第三章《核电厂蒸汽循环的热效率和效率-》教学课件.ppt

1、1第三章第三章 核电厂蒸汽循环核电厂蒸汽循环的热效率和效率的热效率和效率 23-1 核电厂热设备的能量效率和核电厂热设备的能量效率和效率效率 3一、蒸汽发生器一、蒸汽发生器 压水堆核电厂一回路压水堆核电厂一回路 工作压力在工作压力在15MPa左右；左右；冷却剂（压力水）在反应堆的冷却剂（压力水）在反应堆的进口温度位于进口温度位于280300，出，出口温度即蒸汽发生器进口温度约口温度即蒸汽发生器进口温度约310330。大亚湾核电厂大亚湾核电厂:一回路压力一回路压力15.5MPa;冷却剂出口平均温度为冷却剂出口平均温度为329.8。4取蒸汽发生器为控制体积，稳定运行状态取蒸汽发生器为控制体积，稳定

2、运行状态1x1x23x4x3x,Q()()tmmIqeeqeeE112343()()mmqhhqhhQ一回路冷却剂质量流量一回路冷却剂质量流量 蒸汽发生器的产汽量蒸汽发生器的产汽量 方程方程蒸汽发生器的蒸汽发生器的效率效率x3 x4,T1x1x23 x3()memmq eqeeq e能量方程能量方程112343()()mmqhhqhh01x1x23x4x3()()tmmIqeeqee5 【例例3-1】大亚湾核电厂环路数是大亚湾核电厂环路数是3，每环冷却剂的流量为，每环冷却剂的流量为 17550 t/h，一回路压力为，一回路压力为15.5MPa，若冷却剂平均出口温度，若冷却剂平均出口温度329.

3、8，平均进口温度，平均进口温度290.8，蒸汽发生器产生的新蒸汽，蒸汽发生器产生的新蒸汽是压力是压力6.53MPa，干度为，干度为0.9956的湿饱和蒸汽，进入蒸汽发的湿饱和蒸汽，进入蒸汽发生器的水压力为生器的水压力为7.08MPa，温度为，温度为221.3蒸汽发生器向环境蒸汽发生器向环境大气的散热量可忽略，求：蒸汽的流量及蒸汽发生器的大气的散热量可忽略，求：蒸汽的流量及蒸汽发生器的效效率。假定率。假定T0=298K，p0=0.1MPa。解：冷却剂的流量解：冷却剂的流量 冷却剂参数：冷却剂参数：117550t/h4875kg/s3600mq11515.0kJ/kgh 13.527kJ/(kg

4、K)s 21287.8kJ/kgh 23.138kJ/(kg K)s 新蒸汽参数：新蒸汽参数：p=6.53MPa，x=0.9956 15.5MPa290.815.5MPa329.87.08MPa，221.3 61242.0kJ/kgh 3.078kJ/(kg K)s 2777.8kJ/kgh 5.848kJ/(kg K)s 4()1242.0kJ/kg0.9956(2777.8 1242.0)kJ/kg2771.0kJ/kghhx hh4()3.078kJ/(kg K)0.9956(5.8483.078)kJ/(kg K)5.836kJ/(kg K)ssx ss7.08MPa，221.3 时时

5、 环境态水环境态水h3=950.7kJ/kg;s3=2.521kJ/(kgK)；0104.87kJ/kgh 00.3664kJ/(kg K)s x330030()(950.7 104.87)kJ/kg298K(2.5120.3664)kJ/(kg K)206.44kJ/kgehhT ssx440040()(2771.0 104.87)kJ/kg298K(5.8360.3664)kJ/(kg K)1036.19kJ/kgehhT ss7取蒸汽发生器为控制体积，稳定状态能量方程：取蒸汽发生器为控制体积，稳定状态能量方程：112343()()mmqhhqhh蒸汽流量蒸汽流量 112343()()48

6、75kg/s(1515.0kJ/kg1287.8kJ/kg)608.47kg/s2771.0kJ/kg950.7kJ/kgmmqhhqhh蒸汽发生器的蒸汽发生器的效率效率 x3 x4,T1x1x23 x3()608.4kg/s 1036.19kJ/kg0.9444875kg/s 111.28kJ/kg608.4kg/s206.44kJ/kgmemmq eqeeq e8讨论：讨论：蒸汽发生器的热（能量）量利用率是蒸汽发生器的热（能量）量利用率是100%，但因传热温差，但因传热温差，因此因此效率小于效率小于1蒸汽发生器内两股流体（一回路冷却剂和二回路蒸汽）的蒸汽发生器内两股流体（一回路冷却剂和二回

