4 3 8 12
1 10
6
11 7 2
对比同温限1234’ • q2相同； • q1卡诺> q1朗肯
• 卡诺> 朗肯； •等温
吸热4’1难实现
对比56785
• 卡诺< 朗肯；
• wnet卡诺< wnet 朗肯
对比9-10-11-12
• 11点x太小,不利于 汽机强度； • 12-9两 相区难压缩；
第十一章 蒸汽动力循环
动力循环研究目的和分类
动力循环：以获得功为目的
——工质连续不断地将从高温热源取得的热 量的一部分转换成对外的净功
——正向循环
实际循环与卡诺循环
卡诺热机只有理论意义，最高理想 实际上 T s 很难实现
内燃机 t1=2000oC，t2=300oC
tC =74.7% 实际t =30~40%
四、实际蒸汽动力循环分析
非理想因素：
T 5
4’ 4
3
1’’1’ 1
2 2’
蒸汽管道摩擦降 压，散热(1’’1’) 汽机汽门节流( 1’ 1 )
汽机不可逆( 1 2 ’)
给水泵不可逆( 3 4 ’)
s
实际蒸汽动力循环分析方法
√ 热力学第一定律：热效率分析法
热力学第二定律：熵分析法
√ Ex分析法
有摩阻的实际循环
火力发电 t1=600oC，t2=25oC
tC =65.9% 实际t =40% 回热和联合循环t 可达50%
研究目的： 合理安排循环 提高热效率
按工质
气体动力循环：内燃机、燃气轮机 空气为主的燃气 按理想气体处理
蒸汽动力循环：外燃机 水蒸气等 实际气体
蒸汽动力循环
水蒸气：火力发电、核电 低沸点工质：氨、氟里昂
汽轮机进 汽压力
MPa 汽轮机进 汽温度℃ 发电机功 率 P/ kW
低参数 1.3
340 1500～ 3000
中参数 高参数 超高参数 亚临界参
数
3.5 9.0
13.5
16.5
435 535 550, 535 550, 535
6000～ 5~10万 12.5万,20 20万,30
25000
万 万,60万
凝汽器中的定压放热量：
q2 h2 h3
h
水泵绝热压缩耗功：
1
ws,34 h4 h3
锅炉中的定压吸热量：
4
q1 h1 h4
3
2 s
朗肯循环热效率的计算
t
wnet q1
ws,12 ws,34 q1
h
一般很小，
1
占0.8~1%，
忽略泵功
t
h1 h1
h2 h3
4
2
3
s
汽耗率的概念
工程上常用汽耗率：反映装置经济性，设备尺寸
太阳能、余热、地热发电
§11-1 朗肯循环
水蒸汽动力循环系统
汽轮机
四个主要装置：
锅
锅炉
炉
发电机
汽轮机
凝汽器
凝汽器 给水泵
给水泵
一、水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩
4
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
3 给水泵
忽略泵功
T 5
4’ 4
3
h4' h3
1
可逆朗肯循环效 率
t
h1 h1
h2 h3
汽机相对内 效率
oi
h1 h2' h1 h2
2 2’
s
例：某蒸汽朗肯循环，进入汽轮机的蒸汽初
参数为p1=30×105Pa，t1=450℃，绝热膨胀
后的乏汽压力为p2=0.04×105Pa，如果蒸汽
流量为30T/h，试求汽轮机的功率。如果汽轮
• x2' 不利于汽
轮机安全。一般 要求出口干度大 于0.85~ 0.88
2.蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
T
5 4
3
1'
1 6
2 2'
s
优点：
• T1 t
• x2' ，有利于汽机
安全。
缺点：
• 对耐热及强度要 求高，目前初温 一般在550℃左右
• v2' 汽机出口
尺寸大
3.乏汽压力对朗肯循环热效率的影响
朗肯循环
朗肯循环pv图
p 4
3
12 汽轮机 s 膨胀
23 凝汽器 p 放热
1
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热 2
v
12 汽朗轮机肯s循膨环胀T-s和2h3 -凝s汽图器 p 放热
34 给水泵 s 压缩
41 锅炉 p 吸热T Nhomakorabeah
1
1
4
4
2
3
2
3
s
s
二、朗肯循环功和热的计 算 汽轮机作功： ws,12 h1 h2
• p1<10MPa，一般不采用再热
• 我国常见机组，10、12.5、20、30万机 组，p1>13.5MPa，一次再热
• 超临界机组， t1>600℃，p1>25MPa， 二次再热
蒸汽再热循环的定量计算
吸热量：
T 5
4
1a 6b
q1 h1 h4 ha hb
T
5 4 3
1a 6b
2 s
1
再 热
4
b 2
a
3
蒸汽再热循环的热效率
T
5 4 3
• 再热循环本身不一
1a d 6b
c
定提高循环热效率
• 与再热压力有关 • x2降低,给提高初 压创造了条件，选 取再热压力合适，
2
一般采用一次再热
可使热效率提高2
s ％～3.5％。
蒸汽再热循环的实践
• 再热压力 pb=pa0.2~0.3p1
机的效率为85%，则汽轮机实际功率为多少？
作T—s图。 T
1
5
6
4
2‘
3
2
s
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式
提高初温度 提高初压力 降低乏汽压力 再热循环
回热循环
联合循环
热电联产 燃气-蒸汽联合循环
IGCC 新型动力循环 PFBC-CC
…...
§11-2 蒸汽再热循环(reheat)
s • wnet卡诺小
三、如何提高朗肯循环的热效率
T
5 4
3
t
h1 h1
h2 h3
1
影响热效率的
参数？
6
p1 t1 p2
2
s
1.蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T
5'
5
4'
4 3
1' 1 6'
6
2' 2
s
优点：
• T1 t
• v2' ，汽轮机出口
尺寸小
缺点： • 对强度要求高
p1 , t1不变，p2
优点：
• T2 t
T
5 4
4' 3 3'
1 6
2
2'
s
缺点：
•受环境温度限制， 现在大型机组p2为 0.0035~0.005MPa， 相应的饱和温度约为 27~ 33℃ ，已接近事 实上可能达到的最低 限度。冬天热效率高
蒸汽动力循环冷却水系统
蒸汽动力循环冷却水系统实体
国产锅炉、汽轮机发电机组的 初参数简表
汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h
1(k W
h)
功量所消耗的蒸汽量kg
1( kJ ) 3600(s) 3600(kJ)
d
3600 wnet
s
d
wnet
(
k k
J g
)
3600(k
J
)
d 3600(kJ) 3600 (kg)
wnet
(
k k
J g
)
wnet
朗肯循环与卡诺循环比较
T 4'
9 5