工程热力学第10章

h3 ws. p h3 0.0251 121.30 121.3251kJ kg
（1）循环的加热量：
q1 h1 h3 3490 121.3251 3368 .6 kJ kg
22
12 汽轮机，过热水蒸汽 s 膨胀
s2 s1 1 x2 s x2 s
2
6 b 1′
a
2′
2
2
x2
x2
4
x2 x2
s
3
32
二、再热对循环效率的影响
忽略泵功：
T
5 4 1 1′ 6 2′ 3
wnet h1 h6 h1 h2
q1 h1 h3 h1 h6
热效率：
2
x2
x2
wnet (h1 h6 ) (h1 h2 ) t q1 (h1 h3 ) (h1 h6 )
ps p3 4 kPa 0.004Mpa
3
且，3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）
t s 28.9533o C , v3 v 0.0010041 m 3 kg , h3 121.30 kJ kg s 0.4221kJ kg K , s 8.4725kJ kg K h 121.30 kJ kg , h 2553.45 kJ kg
h
5 4 1
5 2
s
3’
3
2 s
23 凝汽器，湿蒸汽
p
T 放热
12 汽轮机，过热水蒸汽 s 膨胀
33’给水泵，凝结水 s 压缩
8
第十九次课
第十章 蒸汽动力装置循环
•复习：
10-1 水蒸气朗肯循环原理
• 讲授：
10-1 提高蒸汽动力循环热效率的途径 10-2 再热循环 10-3 回热循环
9
2. 水蒸气朗肯循环 1）流程图
1 5 2 s
24
例2,一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压
力为14MPa（p1），循环最高温度为（t1）540℃，和循
环最低压力为（p2）5KPa下运行。若忽略水泵耗功，试
求（1）平均放热温度，（2）平均吸热温度，（3）利用平
均吸热温度和平均放热温度计算循环效率。
25
解：由h-s图， 初态焓值及循环的加热量；
21
（2）凝结水泵耗功量
25 0.004 0.0251kJ kg 0.0010041
进出口水的温差：t t3 - t3 0 由于水的压缩性很小，水在经过水泵定 熵加热后，温度升高极小，所以进出口水 的温差近似为零。 锅炉入口的焓值：
T 4 3’ 3 2 s 1 5
ws，p h3 - h3 v3 p1 - p2
回热器两种方式 1. 混合式
35
2. 间壁式
36
一、抽气式回热循环 目的：提高等效卡诺循环的平均吸热温度
热效率：
wnet ( h1 h6 ) ( 1 1 )( h6 h8 ) ( 1 1 2 )( h8 h2 ) q1 h1 h7 37
蒸汽抽汽回热循环的特点
t1 540oC , p1 14MPa
h1 3432.1kJ kg，s1 6.52kJ kg K
s6 s2 s1 6.52kJ kg K
p2 5kPa ，t 2 32.879 C
o
t2即为平均放热温度 2 3 凝汽器，湿蒸汽 p
T 放热
26
p3 p2 5kPa，T3 T2 32.879 o C
>缺点 •优点： 提高热效率； 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短； 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面； 可兼作除氧器。
•缺点： 循环比功减小，汽耗率增加； 增加设备复杂性； 回热器投资大；

小型火力发电厂回热级数一般为1～3级； 中大型火力发电厂一般为 4～8级。
38
二、回热循环计算
1. 抽汽量 热平衡方程：
1 h01' h4 h01 h01'
忽略泵功
4
h01' h2' h01 h2'
熵方程：
h4 h2'
2. 回热器(regenerator)R
ws，t h1 - h2 3490 1908.93 1581.07 kJ kg
.07 0.0251 1581 .04 kJ kg 循环净功 w0 ws,t - ws, p 1581 23
（5）循环热效率
w0 1581.04 0.469 q1 3368.6
T 4 3’ 3
整个装置作热力系统：
q1 h1 - h3
q w
11 即，q1 - q2 ws，t - ws，p w 0
郎肯循环热效率的计算
收获 w0 ws.t ws.p q1 q2 t ＝ 消耗 q1 q1 q1 h1 h3
h 1 5 4 3’ 2
h1 h3 h2 h3 h1 h2 h3 h3
31
改变循环形式
改变循环形式
10-2
再热循环（reheat cycle）
一 再热的目的：克服汽轮机尾部蒸汽湿度太大造成的危害。 再热循环：将汽轮机高压段中膨胀到一定压力的蒸汽重新引到锅 炉的中间加热器(称为再热器)加热升温， 然后再送入汽轮机使之 继续膨胀作功。
T
5
4
1 1′ 6 2′ 3
再 热
x 1
（4）汽轮机的排气干度
T 4 3’ 3 2 s 1 5
s2 s 6.34 0.4221 x2 0.735 s s 8.4725 0.4221
（3）汽轮机的做功量和循环净功 h2 1 x2 h x2 h
121.30 0.735 2553.45 1908.93kJ kg 1 0.735
解：由h-s图， （1）初态焓值及循环的加热量；
t1 600oC, p1 25MPa
h1 3490kJ kg，s1 6.34kJ kg K
T 4 1 5 2 s
循环的加热量 2 3
q1 h1 h3
T 放热
3’
凝汽器，湿蒸汽 p
p3 p2 4kPa，T3 T2
2）p-v，T-s及h-s图
10
二、朗肯循环的能量分析及热效率
1kg水蒸汽，汽轮机作功：
ws ,12 h1 h2
凝汽器中的定压放热量：
h 1 5 4 3’ 2
q2 h2 h3
水泵绝热压缩耗功：
ws，p h3 - h3 v3 p1 - p2
锅炉中的定压吸热量：