7、路蒸汽）的平均温差比火力电厂的锅炉中烟气和水的温差小得多，所以平均温差比火力电厂的锅炉中烟气和水的温差小得多，所以核电厂蒸汽发生器核电厂蒸汽发生器效率远大于火力电厂锅炉的效率远大于火力电厂锅炉的效率。效率。9二、蒸汽轮机二、蒸汽轮机 大型核电厂中应用最广的是饱和蒸汽轮机大型核电厂中应用最广的是饱和蒸汽轮机；大亚湾核电站的两台汽轮发电机组在额定功率时，进入汽大亚湾核电站的两台汽轮发电机组在额定功率时，进入汽 轮机的新蒸汽是压力轮机的新蒸汽是压力6.53MPa，干度为，干度为0.96的饱和蒸汽，的饱和蒸汽，主蒸汽的流量是主蒸汽的流量是1467.95kg/s，排汽压力，排汽压力0.007MPa，温度

8、，温度 为为39 汽轮机内过程的能量分析汽轮机内过程的能量分析蒸汽经过汽轮机的绝热膨胀蒸汽经过汽轮机的绝热膨胀与理想可逆过程有显著的差别与理想可逆过程有显著的差别可逆过程汽轮机输出技术功可逆过程汽轮机输出技术功 12twhh不可逆绝热过程实际作技术功可逆绝热过程实际作技术功 T,act12,act122,act2()()whhhhhh210hhh理想绝热焓降理想绝热焓降 10汽轮机相对内效率（汽轮机效率）汽轮机相对内效率（汽轮机效率）T,act12,act12Ttwhhwhh汽轮机内蒸汽实际作功汽轮机内蒸汽实际作功汽轮机内蒸汽汽轮机内蒸汽理论功理论功2.act2122T0(1)()(1)Thh

9、hhhh大功率汽轮机大功率汽轮机0.850.850.920.92；核电厂汽轮机稍小核电厂汽轮机稍小 11图示的汽轮机系统，忽略管道损失，能量方程图示的汽轮机系统，忽略管道损失，能量方程T,net12456223344557788245789(1)(1)whhhhhhhhhq12蒸汽流入汽轮机时的焓蒸汽流入汽轮机时的焓 x1e流出汽轮机时的焓流出汽轮机时的焓 x2e汽轮机的汽轮机的效率效率xactT,act,Tx1x2ewee汽轮机内不可逆绝热过程的汽轮机内不可逆绝热过程的损失损失 x1x2T,nettIeew汽轮机内过程的汽轮机内过程的分析分析13过程过程损失损失16245789x,H245x

10、,H2x,H4x,H5 x,H7x,H8 x,H24578x,Hx,Wx,Q(1)(1)Ieeeeeeeeee245789x16x,W2 x,H4 x,H5 x,H7 x,H8 x,H9 x,Hx,H245x,H(1)eeeeeeeeee汽轮机输出的功汽轮机输出的功，即技术功，即技术功 散热的热量散热的热量 效率效率 9245781 14 【例例3-2】大亚湾核电厂汽轮机双流低压缸进汽量大亚湾核电厂汽轮机双流低压缸进汽量927.072kg/s，进汽焓进汽焓2991.1kJ/kg，温度，温度267.31。汽轮机有。汽轮机有4级抽汽，抽汽量和级抽汽，抽汽量和抽汽状态分别为抽汽状态分别为 237.0

11、09kg/smq20.3557MPap 336.067kg/smq443.274kg/smq547.112kg/smq22859.6kJ/kgh 30.1862MPap 32740.9kJ/kgh 40.0885MPap 42623.0kJ/kgh 50.0331MPap 52470.7kJ/kgh 汽轮机排向凝汽器的汽轮机排向凝汽器的参数参数 60.007MPap 62354.6kJ/kgh 假定假定T0=298K，p0=0.1MPa 求汽轮机输出功及求汽轮机输出功及效率。效率。15解：汽轮机排向凝汽器的流量解：汽轮机排向凝汽器的流量612345927.072kg/s37.009kg/s36

12、.067kg/s43.274kg/s47.112kg/s763.610kg/smmmmmmqqqqqqT616515414313212()()()()()763.61kg/s(2991.1 2354.6)kJ/kg47.112kg/s(2991.1 2470.7)kJ/kg43.274kg/s(2991.1 2623.0)kJ/kg36.0671kg/s(2991.1 2740.9)kJ/kg37.009kg/s(2mmmmmPqhhqhhqhhqhhqhh991.1 2859.6)kJ/kg540374.7kW查相关资料查相关资料 0104.87kJ/kgh 00.3664kJ/(kg K)

