機理想迴圈
對實際迴圈加以合理的抽象、概括和簡化：
1) 忽略實際過程中進、排氣閥的節流損失；進氣過 程與排氣過程互相抵消；認為廢氣與吸入的新鮮空 氣狀態相同；忽略噴入的油量，假設一定量的工質 在氣缸中進行封閉迴圈。
2) 假定工質是化學成分不變、比熱容為常數的理想 氣體—空氣。 3)忽略工質、活塞、氣缸壁之間的熱交換及摩擦阻 力，認為工質的膨脹和壓縮過程是可逆絕熱的。
31
第六章小結
(1) 掌握朗肯迴圈的工作過程。
(2) 瞭解朗肯迴圈效率的影響因素及提高迴圈 效率的途徑。 (3) 瞭解活塞式內燃機的迴圈工作過程、三種 理想迴圈的構成及影響迴圈熱效率的主要因素。
32
T1 1
由可逆定容過程2－3得 ：
T3
p3 p2
T2
T1 1
由可逆定壓過程3－4得 ：
T4
v4 v3
T3
T1 1
1
由可逆絕熱過程4－5得
：
T5
v4 v5
T4 T1
23
將各點溫度代入迴圈熱 效率運算式：
t
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
1
1
1
1
1
由上式可見，混合加熱迴圈的熱效率與多種
11
（2）回熱迴圈
回熱迴圈提高了吸熱平均溫度，提高了迴圈熱 效率。抽汽量的大小根據品質守恆和能量守恆確定， 應使kg抽汽所放出的熱量等於(1-)kg凝結水加 熱到抽汽壓力下的飽和溫度。
12
根據熱力學第一定律，回熱加熱器中的能
量平衡式為
(h7 h9) (1)(h9 h4)
9蒸汽动力循环
1 过热器 锅炉 4 给水泵 汽轮机
2' 热用户 3
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。 背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一
第九章 小 结 Summary
1、熟悉郎肯循环图示与计算 2、郎肯循环与卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 4、再热、回热原理
How can we increase the efficiency of the Rankine cycle
T 5 4 3 2 s 1 6
h1 h2 t h1 h3
影响热效率的参数？
p1
t1
p2
蒸汽初压对郎肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T 5 优点：
• •
T1 v2'
t
1 4
3 2
1
4 3
2
s
s
郎肯循环与卡诺循环
对比同温限1234’ q2相同； q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温 吸热4’1难实现 对比5678
T
4'
5 4 3 8 6
1
7 2 s
7点x小,不利于汽机 安全； 8-5两相区 难压缩； wnet卡诺小
郎肯循环功和热的计算
，汽轮机出口
5'
1' 1 6'
6
4
4'
3
2' 2
s
尺寸小 缺点： • 对强度要求高 • x2' 不利于汽 轮机安全。一般 要求出口干度大 于0.85~ 0.88
蒸汽初温对郎肯循环热效率的影响
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第十一章 蒸汽动力循环装置
“工程热力学”多媒体课件 工程热力学”
二、初参数对朗肯循环热效率的影响
1、初温t1 初温t
T1 ↑ T2不 ⇒ ηt ↑ 变
or 循环1t2t3561t 循环1 =循环123561+循环11t2t21 循环12心
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蒸汽电厂示意图
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§11-1 简单蒸汽动力装置循环 11—郎肯循环(Rankine cycle)
一.简介 1、水蒸气的卡诺循环 6ab56
水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 水蒸气卡诺循环有可能实现， 1）温限小； 温限小； 2）膨胀末端x太小； 膨胀末端x太小； 3）压缩两相物质的困难； 压缩两相物质的困难； 所以，实际并不实行卡诺循环。 所以，实际并不实行卡诺循环。
b）循环内部热效率 (忽略泵功） 忽略泵功）
ηi =
w act net, q1
=
w,Tact t q1
h −h2act ηT ( h −h2 ) 1 1 = = =ηTηt h −h2' h −h2' 1 1
ws—有效轴功 ηm—机械效率
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c）装置有效热效率ηe（考虑机械损失） 装置有效热效率η 考虑机械损失）
a）流程图
b）p-v，T-s 及 h-s 图
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w,T = h −h2 ? cp (T −T2 ) w, p = h4 −h3 = t t 1 1 w = w,T − w, p net t t
q1 = h − h4 1
= q2 = h2 − h3 = cp (T2 −T3 ) ? Ts (s3 − s2 ) ?
