1、第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环1第十一章第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环水蒸气及蒸汽动力循环11-1 水蒸气的水蒸气的发生过程发生过程11-2 水蒸气热力性质表和图水蒸气热力性质表和图11-3 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程11-4 朗肯循环朗肯循环11-5 再热循环再热循环11-6 回热循环回热循环11-7 热电联产及蒸汽热电联产及蒸汽-燃气联合循环燃气联合循环第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环211-1 水蒸气的发生过程水蒸气的发生过程 b-dts饱和水饱和水 ts干饱和水蒸干饱和水蒸汽。汽。v，t和和p均不变均不变。其间为汽液混合的湿饱和蒸汽。其间为汽液混合的湿饱和蒸汽。d-ets干饱和水蒸
2、汽干饱和水蒸汽 t过热过热水蒸汽。水蒸汽。t，v。过热度过热度D=t-ts一、水蒸气的定压一、水蒸气的定压发生过程发生过程 a-b0.01未饱和水未饱和水ts饱和水饱和水。t，v。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环3二、水蒸气发生过程中的能量关系二、水蒸气发生过程中的能量关系 水蒸气定压发生过程的三个阶段：水蒸气定压发生过程的三个阶段：水的水的预热预热未饱和水未饱和水(0.01)饱和水饱和水(t ts s)；水的水的汽化汽化饱和水饱和水(t ts s)干饱和水蒸气干饱和水蒸气(t ts s)；水蒸气的水蒸气的过热过热饱和水蒸气（饱和水蒸气（t ts s）过热水蒸气过热水蒸气(t t)。水水的液体热
3、的液体热q水水的预热过程中，使水由三相点温度的预热过程中，使水由三相点温度0.01升高到饱和温度升高到饱和温度ts所需的热量。所需的热量。定压预热过程的能量转换关系为定压预热过程的能量转换关系为)()(01.001.001.0vvpuuhhq因因vv0.01，所以所以)(01.001.0uuhhq 定压预热过程的压力越高，对应的饱和温定压预热过程的压力越高，对应的饱和温度也越高，水的液体热就越大。度也越高，水的液体热就越大。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环4 热工计算仅需计算热工计算仅需计算h及及u，故可任取某状态作为计算基点。故可任取某状态作为计算基点。规定水的三相点状态规定水的三相点状态u0
4、 kJ/kg。一般情况下，对温度为一般情况下，对温度为0.01时不同压力的水，取时不同压力的水，取u0.010 kJ/kg。压力不高时，对压力不高时，对0.01时水，也可取时水，也可取h0.010 kJ/kg。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环5汽化潜热汽化潜热 水的定压汽化过程中，水的定压汽化过程中，1kg饱和水汽化成为饱和水汽化成为干饱和水蒸气所需的热量称为干饱和水蒸气所需的热量称为汽化潜热汽化潜热L。汽化过程的压力越高，汽化潜热的数值越小。汽化过程的压力越高，汽化潜热的数值越小。在临界压力下，汽化潜热为零。在临界压力下，汽化潜热为零。定压汽化过程中的热量转换关系为定压汽化过程中的热量转换关系
5、为 )()(vvpuuhhL LLL定义：定义：内汽化潜热内汽化潜热 汽化潜热中转变为热力学能的部分；汽化潜热中转变为热力学能的部分；外汽化潜热外汽化潜热 用于对外作功的部分。用于对外作功的部分。LL则有则有 第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环6过热热量过热热量qhhq 按能量转换关系，有按能量转换关系，有 显然，将显然，将0.01的水加热变为过热水蒸气所需的热量，等于液的水加热变为过热水蒸气所需的热量，等于液体热、汽化潜热与过热热量三者之和。而且整个水蒸气定压发生过体热、汽化潜热与过热热量三者之和。而且整个水蒸气定压发生过程及各个阶段中的加热量，均可程及各个阶段中的加热量，均可用水和水蒸气的焓值