13、s 17.205kJ/(kg K)s 27.222kJ/(kg K)s 37.245kJ/(kg K)s 47.274kJ/(kg K)s 57.276kJ/(kg K)s 67.579kJ/(kg K)s 16x110010()(2991.1 104.87)kJ/kg298K(7.2050.3664)kJ/(kg K)848.33kJ/kgehhT ssx220020()(2859.6 104.87)kJ/kg298K(7.2220.3664)kJ/(kg K)711.76kJ/kgehhT ssx330030()(2740.9 104.87)kJ/kg298K(7.2450.3664)kJ

14、/(kg K)586.91kJ/kgehhT ssx440040()(2623.0 104.87)kJ/kg298K(7.2740.3664)kJ/(kg K)459.67kJ/kgehhT ssx550050()(2470.7 104.87)kJ/kg298K(7.2760.3664)kJ/(kg K)306.77kJ/kgehhT ssx660060()(2354.6 104.87)kJ/kg298K(7.5790.3664)kJ/(kg K)100.38kJ/kgehhT ss172346x1T2 x,H3 x,H4 x,H5 x,H56 x,H1 x,HmmmmmemPq eq eq

15、eq eq eq e540374.7kJ/s37.009kg/s 711.76kJ/kg36.067kg/s 586.91kJ/kg927.072kg/s 848.33kJ/kg43.274kg/s 459.67kJ/kg47.112kg/s 306.77kJ/kg763.610kg/s 100.38kJ/kg927.072kg/s 848.33kJ/kg88.86%本例汽轮机没有散热，所以热（能量）利用率为本例汽轮机没有散热，所以热（能量）利用率为100%100%，但是，但是从各排汽的熵逐步增大可知蒸汽在汽轮机内过程不可逆，因此从各排汽的熵逐步增大可知蒸汽在汽轮机内过程不可逆，因此其其效率小

16、于效率小于1 1。18三、给水泵三、给水泵 取水泵为控制体积，能量方程取水泵为控制体积，能量方程B21()mQPqhhq平衡方程平衡方程 Bx,H,2x,H,1x,Q()mIPqeeE效率效率 2x1x,HBx,Hmemq ePq e通常水泵运行时可以通常水泵运行时可以 假定为绝热过程假定为绝热过程B21()mPqhhBx,H,2x,H,1()mIPqee19 【例例3-3】大亚湾核电厂二回路的给水泵由给水泵汽轮机带动，大亚湾核电厂二回路的给水泵由给水泵汽轮机带动，每台给水泵在额定输出功率时流量为每台给水泵在额定输出功率时流量为1467.95kg/s。进入给水泵水。进入给水泵水的焓的焓694.

17、8kJ/kg，温度，温度164.3，经过水泵后水的焓为，经过水泵后水的焓为704.1kJ/kg，温度温度165.6，水泵的功率，水泵的功率13712kW，假定，假定T0=298K，p0=0.1MPa，求：求：损失。损失。解：取水泵为控制体积。能量方程解：取水泵为控制体积。能量方程 B21()13712kJ/s 1467.95kg/s(704.1kJ/kg694.8kJ/kg)60.1kJ/sQmqPqhh与水泵功率相比，散热量可忽略不计与水泵功率相比，散热量可忽略不计查表得查表得 121.987kJ/(kg K)2.008kJ/(kg K)ss、x,H,2x,H,121021()704.1kJ

18、/kg694.8kJ/kg298K 2.008kJ/(kg K)1.987kJ/(kg K)6.258kJ/kgeehhT ssBx,H,2x,H,1()13712kJ/s 1467.95kg/s 6.258kJ/kg4525.6kJ/smIPqee201-2 朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 一、核电厂循环的理论热效率一、核电厂循环的理论热效率 4-1 水在蒸汽发生器中的预热、水在蒸汽发生器中的预热、汽化过程近似认为定压过程汽化过程近似认为定压过程 114qhh1-2过程绝热过程绝热,12t Twhh2-3乏汽在冷凝器中冷凝，乏汽在冷凝器中冷凝，也为定压过程也为定压过程 223qhh4-3绝

19、热压缩，给水泵消耗的功绝热压缩，给水泵消耗的功43Cwhh循环净功循环净功net,C1243142312net()()()()t Twwwhhhhhhhhqqq21net232111411twhhqqqhh 忽略水泵功忽略水泵功 net,12t TCwwwhhnet12113twhhqhhnet12112twhhqhh汽耗率汽耗率 1netdw二、蒸汽参数对循环的影响二、蒸汽参数对循环的影响1.蒸汽初压力的影响蒸汽初压力的影响 循环平均放热温度循环平均放热温度T m2 相等相等,但但1p2341p的平均吸热温度比循环的平均吸热温度比循环12341的的 平均吸热温度高，因此初压较高的循环平均吸热

