工程热力学与传热学(中文) 第6章 蒸汽动力装置循环
工程热力学课件10蒸汽动力循环
`
作业
第4版：P345 习题10-2
二、回热循环
从汽轮机中某个部位抽取经过 适当膨胀后的蒸汽，其温度总高于 凝结水的温度，用来预热锅炉给水， 使得水的加热过程从较高温度开始， 使平均加热温度增高，而平均放热 温度不变，从而提高循环热效率。
0’-1—1kg水蒸气的定压吸热过程， 1-a—1kg水蒸气的绝热膨胀过程； a-b—从汽轮机中抽出的αkg蒸汽回热器中定压回热过程； a-2—抽汽后剩余的(1－α)kg水蒸气的绝热膨胀过程， 2-3—(1－α)kg乏汽的定压放热过程， 3-0—(1－α)kg水的绝热加压过程， 0-b—(1－α)kg水在回热器中的定压预热过程； b-0’—回热后重新汇合后的1kg水的绝热加压过程。
第一节
水蒸汽作为工质的卡诺循环
1.汽水混合物压缩过程c-5难以实现。
2.循环局限于饱和区，上限温度受限于临界温度（647.3K），
效率不高。
3.膨胀末期水分过多，不利于动力机。
第二节
基本蒸汽动力装置的理想循环——朗肯循环
一、朗肯循环及其工作过程
简单蒸汽动力装置 的主要热力设备：蒸汽 锅炉、汽轮机、冷凝器 和给水泵。
工作过程：当蒸汽在汽轮机的高 压汽缸中膨胀作功而压力降低到某个 中间压力时，把蒸汽从汽轮机引出， 送至再热器重新加热，使蒸汽的温度 再次达到较高的温度，然后送回汽轮 机的低压汽缸，进一步膨胀作功。 采用再热措施的理想循环称为再热 循环。
蒸汽再热循环的热效率
再热循环本身不一 定提高循环热效率 与再热压力有关 x2 ,给提高初压创 造了条件，选取再 热压力合适，一般 采用一次再热可使 热效率提高2％～ 3.5％。
四、 汽耗率
汽耗率也是衡量蒸汽动力装置工作好坏的重要 经济指标之一。汽耗率ｄ表示每产生1千瓦小时的功 (等于3600kJ）需要消耗多少kg的蒸汽。 １kg蒸汽在一个循环中所作的功为
工程热力学热力循环的热力学模型与计算方法
工程热力学热力循环的热力学模型与计算方法工程热力学是研究能量转换和能量传递的学科，而热力循环是工程热力学中常见的能量转换方式。
在热力循环系统中，我们希望能够准确地评估其热力学性能，以便进行优化设计和性能分析。
本文将讨论热力循环的热力学模型和计算方法。
一、热力循环的基本原理与模型工程热力循环包括蒸汽动力循环、冷空气循环、制冷循环等多种形式，其中以蒸汽动力循环最为常见。
蒸汽动力循环是利用水蒸汽作为工质，在蒸汽锅炉中通过燃烧燃料产生高温高压蒸汽，然后通过涡轮机等能量转换装置将蒸汽的热能转化为机械能。
热力循环的基本原理是根据能量守恒和热力学第一定律建立的，可以通过一系列的热力学模型来描述。
在蒸汽动力循环中，主要涉及的热力学模型有蒸发模型、膨胀模型、压缩模型和冷凝模型。
蒸发模型用于描述蒸汽锅炉中的燃烧过程，通过燃料的燃烧产生热能，将水加热为高温高压蒸汽。
膨胀模型用于描述蒸汽在涡轮机中的膨胀过程，将热能转化为机械能。
压缩模型用于描述冷却水泵等装置对蒸汽进行压缩的过程，使其能够回到蒸汽锅炉中重新加热。
冷凝模型用于描述冷凝器中蒸汽的冷凝过程，将蒸汽的热能释放到冷却水中。
二、热力循环的计算方法热力循环的计算方法主要包括热量平衡计算和功率计算。
热量平衡计算是热力循环分析的基础，用于计算系统中传递的热量。
在热力循环系统中，热量的传递主要包括燃烧热的传递、换热器的传热和冷凝器的传热。
通过计算各个部件的热量平衡，可以得到系统中的热量转移情况。
功率计算是热力循环分析的重要部分，用于评估系统的能量转换效率。
功率计算主要涉及涡轮机的热力学性能和效率计算。
在蒸汽动力循环中，可以通过燃烧热的释放和蒸汽涡轮的工作来计算系统的净功率输出。
同时，还可以根据涡轮机的输入功率和输出功率计算涡轮机的效率。
在热力循环的计算过程中，还需要考虑一些影响系统性能的因素，如压力损失、能量损失和效率损失等。
这些因素将直接影响系统的总体性能和能量利用率。
三、热力循环的优化设计热力循环的优化设计是提高系统性能和能量转换效率的关键。
工程热力学六动力装置循环课件
VS
此外，随着环保要求的提高和清洁能 源的推广，燃气-蒸汽联合循环在垃 圾焚烧发电、生物质能利用等领域也 具有广阔的应用前景。
核能动力装置循环
核裂变反应原理
01
02
核裂变反应
链式反应
03 临界质量
核裂变反应堆工作原理
反应堆
冷却剂 安全壳
核能动力装置的应用
核电站
核潜艇
核动力航空母舰
THANKS
详细描述
斯图加特循环由德国工程师鲁道夫·斯图加特在20世纪30年代发明，通过改进进气和排气过程，减少热量损失， 提高了内燃机的热效率。
燃气轮机动力装置循环
布雷顿循环
总结词
详细描述
回流燃烧室循环
总结词
提高燃气轮机效率的循环方式。
VS
详细描述
回流燃烧室循环通过在燃烧室内形成回流， 增加燃料与空气的混合时间和燃烧程度， 从而提高燃烧效率。同时，回流还使得燃 烧室内压力升高，提高了循环热效率。
燃气-蒸汽联合循环实现了能量的梯级利用，提高了能源利用效率。同时，由于燃气轮机和蒸汽轮机分别在不同的压力和温度 下工作，因此可以充分利用各种燃料，包括低热值燃料。
燃气-蒸汽联合循环效率分析
燃气-蒸汽联合循环的应用
燃气-蒸汽联合循环广泛应用于电力、 工业、交通等领域的能源转换和利用。 在电力领域，燃气-蒸汽联合循环发 电厂具有建设周期短、投资少、运行 灵活等优点，是中小型电站和分布式 能源系统的优选方案之一。在工业领 域，燃气-蒸汽联合循环可以用于各 种工艺流程中的余热回收和能量转换。 在交通领域，燃气-蒸汽联合循环可 以用于车辆发动机的余热回收和能量 利用。
回热循环
总结词
详细描述
回热循环通过将部分做功后的蒸汽抽 出，引入回热器加热锅炉中的给水， 提高给水温度，减少锅炉中燃料消耗， 从而提高整个循环的热效率。
