中国石油大学热工基础典型问题第六章蒸汽动力装置

合集下载

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

热能动力装置循环

第六章、动力装置循环
华北电力大学北京动力系工程热物理教研室
热能动力装置：将热能转换为机械能的设备，也称为热力发动机，简称热机。
动力装置循环（简称动力循环或热机循环）：
(
蒸汽动力装置循环：以蒸汽为工质的热机的工作循环
（如蒸汽机、蒸汽轮机等）。
)
气体动力装置循环：以气体为工质的热机的工作循环
（如内燃机、燃气轮机等）。研究热机循环的目的：分析其热能利用的经济性（即热效率）、影响热效率的因素、寻找提高热效率的途径。
6-1 蒸汽动力循环
华北电力大学北京动力系工程热物理教研室
1.简单的蒸汽动力装置 1.锅炉，boiler，加热
q1
2 1
3
2.过热器，super heater,加热
1 h2 h2
( )
h1 h2
1 h1 h01 2 h1 h02 1 1 2 1 1 2
h2 h2 h1 h2
郎肯循环热效率： t 1
1 h1 h01 2 h1 h02 0 r t 1 1 2 1 1 2
回热循环热效率：
华北电力大学北京动力系工程热物理教研室
1 1 2 h2 h2 q2 r 1 1 1 h1 h01 2 h1 h02 1 1 2 h1 h2 q1
t2(℃) 32.92 24.12
x 0.747 0.734
效率(%) 42.91 44.06
限制：尾部传热温压减小，则传热面积增大，投资增大； Ts2必须高于环境温度。

工程热力学(蒸汽动力装置及循环)

rmodynamics
三、蒸汽参数对热效率的影响
1、初温 t1的影响： ( p1 const, p2 const )
t1 TH t
工程热力学 Thermodynamics
2、初压 p1的影响： t1 const, p2 const
p1 TH t
x2
工程热力学 Thermodynamics
wT qH
h1 h2 h1 h2
(h1 h2 )ηT h1 h2
ηt T
工程热力学 Thermodynamics
例1.我国生产的300MW 汽轮发电机组，其新蒸汽压力和温度分别为 t1 550 oC 、p1 17 MPa ，汽轮机排汽压力 p2 5 kPa 。若按郎肯循环运行，求（1）汽轮机所产生的功 wT ；（2）水泵功 wP ；（3）循
p2 3
p1 4
Q23
2 1
Qfa
ns
工程热力学 Thermodynamics
Q23 2 1
Qfa
t
1 Qfa Q23
t
1
Qfa Q51 Q23
wp
0
h1 h2 h1 - h3(h2 )
工程热力学 Thermodynamics
ηt
h1 h1
h2 h3
如何求各点的焓值？
点1：锅炉出口（汽轮机进口）设计参数，已知：p1，T1→h1
点2： p2设计参数，1-2定熵， s1=s2→h2
点3： p2对应的饱和水的焓，h3=h2´
点4： 3-4定熵，s4=s3→s2´ 4-1定压，p4=p1(已知)
T
wT wT
h1 h2 h1 h2
得
h2 h1 T (h1 h2 )

蒸汽动力装置循环共39页

பைடு நூலகம்
蒸汽动力装置循环
1、合法而稳定的权力在使用得当时很少遇到抵抗。 ——塞 ·约翰逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感；权力不易确定之处始终存在着危险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金子可以拉着它的鼻子走。— —莎士比
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

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

工程热力学蒸汽动力循环装置PPT课件

T
wt ,act wt
h1 h2act h1 h2
h2act h2 1T h1 h2 h2 1T h0
h0 h1 h2 称为理想绝热焓降
大功率汽轮机的ηT在0.85~0.92之间
▪ 实际循环内部功wnet,act：每千克蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功
wnet,act wt,act wP,act wt,act h1 h2act
1 1 h1 1 1 h1
h2 h2
h1 h1
h2 h2
▪ 回热循环工质平均吸热温度提高，平均放热温度不变，故循环热效率提高，大于单纯朗肯循环热效率
第34页/共44页
▪ 回热循环工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，节省金属材料 ▪ 由于汽耗率增大，汽轮机高压端蒸汽流量增加，低压端流量减小，
wt
wp q1
h1 h2 h4 h3 h1 h4
第5页/共44页
水泵功的近似值为
wp h4 h3 u4 p4v4 u3 p3v3
p4 p3 v3 p1 p2 v2
可t 得 hh热11 效hh率32 的 pp近11 似pp22式vv22
h1 h2 p1 h1 h2 p1
p2 v2 p2 v2
略
t
去w
h1 h2 p简h化1 为h2
循环初压力p1甚高时，水泵功约占汽轮机作第6页/共44页
➢ 蒸汽参数对热效率的影响 ▪ 初温t1对热效率的影响在相同的初压及背压下，提高新蒸汽的温度可使热效率增大提高初温还可使终态2的干度x2增大，有利于提高汽轮机内效率和延长汽轮机的使用寿命提高初温受材料耐热性能的限制，最高蒸汽温度很少超过600℃
用轴功率表示为
Ps mT P0 mT Dh1 h2