20、温度高，因此初压较高的循环11p2341p热效率较高。热效率较高。单纯提高初压力，虽可使热效率提高，但同时也会造成汽轮机出口蒸汽单纯提高初压力，虽可使热效率提高，但同时也会造成汽轮机出口蒸汽 干度下降，蒸汽干度过低将危及汽轮机的安全运行。干度下降，蒸汽干度过低将危及汽轮机的安全运行。22压水堆用二回路通常采用饱和蒸汽，饱和压水堆用二回路通常采用饱和蒸汽，饱和 蒸汽的温度和压力一一对应，提高二回路蒸汽的温度和压力一一对应，提高二回路 蒸汽温度的效果和提高压力的效果一样。蒸汽温度的效果和提高压力的效果一样。提高二回路蒸汽温度（或压力）需提高一回路提高二回路蒸汽温度（或压力）需提高一回路 冷却剂的温

21、度，应提高一回路压力，所以，提冷却剂的温度，应提高一回路压力，所以，提 高一回路冷却剂压力是提高核电厂循环热效率高一回路冷却剂压力是提高核电厂循环热效率 的有效途径。但是，这种影响受到水的热物理的有效途径。但是，这种影响受到水的热物理 性质的制约。例如，大亚湾核电厂反应堆出口性质的制约。例如，大亚湾核电厂反应堆出口 冷却剂平均温度为冷却剂平均温度为329.8，一回路压力为，一回路压力为15.5 MPa（饱和温度（饱和温度344.7）。若将之提高到）。若将之提高到20 MPa，其饱和温度，其饱和温度365.7，两者相比，虽然冷却剂饱和温度提，两者相比，虽然冷却剂饱和温度提 高了高了21，可以使二

22、回路蒸汽的初温有一定的提高，而带来循，可以使二回路蒸汽的初温有一定的提高，而带来循 环热效率的些微提高，但一回路压力却因此而提高了环热效率的些微提高，但一回路压力却因此而提高了4.5MPa，这将提高系统内各主要设备的承压要求及材料和加工制造的难这将提高系统内各主要设备的承压要求及材料和加工制造的难 度，最终影响到电厂的经济性所以，目前压水堆核电厂一回路度，最终影响到电厂的经济性所以，目前压水堆核电厂一回路 系统的工作压力大多在系统的工作压力大多在15MPa。233.乏汽参数的影响乏汽参数的影响 维持蒸汽初参数维持蒸汽初参数p1、T1不变，降低乏汽压不变，降低乏汽压 力力p2，平均吸热温度仅稍有

23、下降，而平均，平均吸热温度仅稍有下降，而平均 放热温度却明显下降，因此热效率将提高。放热温度却明显下降，因此热效率将提高。乏汽压力乏汽压力p2选择取决于冷凝器内冷却流体选择取决于冷凝器内冷却流体 的温度，一般冷却流体是自然界中的水。的温度，一般冷却流体是自然界中的水。因此，降低因此，降低p2受制于环境介质的温度。目受制于环境介质的温度。目 前大亚湾核电厂凝汽器中采用前大亚湾核电厂凝汽器中采用p2为为0.007MPa左右，对应左右，对应 饱和温度约饱和温度约39。提高核电厂循环热效率的方法，除提高初温（初压）及降低提高核电厂循环热效率的方法，除提高初温（初压）及降低 终压外，还可以从减少循环的不

24、可逆性和改进循环着手，如终压外，还可以从减少循环的不可逆性和改进循环着手，如 采用抽汽回热循环、再热循环等。采用抽汽回热循环、再热循环等。24三、有摩阻的实际循环三、有摩阻的实际循环 考虑汽轮机中的不可逆损失，则理想循环中的可逆绝热过程考虑汽轮机中的不可逆损失，则理想循环中的可逆绝热过程1-2将代之以不可逆绝热过程将代之以不可逆绝热过程1-2act。这样在循环中。这样在循环中 不变，而不变，而增大。增大。1q2q蒸汽不可逆经过汽轮机时实际所作的技术功蒸汽不可逆经过汽轮机时实际所作的技术功,act12,act122,act2()()twhhhhhh汽轮机的相对内效率，简称汽轮机效率汽轮机的相对内

25、效率，简称汽轮机效率 幻灯片 225,act12,act12tTtwhhwhh2.act21220(1)()(1)TThhhhhh实际循环内部功实际循环内部功 1kg蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功 net,actwnet,actT,actp,actwww忽略水泵功忽略水泵功 net,actt,act12,actwwhh循环内部热效率循环内部热效率 蒸汽在实际循环中所作的循环净功与循环中热源所蒸汽在实际循环中所作的循环净功与循环中热源所供给的热量的比值供给的热量的比值 net,act12,act1211212()TiTtwhhhhqhhhh 26汽轮机输出的

