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1、第第5 5章章蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环2024/8/2615.1 蒸汽动力装置的基本循环蒸汽动力装置的基本循环 朗肯循环朗肯循环 蒸汽动力装置由以下基本设备蒸汽动力装置由以下基本设备:锅炉锅炉、汽轮机、汽轮机、凝汽器凝汽器、给水泵给水泵 按图中所示标号按图中所示标号4-5-6-1给水在锅炉中给水在锅炉中定压加热定压加热形成为过热蒸汽；形成为过热蒸汽； 1-2过热蒸汽（新蒸汽）在汽轮机中过热蒸汽（新蒸汽）在汽轮机中绝热膨胀绝热膨胀作功；作功； 2-3乏汽在凝汽器中乏汽在凝汽器中定压凝结定压凝结，成为凝结水；，成为凝结水； 3-4凝结水由给水泵凝结水由给水泵绝热压缩绝热压缩成给水，返回到锅
2、炉中成给水，返回到锅炉中 冷却水冷却水汽轮机汽轮机锅炉锅炉给水泵给水泵凝汽器凝汽器234561联接构成联接构成蒸汽动力装置蒸汽动力装置 蒸蒸汽汽动动力力装装置置中中水水蒸蒸气气经经历历的的基本基本循环过程可理想化为：循环过程可理想化为： 2024/8/262sT4321t1P1 理理想想化化的的蒸蒸汽汽动动力力装装置置基基本本循循环环是朗肯循环是朗肯循环 1(P1,t1)进进入入汽汽轮轮机机时时的的新蒸汽新蒸汽（过热汽）状态；（过热汽）状态； 2(P2)从从汽汽轮轮机机排排出出时时的的乏汽乏汽（湿蒸汽）状态；（湿蒸汽）状态； 1-2蒸蒸汽汽在在汽汽轮轮机机中中绝绝热热膨胀（膨胀（定熵定熵）的作
3、功过程；）的作功过程； 2-3乏汽在凝汽器中乏汽在凝汽器中定压定压（定温定温）凝结）凝结放热放热过程过程； 3凝结水凝结水（饱和水饱和水）状态）状态(P2) ； 3-4凝凝结结水水在在给给水水泵泵中中绝绝热热压压缩缩（定定熵熵）成成为为锅锅炉炉给水；给水； 由于水几乎不可压缩，垂直线段由于水几乎不可压缩，垂直线段3-4几乎重合成为一点几乎重合成为一点2024/8/2634-5给给水水在在锅锅炉炉省省煤煤器器中中定定压压加热成加热成饱和水饱和水 (P1 ts) ；5-6水水在在锅锅炉炉水水冷冷壁壁中中定定压压加加热热成为成为饱和汽饱和汽 (P1 ts)；6-1饱饱和和汽汽在在过过热热器器中中定定
4、压压加加热热成为成为新蒸汽新蒸汽 (P1 t1)。（ 4-5-6-1给水在锅炉中定压加热成给水在锅炉中定压加热成新蒸汽）新蒸汽）65 4给水给水（未饱和水）（未饱和水）状态状态(P1) ；朗肯循环朗肯循环sT4321t1P12024/8/264给水给水4(P1, h2)省煤器省煤器饱和水饱和水5(P1, ts)饱和汽饱和汽6(P1, ts)水冷壁水冷壁过热器过热器过热汽过热汽1(P1, t1)（新蒸汽）（新蒸汽）汽轮机汽轮机绝热膨胀绝热膨胀乏汽乏汽2(P2, h2)凝汽器凝汽器定压放热定压放热凝结水凝结水3(P2, h2)给水泵给水泵绝热压缩绝热压缩给水给水4蒸汽动力装置朗肯循环的蒸汽动力装置
5、朗肯循环的路径：路径：定压加热定压加热定压加热定压加热定压加热定压加热6sT54321t1P1朗肯循环朗肯循环（重新循环）（重新循环）2024/8/265sP 4213PPs56hs132456 朗肯循环的朗肯循环的P-v图和图和h h-s图图P-v图图h h-s 图图sPPs2024/8/2666sT54321t1P1 蒸汽动力装置为什么不采用卡诺循环蒸汽动力装置为什么不采用卡诺循环 平均吸热温度平均吸热温度 朗肯循环朗肯循环1234561 平均放热温度平均放热温度 朗肯循环朗肯循环1234561的热效率的热效率 同温限的卡诺循环同温限的卡诺循环1234 14 q4 1q41 1234 1