《蒸汽动力装置》-概论

6、中国建设中的核电站（12个）
广东岭澳二期核电站（中广核）辽宁红沿河核电站一期（中广核）福建宁德核电站一期（中广核）福建福清核电站广东阳江核电站（中广核）浙秦山核电站扩建_方家山核电北京中国实验快堆浙江三门核电站广东台山核电站一期山东海阳核电站山东石岛湾核电站海南昌江核电站一期湖北咸宁大畈核电站（第三代核电发展阶段， WH非能动型压水堆核电技术）
32
33
34
日本核电站分布（共16个核电站，56个核反应堆）
35
四、地热发电
目前，人们能直接测量的地温，仅限于地下10公里以内的范围，地核的温度据推测约为 5000℃。据估计，如把全世界煤的总储量折算为热能作为基数，石油的总能量仅为煤的百分之三，目前能够利用的核燃料仅为煤的百分之十五，然而地下热能却为煤的亿倍。仅在十五，然而地下热能却为煤的1.7亿倍。仅在地面以下三公里之内可开发的热能，就相当于 2.9万亿吨标准煤的能量。现在，世界上已经建成了不少利用地热产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电的地热电站。由于只利用了浅层地热，地热发电的蒸气参数还不高。
1883年瑞典工程师拉瓦尔（Laval）设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，1884年英国工程师柏生氏（Thomas Parsons）获得可实用的反动式透平机专利。 1895年以后，Westinghouse和Allis-Chalmers 公司先后购买了Parsons的专利，开始生产汽轮机。 1900年前后，美国工程师寇蒂斯Charles Curtis 在GE公司支持下获得了冲动式透平机专利。 1920年左右，铬不锈钢的应用，汽轮机进口参数大幅度提高，单机容量也随之提高，结构设计水平不断进步。
16
5.4 大亚湾核电站（中广核）中广核）所在省：广东地区：深圳堆型：压水堆技术：M310 技术来源：法国额定功率：98.4万千瓦机组数量：2台年发电量：100亿千瓦时设计寿命：40年综合国产化率：不到10% 业主单位：大亚湾核电运营管理有限责任公司主要股东：广东核电投资有限公司、香港核电投资有限公司投资额：40亿美元开工日期：1987-08-07 并网日期商营日期：1994-05-06

chap6 蒸汽动力循环与制冷循环解读

(附表B); 状态点 3: P3=P2 ,查P3下的饱和液体可得
H3、V3 、S3值(附表B); 状态点 4: P4=P1 , S4=S3,根据P4、S4可查得 H4值;
或 H4=H3+Wp=H3+V(P4-P3) (附表B);
11
• 蒸汽通过汽轮机的绝热膨胀实际上不是等熵的，而是向着墒增加的方向偏移，用1-2´线表示。
经济性指标
(5) 热效率: 锅炉中所提供的热量中转化为净功的量
数学式:
ws wp H2 H1 H4 H3
QH
H1 H4
wp ws
ws H1 H 2
QH H 1 H 4
8
(6) 汽耗率：作出单位量净功所消耗的蒸汽量，用
SSC (Specific Steam Consumption)表示。
Sg=8.4746kJ/kg Sl=0.4226kJ/(kg·K)
Vl=1.004cm3/g 2点处的干度为 x
8.4746x+(1-x)0.4226=6.9041
x = 0.8050
H2=2554.4×0.805+(1-0.805) ×121.46=2080.0 15
3点（饱和液体） P3=4kPa H3= Hl =121. 46 kJ/kg S3=Sl=0.4226kJ/(kg·K)
4点（未饱和水）方法1
H4=H3+Wp=H3+Vl(P4-P3) = 121.46+0.001004×(4000-4)=125.5 kJ/kg
方法2 已知 P4=4MPa, S4=S3=0. 4226kJ/(kg·K), 查未饱和水性质表D
16
20 C 40 C
2.5MPa

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

工程热力学与传热学
第六章动力装置循环典型问题分析
一. 计算题分析
1
在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的压力P 1=13.5MPa , 初温度t 1=550ºC ，乏气压力为0.004MPa ，求循环净功，加热量、热效率、汽耗率［蒸汽动力装置输出１k Ｗ.h(3600kJ)功所消耗的蒸汽量］，汽轮机出口干度。