26、有效功，即轴功汽轮机输出的有效功，即轴功 T,actsmww机械效率机械效率 tTmsww用轴功率表示用轴功率表示 3600)(210hhDPPTmTms3600)(210hhDP汽轮机理想输出功率汽轮机理想输出功率 蒸汽耗量，蒸汽耗量，kg/h 内部功耗汽率内部功耗汽率 012,act1211()iTTddhhhh理论耗汽率理论耗汽率 0121dhh有效功耗汽率有效功耗汽率 0013600esTmTmdDdPP iemdd27 【例例3-4】某压水堆蒸汽发生器产生某压水堆蒸汽发生器产生10MPa的饱和水蒸汽，进入的饱和水蒸汽，进入汽轮机膨胀后，排向汽轮机膨胀后，排向10kPa的冷凝器，膨胀过

27、程绝热但不可逆，过的冷凝器，膨胀过程绝热但不可逆，过程熵产为程熵产为0.3kJ/(kgK)，求循环各设备的功、循环的热效率和汽耗，求循环各设备的功、循环的热效率和汽耗率。率。解：首先确定各点参数：点解：首先确定各点参数：点1：由：由10MPa，查饱和水蒸汽表：，查饱和水蒸汽表：112724.5kJ/kg5.614kJ/(kg K)hs、点点2：由：由10kPa，查饱和水蒸汽表，查饱和水蒸汽表 2583.7kJ/kg=191.7kJ/kghh、8.149kJ/(kg K)s=0.649kJ/(kg K)s据绝热过程熵方程：据绝热过程熵方程：21fggsssss21g5.614kJ/(kg K)0

28、.3kJ/(kg K)5.914kJ/(kg K)sss2sss状态状态2 2为饱和湿蒸汽状态为饱和湿蒸汽状态 225.914kJ/(kg K)0.649kJ/(kg K)0.7028.149kJ/(kg K)0.649kJ/(kg K)ssxss2822()191.7kJ/kg0.702(2583.7kJ/kg 191.7kJ/kg)1870.9kJ/kghhx hh状态状态4：34ss433433()191.7kJ/kg+0.0010m/kg(10000kPa10kPa)=201.7kJ/kghhvpp状态状态3：310kPa191.7kJ/kghh3310kPa40.0010m/kgvv

29、v3 434twwqhhh 443333433d()thhwhv phvpp汽轮机输出功：汽轮机输出功：122724.5kJ/kg 1870.9kJ/kg853.6kJ/kgtwhh水泵耗功：水泵耗功：43201.7kJ/kg 191.7kJ/kg10.0kJ/kgPwhh29吸热量：吸热量：1142724.5kJ/kg201.7kJ/kg2522.8kJ/kgqhh冷凝器中放热量：冷凝器中放热量：2231870.9kJ/kg 191.7kJ/kg1679.2kJ/kgqhh循环热效率：循环热效率：net11853.6kJ/kg10.0kJ/kg0.3342522.8kJ/kgtPtwwwqq

30、211679.2kJ/kg110.3342522.8kJ/kgtqq 汽耗率：汽耗率：66net111.186 10 kg/J0.8436 10 J/kgdw301-3 再热循环再热循环 一、火电厂的再热循环一、火电厂的再热循环 再热循环再热循环新汽膨胀到某一中间压力后撤出汽轮机，导新汽膨胀到某一中间压力后撤出汽轮机，导入锅炉中特设的再热器或其它换热设备中，使之再加热，然后入锅炉中特设的再热器或其它换热设备中，使之再加热，然后再导入汽轮机继续膨胀到背压再导入汽轮机继续膨胀到背压的循环。的循环。31再热对循环的影响再热对循环的影响 提高汽轮机末端蒸汽干度提高汽轮机末端蒸汽干度对循环热效率的影响对

31、循环热效率的影响 循环所作的功为（忽略水泵功）循环所作的功为（忽略水泵功）net12()()abwhhhh循环加热量循环加热量 112()()baqhhhh热效率热效率 net12112()()()()abtbawhhhhqhhhh 根据已有经验，中间压力在根据已有经验，中间压力在p1的的2030%范围内，对提高热范围内，对提高热效率的作用最大。但选取中间压力时必须注意使进入冷凝器的乏效率的作用最大。但选取中间压力时必须注意使进入冷凝器的乏汽干度在允许范围内，此为再热之根本目的。汽干度在允许范围内，此为再热之根本目的。每每kgkg蒸气所作的功增加，故耗汽率降低，通过设备的水蒸气所作的功增加，故