6、1234561定温吸热过程定温吸热过程4 1难于实难于实现现过热蒸汽不采用卡诺循环过热蒸汽不采用卡诺循环2024/8/267两相压缩过程两相压缩过程3 5难于实难于实现现6sT54321t1P12 3 2 湿度太大对汽轮机工作不利湿度太大对汽轮机工作不利wnet小小 若以饱和汽为工质实行卡诺循环若以饱和汽为工质实行卡诺循环62 3 56若若P1较低热效率反而不如朗肯循环较低热效率反而不如朗肯循环蒸汽动力装置不采用卡诺循环蒸汽动力装置不采用卡诺循环2024/8/268 朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 朗肯循环朗肯循环吸热吸热和和放热放热过程是过程是定压定压的的循环的循环的吸热量吸热量循环的循环
7、的放热量放热量朗肯循环的朗肯循环的热效率热效率汽轮机输出的汽轮机输出的技术功技术功给水泵消耗的给水泵消耗的技术功技术功sT4321t1P1562024/8/269 水水泵泵消消耗耗的的技技术术功功远远小小于于汽轮机作出的技术功汽轮机作出的技术功h4=h3=h2wt,B=h4h30汽轮机输出的汽轮机输出的技术功技术功给水泵消耗的给水泵消耗的技术功技术功 一般占一般占0.81%不计给水泵消耗的技术功不计给水泵消耗的技术功sT4321t1P1562024/8/2610 影响朗肯循环热效率的因素影响朗肯循环热效率的因素根据状态参数关系根据状态参数关系 不不计计给给水水泵泵消消耗耗的的技技术术功功时时，
8、朗朗肯肯循环热效率循环热效率t,R受受P1、P2、t1控制控制h1= f (P1,t1)h2= f (P2)h2= f (P2) P2、t1不变不变，将，将初压初压P1提高提高 t,R会有较显著的提高会有较显著的提高乏汽干度乏汽干度x2会降低会降低乏汽干度乏汽干度x2不得小于不得小于0.86P1sT1 12 342t1P1P1提高初压力的影响提高初压力的影响 平均吸热温度平均吸热温度明显提高明显提高对机器的强度要求提高对机器的强度要求提高5 6 562024/8/2611P1、P2不变，将不变，将初温初温 t1提高提高 t,R会有较显著的提高会有较显著的提高乏汽干度乏汽干度x2会提高会提高同时
9、提高同时提高P1、 t1是方向是方向提高初温的影响提高初温的影响P11432t1sTt11 2 t1 平均吸热温度平均吸热温度明显提高明显提高金属耐热要求提高金属耐热要求提高对机器的强度要求提高对机器的强度要求提高目前可应用的目前可应用的t1为为55056汽机出口尺寸增大汽机出口尺寸增大 提高初温的结果相当于在原循环提高初温的结果相当于在原循环1234561基础上附加循环基础上附加循环11 2 212024/8/2612P1、t1不变，将终压不变，将终压P2降低降低wt,T增大增大 P2目目前前实实际际已已采采用用至至3.5 4kPa，对对应应的的饱饱和和温温度度为为27 33限限于于循循环水
10、的温度，已基本达到极限低值环水的温度，已基本达到极限低值sT12342t1P1降低终压力的影响降低终压力的影响34P2对对 t,R总是总是有利有利略有下降；略有下降；56 冬天循环水温较低，循环热效率较高冬天循环水温较低，循环热效率较高下降明显下降明显2024/8/2613 汽轮机的相对内效率和汽耗率汽轮机的相对内效率和汽耗率实际的汽轮机内部过程是不可逆的实际的汽轮机内部过程是不可逆的汽轮机的相对内效率（定熵效率）汽轮机的相对内效率（定熵效率）汽耗率汽耗率(d) 单位为单位为kg/J,kg/kJ,也使用也使用kg/(kW h)为单位为单位 不不计计给给水水泵泵耗耗功功时时，若若理理想想汽汽轮轮
