蒸汽动力循环教学提纲

蒸汽动力循环蒸汽动力装置系统简图汽轮机冷凝器发电机水泵锅炉8.1.1蒸汽机概述蒸汽电厂示意图蒸汽机简易图锅炉飞轮滑动阀活塞汽缸蒸汽五十年代蒸汽机车

汽轮机示意图汽轮机

给水泵

冷凝器

蒸汽

冷水

汽轮机低压缸汽轮机中压缸汽轮机高压缸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，促使资本主义诞生目前世界75%电力，国内78%电力来自火电厂，绝大部分来自蒸汽动力蒸汽动力装置可利用各种燃料蒸汽是无污染、价廉、易得的工质8.1.2工质为水蒸气的卡诺循环sT12643P1W0nmOP2578在相同范围内卡诺循环的热效率最高气体工质的定温加热与放热难于进行，且功不大(比较p-v图上定温线与定熵线斜率)水蒸气汽化与凝结时既定压又定温，功大(斜率)实际蒸汽动力装置不采用卡诺循环8-5难于实现；V8>>V5需用比水泵大得多的压缩机；循环局限于饱和区，热效率不高；膨胀末期湿空气，不利于动力机安全；实际蒸汽动力循环均以朗肯循环为基础8.1.3朗肯循环及其热效率1523锅炉过热器汽轮机发电机冷凝器给水泵冷却水1、朗肯循环工作原理朗肯循环可理想化为两个定压过程、两个定熵过程。W015432vp3’-4-5-1：水定压加热变为过热水蒸气1-2：过热水蒸气在汽轮机内定熵膨胀2-3：湿蒸汽在冷凝器内定压冷却3-3’：凝结水在水泵中的定熵压缩sT12543P1W0670P21523锅炉过热器汽轮机发电机冷凝器给水泵冷却水3’4水的压缩性很小，经过水泵绝热压缩后温度升高极小，认为点3’与点3重合，3’-4与下界限3-4重合。T-s图sT12543P1W0670P2sT12543P1W0670P2q1wspwstq215432shh-s图

2、朗肯循环的热效率

1-2为定熵膨胀过程，以汽轮机为控制体3-4为定熵压缩过程，以水泵为控制体4-1定压过程，锅炉和过热器为控制体消耗轴功吸收热量sT12543P1W0670P22-3定压凝结过程，冷凝器为控制体sT12543P1W0670P2整个装置为热力系统：很小8.1.4蒸汽参数对热效率的影响初温T1对热效率的影响同p1，p2；T1↑，η↑同效率的卡诺循环的平均吸热温度↑等效卡诺循环热效率：有利：乏汽干度不利：比容设备，设备体积材料要求高.12354Ts2.初压p1对热效率的影响sT12354有利：乏汽比容，设备体积;不利：乏汽湿度，腐蚀汽轮机最后几级叶片；不利汽轮机的安全运行.同T1，p2；p1↑，平均吸热温度↑，η↑（T2>环境温度）3.背压p2对热效率的影响sT12354环境温度对蒸汽动力装置的运行影响很大，冬季η高于夏季，北方高于南方。

局限于朗肯循环内以调整蒸汽参数来提高动力循环的热效率，潜力有限；在朗肯循环基础上发展的较为复杂的循环，如回热循环、再热循环等p2↓,

T2↓,

循环温差↑,η↑8.1.5有摩阻的实际循环实际蒸汽动力循环都是不可逆过程，如果考虑到汽轮机中的不可逆损失，则理想循环中的可逆绝热过程l-2将代之以不可逆绝热过程1-2’。这样，在循环中q1(4-5-1)不变，而q2

(3-2→3-2’)增大。如图所示，q2的增大部分为面积822’78。汽轮机效率(汽轮机相对内效率)ηT：汽轮机内蒸汽实际做功wt’与理论功wt

的比值实际循环内部功wnet’:1kg蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功wnet’=wt’-wP’。忽略水泵功wP’，wnet’≈wt’=h1-h2’。循环内部热效率ηi:实际蒸汽循环净功与循环中热源所供给的热量的比值：考虑轴承等处的机械损失ηm，则汽轮机输出的有效功（即轴功ws）：忽略水泵功，循环输出净功率的表达式：理想耗汽率ωo

以实际内部功率Pi为基准有效功耗汽率ωs：8-2再热循环Reheat

Cycle再热目的：克服汽轮机尾部蒸汽湿度太大的危害：热效率腐蚀153过热器冷凝器给水泵再热器6再热循环是提高热效率的途径之一(3%左右)1再热器6多出一块1c4,365Tsb2目前，超高压大型发电厂几乎毫无例外地采用再热循环。根据蒸汽初参数的情况，一般进行一次或最多两次再热。

8-3回热循环Extractingcycle抽汽回热循环工作循环图23锅炉汽轮机发电机冷凝器水泵1冷却水1水泵2水泵3一号回热器二号回热器过热器8679

在回热器内先后与两次抽汽混合加热，每次加热终了的水温达到相应的抽汽压力下的饱和温度利用膨胀作了功的蒸汽预热锅炉给水，以提高热效率抽汽回热循环目的工作循环图23锅炉汽轮机发电机水泵11水泵2水泵3一号回热器二号回热器过热器867912354Ts6879T-s图回热抽汽率α1、α2的计算，根据凝结水被加热到抽汽压力下的饱和温度的原则，由质量守恒和能量平衡式来确定。以二号回热器为控制体h6、h8

