11蒸汽动力循环
蒸汽动力循环与制冷循环
NP
mWP
mH 4
H3
60 103 3600
125 .5 121 .5
67kW
热效率
3600
PT
Q1
NP
3600 20452 67
190 .9106
0.3844
•
例5-2 在某核动力循环装置，锅炉温度为 320
℃的核反应堆吸入热量Q1，产生压力为7MPa、温度为 360 ℃的过热蒸汽 (点1) ，过热蒸汽经汽轮机膨胀作
s
Ws不 Ws可
H1 H2 H1 H2
• 实际 Rankine 循环的热效率
H1 H2 H3 H4 H1 H2
H1 H4
H1 H4
例5-1 某一理想的Rankine循外，锅炉的压力为4MPa， 产生440℃过热蒸汽,汽轮机出口压力为0.004MPa,蒸汽流量 60t/h,求
平均吸热温度
T 10 5
Tm
1
6 9
T
1' 1
c
4'
5'
p1
4
p1
5
4
3
2
x2
8
7S
图 8-3 图 图 图 图 图 图
等效Carnot循环的平均吸热温度 Tm
3
p2
2' 2
x2 x2
S 图 8-4 图 图 图 图 图 T-S 图
1与1'点的压力高低 ？
• 2. 提高蒸汽的压力
当蒸汽压力提高时，热效率提高、而汽 耗率下降。但是随着压力的提高，乏汽的干度 下降，即湿含量增加，因而会引起透乎机相对 内部效率的降低．还会使透平中最后几级的叶 片受到磨蚀，缩短寿命。乏汽的干度一般不应 低于0.88。另外，蒸汽压力的提高，不能超过 水的临界压力，而且设备制造费用也会大幅上 升。
《能源与动力装置》11 发电厂系统及其他动力装置
tri
i
1
Qc Q0
ηi——汽轮机的绝对内效率 ηt——循环的理想热效率 ηri——汽轮机相对内效率
2、热经济指标
能源动力
汽轮发电机组
（1） 汽耗量 900t/h （2） 汽耗率 3kg/kwh （3） 热耗量 kJ/h （4） 热耗率 kJ/kwh
锅炉设备 热耗量 kJ/h
凝汽式发电厂
（1） 全厂汽耗量 （2） 全厂汽耗率 （3） 全厂发电效率 （4） 全厂供电效率
提高吸热平均温度——提高蒸汽初参数
降低放热平均温度——降低排汽参数
（二） 热经济指标
能源动力
1 汽轮发电机组的热经济指标
（1） 汽耗量
D0
3600Pel
H trim g
（2） 汽耗率
d D0
3600
Pel H trim g
（3） 热耗量 Q0 D0 (h0 hgs )
（4） 热耗率
q
Q0 Nel
热效率 有效利用热量 供给热量
能源动力
能源动力
Qb
ηb
B
Q0 ηi
ηp
ηm
T
G ηg
C
η cp= ηb ηp ηiηmηg
简单凝汽式发电厂循环系统图
凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi
能源动力
汽轮机能量平衡式 ：
Q0=Wi+△Qc
kJ/h
Q0
绝对内效率ηi：
Wi
T
G
△QC C
i
Wi Wa Wi Q0 Q0 Wa
（二）回热循环
目的：改善吸热过程
1 T
5
4
3
6
2
郎肯循环的T-s图
蒸汽动力循环与制冷循环
*
② 真实气体
有三种可能的情况，由定义式知
当μJ>0时，表示节流后压力下降，温度也下降
致冷
当μJ=0时，表示节流后压力下降，温度不变化
当μJ<0时，表示节流后压力下降，温度上升，
致热
不产生温度效应
*
（3） 结论
① 节流膨胀过程的主要特征是等焓过程； ② 理想气体节流时温度不变，不能用于致冷、致热； ③ 真实气体节流效应取决于气体的状态，在不同的状态下节流，具有不同的微分节流效应值。
*
③ 循环的热效率：
循环的净功
吸收的热量
解题步骤：
关键在于求出循环产生的净功
*
对于透平
1
2’
2
3
4
绝热可逆（等熵）：
实际过程（绝热不可逆）：
1—2，等熵过程：
*
1
2’
2
3
4
绝热可逆（等熵）：
实际过程（绝热不可逆）：
*
1
2’
2
3
4
对于泵：
① 对于蒸汽的质量流量：
*
1
2’
2
3
4
② 汽轮机出口乏汽的湿度：
（1）过热蒸汽在透平中为等熵膨胀过程，因此：
点２为湿蒸汽，所以：
*
查压力为10kPa，温度为45.830C饱和水蒸气表得：
sl、h1
sg、hg
*
x2=0.80467
同理：
透平等熵膨胀作出的可逆轴功为：
*
已知：h3 = hl = 191.83kJ·kg-1
所以，冷凝过程的传热量为：
*
水泵所消耗的可逆轴功：
*
3. 热电循环
蒸汽动力循环及制冷循环