11、机机的的输输出出功功率率为为P0kW，耗汽率为，耗汽率为Dkg/s，两者有以下关系：，两者有以下关系：理想汽耗率理想汽耗率 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P11432s2t1sT实际的基本循环实际的基本循环2024/8/2614相对于汽轮机的实际输出功率相对于汽轮机的实际输出功率实际汽耗率实际汽耗率 因此实际蒸汽动力装置整体上讲尚需考虑因此实际蒸汽动力装置整体上讲尚需考虑锅炉的热损失锅炉的热损失锅炉效率锅炉效率 B管道的热损失管道的热损失管道效率管道效率 tu 实际蒸汽动力装置循环的热效率实际蒸汽动力装置循环的热效率 t= t,R B tu T2024/8/2
12、615例例5-1(习习题题11-1) 一一简简单单蒸蒸汽汽动动力力装装置置循循环环(即即朗朗肯肯循循环环)，蒸蒸汽汽的的初初压压P1 = 3 MPa，终终压压P2 = 6 kPa，初初温温分分别别为为300和和500 。试试求求不不同同初初温温时时循循环环的的热热效效率率 t、耗耗汽汽率率d及及蒸蒸汽汽的的终终干干度度x2，并并将将所所求求得得的的各各值值填填入入下表内，以比较所求得的结果。下表内，以比较所求得的结果。 解：解：P1=3 MPa（过热汽）（过热汽）t1=300 h1=2992.4 kJ/kg s1=6.5371 kJ/(kgK)t1=500 h1=3454.9 kJ/kg s1
13、 =7.2314 kJ/(kgK)P2=6 kPa的饱和参数的饱和参数：s =0.5209 kJ/(kgK)，s =8.3305 kJ/(kgK)h =151.50 kJ/kg， h =2567.1 kJ/kg P11432t1sTt112忽略水泵功耗。忽略水泵功耗。查水蒸气表得：查水蒸气表得：2024/8/2616具体计算如下：具体计算如下： P11432t1sTt1122024/8/2617计算结果汇总：计算结果汇总： t1，300500t0.34460.3716d，kg/J1.02151060.8146106x20.77080.85932024/8/26185.2 蒸汽动力装置再热循环蒸
14、汽动力装置再热循环 带再热的蒸汽动力装置带再热的蒸汽动力装置 再再热热蒸蒸汽汽在在汽汽轮轮机机中中工工作作至至某某一一中中间间压压力力后后重重新新送送回回到到锅锅炉炉的的再再热热器器中中加加热热，然然后后再再引引回回汽汽轮轮机中继续作功，或称重热机中继续作功，或称重热 一次汽一次汽再热前的蒸汽再热前的蒸汽二次汽二次汽再热后的蒸汽再热后的蒸汽一般都再热至初温；理论上可进行多次再热，但实际只一般都再热至初温；理论上可进行多次再热，但实际只有有12次再热次再热冷却水冷却水汽轮机汽轮机锅炉锅炉给水泵给水泵凝汽器凝汽器带再热的蒸汽动力装置带再热的蒸汽动力装置234561(再热器再热器)(过热器过热器)二
15、次汽二次汽一次汽一次汽ab 以朗肯循环为基础以朗肯循环为基础2024/8/2619 蒸汽动力装置再热循环蒸汽动力装置再热循环 设一次汽的参数为设一次汽的参数为P、t，中间，中间再热压力为再热压力为Pb，再热至初温，再热至初温 t工质循环路径：工质循环路径：一次汽一次汽1(P, t)再热器再热器过热汽过热汽1(P, t)（新蒸汽）（新蒸汽）凝结水凝结水3(P2, h2)给水泵给水泵绝热压缩绝热压缩给水给水4定压加热定压加热（新蒸汽）（新蒸汽）汽轮机前缸汽轮机前缸绝热膨胀绝热膨胀前缸排汽前缸排汽a(Pa)1-a一次汽在汽轮机前缸中绝热膨胀作功一次汽在汽轮机前缸中绝热膨胀作功 (h1 ha) ；a-