2 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力P 1=13.5MPa ,初温度t 1=550ºC ，乏气压力为
0.004MPa 当蒸汽在汽轮机中膨胀至3MPa 时，再加热到t 1, 形成一次热循环。

求循环净功，
加热量、热效率、汽耗率及汽轮机出口干度。

3
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540ºC ，膨胀到4MPa 时进行再热，再热器出口温度为540ºC ，排汽压力为0.008 MPa ，
试确定乏气干度和循环热效率，并与相同初，终状态参数的朗肯循环进行比较。

一. 计算题分析解答
1. 解：循环的T-s 图如图所示，由已知条件查水及水蒸气热力性质表，得到各状态点参数： 1点：
)
./(5851.6,/5.3464,
550,5.131111K kg kJ s kg kJ h C t MPa p ==︒==
2点：
kg
kJ h x MPa p K kg kJ s s /4.1982,765.0,
004.0),./(5851.622212=====得：
3点：),./(4224.0,/41.121'
23'
23K kg kJ s s kg kJ h h ====
4点：kg kJ h MPa p p K kg kJ s s /93.134,5.13),./(4224.041434=====得：
汽轮机作功：,/1.1483/4.1982/5.346421kg kJ kg kJ kg kJ h h w T =-=-= 水泵消耗的功：,/52.13/41.121/93.13434kg kJ kg kJ kg kJ h h w p =-=-= 循环净功：,/58.1468/52.13/1.1482kg kJ kg kJ kg kJ w w w p T net =-=-=
分析解答
T
S
31
4
56
2
典型问题
工质吸热量：,/57.3329/9.134/5.3464411kg kJ kg kJ kg kJ h h q =-=-= 朗肯循环热效率：%,1.44/57.3329/58.14681===
kg
kJ kg
kJ q w net t η 汽耗率：),./(2451/58.146836003600h kW kg kg
kJ w d net ===
汽轮机出口干度：.763.02=x
分析：（1）由计算结果可以看到，水泵消耗的功只占汽轮机耗功的0.9%，在一般估算中，可以忽
略泵功。

（2）%,1.44=t η说明蒸汽吸入的热量中，只有44.1%转变为功，55.9%都放给了大气环境，十分可惜。

但是由于实际上排气温度以较低（T 2=28.95℃），排出的热量有效能为
kg kJ T T h h q T T e q x /16.551)(12
032220,=--=-
=）（）（，从数值看，虽然排出的热量较多，但其有效能值较小，说明排气的热能品质较低，因而动能的利用价值不大。

2. 解：一次再热循环表示在T-s 图上，1点，3点的状态参数同上题，即：,/41.121,/5.3464431kg kJ h h kg kJ h =≈=≈
7点：根据,/6.3027,,717kg kJ h s p =查表 1‘
点：根据,/5.3568,,'11
7kg kJ h t p =查表
2‘
点：根据,
/0.2222,,212'
kg kJ h s p =查表
忽略泵功时，循环净功为：
,
/4.1783/)0.22225.3568(/)6.30275.3464()
()(''2171kg kJ kg kJ kg kJ h h h h w net =-+-=-+-=
循环吸热量：
,
/0.3884/)6.30275.356841.1215.3464(7
1311'kg kJ kg kJ h h h h q =-+-=-+-=
循环热效率：%,9.45/0.3884/4.17831===
kg
kJ kg
kJ q w net t η 汽耗率：),./(019.23600
h kW kg w d net
==
汽轮机出口干度：8635.0'2=x 。

2T
4123
5
6
7
1’
‘
s
再热循环T –s 图
分析：将本例的计算结果与上题朗肯循环结果比较，可见，采用再热循环，当再热参数合适时，可
使汽轮机出口温度提高到容许范围内，同时提高了热效率，降低了汽耗率，从而提高了整个装置的经济性。

3. 解：将一次再热循环表示在T-s 图上，如图示，根据已知条件，由蒸气表查出有关状态点的焓值为：
,
866.0,
76.0,
,/81.173,/2000,/2255,/3535,/2990,/3400'''2234322171==≈======x x h h kg kJ h kg kJ h kg kJ h kg kJ h kg kJ h kg kJ h 则循环吸热量为：
,
/2.3771/)29903535(/81.1733400(71411'kg kJ kg kJ kg kJ h h h h q =-+-=-+-=））
（）（循环放热量为：,/2.2081/81.173/2255322'kg kJ kg kJ kg kJ h h q =-=-= 循环热效率为：%,8.44/2.3771/2.2081/2.3771121=-=-=
kg
kJ kg
kJ kg kJ q q q t η 而朗肯循环的热效率计算可得：%,4.43/81.173/3400/2000/34003121=--=--=
kg
kJ kg kJ kg
kJ kg kJ h h h h t η
1T
4123
56
7
’
2‘0
s
再热循环T –s 图。