工程热力学第八章_蒸气动力循环

我国目前采用的配套机组参数如下表。 我国目前采用的配套机组参数如下表。
中参数 高参数 9.0 535 50-100 超高参数 亚临界 13.5 535,550 125,200 16.7 537 300-600 超临界 24.2及以上 及以上 566及以上 及以上 600及以上 及
初压/MPa 初压 初温/℃ 初温/℃ 功率/MW 功率
的热 效 汞 － 水 两气 循 环 的热效 率可达到50％ 率可达到 ％－60％ ％
燃气-蒸汽联合循环 五 燃气 蒸汽联合循环
Qa + Q 51 ′ 1 ηt＝ f Q23
六 实际蒸汽动力循环的分析
1 循环分析的目的
在热力学基本定律的基础上分析循环的能量转换 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。 经济性，寻求提高经济性的方向及途径。
2 朗肯循环
1
忽略泵功
η t 朗肯
T
h1 h 2 = h1 h 3
汽耗率是指每做 度电＝ 汽耗率是指每做1kWh(即1度电＝ 是指每做 即 度电 3600kJ)功量所需的新蒸汽量 功量所需的新蒸汽量
34 2
d 朗肯
3600 3600 = = w ne t h 1 h 2
kg /( kw h )
工程热力学
Engineering Thermodynamics
第八章
Eighth Chapter
内容提要
一 朗肯循环 二 再热循环 三 回热循环 四 热电联产循环 燃气－ 五 燃气－蒸汽联合循环 六 实际蒸汽动力循环的分析
第八章 蒸汽动力循环
一 朗肯循环
1 水蒸气卡诺循环
温差（ 不大， ① 温差（T1-T2）不大，热效率不高 ② 膨胀终点蒸汽的湿度很大， 膨胀终点蒸汽的湿度很大， 终点蒸汽的湿度很大 对汽轮机末几级的叶片侵蚀 严重， 严重，影响汽轮机工作的安 全性。 全性。 ③ 湿饱和蒸汽的绝热压缩过 程耗功巨大，同时压缩汽水 程耗功巨大，同时压缩汽水 巨大 混合物设备工作极不稳定。 混合物设备工作极不稳定。
2 步骤
1）把实际问题抽象概括成可逆循环，分析该循环， ）把实际问题抽象概括成可逆循环，分析该循环， 找出影响循环效率（或制冷参数、供暖系数） 找出影响循环效率（或制冷参数、供暖系数）的 主要因素及提高该循环经济性指标的可能措施。 主要因素及提高该循环经济性指标的可能措施。 2）分析实际循环偏离理想循环的程度并对上一步 ） 的分析结果进行修正。 的分析结果进行修正。
1 1 1’ 1’
5 5
4 3 3(4)
6
6
7 7
忽略泵功的再热循环热效率
ηt再热 =
2’ 2’ s
(h1 h7 ) + (h1′ h2′ ) (h1 h3 ) + (h1′ h7 )
s
三 回热循环
1
吸热过程的三个阶段 预热阶段 汽化阶段
温度最低
T
5 4
3
2
过热阶段
s
思考
如何提高预热阶段的平均吸热温度？ 如何提高预热阶段的平均吸热温度？
结论
4
2
朗肯循环热效率取决于 蒸汽初终参数
3
s
3 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
1）循环分析的理论基础 ） 多热源循环的分析 ①引入平均吸热温度和平 均放热温度 ②等效为在平均吸热温度 和平均放热温度间工作的 卡诺循环
s
T
T1
1 a
2 b 3
T2
4
sa
sb
η t = 1
T2 T1
3 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响
s
三 回热循环
2 抽汽率（份额）的确定 抽汽率（份额）
ηtrh =
(h1 h01 ) + (1 α )(h01 h2 ) (h1 h01′ )
与什么有关？ 与什么有关？ 如何确定？ 如何确定？
结论 抽汽率的大小不是可以任意选取的， 抽汽率的大小不是可以任意选取的，而是由回 加热器的热平衡限定的。 热加热器的热平衡限定的。运行中其值由加热 限定的 器运行状态决定。 器运行状态决定。
2’ s
2’-3：在冷凝器中的放热 ： q 2 = h2′ h3 3-4：在给水泵中压缩耗功 ： w p = h4 h3
2 再热循环的分析
再热循环热效率
T T T1 T1
(h1 h7 ) + (h1′ h2′ ) (h4 h3 ) ηt再热 = (h1 h4 ) + (h1′ h7 )
燃气-蒸汽联合循环 五 燃气 蒸汽联合循环