16、b蒸汽在锅炉再热器中蒸汽在锅炉再热器中定压再热，吸热定压再热，吸热 (hb ha)；b-2二次汽在汽轮机后缸中绝热膨胀作功二次汽在汽轮机后缸中绝热膨胀作功 (hb h2) ；sTb1atP2c34蒸汽动力装置再热循环蒸汽动力装置再热循环二次汽二次汽b(Pa, t)汽轮机后缸汽轮机后缸绝热膨胀绝热膨胀乏汽乏汽2(P2, h2)凝汽器凝汽器定压放热定压放热（循环）（循环）2024/8/2620 再热循环的热效率再热循环的热效率 忽忽略略给给水水泵泵的的功功耗耗时时，再再热热循循环环输输出出的的功功为为一一次次汽汽和和二二次次汽汽在在汽汽轮轮机机中中所作的技术功之和所作的技术功之和 对于具有对于具有
17、1次再热的蒸汽动力循环次再热的蒸汽动力循环 循循环环的的吸吸热热量量为为蒸蒸汽汽分分别别在在锅锅炉炉的过热器和再热器中所吸热量之和的过热器和再热器中所吸热量之和 再热循环的再热循环的热效率热效率为为 一次汽作的功一次汽作的功二次汽作的功二次汽作的功一次汽吸的热量一次汽吸的热量二次汽吸的热量二次汽吸的热量sTb1atP2c342024/8/2621再热措施能否提高循环的热效率取决于中间压力再热措施能否提高循环的热效率取决于中间压力 存在着一个存在着一个最佳最佳的中间再热压力的中间再热压力再再热热的的目目的的不不全全在在于于靠靠其其直直接接提高循环的热效率提高循环的热效率 无无再再热热时时乏乏汽汽
18、的的状状态态为为c；有有再再热时乏汽的状态为热时乏汽的状态为2x2xc 与与Pa有关有关 再再热热的的目目的的更更重重要要地地还还在在于于它它能能提提高高汽汽轮轮机机乏乏汽汽的的干干度，从而为提高初压力创造条件度，从而为提高初压力创造条件 此外，此外，乏汽干度提高对汽轮机的内部效率有利乏汽干度提高对汽轮机的内部效率有利sTb1atP2c34 精心设计的再热循环有望直接提精心设计的再热循环有望直接提高循环热效率高循环热效率4% 5% (23.5%)2024/8/2622 蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践P1600，P125MPa (超临界机组超临界机组)系统复杂，初投资增加系统复杂，初投资增
19、加 再热也带来一些负面影响再热也带来一些负面影响锅炉、汽轮机结构复杂化锅炉、汽轮机结构复杂化100、125、200、300 MW，P113.5MPa 一次一次再热再热 二次二次再热再热2024/8/2623例例5-2(习习题题11-3部部分分)蒸蒸汽汽动动力力装装置置再再热热循循环环，蒸蒸汽汽的的初初参参数数为为P1=12 MPa、t1=450，终终压压为为P2=0.004 MPa。再再热热时时蒸蒸汽汽的的压压力力为为0.5 MPa，再再热热后后蒸蒸汽汽的的温温度度为为400。试试确确定定该该再再热热循循环环的的热热效效率率和和终终湿湿度度，将将所所得得的的热热效效率率、终终湿湿度度和和朗朗肯
20、肯循循环环作作比比较较，并并在在 T-s图图上上画画出出该该再再热热循循环环。附水蒸气表（节录）附水蒸气表（节录） 饱和水蒸气表饱和水蒸气表 P, MPah , kJ/kg,h , kJ/kgs , kJ/(kg K)s , kJ/(kg K)0.004121.412554.10.42248.47470.5640.12748.51.86046.8215过热水蒸气表过热水蒸气表 t, 0.5， MPa12MPah, kJ/kgs, kJ/(kg K)h, kJ/kgs, kJ/(kg K)4003271.87.79443053.36.07874503377.07.94523209.96.3032
