第十一章第十一章 蒸汽动力循环装置蒸汽动力循环装置11-1 简单蒸汽动力装置循环简单蒸汽动力装置循环朗肯循环朗肯循环工质为水蒸气的卡诺循环工质为水蒸气的卡诺循环以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环以蒸汽为工质时原则上可以采用卡诺循环在实际的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环在实际的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环 压缩水和蒸汽的混合物导致压缩机工作不稳定压缩水和蒸汽的混合物导致压缩机工作不稳定 循环局限于饱和区，热效率不高循环局限于饱和区，热效率不高 膨胀末期湿蒸汽干度过小，不利于动力机安全膨胀末期湿蒸汽干度过小，不利于动力机安全第1页，共44页第2页，共44页朗肯循环及其热效率朗肯循环及其热效率朗肯循环朗肯循环 水在汽锅中定压加热汽化成饱和蒸汽水在汽锅中定压加热汽化成饱和蒸汽 饱和蒸汽在蒸汽过热器中定压吸热成过热蒸汽饱和蒸汽在蒸汽过热器中定压吸热成过热蒸汽 过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀作功过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀作功 乏汽在冷凝器中等压冷凝向冷却水放热乏汽在冷凝器中等压冷凝向冷却水放热 凝结水在给水泵内绝热压缩再次进入锅炉凝结水在给水泵内绝热压缩再次进入锅炉朗肯循环与卡诺循环的不同之处朗肯循环与卡诺循环的不同之处 乏汽完全液化乏汽完全液化 采用过热蒸汽采用过热蒸汽第3页，共44页。
第4页，共44页朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 1kg新蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀作出的技术新蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀作出的技术功为功为 乏汽在冷凝器中向冷却水放出的热量为乏汽在冷凝器中向冷却水放出的热量为 凝结水流经水泵消耗功为凝结水流经水泵消耗功为 新蒸汽从热源吸热量为新蒸汽从热源吸热量为第5页，共44页循环净功为循环净功为 循环净热量为循环净热量为 循环热效率为循环热效率为第6页，共44页水泵功的近似值为水泵功的近似值为 可得热效率的近似式可得热效率的近似式 略去略去wp简化为简化为 循环初压力循环初压力p1甚高时，水泵功约占汽轮机作功的甚高时，水泵功约占汽轮机作功的 2%左右，精确计算时不应忽略水泵功左右，精确计算时不应忽略水泵功第7页，共44页蒸汽参数对热效率的影响蒸汽参数对热效率的影响初温初温t1对热效率的影响对热效率的影响 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热效率增大 提高初温还可使终态提高初温还可使终态2的干度的干度x2增大，有利于提增大，有利于提高汽轮机内效率和延长汽轮机的使用寿命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，最高蒸汽温度提高初温受材料耐热性能的限制，最高蒸汽温度很少超过很少超过600第8页，共44页。
第9页，共44页初压初压p1对热效率的影响对热效率的影响 在相同的初温及背压下，提高初压可使热效率增大在相同的初温及背压下，提高初压可使热效率增大 提高初压使乏汽干度降低，引起汽轮机内效率降低提高初压使乏汽干度降低，引起汽轮机内效率降低并缩短使用寿命，通常不使乏汽干度低于并缩短使用寿命，通常不使乏汽干度低于88%在提高在提高p1的同时提高的同时提高t1，可以抵消因提高初压引起，可以抵消因提高初压引起的乏汽干度的降低的乏汽干度的降低第10页，共44页第11页，共44页背压背压p2对热效率的影响对热效率的影响 在相同的初温初压下降低背压在相同的初温初压下降低背压p2也能使热效率提高也能使热效率提高 背压降低意味着冷凝器内饱和温度背压降低意味着冷凝器内饱和温度t2降低，故受环降低，故受环境温度的限制境温度的限制 降低降低p2若不提高若不提高t1也会引起乏汽干度也会引起乏汽干度x2降低，后果降低，后果与单独提高与单独提高p1类似类似第12页，共44页第13页，共44页有摩阻的实际循环有摩阻的实际循环汽轮机中的摩阻损耗造成不可逆损失，理想循环中汽轮机中的摩阻损耗造成不可逆损失，理想循环中的可逆绝热过程的可逆绝热过程1-2代之以不可逆绝热过程代之以不可逆绝热过程1-2act，循环中循环中q1不变不变q2增大增大蒸汽经过汽轮机实际所作的技术功为蒸汽经过汽轮机实际所作的技术功为 少作的功等于冷凝器中多排出的热量少作的功等于冷凝器中多排出的热量 不可逆膨胀作功能力损失由不可逆膨胀作功能力损失由T0sg计算计算第14页，共44页。
