第十章蒸汽动力装置循环Vapor power cycles110-1简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环11110-2再热循环10-3回热循环10-4热电合供福10-5燃气-蒸汽联合循环福11
1 第十章 蒸汽动力装置循环 Vapor power cycles 10-1 简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环 10-2 再热循环 10-3 回热循环 10-4 热电合供 10-5 燃气-蒸汽联合循环
兴水蒸气是工业上最早使用来作为动力机的工质，是无污染、价廉、易得的工质。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。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在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态。因而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。此外，水和水蒸气不能燃烧，只能从外界吸收热量，所以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力装置。由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各种燃料，如煤、油、气，甚至可燃垃圾
2 ◆ 水蒸气是工业上最早使用来作为动力机的工质，是无污 染、价廉、易得的工质。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。 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。 ◆ 在蒸汽动力装置中水时而处于液态，时而处于气态。因 而蒸汽动力装置循环不同于气体动力循环。 ◆ 此外，水和水蒸气不能燃烧，只能从外界吸收热量，所 以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体 动力装置。 ◆ 由于燃烧产物不参与循环，故而蒸汽动力装置可利用各 种燃料，如煤、油、气，甚至可燃垃圾
10-11简单蒸汽动力装置循环一朗肯循环、工质为水蒸气的卡诺循环由第二定律可知，在相同温限内卡诺循环的热效率最高，而采用气体作工质的循环中，定温过程（加热及放热）难以实现，并且气体绝热线及等温线在p-v图上斜率接近，因此循环净功较小。ap一一一b-dCO35
3 由第二定律可知，在相同温限内卡诺循环的热效 率最高，而采用气体作工质的循环中，定温过程 （加热及放热）难以实现，并且气体绝热线及等温 线在p-v图上斜率接近，因此循环净功较小。 10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环 一、工质为水蒸气的卡诺循环
10-1简单蒸汽动力装置循环一朗肯循环、工质为水蒸气的卡诺循环>在采用蒸汽做工质时，由于水的汽化和凝结，当压力不变时温度也不变，因而有了定温吸热和定温放热的可能。>又因为定温即是定压，其在p-v图上与绝热线斜率相差较大，因而效率可提高。蒸汽机原则上可采用卡诺循环，如图中5-6-a-b-5所示。S
4 ➢在采用蒸汽做工质时，由于水的汽化和凝结，当 压力不变时温度也不变，因而有了定温吸热和定温 放热的可能。 ➢又因为定温即是定压，其在p-v图上与绝热线斜率 相差较大，因而效率可提高 。 10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环 一、工质为水蒸气的卡诺循环 蒸汽机原则上可采用卡诺循 环，如图中5-6-a-b-5所示
实际的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环？P口在压缩机中绝热压缩b一5过程难以实现，因水和蒸汽的混合物难于压缩：口循环局限于饱和区，上限温度受临界温度的限制，故即使实现卡诺循环，其热效率也不高：口膨胀末期，湿蒸汽干度过小，含水分甚多，不利于动力机安全。所以，实际蒸汽动力循环不采用卡诺循环，而以朗肯循环为其基础。日5
5 在压缩机中绝热压缩b－5过程难以实现，因水和 蒸汽的混合物难于压缩； 循环局限于饱和区，上限温度受临界温度的限制， 故即使实现卡诺循环，其热效率也不高； 膨胀末期，湿蒸汽干度过小，含水分甚多，不利 于动力机安全。 所以，实际蒸汽动力循环不采用卡诺循环，而以朗 肯循环为其基础。 实际的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环？ c