32、耗汽率降低，通过设备的水和蒸汽的质量减少，减轻水泵和冷凝器的负荷；和蒸汽的质量减少，减轻水泵和冷凝器的负荷；因管道、阀门及换热面增多，增加了投资费用，且使管因管道、阀门及换热面增多，增加了投资费用，且使管理运行复杂化。理运行复杂化。其他影响其他影响32二、压水堆电厂的汽水分离再热循环二、压水堆电厂的汽水分离再热循环压水堆二回路循环的新蒸汽是饱和压水堆二回路循环的新蒸汽是饱和或仅稍微过热的，因此提高蒸汽膨胀或仅稍微过热的，因此提高蒸汽膨胀终态的干度更显重要；终态的干度更显重要；由于反应堆的构造的特征，不可能将蒸汽再送入蒸汽发生器由于反应堆的构造的特征，不可能将蒸汽再送入蒸汽发生器再热，汽水分离再

33、热过程在增设的汽水分离再热器内进行。再热，汽水分离再热过程在增设的汽水分离再热器内进行。压水堆电厂再热的特征压水堆电厂再热的特征核电厂的热源的特殊性，核电厂循环的再热是由新蒸汽完成，核电厂的热源的特殊性，核电厂循环的再热是由新蒸汽完成，因此对循环热效率的提高并不有利，但汽水分离再热对保证汽轮因此对循环热效率的提高并不有利，但汽水分离再热对保证汽轮机的安全运行提供了保障。机的安全运行提供了保障。大亚湾核电站常规岛每台机组配备两个汽水分离再热器，分别大亚湾核电站常规岛每台机组配备两个汽水分离再热器，分别置于汽轮机低压缸的两侧。高压缸排汽压力为置于汽轮机低压缸的两侧。高压缸排汽压力为0.783MPa

34、，排汽温，排汽温度度169.5，湿度，湿度14.2%。经过汽水分离再热器时，排汽中约。经过汽水分离再热器时，排汽中约98%的水分先被排出，再被加热，进入低压缸时蒸汽压力的水分先被排出，再被加热，进入低压缸时蒸汽压力0.74MPa，温度温度265.1。33压水堆电厂再热循环分析压水堆电厂再热循环分析 考虑汽轮机内膨胀过程的不可逆性，考虑汽轮机内膨胀过程的不可逆性，忽略给水泵的功：忽略给水泵的功：循环净功循环净功 actnet,act12()()cbwhhhh汽轮机相汽轮机相 对内效率对内效率 net,actT,H1T,L2()()abwhhhh汽轮机高压缸和低压缸的相对内效率汽轮机高压缸和低压缸

35、的相对内效率 循环加热量循环加热量 114()()bcqhhhh循环内部热效率循环内部热效率 net,actT,H1T,L2,act114()()()()abtbcwhhhhqhhhh34 【例例3-5】大亚湾核电站高压缸排汽进入汽水分离再热器后，大亚湾核电站高压缸排汽进入汽水分离再热器后，沿着壳体构成的环形腔室从前向后通过沿着壳体构成的环形腔室从前向后通过32个波纹形汽水分离单个波纹形汽水分离单元，使来汽的约元，使来汽的约98%水分分离出来，通过疏水阀排走，较干的水分分离出来，通过疏水阀排走，较干的蒸汽通过两级再热器。一级再热由高压缸抽汽加热，二级再热蒸汽通过两级再热器。一级再热由高压缸抽汽

36、加热，二级再热由来自蒸汽发生器的新蒸汽加热。为简化分析，假定一级再热由来自蒸汽发生器的新蒸汽加热。为简化分析，假定一级再热和两级再热全部由新蒸汽完成，如图。和两级再热全部由新蒸汽完成，如图。若高压缸排汽参数为若高压缸排汽参数为 、0.782MPap 169.5 Ct 、x=85.8%，排汽总流量，排汽总流量为为1274.138kg/s，低压缸进汽参数为，低压缸进汽参数为 0.74MPap 265.1 Ct，进入再热器，进入再热器的新蒸汽的的新蒸汽的6.69MPap 282.2 Ct 从再热器排出时新蒸汽的从再热器排出时新蒸汽的 2.5MPap 224.0 Ct 排放的疏水平均焓为排放的疏水平均

37、焓为699.6kJ/kg，熵为，熵为1.997kJ/(kgK)，环境状态，环境状态下水的下水的，汽水分离再热器，汽水分离再热器0104.87kJ/kgh 00.3664kJ/(kg K)s 求：汽水分离再热器的新蒸汽流量和求：汽水分离再热器的新蒸汽流量和效率。效率。35解：解：确定各状态参数确定各状态参数查图表：查图表：0.782MPap 717.1kJ/kgh 2768.0kJ/kgh 2.037kJ/(kg K)s 6.670kJ/(kg K)s 0.74MPap 265.1 Ct 22983.7kJ/kgh 27.137kJ/(kg K)s 6.69MPap 282.2 Ct 42772