华科热力学蒸汽动力装置循环讲课文档
550,535
20万， 30万，
60万
25
⑸ 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Steam Rate (d)
装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
The mass of steam used to perform a unit of work.
• 燃烧产物不参与循环，因此蒸汽动力装置可以使用各 种常规的固体、液体、气体燃料及核燃料，可以利用 劣质煤和工业废热，还可以利用太阳能和地热等能源 ，这是这类循环的一大优点。
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2
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3
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低参数
汽轮机进 汽压力
（MPa）
汽轮机进 汽温度 （℃）
发电机功 率 （P/ kW）
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1.3
340
1500 ～
3000
中参数
3.5
435 6000
～ 25000
高参数 9
535 5~10
万
超高参数 13.5
550,535 12.5万,20
万
亚临界参 数
蒸汽参数对循环热效率的影响归纳(续)
• 3. 尽管采用较高的蒸汽参数，但由于水蒸汽性质的限 制，循环吸热平均温度仍然不高，故对蒸汽动力循环 的改进主要集中于对吸热过程的改进，即采用种种提 高吸热平均温度的措施。
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24
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工程热力学第六章水蒸气
第六章 小 结
1、熟悉pT相图 2、熟悉1点2线3区5态 3、会查图表 4、基本热力过程在p-v、T-s、h-s图上的表
示，会计算 q、wt
" '
y xy" (1 x ) y '
y y x " y y'
'
已知p或T (h’,v’,s’,h’’,v’’,s’’)+ 干度 x
h ,v ,s
6-4
两相比例由干度x确定
定义
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
干饱和蒸汽质量 mv x ＝ 湿饱和蒸汽质量 mv mf
对干度x的说明：
干饱和蒸汽
饱和水
x = 0 饱和水 0≤x ≤1
x=1
汽
干饱和蒸
在过冷水和过热蒸汽区域，x无意义
工程热力学第11讲-第6章热力循环
2
2'
s
乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
t1 , p1不变，p2 ↓
T
1
优点： •T2 ↓ ηt ↑ 4
5
6
缺点： 3 •p2↓ 受环境限制 •现在大型机组p2为3.5~5kPa， 相应的饱和 温度约为27~ 33℃ ，已接近可能达到的最低 限度。 •冬天热效率高
4'
2
3'
2'
s
提高循环热效率的途径
' 2
' h2 h2
t,RG t
物理意义： kg工质100%利用,1- kg工质效率未变。
蒸汽抽汽回热循环的特点
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 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。
蒸汽回热循环热效率计算
T 吸热量： 1
1kg
6 kg a
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
4
3
5
(1- )kg 2
q2,RG 1 h2 h2'
净功： s
wRG h1 ha 1 ha h2
热效率：
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤 气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好环保性能， 是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
整体煤气化联合循环发电（IGCC）
第六章蒸汽动力装置
第六章蒸汽动力装置部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑第六章 动力装置循环英文习题1. Power generation by a steamturbineThe power output of an adiabaticsteam turbine is 5MW, and the inlet and the exit conditions of the steam are as indicated in Fig.6-1.(a> Compare t he magnitudes of Δh, Δke, Δpe.