6、变化来计算用水和水蒸气的焓值变化来计算。定压过热过程中所需的热量。定压过热过程中所需的热量。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环7三、水蒸气三、水蒸气的的p-v图和图和T-s图图 在在p-v图和图和T-s图上，连接各定压线上所有开始汽化的各点，形图上，连接各定压线上所有开始汽化的各点，形成下界线成下界线BC(饱和水线饱和水线)。连接各定压线上所有汽化完毕的各点，。连接各定压线上所有汽化完毕的各点，形成上界线形成上界线AC(干饱和水蒸气线干饱和水蒸气线)。临界点临界点C 饱和水状态与干饱和蒸汽状态重合点，为水、饱和水状态与干饱和蒸汽状态重合点，为水、汽不分的状态。水蒸气的临界参数为汽不分的状态。水蒸气
7、的临界参数为tc374.15,pc22.120MPa,vc0.00317m3/kg 下界线和上界线在临界点下界线和上界线在临界点C相交，形成了为饱和曲线相交，形成了为饱和曲线ACB所包所包围的饱和区，在该区域内饱和水和饱和水蒸气共存，称为湿饱和蒸围的饱和区，在该区域内饱和水和饱和水蒸气共存，称为湿饱和蒸汽，因此饱和区又称为湿蒸汽汽，因此饱和区又称为湿蒸汽区。区。当压力高于临界压力当压力高于临界压力pc时，时，便不再发生水的定压汽化过程。便不再发生水的定压汽化过程。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环8水蒸气相变图线的分析水蒸气相变图线的分析 上、下界线表明了水汽化的始末界线，二者统称饱和曲线，上、下
8、界线表明了水汽化的始末界线，二者统称饱和曲线，它将它将p-v图和图和T-s图分图分为三个区域：液态区为三个区域：液态区(下界线左侧下界线左侧)、湿蒸汽、湿蒸汽区区(饱和曲线内饱和曲线内)、汽态区、汽态区(上界线右侧上界线右侧)。常把压力高于临界点的临界温度线作为常把压力高于临界点的临界温度线作为“永久永久”气体与液体的气体与液体的分界线。分界线。水蒸气的相变图线，可以总结为一点水蒸气的相变图线，可以总结为一点(临界点临界点)、二线、二线(上界线、上界线、下界线下界线)、三区、三区(液态区、液态区、湿蒸汽区、气态区湿蒸汽区、气态区)和五和五态态(未饱和水状态、饱和未饱和水状态、饱和水状态、湿饱和
9、蒸汽状水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、态、干饱和蒸汽状态、过热蒸汽状态过热蒸汽状态)。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环9四、水蒸气的饱和状态四、水蒸气的饱和状态 饱和状态饱和状态饱和区内，饱和水和饱和水蒸气共存的平衡状态。饱和区内，饱和水和饱和水蒸气共存的平衡状态。饱和状态下，饱和水与饱和水蒸气的平衡是饱和状态下，饱和水与饱和水蒸气的平衡是动态的平衡动态的平衡。饱和温度与饱和压力关系确定。饱和温度与饱和压力关系确定。压力压力饱和温度饱和温度。如：。如：p0.010 8 kPa时时 t ts s0 p101.325 kPa时时 t ts s100 t ts s和和p ps s之间的关系由实
10、验或经验公式确定。之间的关系由实验或经验公式确定。饱和区内湿饱和蒸汽的温度饱和区内湿饱和蒸汽的温度t ts s与压力与压力p ps s具有一定的函数关系，具有一定的函数关系，所以两者只能作为一个独立参数。要确定湿饱和蒸汽的状态，还需所以两者只能作为一个独立参数。要确定湿饱和蒸汽的状态，还需另一个独立参数，一般采用另一个独立参数，一般采用“干度干度”作为参数，但也可以是其他的作为参数，但也可以是其他的状态参数，如焓、熵、比体积中的任何一个。状态参数，如焓、熵、比体积中的任何一个。干度干度x 湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，即湿饱和蒸汽中干饱和蒸汽的质量分数，即wvvmmmx，第十一章 水蒸气及