提高蒸汽动力循环热效率的途径与方法
1. 提高蒸汽压p1，初温T1 ，降低终参数p2 提高蒸汽压p 初温T 降低终参数p 2. 再热循环 3. 回热循环 4. 高初参数与再热、回热的联合应用 高初参数与再热、 5. 减少循环中的不可逆损失 6. 热电联产循环及其他措施
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作业：11－6、7、8 作业：11－
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蒸汽及蒸汽动力装置(steam 蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant) ：
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期 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， 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。 使资本主义诞生。 2）目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂， 目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂， 电力 电力来自火电厂 绝大部分来自蒸汽动力。 绝大部分来自蒸汽动力。 3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。 蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
w h −h5 + h6 −h7 net ηt = = 1 q1 h −h3 + h6 −h5 1
ηt
？
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一般抽汽压力= 20～30％） 一般抽汽压力=（20～30％）×p1时，效率提高 ％）×
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§11-3 11-
回热循环
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§11-2 再热循环 11-
P1提高后，x2降低，回热可以提高 降低，
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再热对循环效率的影响 忽略泵功： 忽略泵功：
w = h −h5 + h6 −h7 net 1
q1 = h −h3 + h6 −h5 1
(忽略泵功） 忽略泵功）
w,act = h −h2act = (h −h2 ) −(h2act − h2 ) t 1 1
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a）汽轮机相对内效率
ηT =
w,act t w t
=
h −h2act 1 h −h2 1
ηT = 0.85 ~ 0.92 这样 h 1 T 1 2 2act = h − ( −η )(h − h ) 2
ws ηe = =ηTηtηm q1
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d）耗汽率(steam rate)及耗汽量 耗汽率(steam rate)及耗汽量 理想耗汽率(ideal 理想耗汽率(ideal steam rate) d0 —装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 1 d0 = 程 用 kg/J,工 上 kg/ ( kW⋅ h) h − h2 1 耗汽量 D = d0P 0 0
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2、初压力p1 初压力p
3、背压p2 背压p
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四、有摩阻的实际朗肯循环
忽略水泵功： 忽略水泵功： 实际作功
q1 = h1 − h3 q2 = h2act − h2'
不 变 ↑
ηt ↓
−− P 功 ,W 率 0
实际内部耗汽率d 和耗汽量D 实际内部耗汽率di和耗汽量Di
d0 1 h −h2 1 1 di = = = h −h2act h −h2act h −h2 ηT 1 1 1 D = di P i i P −实 内 功 际 部 率 i
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第十一章 蒸汽动力循环装置
本章主要内容 分析以蒸汽为工质的动力循环，揭示能量 分析以蒸汽为工质的动力循环， 利用的完善程度与影响其性能的主要因素， 利用的完善程度与影响其性能的主要因素，给 出评价和改进这些装置热力性能的方法与措施。 出评价和改进这些装置热力性能的方法与措施。
ηt11 2 21 >ηt123561
t t
2、初压力p1 初压力p
T1 ↑,T2不 ⇒ηt 变
↑
但x2下降 且 p 太高造成强度问题
3、背压p2 背压p
T1不 ↑,T2 ↓ ⇒ ηt ↑ 变
同时，x2下降 同时， 但受制于环境温度， 但受制于环境温度，不能任意降低
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第十一章 蒸汽动力循环装置
——抽汽回热循环 ——抽汽回热循环
回热可以使 回热可以使循环ηt上升（平均吸热温度升高，放热温度不变） 可以使循环 上升（平均吸热温度升高，放热温度不变） 温度不变
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c）朗肯循环的热效率 w q2 net ηt = =1− q1 q1
w = ( h −h2 ) −( h4 −h ) net 1 3
w q2 ( h −h2 ) −( h4 −h3 ) net ηt = =1− = 1 q1 q1 h −h4 1
w, p << w,T ⇒ w ≈ w,T t t net t