却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用； ② 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,不小
于大气压力；
③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热顾客旳热量/输入旳总 热量。
QL
QH
（2） 抽气式汽轮机联合供电供热循环
J
P P 0 cp
这阐明了理想气体在 节流过程中温度不发 生变化
② 真实气 体
有三种可能旳情况，由定义式知
J
T P H
当μJ>0时，表达节流后压力下降，温度也下降
V T V 0
致冷
T P
当μJ=0时，表达节流后压力下降，温度不变化
V T V 0 不产生温度效应 T P
这就阐明了在相同条件下等熵膨胀系数不小于节 流膨胀系数,所以由等熵膨胀可取得比节流膨胀更加 好旳致冷效果.
(3) 积分等熵温度效应
等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起旳温度变化，
称之。
p2
Ts T2 T1 s dp
p1
计算积分等熵温度效应旳措施有4种：
① 利用积分等熵温度效应
Ts
p2
s dp
（1）工质进汽轮机状态不同
卡诺循环：湿蒸汽 郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（3）工质出冷凝器状态不同 卡诺循环：气液共存
（4）压缩过程不同 （5）工作介质吸热过程不同
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽 视掉工作介质水旳摩擦与散热，可 简化为可逆过程。
6.2 节流膨胀与作外功旳绝热膨胀
一. 节流膨胀过程
蒸汽动力循环和制冷循环
第七章蒸汽动力循环和制冷循环0、引言蒸汽动力循环：是以蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备是各种热机。
产功的过程。
如：火力发电厂，大型化工厂。
常用的工质是水蒸气。
制冷循环：是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。
耗功的过程。
7.1．蒸汽动力循环一、蒸汽动力循环基本原理主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
4→1水进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽。
1→2进入透平机膨胀作功。
2→3作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，回到水泵中。
3→4水在水泵中被压缩升压，再回到锅炉中，完成一个循环。
二、朗肯循环及其热效率原理：朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由：水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。
1、理想朗肯循环3→4饱和水可逆绝热压缩过程。
（等S）4→1高压水等压升温和汽化，可逆吸热过程。
1→2过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。
（等S）2→3湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。
气体压缩式制冷机以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成(图1) 。
经压缩机压缩的气体先在冷凝器中被冷却，向冷却水（或空气）放出热量，然后流经回热器被返流气体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。
气体在膨胀机中膨胀时对外作功，成为压缩机输入功的一部分。
同时膨胀后的气体进入冷箱，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。
此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。
气体制冷机都应采用回热器，这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低膨胀机前压缩气体的温度，因而降低制冷温度。