背景：与朗肯循环比较， 背景：与朗肯循环比较，超临界循环的热效率有 明显提高，但是与同温度区间内的卡诺循环比较， 明显提高，但是与同温度区间内的卡诺循环比较， 因其平均吸热温度较低， 因其平均吸热温度较低，故其热效率仍远远低于 同温限间的卡诺循环。 同温限间的卡诺循环。 改进方向： 改进方向：在金属的耐温极限和大气环境温度之 间实现或接近实现卡诺循环的理想工质。 间实现或接近实现卡诺循环的理想工质。 理想工质的性质： ）具有优良的高温特性； ） 理想工质的性质：1）具有优良的高温特性；2） 具有优良的低温特性； ） 具有优良的低温特性；3）具有优良的饱和液体特 性；4）具有优良的饱和蒸汽特性；5）具有优良 ）具有优良的饱和蒸汽特性； ） 的工程可用性。 的工程可用性。
s
二 再热循环
在提高蒸汽初压时排汽干度不致过低
1 再热循环的组成
T T1 5 4 3 2 s 6 7 1 1'
新蒸汽
再热蒸汽
二 再热循环
2 再热循环的分析
T T1 1 1’
5
4 3
6
7
4-1：新蒸汽吸热量 ： q 1 = h1 h 4 1-7：在高压缸中膨胀作功 ： wt = h1 h7 7-1’：再热吸热量 ： qrh = h1′ h7 1’-2’：在中低压缸中膨胀作功 ： ′ w′ = h1′ h2 t
三 回热循环
2 抽汽率（份额）的确定 抽汽率（份额）
1
α h01 1-α h3 α
T
α 01
1 h01’
01’
3(4)
2
(1α（h01′ h3）＝α（h01 h01′） )
h01′ h3 α＝ h01 h3
s
三 回热循环
3 回热循环的主要优点
1）可减少锅炉受热面，节省金属材料； ）可减少锅炉受热面，节省金属材料； 2）汽耗率增大，使汽轮机高压端的蒸汽流量增大， ）汽耗率增大，使汽轮机高压端的蒸汽流量增大， 而低压端因抽汽使流量减小， 而低压端因抽汽使流量减小，这样有利于解决汽 轮机通流部分的设计难题，提高单机效率； 轮机通流部分的设计难题，提高单机效率； 3）进入冷凝器的乏汽量减小，可减少冷凝器的换 ）进入冷凝器的乏汽量减小， 热面积，节省铜材。 热面积，节省铜材。
③
① ②
一 朗肯循环
2 朗肯循环1 ③T4 ② 3 2
①
o
s
2 朗肯循环
2 朗肯循环
1
T
4 3 2
o
s
注意
在锅炉中的吸热过程；在汽轮机中绝热膨胀； 在锅炉中的吸热过程；在汽轮机中绝热膨胀； 在冷凝器中的放热过程；在给水泵中的绝热压缩。 在冷凝器中的放热过程；在给水泵中的绝热压缩。
2 朗肯循环
燃气-蒸汽联合循环 五 燃气 蒸汽联合循环
应用： 应用：采用两种具有单一优良特性的工质联合循 以提高循环热效率。 环，以提高循环热效率。一般把具有优良高温特 性的工质作为高温区的工质， 性的工质作为高温区的工质，把具有优良低温特 性的工质作为低温区的工质。 两汽(气 循环 性的工质作为低温区的工质。如：两汽 气)循环 和燃气-蒸汽联合循环 蒸汽联合循环。 和燃气 蒸汽联合循环。
三 回热循环
利用汽轮机抽汽加热给水， 利用汽轮机抽汽加热给水，消除朗肯循环中水在 较低温度下吸热的不利影响，以提高热效率。 较低温度下吸热的不利影响，以提高热效率。
1 回热循环的组成
1
T
α q 3(4) 2 01 α
01’
s
三 回热循环
2 回热循环的分析计算
1
1-A：1kg蒸汽在汽轮机中做功 ： 蒸汽在汽轮机中做功
1
3-4：凝结水在加热器中吸热 ： q1凝结水 = (1 α )(h01′ h3 ) 1-A：1kg蒸汽在锅炉中吸热 1-A：1kg蒸汽在锅炉中吸热
q1 = 1 (h1 h01′ )
T
α 01
01’
回热循环热效率
2
3(4)
(h1 h01 ) + (1 α )(h01 h2 ) ηt回热 = (h1 h01′ )
四 热电联产循环
热电联产循环就是一种既发电又供热的循环。 热电联产循环就是一种既发电又供热的循环。
工 业 用 汽
供 暖
四 热电联产循环
1 热电联产循环的主要形式
四 热电联产循环
2 热电联产循环经济性的衡量
能量利用系数
被 利用的热 量 K＝ 工 质从高温 热源吸 取的热量
理论上，工质在循环中吸取的热量， 理论上，工质在循环中吸取的热量，一部分转变 为功，另一部分以热能提供给热用户， ＝ 。 为功，另一部分以热能提供给热用户，K＝1。但 实际上，由于各种损失， 一般在 一般在70％左右。 实际上，由于各种损失，K一般在 ％左右。
1
4-1：在锅炉中的吸热 ： q 1 = h1 h 4 1-2：在汽轮机中膨胀做功 ：
T
4 3 2
wt = h1 h2
2-3：在冷凝器中的放热 ： q2 = h2 h3 3-4：在给水泵中压缩耗功 ： w p = h4 h3
o
s
η t 朗肯
wnet wt w p q1 q 2 (h1 h2 ) (h4 h3 ) = = = = h1 h4 q1 q1 q1