第15页，共44页汽轮机相对内效率汽轮机相对内效率T：汽轮机内蒸汽实际作功：汽轮机内蒸汽实际作功wt,act与理论功与理论功wt的比值，简称汽轮机效率的比值，简称汽轮机效率 称为理想绝热焓降称为理想绝热焓降 大功率汽轮机的大功率汽轮机的T在在0.850.92之间之间实际循环内部功实际循环内部功wnet,act：每千克蒸汽在实际工作：每千克蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功循环中作出的循环净功第16页，共44页循环内部热效率循环内部热效率i：蒸汽在实际循环中所作的循：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环净功与循环中热源所供给的热量的比值考虑轴承等处的机械损失，考虑轴承等处的机械损失，m为机械效率，汽为机械效率，汽轮机输出的有效功，即轴功为轮机输出的有效功，即轴功为 用轴功率表示为用轴功率表示为 是汽轮机理想输出功率，是汽轮机理想输出功率，kW D为蒸汽耗量，为蒸汽耗量，kg/s第17页，共44页耗汽率耗汽率d：装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量：装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 理想耗汽率理想耗汽率d0为为 以实际内部功率以实际内部功率Pi为基准，则内部功耗汽率为为基准，则内部功耗汽率为 考虑有效功，则有效功耗汽率为考虑有效功，则有效功耗汽率为第18页，共44页。
第19页，共44页第20页，共44页第21页，共44页第22页，共44页第23页，共44页第24页，共44页第25页，共44页11-2 再热循环再热循环再热循环再热循环新蒸汽膨胀到某一中间压力后撤出汽轮机，导入新蒸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，使之再锅炉中特设的再热器或其它换热设备中，使之再加热，然后导入汽轮机继续膨胀到背压加热，然后导入汽轮机继续膨胀到背压p2再热循环热效率再热循环热效率 循环所作的功（忽略水泵功）为循环所作的功（忽略水泵功）为 加入的热量为加入的热量为第26页，共44页第27页，共44页第28页，共44页热效率为热效率为所取中间压力较高，则能使所取中间压力较高，则能使t提高，如中间压力过提高，如中间压力过低，会使低，会使t降低，中间压力在降低，中间压力在(20%30%)p1范围内范围内对提高对提高t的作用最大的作用最大采用再热循环，耗汽率降低，可减轻水泵和冷凝采用再热循环，耗汽率降低，可减轻水泵和冷凝器的负荷，但投资费用增加，管理运行复杂化器的负荷，但投资费用增加，管理运行复杂化第29页，共44页11-3 回热循环回热循环回热循环回热循环利用蒸汽回热对水进行加热，消除朗肯循环中水利用蒸汽回热对水进行加热，消除朗肯循环中水在较低温度下吸热的不利影响，以提高热效率在较低温度下吸热的不利影响，以提高热效率抽汽回热抽汽回热从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的压力、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冷凝水，这温度相对较高的少量蒸汽去加热低温冷凝水，这种循环称为抽汽回热循环种循环称为抽汽回热循环一级抽汽回热循环一级抽汽回热循环第30页，共44页。
第31页，共44页第32页，共44页回热循环计算回热循环计算混合式回热器的热平衡方程为混合式回热器的热平衡方程为 忽略水泵功，则忽略水泵功，则 ，可得，可得 循环净功为循环净功为 从热源吸入的热量为从热源吸入的热量为第33页，共44页第34页，共44页循环热效率循环热效率 由于由于 ，代入上式得，代入上式得回热循环工质平均吸热温度提高，平均放热温度不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变，故循环热效率提高，大于单纯朗肯循环热效率第35页，共44页回热循环工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，节回热循环工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，节省金属材料省金属材料由于汽耗率增大，汽轮机高压端蒸汽流量增加，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，有利于解决汽轮机设计问题，低压端流量减小，有利于解决汽轮机设计问题，提高单机效率提高单机效率由于进入冷凝器的乏汽量减少，可减少冷凝器换由于进入冷凝器的乏汽量减少，可减少冷凝器换热面积，节省铜材热面积，节省铜材现代大中型蒸汽动力装置都采用回热循环，但抽现代大中型蒸汽动力装置都采用回热循环，但抽汽级数很少超过汽级数很少超过8级级第36页，共44页。
第37页，共44页第38页，共44页第39页，共44页第40页，共44页第41页，共44页第42页，共44页第43页，共44页第44页，共44页。