工程热力学 第10章
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q2 h2 h3 ?cp T2 T3
?Ts s3 s2
q1 h1 h4
t
wnet q1
1
q2 q1
h1 h2 h4
h1 h4
h3
5
wt,P wt,T wnet wt,T
若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则
3. 背压 p2
T 1不变 ,T 2 t 但受制于环境温度，不能任意
降低 p2 6kPa,ts 36.17 C; p2 4kPa,ts 28.95 C
同时，x2下降 。
讨论： 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？
例A466167英 例A466167中
6
三、初参数对朗肯循环热效率的影响 1. 初温t1
T 1 T 2不变 t
或 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21
t11t2t21
t123561
t
7
2. 初压力 p1
T 1 ,T 2不变 t 但 x2下降且 p太高造成强度问题
8
b）装置内部热效率（internal thermal efficiency）
忽略水泵功：
i
wnet,act q1
wt,Tact q1
h1 h2act h1 h2'
T h1 h2
h1 h2'
Tt
c）装置有效热效率ηe
考虑机械损失
e
Pe q1
Tmt
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、价廉、易得的工质。
2
二、朗肯循环 (Rankine cycle) 1. 水蒸气的卡诺循环
水蒸气卡诺循环有可能实现，但：
1）温限小 2）膨胀末端x太小 3）压缩两相物质的困难
Pe—有效轴功率 ηm—机械效率
3.实际内部耗汽率di和耗汽量Di
di
1 h1 h2act
h1 h2 h1 h2act
1 h1 h2
d0
T
Di di Pi
实际内部功率
例A466155
例A460299
12
10-2 再热循环（reheat cycle）
一、设备流程及T-s图
热电厂热量利用系数
利用的热量
燃料的总释热量
23
10-5 燃气-蒸汽联合循环
燃-蒸联合循环 （combination steam turbine-gas turbine cycle）
燃气-蒸汽联合循环型式之一 （无补燃）
燃气-蒸汽联合循环型式之二
（补燃式）
24
t
1
Qfa Q51 Q23
wnet h1 h01 1 h01 h2
wnet 1 h1 h2 h1 h01
q1 h1 h01'
q2 1 h2 h2'
t
wnet q1
h1 h01 1 h01 h2
25
燃气-蒸汽联合循环型式之三——热电合供
下一章
26
9
四、有摩阻的实际朗肯循环
1. T-s图及h-s图
忽略水泵功：
q1 h1 h3
不变
t
q2 h2act h2'
10
2. 不可逆性衡量
a）汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）
T
wt,Tact wt,T
h1 h2act h1 h2
近代大功率汽轮机ηT 在0.92左右
一、抽汽回热循环（regenerative cycle with steam extraction，regenerative cycle with feed-water heater）
回热器两种方式 混合式
15
间壁式
16
二、回热循环计算
1. 抽汽量
能量方wenku.baidu.com：
1 h4 h01 h01' 0
t
h1 h2 h1 h3
h1 h2 h1 h2'
4）耗汽率(steam rate)及耗汽量
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 h1 h2
kg/J,工程上用kg/ kW h
耗汽量
D0 d0P0 P0 功率,W
13
二、再热对循环效率的影响
忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
t
wnet q1
h1 h5 h6 h7 h1 h3 h6 h5
ηt
？
其他影响：x末上升（根本目的）；
d0下降； 复杂化，投资上升。
14
10-3 回热循环（regenerative cycle）
一、背压式设备流程及T-s图
特点—发电量受热负荷制约。
21
二、抽汽凝汽式设备流程及T-s图
特点—热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。
22
三、热量利用系数
循环热量利用系数
已利用的热量
工质从热源所吸收的热量
> 循环热效率
循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性
实际并不实行 卡诺循环
3
2. 水蒸气朗肯循环 1）流程图
2）p-v，T-s及h-s图
4
3）朗肯循环的热效率
t
wnet q1
1 q2 q1
wnet wt,T wt,P
wt,T h1 h2 ? cp T1 T2
wt,P h4 h3
wnet h1 h2 h4 h3
h2act的确定方法：
运行中，测出 p2 及 x2，按 hx= x2h″+ (1-x2)h′
设计中，选定ηT 按 h2act h1 T h1 h2 h2 1T h1 h2
（h1–h2—理想绝热焓降（ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ） 11
h1 h01'
t
1
q2 q1
1
1 h2 h2'
h1 h01'
讨论：
1）抽汽回热ηt 上升；
2）抽汽级数越多ηt 越高 ，若级数趋向无穷， ηt =1？
18
思考：1）抽汽回热循环
t
1 T放 T吸
?