3
s
27
循环热效率
T2 273 32.879 t 1 1 0.44 Tm1 273 272
28
作业
• 习题：
– P345, NO.10-3
29
30
提高蒸汽动力循环热效率的途径
郎肯循环 改变循环参数
提高初温度 t1 提高初压力 p1 降低排汽压力 p2 再热循环
回热循环 热电联产 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环
5
2、流程
简化（理想化）：两个定压过程和两个定熵过程 3’ 45 1
锅炉，水 p 吸热 变为过热水蒸气
汽轮机
5
锅 炉
1
12 汽轮机，过热水蒸气 s 膨胀 23 凝汽器，湿蒸汽
p T 放热
发电机
4
3’
给水泵
2
凝汽器
33’给水泵，凝结水 s 压缩
3
6
水蒸气朗肯循环p-v图 p 3’ 4 5 1
水蒸汽朗肯循环、回热循环、再热循环; 热效率计算及提高热效率的方法和途径。
本章重点:
1、熟悉朗肯循环图示与计算； 2、朗肯循环与卡诺循环； 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响； 4、再热、回热原理及计算；
3
动力循环研究目的和分类
动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得
的热量的一部分转换成对外的净功。热机的工作循 环称为动力循环
研究目的：以获得功为目的。
合理安排循环，提高热效率。
气体动力循环： 内燃机
分类 按工质
活塞式 叶轮式
工质：空气，理想气体 蒸汽动力循环： 外燃机
工质：水蒸汽，实际气体
4
§10-1 蒸汽动力基本循环—朗肯循环
一、装置和流程
1、四个主要装置： 锅炉 锅 汽轮机 炉 凝汽器 给水泵
汽轮机
发电机 凝汽器 给水泵
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
–讲授： 第十章 蒸汽动力装置循环
• 10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环
2
本章基本要求: • 熟练掌握
3、排汽压力（背压）p2对朗肯循环热效率的影响
p1 , t1不变，p2 优点：
•
增加循环平均温差。
T2
t
T 5 4
1
缺点：
•受环境温度限制（t2>t0）， 现在大型机组p2为3~4KPa， 相应的饱和温度约为24~ 29℃ ，已接近事实上可能达 到的最低限度。一般冬天热 效率高。
6
2
4' 3 3'
2&#假定某朗肯循环的蒸汽参数为： 试计算当
t1 600oC, p2 4kPa,
p1 25MPa时，
T 4 3
1 5 2 s
20
（1）初态焓值及循环的加热量；
（2）凝结水泵耗功量及进出口水的温差； 3’
（3）汽轮机做功量及循环净功； （4）汽轮机的排气干度； （5）循环热效率。
15
提高蒸汽动力循环热效率的途径
朗肯循环 改变循环参数
提高初温度 t1 提高初压力 p1 降低排汽压力 p2 再热循环
回热循环 热电联产 燃气-蒸汽联合循环 新型动力循环
16
改变循环形式
改变循环形式
1、蒸汽初压p1对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
优点：
•
•
循环平均温差增大。
t T1 v2' ，汽轮机出口尺寸小。
h1 h3
水泵耗功一般很小，占0.8~1%， 忽略泵功
3
s
h1 h2 t h1 h3
12
三、如何提高朗肯循环的热效率
h1 h2 t h1 h3
T 4 3’ 3
1 5 2 s
13
影响热效率 的参数？
p1, t1, p2
第十九次课
第十章 蒸汽动力装置循环
•复习：
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0.88。
17
2、蒸汽初温t1对朗肯循环热效率的影响 增加循环的高温加热段，循环温差增大 p1 , p2不变，t1
优点：
• •
T1 x， 2'
t
T
5 4 3
1'
1 6 2 2' s
18
有利于汽机安全。
缺点： • 对耐热及强度要求高， 目前最高初温一般在 550℃左右; • v2' 汽机出口尺寸大。
10-1 水蒸气朗肯循环原理
• 讲授：
10-1 提高蒸汽动力循环热效率的途径 10-2 再热循环 10-3 回热循环
14
朗肯循环与卡诺循环比较
• 卡诺循环热效率：t，c
T2 1 T1
• 提高动力循环热效率的基本途径： 提高热源温度与降低冷源温度。 • 以等效卡诺循环代替朗肯循环
• 工质在锅炉中的吸热量等效为： q1=面积3451673=等效矩形面积98679
3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）
ps p3 5 kPa 0.005 Mpa x3 0 h3 137.72kJ kg s3 s 0.4761kJ kg K
平均吸热温度：
s7 s3
h1 h3 q1 Tm1 s1 - s3 s1 - s3 3432.1 - 137.72 545.07K 6.52- 0.4761 272 o C
锅 炉
5 4
1 2
汽轮机
发电机 凝汽器
3
3’ 45 1
2 v
3’
给水泵 p
3
T 放热
23 凝汽器，湿蒸汽
锅炉，水 p 吸热 变过热水蒸汽
12 汽轮机，过热水蒸汽 s 膨胀
33’给水泵，凝结水 s 压缩
7
郎肯循环T-s图和h-s图
T 1 4
3’ 3
3’ 45 1
锅炉，水 p 吸热 变过热水蒸汽
s
t
其他影响： x末上升（根本目的）； 中间压力p6在（20%～30%）p1,对热效率提高作用大； 含湿量d0下降； 复杂化，投资上升。
34
？
10-3
回热循环
一、抽汽回热循环（regenerative cycle with steam extraction） 目的：提高等效卡诺循环的平均吸热温度