热效率:
b
c
2
0
图10-9 再热循环的T-s图
s
四、再热压力对循环热效率大小的影响
T
1
T1
1
1
T 1'
5
T1
T 1"
4
6
T2
3 2 2'
2
s
蒸汽再热循环的实践
再热压力 pb=pa0.2~0.3p1 p1<10MPa，一般不采用再热 10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热
目录
第十章 10-1 10-2 10-3
蒸汽动力循环装置
简单蒸汽动力装置循环(朗肯循环) 再热循环 回热循环
10-4* 热电合供循环
10-5* 几种与蒸汽有关的动力循环
•
教学目标：掌握蒸汽动力循环及其计算方法。
•
知识点：蒸汽动力基本循环；朗肯循环；回热循环与再热循
环；热电循环；蒸汽—燃气联合循环。
发 电 机
T
2
q2
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
实际的蒸汽动力循环都是以 朗肯循环为基础的。
1
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
q1
锅 炉
B
T
汽 轮 机
2
发 电 机
q2
凝汽器 给水泵
4 C
P
3（2’）
图10-2 简单蒸汽动力装置流程示意图
1—2：汽轮机中绝热膨胀
2—3：冷凝器中定压冷凝 3—4：给水泵中绝热压缩
10-3
回热循环
对于一级抽汽回热循环，每千克状态
为1的新蒸汽绝热膨胀到状态01（p01,t01），
即从汽轮机中抽出α1kg，将之引入回热器。 剩下的（1-α1）kg蒸汽在汽轮机内继续膨胀 到2，然后进入冷凝器，被冷却凝结成冷却 水2’,再经给水泵加压到p01进入回热器。在 其中被α1kg的抽汽加热成饱和水，并与α1kg 的蒸汽凝结的水汇成1kg状态为的饱和水。
3
s
0.36 0
3
6
9
12
15 18
21
图10-4 初压p1对ηt的影响
p1
3、背压p2对热效率的影响
优点：
•
T2
t
T
5
3
3a
1
6
2 2a
局限：
•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t2约为 27~ 33℃ ，已接近事实上可能达到的最低 限度。冬天环境温度较低，可以达到较低 的凝结温度， p2↓，热效率较高。 •此外，降低p2若不提高t1，亦会引起乏汽 干度x2a降低，其后果与单独提高p1类似。

h1 h2,act h1 h2
汽轮机效率
现代大型汽轮机的ηT在0.85～0.92之间。 则循环内部热效率ηi为
i
wnet ,act q1

h1 h 2act h1 h 2'