(b> Determine the work done per unit mass of the steam flowing through the turbine. (c> Calculate the mass flow rate of the steam.b5E2RGbCAP 2. The simple ideal Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the simple ideal Rankine cycle. The steam enters the turbine at 3 MPa and 350℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 75 kPa. Determine the thermal efficiency of this cycle.p1EanqFDPw3. Effect ofboilerpressure andtemperatureonefficiencyDXDiTa9E3dFIGURE 6-1FIGURE 6-2Consider asteam powerplantoperatingon the ideal Rankine cycle. The steam enters the turbine at 3 MPa and 350℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. Determine (a> the thermal efficiency of this power plant, (b> the thermal effic iency if the steam is superheated to 600℃ instead of 350℃, and (c> the thermal efficiency if the boiler pressure is raised to 15 MPa while the turbine inlet temperature is maintained at 600℃.RTCrpUDGiT 4. The ideal reheat Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the ideal reheat Rankine cycle. Steam enters the high-pressure turbine at 15 MPa and 600℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. If the moisture content of the steam at the exit of the low-pressure turbine is not to exceed 10.4 percent, determine (a> the pressure at which the steam should be reheated and (b> the thermal efficiency of the cycle. Assume the steamisFIGURE 6-3reheated to the inlet temperature of the high-pressure turbine.5PCzVD7HxA5. The idealregenerative Rankine cycleConsider a steam power plant operating on the ideal regenerative Rankine cycle with one open feedwater heater. Steam enters the turbine at 15 MPa and 600℃ and is condensed in the condenser at a pressure of 10 kPa. Some steam leaves the turbine at a pressure of 1.2 MPa and enters the open feedwater heater. Determine the fraction of steam extracted from the turbine and the thermal efficiency of the cycle.jLBHrnAILg工程热力学与传热学 第六章动力装置循环习题1. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图，简单蒸汽动力装置循环的p-v 图与T-s 图。
工程热力学与传热学(英文) 第6章 动力装置循环
t
h1 h1
h2 h3
h 1 f ( p1 , t1 ) h 2 f ( p1 , t1 , p2 ) h 3 f ( p2 )
t
h 1 h 2 h 1 h 3
1 T2 T1
T
1
T1
5 p1 6
4
Heat addition average temperature
吸热平均温度 T1 Thigh ,av
• Lowering the condenser pressure • Superheating the steam to high temperature • Increasing the boiler pressure
Improving Rankine cycle（改进朗肯循环） • Reheat Rankine cycle（再热循环） • Regenerative Rankine cycle（回热循环） • Combined thermal-electrical power cycles（热电联供循环等）
6-1-4 The ideal reheat Rankine cycle（再热循环）
Question
How can we take advantage of the increased efficiencies at higher boiler pressures without facing the problem of excessive moisture at the final stages of the turbine?