38、.5kJ/kgh 45.830kJ/(kg K)s 2.5MPap 224.0 Ct 51237.0kJ/kgh 53.108kJ/(kg K)s 点点1点点2点点4点点511()717.1kJ/kg0.858(2768.0kJ/kg717.1kJ/kg)2476.8kJ/kghhx hh11()2.037kJ/(kg K)0.858(6.6702.037)kJ/(kg K)6.012kJ/(kg K)ssx ss36确定各点质量流量确定各点质量流量3110.98(1)0.98(1 0.858)1274.138kg/s177.309kg/smmqx q2131274.138kg/s 177.3

39、09kg/s1096.829kg/smmmqqq取图中虚线所示为控制体积，列能量方程：取图中虚线所示为控制体积，列能量方程：4451 13322()0mmmmqhhq hq hqh33221 1445133.309kg/s 699.6kJ/kg1096.829kg/s2983.7kJ/kg1274.138kg/s2476.8kJ/kg2772.5kJ/kg1237.0kJ/kgmmmmq hqhq hqhh136.82kg/s计算各点计算各点值值 371,H10010()(2476.8 104.97)kJ/kg298K(6.0120.3664)kJ/(kg K)689.4kJ/kgxehhT

40、ss2,H20020()(2983.7 104.97)kJ/kg298K(7.1370.3664)kJ/(kg K)861.1kJ/kgxehhT ss3,H30030()(696.6 104.97)kJ/kg298K(1.9970.3664)kJ/(kg K)105.7kJ/kgxehhT ss4,H40040()(2772.5 104.97)kJ/kg298K(5.8300.3664)kJ/(kg K)1039.4kJ/kgxehhT ss5,H50050()(1237.0 104.97)kJ/kg298K(3.1080.3664)kJ/(kg K)315.0kJ/kgxehhT ss38

41、计算计算效率效率235142,H3,H5,H1,H4,H1096.829kg/s 861.1kJ/kg177.309kg/s 105.7kJ/kg136.82kg/s 315.0kJ/kg1274.138kg/s 689.4kJ/kg136.82kg/s 1039.4kJ/kgxmxmxmxemxmxq eq eq eq eq e0.986讨论：讨论：效率很高是由于：效率很高是由于：没有外部损失；没有外部损失；传热温差小传热温差小分离再热器庞大。分离再热器庞大。39 【例例3-6】压水堆二回路循环采用汽水分离再热循环抽象简化压水堆二回路循环采用汽水分离再热循环抽象简化如图所示，若新蒸汽的如图所

42、示，若新蒸汽的 6.69MPap 282.2 Ct 在高压缸膨胀到在高压缸膨胀到 0.782MPap 时进入汽水分离时进入汽水分离再热器，再热后再热器，再热后 265.1 Ct，若凝汽器维持，若凝汽器维持0.007MPa，水流经水泵后焓增加，水流经水泵后焓增加9.3kJ/kg，求，求循环的热效率和耗汽率，并与不采用汽水分离循环的热效率和耗汽率，并与不采用汽水分离再热循环比较。再热循环比较。解：各状态点参数解：各状态点参数 新蒸汽新蒸汽（点（点1）的焓的焓 6.69MPap 282.2 Ct 12772.5kJ/kgh 15.830kJ/(kg K)s 高压缸膨胀过程为等熵过程高压缸膨胀过程为等

43、熵过程 15.830kJ/(kg K)ass及再热压力及再热压力 0.782MPaap 2395.9kJ/kgah 点点a40点点15.830kJ/(kg K)css及冷凝器压力及冷凝器压力 0.007MPacp 1808.79kJ/kgch 0.68cx 点点b再热器中的过程近似为等压再热器中的过程近似为等压 及再热压力及再热压力 0.782MPaap 2982.3kJ/kgbh 265.1 Ct 7.110kJ/(kg K)bs 点点227.110kJ/(kg K)Bss及冷凝器压力及冷凝器压力 20.007MPap 22208.3kJ/kgh 20.85x 点点3163.4kJ/kgh

44、点点4163.4kJ/kg9.3kJ/kg172.7kJ/kgh 411142772.5kJ/kg 172.7kJ/kg2982.3kJ/kg2395.9kJ/kg3186.2kJ/kgbaqhhhh2232208.3kJ/kg 163.4kJ/kg2044.9kJ/kgqhhnetT,HT,LT,C1243()()(2772.52395.9)kJ/kg(2982.32208.3)kJ/kg9.3kJ/kg1141.3kJ/kgabwwwwhhhhhhnet11141.3kJ/kg35.82%3186.2kJ/kgtwq-73net118.762 10 kg/J1141.3 10 J/kgdw

