1、第十一章第十一章 蒸汽动力循环蒸汽动力循环主要内容主要内容1、熟悉朗熟悉朗肯循环肯循环图示图示与与计算计算2、朗肯循环朗肯循环与与卡诺循环卡诺循环3、蒸汽参数蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响对朗肯循环热效率的影响4、再热再热、回热原理及计算回热原理及计算概述概述动力循环：动力循环：工质连续不断地将从高温热源工质连续不断地将从高温热源取得的取得的热量热量的一部分转换成对外的的一部分转换成对外的净功净功动力循环：蒸汽动力循环动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环燃气动力循环热机热机按工质按工质气体动力循环气体动力循环：内燃机：内燃机蒸汽动力循环蒸汽动力循环：外燃机：外燃机空气为主的燃气空气为主的燃气按
2、按理想气体理想气体处理处理水蒸气等水蒸气等实际气体实际气体蒸汽动力循环：以蒸汽为工质的动力循环蒸汽动力循环：以蒸汽为工质的动力循环 又称外燃动力装置又称外燃动力装置水蒸气：水蒸气：火力发电、核电、垃圾焚烧火力发电、核电、垃圾焚烧低沸点工质：低沸点工质：氨、氟里昂氨、氟里昂 太阳能、余热、地热发电太阳能、余热、地热发电研究目的：研究目的：根据热力学基本定律和水蒸根据热力学基本定律和水蒸气热力性质，分析水蒸气动力循环中热气热力性质，分析水蒸气动力循环中热功转换过程的完善性，合理安排循环，功转换过程的完善性，合理安排循环，提高热效率。提高热效率。循环效率1212111qqqqqqwt卡诺循环效率卡诺
3、循环效率121TTt11-2蒸汽卡诺循环蒸汽卡诺循环蒸气易实现定温吸热和放热过程蒸气易实现定温吸热和放热过程sT1234缺点：缺点：1、3-4工质为低干工质为低干度的湿蒸汽，对汽度的湿蒸汽，对汽水混合物压缩要消水混合物压缩要消耗很多压缩功，且耗很多压缩功，且对压缩机工作不利！对压缩机工作不利！2、效率不高、效率不高水的临界温度只有水的临界温度只有374度，金属材料度，金属材料允许的温度为允许的温度为600度度 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器11-3 简单水蒸汽动力循环简单水蒸汽动力循环工作
4、过程工作过程乏汽乏汽凝结水凝结水锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器郎肯循环郎肯循环1234简化（理想化）：简化（理想化）：34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热郎肯循环郎肯循环1342pv郎肯循环郎肯循环p-v图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tshs1324郎肯循环郎肯循环T-s和和h-s图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压
5、缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热hs1324郎肯循环功和热的计算郎肯循环功和热的计算 汽轮机作功：汽轮机作功：2121 ,hhws凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443 ,hhws锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量：411hhqhs1324郎肯循环热效率的计算郎肯循环热效率的计算 ,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhhsp1, t1, p265432111-411-4蒸汽参数对蒸汽参数对循环循环热效率的影响热效率的影响1213thhhh影 响 热 效 率影
6、 响 热 效 率的参数？的参数？TsT654321 1 6 5 4 2蒸汽初压对朗蒸汽初压对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响t1 , p2不变不变，p1缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不不利于汽利于汽轮机安全。一般轮机安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.882x优点：优点： ，汽轮机出口汽轮机出口尺寸小尺寸小1Tt2vsT654321 1 2蒸汽初温对朗蒸汽初温对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： ，有利于汽机有利于汽机安全。安全。1Tt2x缺点：缺点： 对耐热及强度要对耐热及强度要求高，目前最高求高，目前最高初温一般在初温一般在550左右左右
7、 汽机出口汽机出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不变不变，t1sT654321 2乏汽压力乏汽压力对朗对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： 2Tt缺点：缺点：受环境温度限制，受环境温度限制，现在大型机组现在大型机组p2为为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事，已接近事实上可能达到的最低实上可能达到的最低限度。冬天热效率高限度。冬天热效率高p1 , t1不变不变，p2 4 3例题： 某朗肯循环的蒸汽参数取为某朗肯循环的蒸汽参数取为t1=550t1=550，p1=30barp1=30bar，p2=0.05barp2=0.05bar