11、蒸汽动力循环10 UUUx HHHx SSSx VVVx)()1(uuxuuxuxux xLhhhxhhxhxhx )()1()()1(ssxssxsxsx )()1(vvxvvxvxvx 湿饱和蒸汽是干饱和蒸汽与饱和水的混合物，其热力学能、焓、湿饱和蒸汽是干饱和蒸汽与饱和水的混合物，其热力学能、焓、熵及容积可表示为熵及容积可表示为引入干度的关系式，可得引入干度的关系式，可得 即干度即干度x确定时确定时，可用饱和水及干饱和蒸汽的状态参数，求得湿饱，可用饱和水及干饱和蒸汽的状态参数，求得湿饱和蒸汽相应状态的参数。和蒸汽相应状态的参数。饱和状态下状态参数的计算饱和状态下状态参数的计算，第十一章 水
12、蒸气及蒸汽动力循环1111-2 水蒸气热力性质表和图水蒸气热力性质表和图p0.611 2 kPa，v0.001 000 22 m3/kgT273.16 K在此状态下在此状态下 kJ/kg，kJ/(kg K)而其焓值为而其焓值为 0 kJ/kg+0.611 2 kPa0.001 000 22 m3/kg 0.000 611 kJ/kg0 kJ/kg 工程中不需计算水蒸气工程中不需计算水蒸气u、h、s的绝对值，只需确定其变量，的绝对值，只需确定其变量，因此可任选一个基准点。因此可任选一个基准点。国际会议规定，水蒸气热力性质表图的国际会议规定，水蒸气热力性质表图的编编制制以三相点状态的液相水为基准点
13、。以三相点状态的液相水为基准点。水的三相点水的三相点的参数为的参数为 水蒸气热力性质复杂，有关水蒸气的各种工程计算，常依赖各水蒸气热力性质复杂，有关水蒸气的各种工程计算，常依赖各种专用的水蒸气热力性质表和相应的图线。种专用的水蒸气热力性质表和相应的图线。001.0u001.0spvuh01.001.0第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环12常用水蒸气热力性质表常用水蒸气热力性质表 未饱和水及过热蒸汽表未饱和水及过热蒸汽表：按温度、压力分别作为行、列，列出：按温度、压力分别作为行、列，列出比体积、焓和熵的数值。利用该表可按给定的任意两个状态参数，比体积、焓和熵的数值。利用该表可按给定的任意两个状态参数
14、，确定该状态下的其他三个参数。确定该状态下的其他三个参数。饱饱和水及干饱和蒸汽表和水及干饱和蒸汽表通常分为：通常分为：按温度排列按温度排列；按压力排按压力排列列。列出饱和温度、饱和压力、饱和水以及干饱和蒸气的比体积、。列出饱和温度、饱和压力、饱和水以及干饱和蒸气的比体积、焓和熵的数值。焓和熵的数值。利用这两个表还可以根据给定的参数和干度利用这两个表还可以根据给定的参数和干度x，确定湿饱和蒸，确定湿饱和蒸汽的各参数。汽的各参数。应用水蒸气热力性质表时，经常需要进行插值计算来确定表列应用水蒸气热力性质表时，经常需要进行插值计算来确定表列两数据中间的数值。两数据中间的数值。第十一章 水蒸气及蒸汽动力
15、循环13 特征点与特征线：特征点与特征线：C临界点，临界点，x0线，线，x1线。线。定压线定压线在在h-s图上呈发散分布。由图上呈发散分布。由Tdsdh-vdp可知，定压线在可知，定压线在h-s图上的斜率为图上的斜率为Tshp 在饱和区内，在饱和区内，p一定时一定时T亦为定值，所以区内的定压线为一簇斜率不亦为定值，所以区内的定压线为一簇斜率不同的直线。在过热区，随温度的增高，定压线趋于陡峭。同的直线。在过热区，随温度的增高，定压线趋于陡峭。h-s图图 定温线定温线饱和区内与定压线重合，在过热区与定压线自上界线处饱和区内与定压线重合，在过热区与定压线自上界线处分开后逐渐趋于平坦。即随分开后逐渐趋