state 2 — state 3
1
saturated liquid-vapor mixture — saturated liquid
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1’ 1
1
6 2 2’ S
0
0
0
改进朗肯循环： 再热循环
回热循环 热电联合循环
6-1-4 再热循环
1. 再热循环的目的：
在初温不允许继续提高的情 况下，为了提高初压，以提高 循环热效率，且不使汽轮机排 汽干度过低，在朗肯循环基础 上引入蒸汽中间再过热方法。 目的
T
T1 4’ 4 3 5’ 5 p1’ p1 1’ 1
w p , 3 4 h 4 h 3
（4）锅炉：未饱和水在锅炉中定压吸热
q 1 h 1 h 4
T
1 5 4 6
循环净功：
w net w s ,12 w p ,34 (h1 h 2) (h 4 h 3)
循环净热：
3
2
0 s
wp,3-4=h4-h3=0
q net q 12 q 34 (h1 h 4) (h 2 h 3)
2. 回热装置系统图及T-s图
1 kg 过热器 6 锅炉 10 9 给水泵 回热 加热器 4 凝结水泵 7 kg 冷 凝 器 (1- ) kg 2 1 发 电 机
T
5 10 4 3 9 (1-α) kg
1
１kg
αkg
6
7
8 2
3 冷却水
0
T-s 图 s
一次抽汽回热循环
3. 抽汽量及热效率
（1）抽汽量 不考虑回热加热器中的散热损失， αkg抽汽放出的热量= （1- α）kg凝结水吸收的热量。 热平衡方程：
T
T1 4’ 4 3
5’
5
p1’
p1
6’
1’ 1
6 2’ 2
0 s
0
s
1. 一次再热循环装置的系统图及T-s图
1‘ 再热器 过热器 6 锅炉 4 给水泵 1 高压汽轮机 2 7
T
低压汽轮机 发 电 机 冷 凝 器 3
5 4 3 2 2’ 6 1 1’ 7
冷却水
0 T–s图
s
一次再热循环
2. 朗肯循环和一次再热循环T–s图比较
（3）目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数
一般小于2级。 初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环； 初压在13Mpa—临界压力以下时，采用一级再热； 超临界参数时，采用两级再热。
例题 1. 某蒸汽动力装置采用一次再热循环，汽轮机入口压力 为17MPa，温度为540º C，膨胀到4MPa时进行再热， 再热器出口温度为540º C，排汽压力为0.008 MPa， 试确定乏气干度和循环热效率， T 并与相同初，终状态参数的朗 1 1 5 6 7 肯循环进行比较。
6’
6 2’ 2
0
S
增加蒸气（乏气）干度。
2. 一次再热循环系统图
1‘ 再热器 过热器 6 锅炉 4 给水泵 1 高压汽轮机 2 7 低压汽轮机 发 电 机 冷 凝 器 3
设备组成与朗肯 循环不同处
1. 两个汽轮机：
高压汽轮机 低压汽轮机
冷却水
2. 增加一个再热器。
一次再热循环系统图
3. 一次再热循环坐标图
改变蒸汽参数： 尽可能提高蒸汽的初压和初温， 并降低乏汽压力。 改进朗肯循环： 如：再热循环，回热循环， 热电联供循环等。
6-1-4 再热循环
再热循环的目的：
在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初压， 以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度过低， 在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。
T
5 4 3 2 2’ 6 1’ 1
T 1 5 4 p1 p2 2
表示成等效 卡诺循环热效率
h h 2 T t 1 1 2 h 1 h 3 T1
T1 T2
3 0
6
式中： 吸热平均温度 T1 放热平均温度 T2
s
s
1. 蒸汽初温T1的影响
（1）保持 p1 , p2不变，提高初温 T1—T1’； （2）朗肯循环的平均吸热温度增加， 平均放热温度不变，热效率增大； （3）干度增大， 有利于汽轮机安全工作； （4）锅炉过热器，汽轮机高压 部分金属耐热及强度要求高。 （t1 最高 550º C）
水蒸气 锅炉 廉价燃料
燃料燃烧后的燃气
汽缸 汽油，柴油，煤气
分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上分析动力循环能量转换 的经济性，寻求提高经济性的方法和途径。 方法和步骤 （1）首先：把实际问题抽象为可逆理论循环。分析找出 热效率及提高该循环热效率的可能措施，以指导实际循 环的改善。 （2）然后：分析实际循环与理论循环的偏离程度。找出 实际损失的部位，大小，原因，及改进措施。
0 s T 1 5 4 p2 3 2 2’ p1 6 1’
2. 蒸汽初压 p1的影响
