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1、南京航空航天大学1第十章第十章 蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环南京航空航天大学2火电厂外景图火电厂外景图南京航空航天大学3凝气式燃煤电厂生产过程示意图凝气式燃煤电厂生产过程示意图南京航空航天大学 1 1 1 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，）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，19191919世纪世纪世纪世纪后期蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发后期蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发后期蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发后期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。展，促使资本主义诞生。
2、展，促使资本主义诞生。展，促使资本主义诞生。 蒸汽及蒸汽动力装置概述蒸汽及蒸汽动力装置概述 2 2 2 2）目前世界约）目前世界约）目前世界约）目前世界约75%75%75%75%电力、国内电力、国内电力、国内电力、国内78%78%78%78%电力来自火电电力来自火电电力来自火电电力来自火电厂，绝大部分来自蒸汽动力。厂，绝大部分来自蒸汽动力。厂，绝大部分来自蒸汽动力。厂，绝大部分来自蒸汽动力。 3 3 3 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。）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 4 4 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质）蒸汽是无污染、价廉、
3、易得的工质）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。南京航空航天大学5工质为水蒸气的卡诺循环工质为水蒸气的卡诺循环 1）定温加热和定温放热难以实现）定温加热和定温放热难以实现 2）p-v图上定温线和绝热线斜率相差不大，因此图上定温线和绝热线斜率相差不大，因此净功较小净功较小南京航空航天大学6水蒸气卡诺循环水蒸气卡诺循环水蒸气卡诺循环水蒸气卡诺循环5-6-a-b-55-6-a-b-5有可能实现，但：有可能实现，但：有可能实现，但：有可能实现，但： 1 1）上限温度受制于临界温度，故温限小；）上限温度受制于临界温度，故温限小；）上限温度受制于临界温度，故温限小；）上限温度受
4、制于临界温度，故温限小； 2 2）膨胀末端）膨胀末端）膨胀末端）膨胀末端x x太小，不利于叶轮安全；太小，不利于叶轮安全；太小，不利于叶轮安全；太小，不利于叶轮安全； 3 3）绝热压缩）绝热压缩）绝热压缩）绝热压缩b-5b-5过程难实现，压缩两相物质的困难过程难实现，压缩两相物质的困难过程难实现，压缩两相物质的困难过程难实现，压缩两相物质的困难；1 1）压力不变时液化和蒸发温度不变；）压力不变时液化和蒸发温度不变；）压力不变时液化和蒸发温度不变；）压力不变时液化和蒸发温度不变；2 2）定温过程即定压过程，）定温过程即定压过程，）定温过程即定压过程，）定温过程即定压过程，p-vp-v图上斜率相差
5、较大，净功较大；图上斜率相差较大，净功较大；图上斜率相差较大，净功较大；图上斜率相差较大，净功较大；工质为水蒸气时：工质为水蒸气时：工质为两相状态的卡诺循环工质为两相状态的卡诺循环南京航空航天大学7朗肯（朗肯（RankineRankine）循环）循环定压吸热过程：定压吸热过程：定压吸热过程：定压吸热过程：4-5-6-14-5-6-1（锅炉）（锅炉）（锅炉）（锅炉）绝热膨胀过程：绝热膨胀过程：绝热膨胀过程：绝热膨胀过程：1-21-2（汽轮机）（汽轮机）（汽轮机）（汽轮机）定压放热过程：定压放热过程：定压放热过程：定压放热过程：2-32-3（冷凝器）（冷凝器）（冷凝器）（冷凝器）绝热压缩过程：绝热