其中T 吸 h1 h01' s1 s01'
T 放 h2 h2' s2 s2'
忽略泵功 h4 h2' h01' h2'
h01 h2'
2. 回热器(regenerator)R
熵方程：
1 s2' s01 s01' Sf Sg
sCV 0 Sg s01' s01 1 s2'
I T0Sg
17
3. 循环热效率
第十章 蒸汽动力装置循环
Vapor power cycles
10-1 简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环 10-2 再热循环 10-3 回热循环 10-4 热电合供 10-5 燃气-蒸汽联合循环
1
10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环
一、概述
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。
否
t
1
Q2 Q1
1 T放S2 T吸S1
1 T 放 1 s2 s2' T 吸 s1 s01'
T放 T吸
2）回热器是间壁式，α怎么求？
3）回热器中过程不可逆，为什么 循环ηt 上升？
19
例A466266 例A460200
20
10-4 热电合供（power-and-heating plant cycle）
?Ts s3 s2
q1 h1 h4
t
wnet q1
1
q2 q1
h1 h2 h4
h1 h4
h3
5
wt,P wt,T wnet wt,T
若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则
3. 背压 p2
T 1不变 ,T 2 t 但受制于环境温度，不能任意
降低 p2 6kPa,ts 36.17 C; p2 4kPa,ts 28.95 C
同时，x2下降 。
讨论： 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？
例A466167英 例A466167中
6
三、初参数对朗肯循环热效率的影响 1. 初温t1
T 1 T 2不变 t
或 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21
t11t2t21
t123561
t
7
2. 初压力 p1
T 1 ,T 2不变 t 但 x2下降且 p太高造成强度问题
8
b）装置内部热效率（internal thermal efficiency）
忽略水泵功：
i
wnet,act q1
wt,Tact q1
h1 h2act h1 h2'
T h1 h2
h1 h2'
Tt
c）装置有效热效率ηe
考虑机械损失
e
Pe q1
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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、价廉、易得的工质。
2
二、朗肯循环 (Rankine cycle) 1. 水蒸气的卡诺循环
水蒸气卡诺循环有可能实现，但：
1）温限小 2）膨胀末端x太小 3）压缩两相物质的困难
Pe—有效轴功率 ηm—机械效率
3.实际内部耗汽率di和耗汽量Di
di
1 h1 h2act
h1 h2 h1 h2act
1 h1 h2
d0
T
Di di Pi
实际内部功率
例A466155
例A460299
12
10-2 再热循环（reheat cycle）
一、设备流程及T-s图
热电厂热量利用系数
利用的热量
燃料的总释热量
23
10-5 燃气-蒸汽联合循环
燃-蒸联合循环 （combination steam turbine-gas turbine cycle）
燃气-蒸汽联合循环型式之一 （无补燃）
燃气-蒸汽联合循环型式之二
（补燃式）
24
t
1
Qfa Q51 Q23
wnet h1 h01 1 h01 h2
wnet 1 h1 h2 h1 h01
q1 h1 h01'
q2 1 h2 h2'
t
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h1 h01 1 h01 h2
25
燃气-蒸汽联合循环型式之三——热电合供
下一章
26
9
四、有摩阻的实际朗肯循环
1. T-s图及h-s图
忽略水泵功：
q1 h1 h3
不变
t
q2 h2act h2'
10
2. 不可逆性衡量
a）汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）
T
wt,Tact wt,T
h1 h2act h1 h2
近代大功率汽轮机ηT 在0.92左右
一、抽汽回热循环（regenerative cycle with steam extraction，regenerative cycle with feed-water heater）
回热器两种方式 混合式
15
间壁式
16
二、回热循环计算
1. 抽汽量
能量方wenku.baidu.com：
1 h4 h01 h01' 0
t
h1 h2 h1 h3
h1 h2 h1 h2'
4）耗汽率(steam rate)及耗汽量
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 h1 h2
kg/J,工程上用kg/ kW h
耗汽量
D0 d0P0 P0 功率,W
13
二、再热对循环效率的影响
忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
t
wnet q1
h1 h5 h6 h7 h1 h3 h6 h5
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？
其他影响：x末上升（根本目的）；
d0下降； 复杂化，投资上升。
14
10-3 回热循环（regenerative cycle）
一、背压式设备流程及T-s图
特点—发电量受热负荷制约。
21
二、抽汽凝汽式设备流程及T-s图
特点—热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。
22
三、热量利用系数
循环热量利用系数
已利用的热量
工质从热源所吸收的热量
> 循环热效率
循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性
实际并不实行 卡诺循环
3
2. 水蒸气朗肯循环 1）流程图
2）p-v，T-s及h-s图
4
3）朗肯循环的热效率
t
wnet q1
1 q2 q1
wnet wt,T wt,P
wt,T h1 h2 ? cp T1 T2
wt,P h4 h3
wnet h1 h2 h4 h3
h2act的确定方法：
运行中，测出 p2 及 x2，按 hx= x2h″+ (1-x2)h′
设计中，选定ηT 按 h2act h1 T h1 h2 h2 1T h1 h2
（h1–h2—理想绝热焓降（ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ） 11
h1 h01'
t
1
q2 q1
1
1 h2 h2'
h1 h01'
讨论：
1）抽汽回热ηt 上升；
2）抽汽级数越多ηt 越高 ，若级数趋向无穷， ηt =1？
18
思考：1）抽汽回热循环
t
1 T放 T吸
?
其中T 吸 h1 h01' s1 s01'
T 放 h2 h2' s2 s2'
忽略泵功 h4 h2' h01' h2'
h01 h2'
2. 回热器(regenerator)R
熵方程：
1 s2' s01 s01' Sf Sg
sCV 0 Sg s01' s01 1 s2'
I T0Sg
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3. 循环热效率
第十章 蒸汽动力装置循环
Vapor power cycles
10-1 简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环 10-2 再热循环 10-3 回热循环 10-4 热电合供 10-5 燃气-蒸汽联合循环
1
10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环
一、概述
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。
否
t
1
Q2 Q1
1 T放S2 T吸S1
1 T 放 1 s2 s2' T 吸 s1 s01'
T放 T吸
2）回热器是间壁式，α怎么求？
3）回热器中过程不可逆，为什么 循环ηt 上升？
19
例A466266 例A460200
20
10-4 热电合供（power-and-heating plant cycle）