16、于平坦。即随p蒸汽性质趋近理想气体。蒸汽性质趋近理想气体。定容线定容线走向与定压线相同，但比定压线稍陡。走向与定压线相同，但比定压线稍陡。定干度线定干度线一组干度等于常数的曲线。一组干度等于常数的曲线。x0.5区域图线过密，工程中不经常使用这部分数据，区域图线过密，工程中不经常使用这部分数据，故通常所用的故通常所用的h-s图线不包括这一区域。图线不包括这一区域。用用h-s图确定蒸汽状态简便、直观，但读数欠准确。图确定蒸汽状态简便、直观，但读数欠准确。水蒸气工程计算中，应用最广泛的线图水蒸气工程计算中，应用最广泛的线图 第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环1411-3 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程
17、 分析水蒸气热力过程的分析水蒸气热力过程的目的目的确定过程的能量转换关系，包确定过程的能量转换关系，包括括w、q以及以及u和和h等。因此，需确定状态参数的变化。等。因此，需确定状态参数的变化。确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一定律：确定过程的能量转换关系的依据为热力学第一定律：可用水蒸气表及图可用水蒸气表及图，依照过程的特点来确定各状态的参数依照过程的特点来确定各状态的参数。212121dvpuq2121dsTq 一、定容过程一、定容过程 v1=v2,于是可得于是可得0d2121vpw)()(121122,121ppvhhuq第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环15 二、定压过程二、定压过程
18、p1=p2,于是可得于是可得 )(12121vvpw)(1221hhq 三、定温过程三、定温过程 T1=T2,于是可得于是可得 四、定熵过程四、定熵过程 s1=s2,于是可得于是可得 2,12121uqw)()()(112212121vpvphhssT)(12121ssTq )()(1122122121vpvphhuuw021q第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环1611-4 朗肯循环朗肯循环 简单蒸汽动力装置的主要热力设备：蒸汽锅炉、汽轮机、给水简单蒸汽动力装置的主要热力设备：蒸汽锅炉、汽轮机、给水泵和冷凝器。泵和冷凝器。水在锅炉中吸收热量形成过热蒸汽。过热蒸汽被送至汽轮机绝水在锅炉中吸收热量形成
19、过热蒸汽。过热蒸汽被送至汽轮机绝热膨胀作功。作功后的乏汽被送至冷凝器内凝结成水。再由给水泵热膨胀作功。作功后的乏汽被送至冷凝器内凝结成水。再由给水泵加压后送回锅炉加热而完成一个循环。加压后送回锅炉加热而完成一个循环。蒸汽动力装置理想循环的组成：蒸汽动力装置理想循环的组成：0-1为定压为定压吸热过程；吸热过程；1-2为绝热膨胀过程；为绝热膨胀过程；2-3为为定压放定压放热过程；热过程；3-4为为绝热加压过程。绝热加压过程。该循环称为该循环称为朗肯循环朗肯循环(简单蒸简单蒸汽动力装置循环汽动力装置循环)。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环17朗肯循环热效率分析朗肯循环热效率分析 0-1过程过程，工质吸
20、热：，工质吸热：q1h1h0 2-3过程，工质放热：过程，工质放热：322hhq 绝热膨胀过程绝热膨胀过程1-2，工质在汽轮机中所作的轴功为，工质在汽轮机中所作的轴功为(ws,T)1-2h1h2 绝热加压过程绝热加压过程3-0，给水泵消耗的轴功为，给水泵消耗的轴功为3003ps,)(hhw 循环净功：循环净功：)()()()(302103ps,21Ts,0hhhhwww 第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环18朗肯循环热效率朗肯循环热效率因此，有因此，有01302110t)()(hhhhhhqw0)(3003ps,hhw3121121Ts,t)(hhhhqw水泵的耗功约为汽轮机轴功的水泵的耗功约为汽