气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽，从高于0℃到低于-100℃；制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于-90℃时其经济性反而高于蒸气制冷机。
压缩式制冷机蒸气压缩式制冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。
这类制冷机的制冷剂在常温和普通低温下能够液化，在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。
蒸汽动力循环及其参数ppt课件
平均分配法：τjop＝(hb’－hc’)/(Z+1)
P.65(2-14)
最佳给水焓升的本质是汽轮机抽汽压力的优化
最佳给水焓
hfwop＝ hc’＋∑Zτjop
P.67(2-17)
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21
2.4 蒸汽再热循环
2.4.1再热循环的组成 2.4.2再热循环效率计算 2.4.3再热循环的主要特征 2.4.4再热循环的参数优化
2021/4/25
16
2.3.1回热循环的组成
回热过程及其作用
在朗肯循环基础上利用汽轮机抽汽加热凝水 （或给水）的过程为回热
回热加热器是实现回热换热的设备 作用：提高给水温度改善循环效率
原则性热力系统
表示热力循环本质联系的热力系统 回热循环在朗肯循环加回热加热器
回热过程的T－s图
回热抽汽来自汽机膨胀过程线p1t1 加热器中抽汽定压放热并凝结为水 给水（或凝水）被加热后送往锅炉
最佳再热压力
再热压力高虽然可以提高平均吸热温度，但作用有限 再热压力低会因附加循环温度低而无法提高吸热温度 最佳再热压力：prhop＝(0.1~0.2)×p0→ (0.15~0.25)×p0
再热回热循环
与非再热机组比 采用回热时提高热经济性的幅度要小（削弱回热） 再热机组采用回热的热经济性仍高于无再热的回热机组(合理设计)
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5
水蒸汽的相图（定压）
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6
朗肯循环过程
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9
朗肯循环效率
朗肯循环的能量平衡
能量平衡：qb－qc＝wn＝wt－wp
循环效率
定义：ηt＝wn / qb＝1－ qc / qb
朗肯循环效率
第十章 蒸汽动力循环及汽轮机基础知识
- 113 -第十章 蒸汽动力循环及汽轮机基础知识10.1 蒸汽动力循环核电站二回路系统的功能是将一回路系统产生的热能（高温、高压饱和蒸汽）通过汽轮机安全、经济地转换为汽轮机转子的动能（机械能），并带动发电机将动能转换为电能，最终经电网输送给用户。
热能转换为机械能是通过蒸汽动力循环完成的。
蒸汽动力循环是指以蒸汽作为工质的动力循环，它由若干个热力过程组成。
而热力过程是指热力系统状态连续发生变化的过程。
工质则是指实现热能和机械能相互转换的媒介物质，其在某一瞬间所表现出来的宏观物理状态称为该工质的热力状态。
工质从一个热力状态开始，经历若干个热力过程（吸热过程、膨胀过程、放热过程、压缩过程）后又恢复到其初始状态就构成了一个动力循环，如此周而复始实现连续的能量转换。
核电厂二回路基本的工作原理如图10.1所示。
节约能源、实现持续发展是当今世界的主流。
如何提高能源的转换率也是当今工程热力学所研究的重要课题。
电厂蒸汽动力循环也发展出如卡诺循环、朗肯循环、再热循环、回热循环等几种循环形式。
10.1.1 蒸汽动力循环形式简介1.卡诺循环卡诺循环是由二个等温过程和二个绝热过程组成的可逆循环，表示在温熵（T －S ）图中，如图10.2所示。
图中，A-B 代表工质绝热压缩过程，过程中工质的温度由T 2升到T 1，以便于从热源实现等温传热；B-C 代表工质等温吸热过程，工质在温度凝 结 水水 蒸 汽蒸汽推动汽轮机做功，将蒸汽热能转换成汽轮机动能；继而汽轮机带动发电机发电。
凝结水从蒸汽发生器内吸收一回路冷却剂的热量变成蒸汽热力循环图10.1核电厂二回路基本的工作原理T 1ST 2- 114 -T 1下从同温度热源吸收热量；C-D 代表工质绝热膨胀过程，过程中工质的温度由T 1降到T 2，以便于向冷源实现等温传热D-A 代表工质等温放热过程，工质在温度T 2下向等温度冷源放出热量，同时工质恢复到其初始状态，并开始下一个循环。