6、压缩过程：绝热压缩过程：绝热压缩过程：3-43-4（水泵）（水泵）（水泵）（水泵）南京航空航天大学81 1）乏汽完全凝结为水）乏汽完全凝结为水）乏汽完全凝结为水）乏汽完全凝结为水(b-3(b-3过程过程过程过程) )，压缩水比压缩汽水，压缩水比压缩汽水，压缩水比压缩汽水，压缩水比压缩汽水混合物方便；混合物方便；混合物方便；混合物方便；2 2）蒸气）蒸气）蒸气）蒸气过热过程过热过程过热过程过热过程(6-1(6-1(6-1(6-1过程过程过程过程) ) ) )，提高蒸气干度和平均，提高蒸气干度和平均，提高蒸气干度和平均，提高蒸气干度和平均温差温差温差温差 ；朗肯循环与两相卡诺循环相比：朗肯循环与两
7、相卡诺循环相比： 南京航空航天大学9朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率南京航空航天大学10若忽略水泵功，若忽略水泵功， 同时近似取同时近似取h4 h3，则则理想耗汽率理想耗汽率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利用水和水蒸气热力性质图表或计算程序确定利用水和水蒸气热力性质图表或计算程序确定朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率南京航空航天大学11蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响 提高初温还可提高提高初温还可提高提高初温还可提高提高初温还可提高干度干度干度干度，从而提高汽轮机相对内效率和从而提高汽轮机相对内效率和从而提高汽轮机相对内效率和从
8、而提高汽轮机相对内效率和延长汽轮机使用寿命。延长汽轮机使用寿命。延长汽轮机使用寿命。延长汽轮机使用寿命。1 1、初温初温初温初温t t1 1 提高初温受材料耐热性能提高初温受材料耐热性能提高初温受材料耐热性能提高初温受材料耐热性能限制，一般不超过限制，一般不超过限制，一般不超过限制，一般不超过620620。南京航空航天大学122 2、初压力初压力初压力初压力 p p1 11）p太高造成强度问题太高造成强度问题 2）使）使 x2下降，引起汽轮下降，引起汽轮机内部效率下降，并侵蚀叶片机内部效率下降，并侵蚀叶片缺点：缺点： 提高压力同时提高温度，提高压力同时提高温度，可抵消乏汽干度的降低。可抵消乏汽
9、干度的降低。 理论上存在一极限压力，在理论上存在一极限压力，在极限压力处，效率达到最大值。极限压力处，效率达到最大值。蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响南京航空航天大学133 3、背压背压背压背压 p p2 2P P P P2 2 2 2降低意味着冷凝器饱和温降低意味着冷凝器饱和温降低意味着冷凝器饱和温降低意味着冷凝器饱和温度的降低，但饱和温度受制度的降低，但饱和温度受制度的降低，但饱和温度受制度的降低，但饱和温度受制于环境温度，不能任意降低于环境温度，不能任意降低于环境温度，不能任意降低于环境温度，不能任意降低背压降低也会导致背压降低也会导致x2下降下降讨论：讨论：
10、 我国幅员辽阔，四季我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？有什么影响？蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响南京航空航天大学14有摩阻的实际朗肯循环有摩阻的实际朗肯循环摩阻损耗导致不可逆绝热过程摩阻损耗导致不可逆绝热过程1-2act南京航空航天大学15汽轮机内部相对效率汽轮机内部相对效率汽轮机内部相对效率汽轮机内部相对效率 T T（简称汽机效率）（简称汽机效率）（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近代大功率汽轮机近代大功率汽轮机 T T 在在在在0.850.850.920.92之间之间之间之间 1kg1kg蒸