21、轮机轴功的2%，可忽略，即可忽略，即则循环热效率可近似表示为则循环热效率可近似表示为 定压吸热过程定压吸热过程0-1中，工质的吸热量为中，工质的吸热量为q1h1h0 循环净功为汽轮机轴功和水泵耗功之差，即循环净功为汽轮机轴功和水泵耗功之差，即)()()()(302103ps,21Ts,0hhhhwww第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环19一、一、提高蒸汽初温对热效率的影响提高蒸汽初温对热效率的影响 设初压设初压p1、乏汽压力、乏汽压力p2不变。不变。蒸汽的初温由蒸汽的初温由T1 平均加热温度提高，即平均加热温度提高，即 Tm1。放热过程放热过程 -3与原过程与原过程2-3的放热温度的放热温度T2相
22、同相同。于是，由等效卡诺循环热效率公式于是，由等效卡诺循环热效率公式t1(T2/Tm1)可知，蒸汽可知，蒸汽初温由初温由T1提高到提高到 时，朗肯循环时，朗肯循环热效率提高热效率提高。蒸汽初温提高时，如蒸汽初压不变，膨胀终状态蒸汽初温提高时，如蒸汽初压不变，膨胀终状态 比原状态比原状态2的的干度大，即乏汽中含有的水分减少，这利于减少汽轮机内部的功耗干度大，即乏汽中含有的水分减少，这利于减少汽轮机内部的功耗散，也利于汽轮机叶片工作条件的改善。另外，为提高蒸汽初温，散，也利于汽轮机叶片工作条件的改善。另外，为提高蒸汽初温，要求锅炉过热器要求锅炉过热器材料具有较好的耐热性材料具有较好的耐热性。T1T
23、1mT122第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环20二、二、提高蒸汽初压对热效率的影响提高蒸汽初压对热效率的影响 设初温设初温T1及乏汽的压力及乏汽的压力p2不变。不变。蒸汽初压由蒸汽初压由p1提高到提高到 平均加热温度提高，平均加热温度提高，即即 Tm1。放热过程放热过程 -3和原过程和原过程2-3放热温度放热温度T2相同相同。于是，根据等效卡诺循环的热效率公式于是，根据等效卡诺循环的热效率公式t1(T2/Tm1)可知，可知，提高蒸汽初压提高蒸汽初压 可使朗肯循环的可使朗肯循环的热效率提高热效率提高。蒸汽初压提高时，如蒸汽初温不变，则膨胀终了状态蒸汽初压提高时，如蒸汽初温不变，则膨胀终了状态 比原
24、状比原状态态2的干度小，即乏汽中的水分增加，这会引起汽轮机内部的的干度小，即乏汽中的水分增加，这会引起汽轮机内部的耗散耗散增加增加。当水分过多时，由于水滴的冲击，汽轮机叶片表面受破坏，。当水分过多时，由于水滴的冲击，汽轮机叶片表面受破坏，甚至引起叶片振动，甚至引起叶片振动，影响叶片使用寿命影响叶片使用寿命。因此，。因此，一般同时提高蒸汽一般同时提高蒸汽的初温及初压的初温及初压，保证既能提高热效率，又能使汽轮机内部具有良好，保证既能提高热效率，又能使汽轮机内部具有良好的工作条件。的工作条件。p1T1m2p12第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环21三、降低乏汽压力对热效率的影响三、降低乏汽压力对热效率
25、的影响 设初温设初温T1及初压力及初压力p1不变。不变。乏汽压力乏汽压力p2与乏汽压力相应的饱和温度与乏汽压力相应的饱和温度放热过程放热过程 -比原过程比原过程2-3有更低的放热温度，即有更低的放热温度，即 T2。虽这时加热过程的起虽这时加热过程的起点点T0也降低为也降低为 ，但它对整个加热过程的平均加热温度影响很小。但它对整个加热过程的平均加热温度影响很小。因而，由等效卡诺循环热效率公式可知，因而，由等效卡诺循环热效率公式可知，乏汽压力乏汽压力p2朗肯朗肯循环热效率循环热效率。乏汽凝结温度主要取决于自然环境中冷却介乏汽凝结温度主要取决于自然环境中冷却介质温度。当乏汽凝结温度降低到质温度。当乏