(汽轮机课件)蒸汽动力循环
Q1
热机 Q2 低温热源
W0
ηtc = 0; （3）当T1= T2 时，
第二类用动机是造不出来的
=
(4) 提高循环热效率的根本途径是: ① 提高吸热温度 T1; ② 降低 放热的 T2 。
−Q1 Q2 −Q Q + +0 = 1 + 2 T1 T2 T1 T2 ΔSiso = −Q1 Q2 + ≥0 T1 T2
T2
3
2
吸热平均温度 T 1 = 放热平均温度 T 2 =
3 2
汽轮机作功 wT = h1 − h2 水泵耗功 wp = h4 − h3 循环净功 w0 = q1 − q2 = wT − wP 循环热效率
w ηt = 0 q1
s
汽耗率：每生产１kW.h （3600kJ）的功 所消耗的蒸汽量。
循环热效率
3
3
2 2′
循环热效率 ηt =
ηc.oi
s
Hale Waihona Puke w h −h = p = 4 3 w′p h4′ − h3
wt′ 汽轮机的相对内效率 ηoi = wt wp η = 水泵的相对内效率 p w′p
s
所以
h2′ = h1 − ηoi wt = h1 − ηoi ( h1 − h2 )
4′
p1 , t1 , p2 ,ηoi ,ηc ,oi
T
１
′, w0 ′ ,ηt q1
汽轮机作功 wt′ = h1 − h2′ 水泵耗功
w′p = h4′ − h3 ′ w0 ′ q1
关键
2 2′
得到 h2′ , h4′
ηoi =
wt′ h1 − h2′ = wt h1 − h2
蒸汽动力循环-PPT文档资料
忽略水泵消耗 功， 循环作功：
w ( h h ) ( h h ) T 1 5 6 2
循环热效率：
( h h ) ( h h ） w 1 5 6 2 T t q ( h h ) ( h h ） 1 1 4 6 5
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
3. 回热循环
第十一章
蒸汽动力循环装置
蒸汽动力循环装置特点
动力机最早的工质为水蒸气，热力过程状态发生变化 水和水蒸汽不能助燃，只能从外热源吸收热量，所以 要 配备锅炉，装置设备不同于气体动力循环 燃烧产物不参与循环,可利用各种燃料
蒸汽动力循环—朗肯循环
气体动力循环不采用卡诺循环的原因 a:定温加热和放热难于进行 b:定温线和绝热线斜率接近,循环作功不大 蒸汽动力循环不采用卡诺循环的原因 a:蒸汽压缩过程难于实现 b:循环局限于饱和区,上限温度受制于临界 温度 膨胀末期,蒸汽干度过小,不利于动力机安 全
水泵功通常相对较小,略 去对计算准确度影响很小, 故可简化为
二、提高蒸汽动力循环热效率 的途径与方法
提高热效率方法：
提高汽轮机入口参数(温度、压力)
降低汽轮机出口压力
减少各过程不可逆性
采用再热、回热等措施
提高蒸汽压p1
提高初压带来设备强度 和乏汽干度降低问题
ห้องสมุดไป่ตู้
提高蒸汽初温T1
提高初温还可使终态的 干度增大,对汽轮机相对 内效率和使用寿命有利 提高新蒸汽的温度受材 料耐热性能的限制
蒸汽动力循环
T 5 优点：
• •
T1 v2'
t
，汽轮机出口
5'
1' 1 6'
6
4
4'
3
2' 2
s
尺寸小 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0.85~ 0.88
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T 5 4 3 2 2' s 优点：
对比同温限1234’ q2相同； q1卡诺> q1朗肯 卡诺> 朗肯； 等温 吸热4’1难实现 对比5678 卡诺< 朗肯； wnet卡诺< wnet 朗肯 对比9-10-11-12 11点x太小,不利于 汽机强度； 12-9两 相区难压缩； wnet卡诺小
实际蒸汽动力装置的Ex分析法
对于稳定流动
in
焓Ex
out
Ex Ex
进入设备的 Ex总和
i
Ex损失之和
离开设备的 Ex总和
锅炉的Ex分析
排烟
燃料 空气
T
5
4’ 4 3
1’’ 1’ 1
1’’
过热汽 4’（3） 水
渣
2 2’
s
锅炉的Ex分析（燃烧）
空气 Ex 0 燃料 exqf qf 以环境为基准 设燃料完全是Ex 排烟 燃料 空气 渣 水 1’’ 过热汽 4’（3）
锅炉中的定压吸热量： 4 3 2
q1 h1 h4
s
朗肯循环热效率的计算
wnet ws ,12 ws ,34 t q1 q1