（1）保持T1， p2不变，提高初压p1 —p 1’ ； （2）可提高平均吸热温度，若平均放热温度不变， 热效率提高； （3）干度降低，说明乏汽中水分增加，将会冲击 和侵蚀汽轮机最后几级 T 叶片，影响寿命并使汽 1’ 1 轮机摩擦加大。 T1 p 1’ 5’ 6’ 要求干度：0.86—0.88。
1 过热器 6 锅炉 给水泵 4 3 汽轮机 冷 凝 器 2 发 电 机
（3）蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程 2点—3点：湿蒸汽—饱和水
（4）水在给水泵中的可逆绝热压缩过程 3点—4点：饱和水—未饱和水
冷却水
1 过热器 汽轮机 冷 凝 器 3 2 发 电 机
3. p-v图，T-s 图表示
6 锅炉
给水泵 4
T1 4 4’ 3’ 3
1 5 p1 p2 p2’ 6
2 2’
0 s
在不同初，终参数下朗肯循环的热效率
（1）P2=0.05bar, t1=435º C时
P1 ηt 15 33.7 25 35.9 35 37.0 50 38.5 75 39.9 90 40.6
（2）P1=35bar, P2=0.05bar时
4. 回热循环的分析
（1）回热循环热效率高于同参数朗肯循环热效率。 （2）采用回热后，每kg蒸汽在汽轮机中作功量减少。 （3）最佳的抽汽压力： 最有利的给水温度为锅炉压力下饱和温度的 0.65 - 0.75 倍。 （4）回热循环的投资情况分析。
小型火力发电厂：回热级数 1-3 级 大中型火力发电厂：回热级数 4-8 级
t1 ηt 300 35.4 350 36.0 400 36.6 435 37.0 450 37.4 500 38.2
（3）P1=35bar, t1=435º C时
P2 ηt 0.04 37.5 0.05 37.0 0.1 35.1 0.2 33.1 0.5 29.6 1 26.9
结论
要想提高蒸汽动力装置的热效率
4’ 4 5 p1 p2 6 2’ 2 s
3
0
3. 乏汽压力p2的影响
（1）保持 p1 , T1 不变，降低 p2—p2’ ; （2）吸热平均温度变化较小，放热平均温度降低， 热效率增大； （3）p2 降低受冷凝器冷却介质温度的影响， 不能任意降低。 T
一般情况下: P2 最低0.0035-0.005MPa， 相应的饱和温度27-33℃。
热效率：
0
s 再热循环T–s图
( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 ) ( h 2 h 3 ) t ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 )
（2）中间再热压力
分析再热压力过高或过低对循环的影响。
中间最佳压力应能够同时 提高排汽干度和循环热效率。 根据已有的设计和运行经验： pm一般为初压p1的20%—30%。 通常一次再热可使热效率提高 2%—3.5%。
6-1 蒸汽动力装置循环
6-1-1 蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环
1. 组成：
水泵，锅炉，汽轮机和冷凝器等四个主要设备组成。
2. 工作过程：
过热器
6
1
汽轮机 冷 凝 器
3
2
发 电 机
锅炉
给水泵
4
冷却水
（1）水在锅炉中的可逆定压加热过程 4点—5点—6点—1点： 未饱和水—饱和水—干饱和蒸汽—过热蒸汽 （2）过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程 1点 —2点：过热蒸汽— 湿蒸汽
(h 7 h 9 ) (1 ) ( h 9 h 4 )
T
5 １kg 6 10 4 3 9 (1-α ) kg α kg 8
1
7
2
0
T-s 图
s
7
αkg (1-α) kg 4
1 kg
9
抽汽量
h9h4 h 7 h 4
h3 h4
h9h3 h 7 h 3
（2）热效率 吸收热量：
0
5 4 3
6
2
s 朗肯循环T–s图
例题
3. 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力P1=13.5MPa， 初温度t1=550º C，乏气压力为0.004MPa。当蒸汽在 汽轮机中膨胀至３MPa时，再加热到 t1，形成一次再热 循环。求循环净功，加热量， T 热效率，汽耗率及汽轮机出口干度。 11
’
5 4 3
T
1
T
1 1’
5
4
6
4
5
6
7
3
2
3
2 2’
0 朗肯循环T–s图
s
0 再热循环T–s图
s
3. 再热对热效率的影响及中间压力
（1）再热对热效率的影响 一次再热吸收的总热量：
T
1 1’ 5 4 3 2 2‘ 6 7
q 1 ( h 1 h 4 ) ( h 1 h 7 )
对外放热：
q 2 h 2 h 3
T
1 5 １kg 6 7 10 αkg 9 8 4 (1-α) kg 3 2