26、汽凝结温度降低到28时，乏汽的时，乏汽的压力相应地降低为压力相应地降低为0.0039MPa左右。左右。32T2T0第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环2211-5 再热循环再热循环 工作过程：工作过程：蒸汽在汽轮机中膨胀作功而压力降低到某个中间压蒸汽在汽轮机中膨胀作功而压力降低到某个中间压力时，将蒸汽从汽轮机引出，送至再热器重新加热，使蒸汽温度再力时，将蒸汽从汽轮机引出，送至再热器重新加热，使蒸汽温度再次达到较高温度，然后送回汽轮机低压汽缸，进一步膨胀作功。次达到较高温度，然后送回汽轮机低压汽缸，进一步膨胀作功。再热可提高循环的平均加热温度，进而提高循环热效率再热可提高循环的平均加热温度，进而提高循
27、环热效率。再热循环的组成：再热循环的组成：0-1为为定压吸热；定压吸热；1-a为为绝热膨胀；绝热膨胀；a-为为定定压再热；压再热；-为为绝热膨胀；绝热膨胀；-3为为定压放热；定压放热；3-0为为绝热加压。绝热加压。要使整个加热过程的平均加热温度比没有再热时高，应该使过要使整个加热过程的平均加热温度比没有再热时高，应该使过程程a-的平均加热温度高于过程的平均加热温度高于过程0-1的平均加热温度。即的平均加热温度。即a点的温点的温度不宜过低。当再热过度不宜过低。当再热过程程a-的平均加热温度的平均加热温度高于加热过程高于加热过程0-1的平的平均加热温度时，循环均加热温度时，循环平平均加热温度得以提
28、高均加热温度得以提高，热效率也提高。热效率也提高。211112第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环23)()(11013212tahhhhhhqq)()()()(11012232tahhhhhhhh再热循环的热效率再热循环的热效率0132t1hhhh0132122hhhhhhhha对比朗肯循环热效率对比朗肯循环热效率可见，只有当可见，只有当 时（即循环时（即循环a-1-2-2-a的热效率大的热效率大于朗肯循环的热效率），再热循环才具有比朗肯循环高的热效率。于朗肯循环的热效率），再热循环才具有比朗肯循环高的热效率。可表示为可表示为 将其改写为将其改写为 采用再热措施时，乏汽采用再热措施时，乏汽干度显著
29、提高干度显著提高。因此在一定蒸汽初温条。因此在一定蒸汽初温条件下，采用再热循环件下，采用再热循环可应用更高的蒸汽初压可应用更高的蒸汽初压，使热效率进一步提高。，使热效率进一步提高。现代蒸汽动力装置中，初压高于现代蒸汽动力装置中，初压高于13MPa的大型装置都采用再热措施。的大型装置都采用再热措施。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环2411-6 回热循环回热循环 当蒸汽在汽轮机中经初步膨胀作功而压力降低到某个中间压力当蒸汽在汽轮机中经初步膨胀作功而压力降低到某个中间压力时，从中抽出少量蒸汽送至回热器作回热用，其余蒸汽继续在汽轮时，从中抽出少量蒸汽送至回热器作回热用，其余蒸汽继续在汽轮机中膨胀到乏汽压
30、力作出轴功。当乏汽在冷凝器中凝结成水后用水机中膨胀到乏汽压力作出轴功。当乏汽在冷凝器中凝结成水后用水泵加压到等于中间抽汽的压力，送入回热器和从汽轮机抽出的蒸汽泵加压到等于中间抽汽的压力，送入回热器和从汽轮机抽出的蒸汽 采采用回热的方法可提高循环的平均加热温度，达到提高热效率用回热的方法可提高循环的平均加热温度，达到提高热效率的目的。的目的。从从汽轮机中抽取适当膨胀后的蒸汽，用于预热锅炉给水，使锅汽轮机中抽取适当膨胀后的蒸汽，用于预热锅炉给水，使锅炉中水的加热过程从较高的温度开始，使平均加热温度增高炉中水的加热过程从较高的温度开始，使平均加热温度增高。相接触，两者混合回热相接触，两者混合回热而形
31、成与中间抽汽压力而形成与中间抽汽压力相对应的饱和水，最后相对应的饱和水，最后经给水泵加压后重新送经给水泵加压后重新送入锅炉。入锅炉。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环25 3-0(1)kg水的绝热加压过程；水的绝热加压过程；0-11kg水蒸气的定压吸热过程；水蒸气的定压吸热过程；1-a 1kg水蒸气的绝热膨胀过程；水蒸气的绝热膨胀过程；a-b 从汽轮机中抽出的从汽轮机中抽出的kg蒸汽在回热器中的定压回热过蒸汽在回热器中的定压回热过程；程；回热循环的工作过程回热循环的工作过程 2-3(1)kg乏汽的定压放热过程；乏汽的定压放热过程；0-b(1)kg水在回水在回热器中的定压预热过程；热器中的定压预热过