是第一、第二次抽汽的焓；h7、h9

是第一、第二次抽汽压力下的饱和水的焓；h3是乏汽压力下的凝结水的焓以一号回热器为控制体23锅炉汽轮机发电机水泵11水泵2水泵3一号回热器二号回热器过热器8679二级回热循环的热效率：理论上抽汽级数越多，最佳水温越好，平均吸热温度越高，热效率也越高；

级数越多，设备和管道越复杂，而每级的抽气量越少；因此，级数不宜过多，电厂为3~8级。12354Ts6879例题8.1在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压力p1=13.5MPa，初温度T1=823K，乏汽压力p2=0.004MPa，求：①循环净功wnet、加热量q1、朗肯循环热效率ηt、汽耗率ω及汽轮机出口干度x2；②试从的角度分析能量利用情况。[解]①1-2为蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀过程；2-3为乏汽在冷凝器内可逆定压放热过程；3-4为水在给水泵内可逆绝热压缩过程。由已知条件查水及水蒸气热力性质图或表，得到各状态点参数。点1：p1=13.5MPa，T1=823K得：h1=3464.5kJ/kg，s1=6.585kJ/(kg∙K)点2：s2=s1=6.585kJ/(kg∙K)，p2=0.004MPa，根据x2=(s2-s2/)/(s2//-s2/)可得：x2=0.765，h2=x2s2//+(1-x2)s2/=1982.4kJ/kg，T2=301.95K点3：h3=h2/=121.41kJ/kg，s3=s2/=0.4224kJ/(kg∙K)点4：s4=s3=0.4224kJ/(kg∙K)，p4=13.5MPa，h4=134.93kJ/kg汽轮机做功wT：

wT=h1-h2=3464.5-1982.4=1482.1kJ/kg水泵消耗的功wp：

Wp=h4-h3=134.93-121.41=13.52kJ/kg循环净功wnet：

wnet=wT-wp=1482.1-13.52=1468.58kJ/kg工质吸热量q1：

q1=h1-h4=3464.5-134.93=3329.57kJ/kg朗肯循环热效率ηt：

ηt=wnet/q1=1468.58/3329.57=44.1%汽耗率ω：

ω=1/wnet=1/(1468.58×1000)=6.81×10-7kg/J汽轮机出口干度x2：x2=0.765②朗肯循环热效率ηt=44.1%说明蒸汽机吸入的热量q1中，只有44.1%转变成了功，55.9%都放给了大气环境T0=293K，十分可惜。但是，由于实际上排气温度已较低(T2=301.95K)，排出的热量为：由数值看，虽然排出的热量较多，但其有效能值较小，说明排汽的热能品质较低，因而动力利用的价值不大。例题8.2

在图8.11所示的两级抽汽回热循环中（其T-s图如图8.12所示），第一级回热加热器为混合式，第二级为表面式。表面式回热加热器的疏水流回冷凝器。若已知该回热循环的参数为p1=13.5MPa，T1=808K，p2=0.004MPa，给水回热温度为423K，抽汽点蒸汽的压力按等温差分配选定。试完成：①加热器级间的温差分配；②各级抽汽参数p01、p02、h01、h02；③抽汽系数α1、α2；④循环功；⑤循环热效率和汽耗率；⑥与同参数朗肯循环相比较。[解]①两级抽汽回热循环的T-s图如图所示。由p2=0.004MPa查水蒸气图表得T2/=302K，故从冷凝器的凝结水温度升至给水温度间的总温差ΔT=T7-T3=423-302=121K。加热级数为2，故平均每级温差应为：ΔT/2=60.5K，由此可算出：T9=T3+ΔT/2=302+60.5=362.5K

②各级抽汽参数各级抽汽压力是根据所供加热器出口水温要求而确定的。在混合式加热器中，抽汽压力p01必须是温度T6对应下的饱和压力，可由饱和蒸汽表上查出p01=p6=0.476MPa。在表面式加热器中，抽汽压力p02应至少相应于温度T8时的饱和压力（本例中忽略冷热流体间的传热温差，即认为凝结水可以被加热至抽汽压力下的饱和温度T8=T9）。于是由T9=362.5K查出p02=0.069MPa。抽汽压力确定之后，即可由水蒸气在h-s图上各定压线与定熵线的交点查出各抽汽点的焓：h1=3306kJ/kg，h2=2090kJ/kg，h3=121kJ/kg

h01=h6=2804kJ/kg，h7=633kJ/kgh02=h8=2488kJ/kg，h9=375kJ/kg③抽汽系数的计算取混合式加热器为热力系，由能量平衡可得：

α1=(h7-h9)/(h6-h9)=(633-375)/(2804-375)=0.106取表面式加热器为热力系，并进行能量和质量平衡计算：α2h8+(1-α1-α2)h3=(1-α1)h9即α2=[(1-α1)(h9-h3)]/(h8-h3)=[(1-0.106)(375-121)]/(2488-121)=0.0959④循环功量计算

wnet≈wT=h1-α1h01-α2h02-(1-α1-α2)h2=3306-0.106×2804-0.0959×2488-(1-0.106-0.0959)×2090=1102.1kJ/kg⑤循环热效率和汽耗率循环吸热量q1：q1=h1-h7=3306-633=2673kJ/kg循环热效率ηt：ηt=wnet/q1=1102.1/2673=0.4123循环汽耗率ω：ω=1/wnet=1/(1102.1×103)=9.0736×10-7kg