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1、 蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环2本章学习目标本章学习目标2.指出摩阻对水蒸气朗肯循环的影响并进行计算；指出摩阻对水蒸气朗肯循环的影响并进行计算；3.描述蒸汽动力装置再热循环的构成、画出循环描述蒸汽动力装置再热循环的构成、画出循环p-v图图 和和T-s 图图，分析再热对循环的影响分析再热对循环的影响；5.分析分析讨论提高讨论提高蒸汽动力装置蒸汽动力装置循环循环经济性指标经济性指标的热力学措施。的热力学措施。1.描述描述水蒸气朗肯循环的构成水蒸气朗肯循环的构成，画出水蒸气朗肯循环画出水蒸气朗肯循环p-v图图 和和T-s 图图，计算循环计算循环参数、耗气率和参数、耗气率和热效率热效率。4.说明并
2、分析计算蒸汽动力装置抽汽回热循环的实施及说明并分析计算蒸汽动力装置抽汽回热循环的实施及 构成，画出循环构成，画出循环p-v图和图和T-s 图图，计算抽汽量和抽汽回计算抽汽量和抽汽回 热循环其它参数；热循环其它参数；6.复述复述讨论提高讨论提高蒸汽装置能量综合利用蒸汽装置能量综合利用的的途径和原理途径和原理。10-1 蒸汽动力装置的朗肯循环蒸汽动力装置的朗肯循环10-2 再热循环再热循环10-3 回热循环回热循环 本章教学内容本章教学内容410-1 蒸汽动力装置的朗肯循环蒸汽动力装置的朗肯循环1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期世纪后期 蒸汽动力装置
3、的大量使用，促使生产力飞速发展，蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展，促使资本主义诞生。促使资本主义诞生。2）目前世界约）目前世界约75%电力、国内电力、国内78%电力来自火电厂，绝电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。大部分来自蒸汽动力。3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。）蒸汽动力装置可利用各种燃料。4）蒸汽是无污染、廉价、易得的工质。）蒸汽是无污染、廉价、易得的工质。一、蒸汽动力装置一、蒸汽动力装置(steam power plant)概述和简化概述和简化蒸汽电厂示意图蒸汽电厂示意图6.蒸汽动力装置工作流程和简化蒸汽动力装置工作流程和简化6.1234p11234p1.p2p21.水蒸
4、气的卡诺循环水蒸气的卡诺循环二、朗肯循环二、朗肯循环(Rankine cycle)水蒸气卡诺循环有可能实现水蒸气卡诺循环有可能实现，但：，但：1）温限小）温限小 2）膨胀末端）膨胀末端x太小太小 3）压缩两相物质的困难）压缩两相物质的困难实际并不实行卡诺循环实际并不实行卡诺循环.ss72.水蒸气朗肯循环水蒸气朗肯循环 1）流程图）流程图2）p-v及及T-s图图 .123456.p112465.p1bap2.3.ss.8?3）朗肯循环的热效率）朗肯循环的热效率 9若忽略水泵功，同时近似取若忽略水泵功，同时近似取h4 h3，则，则 4）耗汽率）耗汽率(steam rate)及耗汽量及耗汽量 理想耗
5、汽率理想耗汽率(ideal steam rate)d0 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 耗汽量耗汽量工程上工程上10 三、初参数对朗肯循环热效率的影响三、初参数对朗肯循环热效率的影响 1.初温初温t1 或或 循环循环1T2T3561T =循环循环123561+循环循环11T2T21.1T2T不变不变 但循环但循环123561平均吸热温度高于平均吸热温度高于循环循环11T2T21，而放热温度相同。，而放热温度相同。.112.初压力初压力 p1但但 x2下降且下降且 p太高造成强度问题太高造成强度问题.不变不变12.2b3b4b3.背压背压 p2但受制于环境温度，
6、不能任意但受制于环境温度，不能任意降低降低同时，同时，x2下降下降。讨论讨论：我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有影响吗？：我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有影响吗？基本不变基本不变13A466167 朗肯循环中离开锅炉进入蒸汽轮机的蒸气是朗肯循环中离开锅炉进入蒸汽轮机的蒸气是4 MPa、400，冷凝器内压力为冷凝器内压力为 10 kPa。试确定循环热效率试确定循环热效率。分析：为确定热效率，需计算水泵耗功、汽轮机作功和锅炉分析：为确定热效率，需计算水泵耗功、汽轮机作功和锅炉内蒸汽吸热量内蒸汽吸热量。分别依次取这些设备为控制体积，蒸汽作稳态分别依次取这些设备为控制体积，蒸汽作稳态
7、流动，且可忽略动能和位能变化。流动，且可忽略动能和位能变化。解解控制体积控制体积:水泵。水泵。进入状态进入状态:p2，饱和液；，饱和液；出口状态出口状态:p4。水泵水泵据第一定律据第一定律14锅炉锅炉控制体积控制体积:锅炉。锅炉。进入状态进入状态:p1，h4已知；状态确定。已知；状态确定。出口状态出口状态:状态状态1确定。确定。由第一定律由第一定律代入已得数据代入已得数据15控制体积控制体积:蒸汽轮机。蒸汽轮机。进入状态进入状态:p1、T1已知；状态确定已知；状态确定出口状态出口状态:p2已知。已知。蒸汽轮机蒸汽轮机据第一定律据第一定律据第二定律据第二定律代入由蒸汽表查取的数据：代入由蒸汽表查
8、取的数据：16 循环净功也可从冷凝器中乏汽放热量循环净功也可从冷凝器中乏汽放热量qL确定。确定。返回返回17A466155 我国生产的我国生产的30万万kW汽轮发电机组，其新蒸气压力和温度分汽轮发电机组，其新蒸气压力和温度分别为别为p1=17 MPa、t1=550，汽轮机排汽压力，汽轮机排汽压力p2=5kPa。若按。若按朗肯循环运行，求：朗肯循环运行，求：(1)汽轮机所产生的功；汽轮机所产生的功；(2)水泵功；水泵功；(3)循循环热效率和理论耗汽率。环热效率和理论耗汽率。解解 h1=3 426 kJ/kg 查查饱和水和饱和水蒸气表饱和水和饱和水蒸气表 p=5 kPa，v=0.001 005 3