32、程；b-0回热后重新汇合回热后重新汇合的的1kg水的绝热加压过程。水的绝热加压过程。a-2 抽汽后剩余的抽汽后剩余的(1)kg水蒸气的绝热膨胀过程；水蒸气的绝热膨胀过程；第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环26抽汽量抽汽量的确定的确定00hhhhab=回回热中热中kg水蒸气的放热量：水蒸气的放热量：(1-(1-)kg)kg水在回热器中吸热量：水在回热器中吸热量：Q(hahb)Q(1)(hbh0)二者相等，所以有二者相等，所以有 因因hb比比ha小得多，所以小得多，所以是个很小的数值。是个很小的数值。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环27抽汽循环的功量分析抽汽循环的功量分析 绝热膨胀过程绝热膨胀过程1-a
33、中，中，1kg水蒸气所作轴功为水蒸气所作轴功为 于是，汽轮机所作轴功为于是，汽轮机所作轴功为(ws)1-ah1ha绝热膨胀过程绝热膨胀过程a-2中，中，(1)kg水蒸气所作的轴功为水蒸气所作的轴功为(Ws)a-2(1)(hah2)Ws,T(h1ha)+(1)(hah2)Ws,T(1)(h1h2)+(h1ha)或或第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环28抽汽循环的热量分析抽汽循环的热量分析)(1(322hhQp,sT,s21WWQQQ1(1-)(h1h3)+(h1ha)即即 忽略泵功，有忽略泵功，有 T,s21WQQ 定压放热过程定压放热过程2-3中为中为(1)kg水水蒸气所放出的热量为蒸气所放出的热
34、量为 按的能量守恒原理，循环中有按的能量守恒原理，循环中有 第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环29回热循环热效率回热循环热效率 按按热效率定义式，可得一级抽汽回热循环的热效率为热效率定义式，可得一级抽汽回热循环的热效率为与朗肯循环热效率与朗肯循环热效率对比，因对比，因 总为正，总为正，故抽汽回热循环的热效率高于朗肯循故抽汽回热循环的热效率高于朗肯循)()(1()(1(111313212tahhhhhhQQ1)(1ahh即即 环的热效率。环的热效率。1)()(113132tahhhhhh3132t1hhhh第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环3011-7 热电联产及蒸汽热电联产及蒸汽-燃气联合循环燃气联合
35、循环 热电联产循环热电联产循环同时供电又供热的热力循环。同时供电又供热的热力循环。背压式热电联产循环背压式热电联产循环蒸汽动力装置中，装设背压式汽轮机。蒸汽动力装置中，装设背压式汽轮机。调节抽汽式热电联产循环调节抽汽式热电联产循环蒸汽动力装置中，蒸汽动力装置中，装设装设调节抽汽调节抽汽式汽轮机。式汽轮机。蒸汽蒸汽-燃气联合循环燃气联合循环利用蒸汽动力装置循环和燃气动力装利用蒸汽动力装置循环和燃气动力装置循环的各自特性，扩大热力循环的工作温度范围，达到提高循环置循环的各自特性，扩大热力循环的工作温度范围，达到提高循环热效率的目的。热效率的目的。一般蒸汽动力装置的冷凝过程中，乏汽向冷却水放出大量的
36、热一般蒸汽动力装置的冷凝过程中，乏汽向冷却水放出大量的热量，占其在锅炉中所吸收热量的量，占其在锅炉中所吸收热量的50%以上。同时，由于温度低，这以上。同时，由于温度低，这部分热量难以利用。提高汽轮机排汽压力，其温度也得以提高，使部分热量难以利用。提高汽轮机排汽压力，其温度也得以提高，使得汽轮机的排汽可用于生产和生活用热；此外，在汽轮机中作了一得汽轮机的排汽可用于生产和生活用热；此外，在汽轮机中作了一定数量功的蒸汽也可作为生产和生活的供热热源。这些措施大大提定数量功的蒸汽也可作为生产和生活的供热热源。这些措施大大提高了热力系统的高了热力系统的热能利用效率热能利用效率。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循