T (h1 h 2 )
h1 h 2'
Tt
耗汽率：装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量。
理想耗汽率：
一般很小，占1～2%，
w (h1 h2 ) (h4 h3 ) 循环的热效率为 t q1 (h1 h4 )
略去水泵消耗比轴功，
h3 h4
h1 h2 t h1 h3
因为
h3=h2’
新蒸汽焓
蒸汽动力装置的热效率为
h1 h2 t h1 h2
乏汽焓 凝结水焓 （10-1）
朗肯循环在h-s图上的表示
h
1
2
4
3
s
例10-1 某远洋船的汽轮机按朗肯循环用过热蒸汽工作，蒸汽的 初始参数为： p1=5Mpa，t1=440℃，冷凝器中的蒸汽压力 p2=0.005Mpa，试求循环热效率。 解 根据p1=5Mpa，t=440℃，由水蒸气h-s图中找到点1， 查得h1=3293.2kJ/kg。 h2=2069.2kJ/kg
1、初温T1对热效率的影响。 优点：
39 38 37 36 35 0 300 350 400 450 500 550 初温 t℃
•循环吸热温度 T1 ， t • x 2’ ，有利于汽机安全。 缺点： • 对耐热及强度要求高，目前最高初
T
T1’ T1
1
1
T1 T1
4 5
2
温一般在550℃-620 ℃，正朝700 ℃
一般忽略水泵的耗功，认为 h4 抽汽量: 循环热效率:
h01'
回热器
(1 )h4
h2'
，并有：
1
t , R
h0'1 h2' h01 h2'
8 3(2’)
7
2 s
故循环有效吸热量为:
q0=q1-q2=（h1-h4）-（h2-h3） 1kg工质在汽轮机中绝热过程所作的功: 1kg工质在水泵中中绝热过程消耗的功:
o
wT h1 h2
wP h4 h3
故循环净功为: 则
w0 (h1 h2 ) (h3 h4 )
w0 q0
f o T e
p1
5
6
p2 8 7 v 5 8
6
装置中不采用卡诺循环，但卡诺循环在理
论上仍具有很大的意义。
o
7
s
图10-1 水蒸气的卡诺循环
为什么不能采用卡诺循环？
6-7 7-8 5-6 8-5 绝热膨胀（汽轮机） 定温放热（冷凝器） 定温加热（锅炉） 绝热压缩（压缩机） 可以实现 难以实现
卡诺循环
(由p2、定s确定，此时具有一定的湿度)
h
1
p1
t1
p2 X=1
p2=0.005Mpa查饱和水蒸气表得 h2′=137.77 kJ/kg
2
h1 h2 3293 .2 2069 .2 t 0.3879 3293 .2 137.77 h1 h2
s
ηt% 40
四、蒸汽参数对热效率的影响
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。
11-1、简单蒸汽动力循环——朗肯循环
p
一.水蒸气作为工质的卡诺循环
热力学第二定律通过卡诺定理证明了， 在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率 最高。动力循环以蒸汽为工质时，原则上 可采用如上图中 6-7-8-5-6 所示的卡诺循 环。但实际上存在种种困难和不利因素， 过程 8-t2
2
2 act
h2
2
2 act
O 9
8 7
s
O
s
（11-2）
图10-6 汽轮机中的不可逆过程
汽轮机实际所做的技术功：
wT ,act h1 h2act
少作的功等于在冷凝器中多排出的热量h2act-h2。
用汽轮机的相对内效率来衡量做功损失：
T
wT ,act wT
D 1 d0 P0 h1 h2
D为蒸汽耗量。
内部功 耗汽率:
di
T
d0
汽轮机的相对内效率
有效功 耗汽率:
de
T m
d0
机械效率
T
１
4
4
3
2 2
s
•
实际上，若考虑水泵等熵压缩的耗功和不可逆的压缩， 循环的T－s图应该如上图所示。
五、实际循环的计算
已知 p 1,t 1, p 2,oi ,c , oi 求
超临界机组， t1>600℃，p1>25MPa，二次再热
h h6 1
p1
pRH 6 t1
h1
h5
5
p2 h2 h2‘
2’ x2 s 2 x9 x=1
10-3
回热循环
1
回热循环利用蒸汽回热消除朗肯循
环中水在较低温度下吸热的不利影响,
提高热效率。 现代的大型蒸汽动力装置无一例外的采
q1
S 6 B
攻关; •
3
2
s
汽机出口尺寸大
图10-3 初温t1对ηt的影响
v2’
p1 T 1 2、初压p 对热效率的影响
1 T T1 1` 1
t
v2’
x 2’
ηT
0.48 550℃
4'
T1 T1
500℃ 0.44 400℃
4 5
2'
350℃
2
0.40
提高初压将使绝热膨胀终点的干度下降。因为提高初温能提高乏汽 的干度,所以提高初压和提高初温应同步进行。
水和水蒸汽只能自外热源吸热，蒸汽循环中必须配备产生蒸汽的 锅炉。 而以空气作为工质时，燃料可在其中燃烧，燃烧产物也为工 质。这样就可以使燃烧和功热转换过程在同一个设备中进行，不需要 其它额外的设备。
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
T
用抽汽回热循环：从汽轮机适当位置抽
出少量尚未完全膨胀，压力、温度相对 较高的蒸汽，加热低温凝结水。
0
1
2
q2 C
0’
P2
1
R 4
’ P1 3 (2 )
理论上说，抽汽级数越多，效率提高越
多，随着初参数的提高，抽汽级数从2、 3级到7、8级，参数越高、容量越大的
图10-8 抽气回热循环流程图
机组，回热级数越多。