11、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叫做叫做叫做叫做实际循环内部功实际循环内部功实际循环内部功实际循环内部功w wnet,actnet,act有摩阻的实际朗肯循环有摩阻的实际朗肯循环南京航空航天大学16实际内部功耗汽率实际内部功耗汽率实际内部功耗汽率实际内部功耗汽率d di i循环内部热效率循环内部热效率循环内部热效率循环内部热效率机械效率机械效率机械效率机械效率 mm 蒸汽在实际循环中作的循环净功与热源供给的蒸汽在实际循环中作的循环净功与热源供给的蒸汽在实际循环中作的循环净功与热源供给的蒸汽在实
12、际循环中作的循环净功与热源供给的热量的比值热量的比值热量的比值热量的比值有摩阻的实际朗肯循环有摩阻的实际朗肯循环南京航空航天大学17再热循环再热循环一、设备流程及一、设备流程及一、设备流程及一、设备流程及T T- -s s图图图图干度由干度由干度由干度由c c增大到增大到增大到增大到2 2南京航空航天大学18再热对循环效率的影响再热对循环效率的影响其他影响：干度上升（根本目的）；其他影响：干度上升（根本目的）；其他影响：干度上升（根本目的）；其他影响：干度上升（根本目的）； 耗汽率耗汽率耗汽率耗汽率d d d d0 0 0 0下降；下降；下降；下降； 复杂化，投资上升。复杂化，投资上升。复杂化
13、，投资上升。复杂化，投资上升。t？忽略泵功：忽略泵功：忽略泵功：忽略泵功：取决于附加循环的热效率取决于附加循环的热效率取决于附加循环的热效率取决于附加循环的热效率南京航空航天大学19回热循环回热循环一、抽汽回热循环一、抽汽回热循环一、抽汽回热循环一、抽汽回热循环 从汽轮机恰当部位从汽轮机恰当部位抽出尚未完全膨胀的，抽出尚未完全膨胀的，压力和温度较高的少量压力和温度较高的少量蒸汽，去加热低温凝结蒸汽，去加热低温凝结水，水，该部分抽汽并未向该部分抽汽并未向冷源放热。冷源放热。混合式回热器混合式回热器混合式回热器混合式回热器 回热循环目的：回热循环目的：回热循环目的：回热循环目的：利用蒸汽回热对给水
14、进行加热，利用蒸汽回热对给水进行加热，利用蒸汽回热对给水进行加热，利用蒸汽回热对给水进行加热，消除朗肯循环中水在较低温度下吸热的不利影响，以消除朗肯循环中水在较低温度下吸热的不利影响，以消除朗肯循环中水在较低温度下吸热的不利影响，以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。提高热效率。提高热效率。提高热效率。南京航空航天大学20表面式回热器表面式回热器kg抽汽抽汽(1-)kg乏汽乏汽 因部分蒸汽用于因部分蒸汽用于回热，做功减少，因回热，做功减少，因此耗汽率增加。此耗汽率增加。南京航空航天大学21回热循环分析回热循环分析忽略泵功忽略泵功能量方程：能量方程：能量方程：能量方程： 1
15、 1、抽汽量、抽汽量、抽汽量、抽汽量循环净功：循环净功：南京航空航天大学22回热循环热效率一定大于基本朗肯循环的热效率回热循环热效率一定大于基本朗肯循环的热效率回热循环热效率一定大于基本朗肯循环的热效率回热循环热效率一定大于基本朗肯循环的热效率 2 2、热效率、热效率、热效率、热效率或：或：或：或：回热循环分析回热循环分析南京航空航天大学23缺点缺点缺点缺点：增加了回热器等设备，系统复杂，增加投资：增加了回热器等设备，系统复杂，增加投资：增加了回热器等设备，系统复杂，增加投资：增加了回热器等设备，系统复杂，增加投资优点优点优点优点： 1 1）工质吸热量减少，锅炉热负荷减少，可减）工质吸热量减少
16、，锅炉热负荷减少，可减）工质吸热量减少，锅炉热负荷减少，可减）工质吸热量减少，锅炉热负荷减少，可减少受热面，节省金属；少受热面，节省金属；少受热面，节省金属；少受热面，节省金属； 2 2）耗汽量增大，高压涡轮流量增大，低压涡）耗汽量增大，高压涡轮流量增大，低压涡）耗汽量增大，高压涡轮流量增大，低压涡）耗汽量增大，高压涡轮流量增大，低压涡轮流量减少，有利于解决高温涡轮叶片太短，低压轮流量减少，有利于解决高温涡轮叶片太短，低压轮流量减少，有利于解决高温涡轮叶片太短，低压轮流量减少，有利于解决高温涡轮叶片太短，低压涡轮叶片太长的矛盾；涡轮叶片太长的矛盾；涡轮叶片太长的矛盾；涡轮叶片太长的矛盾；回热循环分析回热循环分析南京航空航天大学24 3 3）进入凝汽器的乏汽流量减少，可减少冷凝）进入凝汽器的乏汽流量减少，可减少冷凝）进入凝汽器的乏汽流量减少，可减少冷凝）进入凝汽器的乏汽流量减少，可减少冷凝器换热面积，节省金属；器换热面积，节省金属；器换热面积，节省金属；器换热面积，节省金属；