37、环31一、背压式热电联产循环一、背压式热电联产循环 背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力。背压式汽轮机：排汽压力高于大气压力。由于汽轮机排汽压力的提高，汽轮机输出功量相应减少，所以由于汽轮机排汽压力的提高，汽轮机输出功量相应减少，所以相同蒸汽初温和初压条件下，相同蒸汽初温和初压条件下，背压式热电联产循环背压式热电联产循环1-2-3-0-1循环循环热效率热效率低于低于凝汽式蒸汽动力循环凝汽式蒸汽动力循环1-2-3-0-1的循环热效率。的循环热效率。优点：乏汽的热量得到了利用优点：乏汽的热量得到了利用，且不需凝汽器，使设备简化。且不需凝汽器，使设备简化。102qwqK工质吸收的热量被利用的热量热能利
38、用系数热能利用系数：理想条件下，背压式热电理想条件下，背压式热电联产循环的热能利用系数为联产循环的热能利用系数为1102qwqK第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环32二、调节抽汽式热电联产循环二、调节抽汽式热电联产循环 调节抽汽式热电联产循环能够调节装置的供电量和供汽量以及调节抽汽式热电联产循环能够调节装置的供电量和供汽量以及供汽参数，从而可以较好地满足用户在不同时期对供电量和供热量供汽参数，从而可以较好地满足用户在不同时期对供电量和供热量的不同要求。的不同要求。调节抽汽式热电联产循环的调节抽汽式热电联产循环的热热能利用系数能利用系数介于背压式热电联产介于背压式热电联产循环和凝汽式蒸汽动力循环之间
39、。循环和凝汽式蒸汽动力循环之间。注意：注意：机械能和热能是不等价的，热能机械能和热能是不等价的，热能利用系数利用系数K仅描述了被利用了的能量的总的仅描述了被利用了的能量的总的“数量数量”，而没有考虑其，而没有考虑其“质量质量”，因此，因此，对于热电联产循环，评价其经济性时，还应对于热电联产循环，评价其经济性时，还应同时采用循环热效率同时采用循环热效率t。背压式热电联产循环的缺点：供热量与供电量互相制约，难以背压式热电联产循环的缺点：供热量与供电量互相制约，难以同时单独满足用户对于热能和电能的需要。同时单独满足用户对于热能和电能的需要。第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环33三、蒸汽三、蒸汽-燃气联合
40、循环燃气联合循环 利用燃气轮机循环吸热温度高和水蒸利用燃气轮机循环吸热温度高和水蒸气循环放热温度低的特点，以燃气为高温工质，以水蒸气为低温工气循环放热温度低的特点，以燃气为高温工质，以水蒸气为低温工质，组成蒸汽质，组成蒸汽-燃气联合循环，扩大循环工作温度范围，提高循环燃气联合循环，扩大循环工作温度范围，提高循环热效率。热效率。设燃气轮机的放热量设燃气轮机的放热量Q2全部用来产生水蒸气，即全部用来产生水蒸气，即21QQ联合循环的加热量即为燃气轮机循环的加热量联合循环的加热量即为燃气轮机循环的加热量Q1，其放热量即为蒸，其放热量即为蒸汽动力循环的放热量汽动力循环的放热量 。2Q 因此，联合循环热效率为因此，联合循环热效率为12t1QQ第十一章 水蒸气及蒸汽动力循环34蒸汽蒸汽-燃气燃气联合循环热效率分析联合循环热效率分析 设燃气轮机循环的热效率设燃气轮机循环的热效率为为 ，则放热量为，则放热量为211(1)tQQ设蒸汽动力循环的热效率为设蒸汽动力循环的热效率为 ，则放热量为则放热量为因此，蒸汽因此，蒸汽-燃气联合循环的热效率为燃气联合循环的热效率为)1()1()1)(1(12t1 t2t1 t2t1 t2tt1t12t1QQt1t2)1)(1()1()1(2t1 t12t2t212QQQQ