45、循环分析循环分析421142772.5kJ/kg 172.7kJ/kg2599.8kJ/kgqhhnetTT,C143()(2772.5kJ/kg 1808.7kJ/kg)9.3kJ/kg954.5kJ/kgcwwwhhhhnet1954.5kJ/kg36.71%2599.8kJ/kgtwq-63net111.048 10 kg/J954.5 10 J/kgdw 说明：说明：netnetwwdd2cxx采用再热后尽管使系统复杂，初投资增采用再热后尽管使系统复杂，初投资增加，但是可以提高乏汽的干度、降低汽加，但是可以提高乏汽的干度、降低汽耗率。耗率。两种循环比较两种循环比较若不采用再热，则循环为

46、若不采用再热，则循环为1-c-3-4-1，该循环，该循环 43T,HT,L 【例例3-7】在例在例3-6压水堆二回路循环中考虑蒸汽在汽轮机内的压水堆二回路循环中考虑蒸汽在汽轮机内的过程为不可逆过程，如图，若新蒸汽参数及再热压力、再热后温过程为不可逆过程，如图，若新蒸汽参数及再热压力、再热后温度、凝汽器压力和流经水泵后水的焓增加量都与例度、凝汽器压力和流经水泵后水的焓增加量都与例3-6相同，假定相同，假定汽轮机高压缸和低压缸的相对内效率汽轮机高压缸和低压缸的相对内效率和和都是都是0.9。求循环的。求循环的内部热效率和汽轮机内的内部热效率和汽轮机内的损失（损失（T0=295K）。）。解：解：127

47、72.5kJ/kgh 15.830kJ/(kg K)ass2395.9kJ/kgah 2982.3kJ/kgbh 27.110kJ/(kg K)bss1T,H1()2772.5kJ/kg0.9(2772.5kJ/kg2395.9kJ/kg)2433.6kJ/kgcahhhh2,actT,L2()2982.3kJ/kg0.9(2982.3kJ/kg2208.3kJ/kg)2285.7kJ/kgbbhhhh0.782MPacapp2433.6kJ/kgch 5.915kJ/(kg K)cs 各点参数：由上例各点参数：由上例0.007MPap 2,act2285.7kJ/kgh2,act7.358k

48、J/(kg K)s2,act0.88x44循环净功循环净功 actnet,act12()()2772.5kJ/kg2433.6kJ/kg2982.3kJ/kg2285.7kJ/kg1035.5kJ/kgcbwhhhh循环加热量循环加热量114()()2772.5kJ/kg 172.7kJ/kg2982.3kJ/kg2433.6kJ/kg3148.5kJ/kgbcqhhhh循环内部热效率循环内部热效率 net,act,act11035.5kJ/kg32.89%3148.5kJ/kgtwq循环分析循环分析根据稳定流动系统熵方程，汽轮机高压缸根据稳定流动系统熵方程，汽轮机高压缸 1fg,Hcssss

49、0g,H15.915kJ/(kg K)5.830kJ/(kg K)0.085kJ/(kg K)csss汽轮机低压缸熵产汽轮机低压缸熵产 g,L2,act7.358kJ/(kg K)7.110kJ/(kg K)0.248kJ/(kg K)bsss每每kg蒸汽在汽轮机内的蒸汽在汽轮机内的损失损失0g,Hg,L()295K(0.0850.248)kJ/(kg K)98.24kJ/kgIT ss451-4 抽汽循环抽汽循环 一、一、抽汽回热抽汽回热 工程上采用的回热方式是从汽轮机的适当部位抽出尚未完全工程上采用的回热方式是从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去加热低温凝结

50、水。膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去加热低温凝结水。现代大中型蒸汽动力装置毫无例外均采用回热循环，抽汽的级现代大中型蒸汽动力装置毫无例外均采用回热循环，抽汽的级数由数由23级到级到78级，参数越高、容量越大的机组，回热级数越级，参数越高、容量越大的机组，回热级数越多。大亚湾核电站的二回路循环就有高达多。大亚湾核电站的二回路循环就有高达7级的抽汽。级的抽汽。大亚湾电站一回路压力为大亚湾电站一回路压力为15.5MPa，冷却剂，冷却剂平均出口温度平均出口温度329.8，平均进口温度，平均进口温度290.8 281.2 39 46二、二、回热循环分析计算回热循环分析计算 确定抽汽量确定抽汽量1