第十三章蒸汽动力循环装置讲课时间：第十二周周四
2016-5-172
一、概述
蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant)
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪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。

2）目前世界约75%电力、国内78%电力来自火电厂，绝大部分来自蒸汽动力。

3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。

4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。

一、概述（续）
蒸汽动力循环与气体动力循环的区别
1）水时而处于液态，时而处于气态，在汽化、凝结时定压也定温；
2）水和水蒸气不能燃烧，只能从外界向它传热，需配备锅炉设备，与内燃机比较，这种装置可称为“外燃动力装置”；
3）蒸汽动力装置可利用各种燃料（核燃料、劣质煤、可燃垃圾、太阳能、地热能等）
13-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环
在相同温限内，卡诺循环的热效率最高
卡诺循环
1
2
34
汽轮机
冷凝器
水泵
过热器）
由（锅炉过热器）构成的加热器和冷凝器，实际上就是换热器，通过它们实现了工质与热源和冷源的热量交换。

加热器中，热源的热量通常来自于燃料的化学能，也可以是原子能、太阳能、地热能等。

冷凝器中的冷却介质通常为水，但在一些水资源匮乏的地区，有时也用空气作为冷却介质。

13-2考虑不可逆损失时的实际蒸
汽动力循环
膨胀前工质状态相同、压缩
3600−
h
4s
13-3 通过改变蒸汽参数提高朗肯循环的热效率
T 1 T 1
2 提高蒸汽压p 1
但x 2下降且p 太高造成强度问题
2
T 1
T 1
T 平均吸热温度提高，效率提高
但受制于环境温度，不能任意降低，同时，2
T 2T
13-4 再热循环
为什么选择再热循环
•为了提高蒸汽动力循环的热效率，一种方法是从改变循环特性参数入手，另一种方法是从改进循环入手。

•前一种方法在上一节进行了讨论，结果表明：朗肯循环中提高蒸汽的初压力可以提高循环热效率，但会引起乏汽干度减小，不利于汽轮机的安全运行。

如何能够克服此不利影响呢？
•一种方法是在提高蒸汽初压的同时提高初温，但此种方法会受到金属材料耐热性能的限制。

另一种方法是从改进循环入手，采用再热循环。

•再热次数越多，再热过程的平均温度越高，热效率相应提高（一次再热可使循环热效率提高2%~4%）
•次数多，系统复杂，投资增加，不利于管理
•实际再热次数很少超过两次。

超临界参数的机组一般才考虑二次再热。

•再热目的是为了提高乏汽的干度，若研发出或有条件使用具有更高耐热性能的材料，则没必要再热。

13-5 回热循环
①难以在汽轮机缸外设计回热水套来实现蒸汽和给水之间的换热
②乏汽的干度有可能变得过低而危害汽轮机经济安全运行
循环中工质从外部热源吸收的热量为
工质向外部冷源放出的热量为(5h =消耗的泵功
)w T 1w q q q −==−
在回热器的混合换热过程中，不涉及作功，若假设无热损失，根据稳定流动开口系统能量守恒方程式
2f ,1122j i h c m =+−+∑∑h α
无回热的蒸汽动力循环从外部热源的吸热段：
现代火力发电产中的蒸汽动力装置无一例外地都采用了回热循环
采用回热并不妨碍采用再热，大型机组既实行再热，也采用回热
相应的负面影响：
系统复杂性增加
初投资增加
13-6 热电合供循环
一、为什么选择“热电合供”？
用户所利用（满足能量守恒）
热力学第二定律：不可逆损失太大！
热用户（加热器）中定压凝结放热过程回水在给水泵中绝热压缩过程
系统简单
1、电负荷和热负荷互相影响，即当热能的供应量增加或减少时，电能的生产量也随着增加或减少；
2、它不能同时满足对热力参数有不
13-7 蒸汽-燃气联合循环
为什么选择蒸汽-燃气联合循环？•传统的蒸汽动力循环中液体吸热段的平均
温度较低，从而影响了循环的热效率。

•上一章提到，燃气轮机装置的排气温度较高，若直接排入环境，则损失较大。

•人们想到：利用燃气轮机装置排气的余热来加热蒸汽轮机装置的工质，则可充分利用燃气轮机装置排出的热量。

•这种循环称为蒸汽-燃气联合循环，简称联合循环
第十四次作业
•11-1
•11-7。