第八章蒸汽动力装置循环

2-3——乏汽在凝汽器中定压凝结，成为凝结水； 3-4——凝结水由给水泵绝热压缩成给水，返回到锅炉中
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理想化的蒸汽动力装置基本循环是朗肯 T 循环
1(P1,t1)——进入汽轮机时的新蒸汽 （过热汽）状态；
1-2—— 蒸 汽 在 汽 轮 机 中 绝 热 膨 胀
4
（定熵）的作功过程；
2
4——给水（未饱和水）状态(P1) ；
T
P1
1
t1
4-5——给水在锅炉省煤器中定压加热 成饱和水 (P1' ts) ；
56
5-6——水在锅炉水冷壁中定压加热成为饱 和汽 (P1' ts)；
6-1——饱和汽在过热器中定压加热成为新 蒸汽 (P1' t1)。
4
3
2
s
朗肯循环
（ 4-5-6-1——给水在锅炉中定压加热成新蒸汽）
乏汽干度x2不得小于0.86
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② P1、P2不变，将初温 t1提高
t1'
提高初温的结果相当于在原循环
1234561基础上附加循环11221
平均吸热温度 T1 明显提高
t,R会有较显著的提高
乏汽干度x2会提高 金属耐热要求提高
对机器的强度要求提高
汽机出口尺寸增大
目前可应用的t1约为550℃ 同时提高P1、 t1是方向
3
2 2
P1=3 MPa（过热汽）
s
t1=300℃ h1=2992.4 kJ/kg s1=6.5371 kJ/(kg·K)
t1'=500℃ h1=3454.9 kJ/kg s1' =7.2314 kJ/(kg·K)
P1
1 t1 T
4
3
2s 2
s 实际的基本循环
不计给水泵耗功时，若理想汽轮机的输出功率为P0 kW， 耗汽量为D kg/s，两者有以下关系：
P0 D(h1 h2s )
理想汽耗率
d0
D P0
h1
1 h2s
பைடு நூலகம்
kg/kJ 3600 h1 h2s
kg/kW h
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相对于汽轮机实际输出功率P 的汽耗率为实际汽耗率
§8.1 蒸汽动力装置的基本循环
⑴ 朗肯循环
蒸汽动力装置由以下基本设备: 锅炉 、汽轮机、 凝汽器、 给水泵 联接构成
6 锅炉 5
汽轮机 1
凝汽器 2
3 冷却水
按图中所示标号
蒸汽动力装置中水蒸气经历的基本 循环过程可理想化为：
4 给水泵 蒸汽动力装置
4-5-6-1——给水在锅炉中定压加热形成为过热蒸汽； 1-2——过热蒸汽（新蒸汽）在汽轮机中绝热膨胀作功；
冬天循环水温较低，循环热效率较高
P1
T
1
t1
56
4
4' 3
2
3'
2'
s 降低终压力的影响
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⑷ 汽轮机的相对内效率和汽耗率
实际的汽轮机内部过程是不可逆的
①汽轮机的相对内效率（定熵效率）
T
h1 h2 h1 h2s
②汽耗率(d)
装置输出每单位功量所消耗的蒸汽量
单位kg/J，kg/kJ，也使用kg/(kWh)
3
2(P2)—— 从 汽 轮 机 排 出 时 的 乏 汽 （湿蒸汽）状态；
P1
1
t1
2
s
2-3——乏汽在凝汽器中定压（定温）凝结放热过程； 3——凝结水（饱和水）状态(P2) ；
3-4——凝结水在给水泵中绝热压缩（定熵）成为锅炉给水；
由于水几乎不可压缩，垂直线段3-4几乎重合成为一点
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不计给水泵消耗的技术功时，朗肯循环热
效率t,R受P1、P2、t1控制
① P2、t1不变，将初压P1提高
P1'
平均吸热温度 T1 明显提高
t,R会有较显著的提高
对机器的强度要求提高
t,R
h1 h1
h2 h2'
T 5
5 4 3
P1 P1 1 1 t1 6
6
2 2
s 提高初压力的影响
乏汽干度x2会降低
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例8-1(习题11-1) 一简单蒸汽动力装置循环
P1
(即朗肯循环)，蒸汽的初压P1 = 3 MPa，终 压P2 = 6 kPa，初温分别为300℃和500 ℃ 。 T
试求不同初温时循环的热效率t、耗汽率d
及蒸汽的终干度x2，并将所求得的各值填 入下表内，以比较所求得的结果。
4
1 t1
1
t1
解：忽略水泵功耗。 查水蒸气表得：
朗肯循环的热效率
P1
T
1
t1
56
4
3
2
s
t,R
q1 q2 q1
(h1
h4 ) (h2 h3 ) (h1 (h1 h4 ) 汽轮机输出的
h2 ) (h4 h3 ) (h1 h4 )
技术功
给水泵消耗的
技术功
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水泵消耗的技术功远小于汽轮 机作出的技术功
一般占其0.8~1% wt,B=h4−h3≈0
P1 1 t1
T
1
t1
56
4
3
2 2
s 提高初温的影响
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③ P1、t1不变，将终压P2降低
P2'
wt,T增大 T1 略有下降； T2 下降明显
对t,R总是有利
P2目前实际采用至3.5 ~ 5kPa，水的对 应饱和温度为27~ 33℃
限于循环水的温度（环境温度），已基 本达到极限低值
实际汽耗率 d D 3600 kg/kW h P h1 h2
⑸ 实际蒸汽动力装置的热效率
从整体上讲，实际蒸汽动力装置尚需考虑：
锅炉的热损失——锅炉效率B 管道的热损失——管道效率tu
实际蒸汽动力装置的热效率
实际蒸汽动力装置的热
效率
装置输出的功 燃料的发热量
t=t,RBtuT
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3
P1
T
1
t1
56
4
3
2
蒸汽动力装置朗肯循环的路径：
给水4
(P1, h’2)
定压加热
饱和水5
省煤器
(P1, ts)
定压加热
饱和汽6
水冷壁
(P1, ts)
（重新循环）
给水4 绝热压缩
给水泵
凝结水3
(P2, h’2)
定压放热 凝汽器
朗肯循环
s
定压加热 （新蒸汽）
过热汽1
过热器
(P1, t1)
绝热膨胀
乏汽2
(P2, h2) 汽轮机
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朗肯循环的P-v图和h-s图
P-v图
h-s 图
P
45 P 61
s
s
3P
2
h
1
6
P
s
5
2
4
P
s
3
s
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⑵ 朗肯循环的热效率
朗肯循环吸热和放热过程是定压的 循环的吸热量
q1 q4561 h1 h4 循环的放热量
q2 q23 h2 h3
通常不计给水泵消耗的技术功
P1
T
1
t1
56
4
3
2
h4=h3=h'2
t,R
h1 h1
h2 h2'
s
t,R (h1
汽轮机输出的
h2 ) (h1
(h4 h4 )
h3
)
技术功
给水泵消耗的 技术功
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⑶ 影响朗肯循环热效率的因素
根据状态参数关系
h1= f (P1,t1) h2= f (P2) h'2= f (P2)