21、2024/8/2624sT1234解：解： 由水蒸气表查得：由水蒸气表查得： P2=4 kPa 时时 s =0.4224 kJ/(kg K) s =8.4747 kJ/(kg K) h =121.41 kJ/kg h =2554.1 kJ/kg, P1=12 MPa t1=450 h1=3209.9 kJ/kg s1=6.3032 kJ/(kg K) 题给再热后（题给再热后（设为设为b，过热汽）过热汽）Pb=0.5 MPa tb=400 hb=3271.8 kJ/kg sb=7.7944 kJ/(kg K) 2024/8/2625sT1234bcaP=0.5MPa 时时 s =1.8604 k
22、J/(kg K) s =6.8215 kJ/(kg K) h =640.1 kJ/kg h =2748.5 kJ/kg, 已知再热时的状态（设为已知再热时的状态（设为a）Pa = 0.5 MPasa值在值在s 与与s 之间之间，故知故知a点为点为湿蒸汽湿蒸汽状态状态sa = s1 = 6.3032 kJ/(kg K) 并且并且 2024/8/2626由此由此ha=xah +(1-xa)h =0.8955 2748.5+(1 0.8955) 640.1 =2528.17 kJ/kg 由于由于h2= x2h2 +(1-x2)h2 =0.7303 2554.1+(1 0.7303) 121.41=1
23、898.00 kJ/kg 以及以及hc=xch +(1 xc)h =0.9155 2554.1+(1 0.9155) 121.41=2348.54 kJ/kgsT1234bca2024/8/2627该再热循环的终湿度该再热循环的终湿度(1 xc)=0.0845 循环的热效率（忽略水泵耗功）循环的热效率（忽略水泵耗功） sT1234bca同样初参数，不带再热的朗肯循环热效率为同样初参数，不带再热的朗肯循环热效率为 两种情况相比较，知两种情况相比较，知 t,R t,re 以及以及x2 0.1MPa)汽轮机汽轮机锅炉锅炉给水泵给水泵热用户热用户234561背压式气轮机供热装置背压式气轮机供热装置 缺
24、点缺点电、热负荷难于兼顾电、热负荷难于兼顾工质损失可能较大工质损失可能较大 优点优点系统简单系统简单4561锅炉中定压加热过程锅炉中定压加热过程12汽机中绝热膨胀过程汽机中绝热膨胀过程23热用户（加热器）中定压凝结放热过程热用户（加热器）中定压凝结放热过程34回水在给水泵中绝热压缩过程回水在给水泵中绝热压缩过程2024/8/2637锅炉锅炉23561回水泵回水泵01换热器换热器(热用户热用户)凝汽器凝汽器给水泵给水泵4调节阀调节阀 可调节抽汽式热电联供循环可调节抽汽式热电联供循环 热、电负荷可以单独热、电负荷可以单独调节，运行方式灵活调节，运行方式灵活 热电联供循环的经济性评价热电联供循环的经
25、济性评价能量利用系数能量利用系数可调节抽汽可调节抽汽式汽轮机式汽轮机可调节抽汽式热电联供装置可调节抽汽式热电联供装置2024/8/26385-4 燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环Ts燃气轮机循环燃气轮机循环蒸汽轮机循环蒸汽轮机循环燃气轮燃气轮机排气机排气400600废热锅炉废热锅炉过热汽过热汽汽轮机汽轮机燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环2024/8/2639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改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环热电联产热电联产燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环（磁流体发电联合循环、煤气（磁流体发电联合循环、煤气化燃料电池联合循环化燃料电池联合循环）2024/8/2640