8、。试计算试计算1) 1) 水泵水泵所消耗的功量，所消耗的功量，2) 2) 汽轮机作功量汽轮机作功量, 3) , 3) 汽轮机出口蒸汽干度汽轮机出口蒸汽干度, 4) , 4) 循环净功，循环净功， 5) 5) 循环热效率。循环热效率。h1=3568.6KJ/kg s1=7.3752kJ/h1=3568.6KJ/kg s1=7.3752kJ/kgKkgKh2=2236kJ/kg s2=7.3752kJ/h2=2236kJ/kg s2=7.3752kJ/kgKkgKh3=137.8kJ /kg s3=0.4762kJ/h3=137.8kJ /kg s3=0.4762kJ/kgKkgKh4=140.9
9、kJ/kgh4=140.9kJ/kg11-5 蒸汽再热循环蒸汽再热循环Ts65431ba21234再热baTs65431ba2 与再热压力有关与再热压力有关 x2降低降低,给提高给提高初压创造了条件，初压创造了条件，选取再热压力合选取再热压力合适，一般采用适，一般采用一一次再热可使热效次再热可使热效率提高率提高2 24 4。对循环的影响对循环的影响蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次一次再热再热 超临界机组，超临界机组， t1600，p125MPa，二次二次再热再热Ts65431ba2蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算
10、定量计算吸热量：吸热量： 114abqhhhh放热量：放热量：223qhh净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）： net12bawhhhh热效率：热效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh12361kga45kg(1-)kg抽汽抽汽去凝汽器去凝汽器表面式回热器表面式回热器抽汽抽汽冷凝水冷凝水给水给水混合式回热器混合式回热器抽汽式回热抽汽式回热11-6 回热循环回热循环蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环(1- )kg kg65as43211kgT12361kga45kg(1-)kga kg4(1- )kg51kg由于由于T-s图上各点图上各点质量不同，面积质量不同，
11、面积不再直接代表热不再直接代表热和功和功抽汽抽汽回热循环的抽汽量回热循环的抽汽量计算计算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回热器为例以混合式回热器为例热一律，热一律，1 1kgkga4511hhh 54a4hhhh流量系数流量系数mimqq,抽汽抽汽回热循环热效率的回热循环热效率的计算计算(1- )kg kg65as43211kgT吸热量：吸热量：放热量：放热量：1,RG151aqhhhh2,RG221qhhRG1aa21whhhh净功：净功：热效率：热效率： 1aa2t,RG1a1hhhhhh原因：原因： kgkg工质工质100%利用利用 1
12、- 1- kgkg工质效率未变工质效率未变回热循环的意义回热循环的意义1、提高热效率、提高热效率2、采用抽汽加热给水，减轻了锅炉的热负荷，、采用抽汽加热给水，减轻了锅炉的热负荷，因此锅炉受热面得以减少，节省了金属材料。因此锅炉受热面得以减少，节省了金属材料。3、进入冷凝器的乏气减少使冷凝器换热面积、进入冷凝器的乏气减少使冷凝器换热面积得以减少，节省了金属材料。得以减少，节省了金属材料。4、汽耗率的增加使气轮机高压段的蒸汽量增、汽耗率的增加使气轮机高压段的蒸汽量增大，抽汽使低压段流量减少，使气轮机结构大，抽汽使低压段流量减少，使气轮机结构更加合理。更加合理。缺点缺点l 循环比功减小，汽耗率增加循
13、环比功减小，汽耗率增加l 增加设备复杂性增加设备复杂性l 回热器投资回热器投资小型火力发电厂回热级数一般为小型火力发电厂回热级数一般为13级，级，中大型火力发电厂一般为中大型火力发电厂一般为 48级。级。提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环现代蒸汽动力循环，即使采用超高蒸汽参数，现代蒸汽动力循环，即使采用超高蒸汽参数，甚至超临界蒸汽参数和回热、再热措施，热甚至超临界蒸汽参数和回热、再热措施，热效率最高只有效率最高只有40%11-7 热电循环热电循环1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉背压式机组背压式机组( (背压背压0.1MPa) )用发电厂作了功的蒸用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用汽的余热来满足热用户的需要，这种作法户的需要，这种作法称为称为热电联热电联( (产产) )供供。下沙热电厂下沙热电厂背压式背压式缺点缺点： 热电互相影响热电互相影响 供热参数单一供热参数单一抽汽式抽汽式过热器汽轮机发电机锅炉冷却水冷凝器加热器水泵 1水泵 2调节阀 抽汽式热电联供抽汽式热电联供循环循环, , 可以自动调可以自动调节热、电供应比例，节热、电供应比例，以满足不同用户的以满足不同用户的需要。需要。