9、 m3/kg、h=137.22 kJ/kg。查查h-s图图 h=2560.55 kJ/kg，s=0.4761 kJ/(kgK)、s=8.3820 kJ/(kgK)s1=6.44 kJ/(kgK)1819若略去水泵功，则若略去水泵功，则 返回返回20.h1=3 426 kJ/kg s1=6.44 kJ/kg 返回返回21(二二)依压力排列依压力排列0.0010.0030.0040.0050.010.020.050.10.20.51.02.03.05.010.022.0646.949124.114228.953332.879345.798860.065081.338899.634120.24015
10、1.867179.916212.417233.893263.980311.037373.990.00100010.00100280.00100410.00100530.00101030.00101720.00102990.00104320.00106050.00109250.00112720.00117670.00121660.00128620.00145220.003106129.18545.66634.79628.19114.6737.64973.24091.69430.885850.374860.194380.0995880.0666620.0394390.0180260.0031062
11、9.21101.07121.30137.72191.76251.43340.55417.52504.78640.35762.84908.641008.21154.21407.22085.92513.292544.682553.462560.552583.722608.902645.312675.142706.532748.592777.672798.662803.192793.642724.462085.872484.12443.62432.22422.82392.02357.52304.82257.62201.72108.22014.81890.01794.91639.51317.20.00
12、.10560.35460.42210.47610.64900.83201.09121.30281.53031.86102.13882.44712.64542.92013.35914.40928.97358.57588.47258.38308.14817.90687.59287.35897.12726.82146.58596.33956.18545.97245.61394.4092饱和水和干饱和蒸汽表（节录）饱和水和干饱和蒸汽表（节录）22.123465p1.2act4act四、有摩阻的实际朗肯循环四、有摩阻的实际朗肯循环 1.T s 图及图及h-s 图图忽略水泵功：忽略水泵功：不变不变.232
13、.不可逆性衡量不可逆性衡量 a）汽轮机内部相对效率）汽轮机内部相对效率T（简称汽机效率）（简称汽机效率）近代大功率汽轮机近代大功率汽轮机T 在在0.92左右左右 设计中，选定设计中，选定T 按按 h1h2 理想绝热焓降（理想绝热焓降（ideal enthalpy drop;isentropic enthalpy drop）h2act的确定方法：的确定方法：运行中，测出运行中，测出 p2 及及 x2，按，按 hx=x2h+(1-x2)h 24 c）装置有效热效率）装置有效热效率e Pe有效轴功率有效轴功率 ，m机械效率机械效率3.实际内部耗汽率实际内部耗汽率di和耗汽量和耗汽量Di b）装置内部
14、热效率（）装置内部热效率（internal thermal efficiency）忽略水泵功：忽略水泵功：考虑机械损失考虑机械损失实际内部功率实际内部功率2510-2 再热循环再热循环（reheat cycle）一、再热循环设备流程及一、再热循环设备流程及T-s图图.p1pb.问题的由来问题的由来26二、再热对循环效率的影响二、再热对循环效率的影响 忽略泵功：忽略泵功：取决于再热压力的选择！取决于再热压力的选择！27.p1pbpbab2其他影响：其他影响：x末末上升（根本目的）；上升（根本目的）；d0下降；下降；系统复杂化，投资上升。系统复杂化，投资上升。再热压力过低再热压力过低再热压力过高再
15、热压力过高Tm2不变，不变，Tm1下降，下降，tTm2不变，不变，Tm1上升，上升，t，但但 x2 改善不大。改善不大。.与原循环相比与原循环相比与原循环相比与原循环相比Tm1Tm2Tm1T”m1.一、抽汽回热循环概述一、抽汽回热循环概述（regenerative cycle with steam extraction，regenerative cycle with feed-water heater）约约500K（227）随）随变变约约850K（580）约约36（6kPa）不能如燃气轮不能如燃气轮机装置般回热机装置般回热10-3 回热循环回热循环（regenerative cycle）29.
16、1-kgkg0101.蒸汽动力装置循环回热的两种方式蒸汽动力装置循环回热的两种方式混合式混合式.1kg1-kg.30间壁式间壁式 工程多采用间壁式，热力学分析两者相似。工程多采用间壁式，热力学分析两者相似。31四、回热循环计算四、回热循环计算 1.抽汽量抽汽量忽略泵功忽略泵功2.回热器回热器(regenerator)R 熵方程：熵方程：?能量方程：能量方程：323.循环分析循环分析Tm1Tm2Tm1Tm2不变，不变，Tm1上升，上升，抽汽回热循环与原循环相比抽汽回热循环与原循环相比t。忽略水泵功忽略水泵功33?.1-kg0101.1kg1-kg.?1）抽汽级数越多）抽汽级数越多t 越高越高，若级数趋向无穷，若级数趋向无穷，t=1思考思考：？2）抽汽回热循环）抽汽回热循环kg344）回热器是间壁式，）回热器是间壁式，怎么求？怎么求？3）回热器中过程不可逆，为什么循环）回热器中过程不可逆，为什么循环t 上升？上升？35.p1pa.1.abpb.A466266 某再热某再热回热循环，初压回热循环，初压p1=10MPa，初温，初温t1=500。第一次抽。第一次抽汽压力汽压力pa=1.5MPa，