二、朗肯循环（Rankinecycle朗肯循环是最简单也是最基本的蒸汽动力循环它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵系统等4个基本的、也是主要的设备组成。W12轮机水在锅炉中被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀锅炉作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，凝结后的水在水泵水泵中被压缩升压后，再回到锅冷却水3炉中，完成一个循环。6
6 二、朗肯循环 (Rankine cycle) 朗肯循环是最简单也是最基本的蒸汽动力循环， 它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵系统等4个基 本的、也是主要的设备组成。 水在锅炉中被加热汽化，直至成 为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀 作功，作功后的低压蒸汽进入冷 凝器被冷凝成水，凝结后的水在 水泵中被压缩升压后，再回到锅 炉中，完成一个循环
朗肯循环的简化忽略不可逆损失等因素后，实际过程可简化为以下四个过程：定压吸热4561、定炳膨胀1-2、定压放热2-3、定炳压缩3-4pT+汽轮机2定摘膨胀定压放热定压加热冷凝器锅炉3定摘压缩b483(2)水泵5(a)(b)0
7 朗肯循环 的简化 忽略不可逆损失等因素后，实际过程可简化为以 下四个过程： 定压吸热4561、定熵膨胀1-2、定压放热2-3、定熵 压缩3-4
水蒸气朗肯循环与水蒸气的卡诺循环水蒸气朗肯循环与水蒸气的卡诺循环主要不同之处在于乏汽的凝结是完全的，乏汽完全液化为水，而不是水汽混合物完全凝结使循环中多一段水的加热过程4-5.减小了循环平均温差，对热效率是不利的，但是对简化设备却是有利的，因压缩水比压缩水汽混合物方便得多，此外，采用了过热蒸汽.蒸汽在过热区的加热是定压加热但并不是定温加热（6-1).采用过热蒸汽则增大了循环的平均温差，并使乏汽的干度也提高，这些都是有利的T现今各种较复杂的蒸汽动力循环都是在朗肯循环的基础上予以改进得到的
8 ◆水蒸气朗肯循环与水蒸气的卡诺循环主要不同之处 在于乏汽的凝结是完全的，乏汽完全液化为水，而不 是水汽混合物。 ◆完全凝结使循环中多一段水的加热过程 4-5, 减小了 循环平均温差, 对热效率是不利的，但是对简化设备 却是有利的,因压缩水比压缩水汽混合物方便得多。 ◆此外，采用了过热蒸汽,蒸汽在过热区的加热是定压 加热但并不是定 温加热( 6-1).采用过热蒸汽则增大了 循环的平均温差,并使乏汽的干度也提高,这些都是有 利的. 水蒸气朗肯循环与水蒸气的卡诺循环 现今各种较复杂的蒸汽动力循环都是 在朗肯循环的基础上予以改进得到的
TA朗肯循环的热效率PyWnet92n.6q1q1SWnet = Wt,T -Wt,p3(2)1Wtr =h -h c,(T-T2)OmnsWtp = hy -hs水蒸气非理想气体Wnet =(h -h)-(h4 -h)q1= h -h4_ 2_ (h -h)-(h4 -h)W1netnth -hsq1q1q2 h -h, 2c,(T, -T,)2 T(ss-s2)11111111911
9 朗肯循环的热效率 net 2 t 1 1 1 w q q q = = − w h h h h net 1 2 4 3 = − − − ( ) ( ) ( ) 2 2 3 T2 T3 q h h c = − = p − = − T s s s 3 2 ( ) q1 = h1 − h4 ( 1 2 4 3 ) ( ) net 2 t 1 1 1 4 1 w q h h h h q q h h −−− = = − = − w w w net t,T t,P = − w h h c T T t,T 1 2 1 2 = − = − p ( ) w h h t,P 4 3 = − ? ? ? 水蒸气非理想气体
TWWtTMTnet若忽略水泵功（占汽轮机作功2%）同时近似取h4~h3，则3(2')h-h2.h-h,福nt1h -h.h -h,Omns耗汽率（steamrate）及耗汽量理想耗汽率(idealsteamrate)do1理想可逆条件下装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量D1d.kg/J,工程上用kg/(kWh)Ph -h?d.D11d内部功耗汽率Ph -h.nr(h -h)nrac10
10 w w t,P t,T 若忽略水泵功（占汽轮机作功2%）， 同时近似取h4h3，则 1 2 1 2 t 1 3 1 2' h h h h h h h h − − = = − − 耗汽率(steam rate)及耗汽量 理想耗汽率(ideal steam rate) d0 —理想可逆条件下装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 0 1 2 1 i D d P h h = = − kg/J, kg/ kW h ( ) 工程上用 内部功耗汽率 w w net t,T 0 1 2, 1 2 1 1 ( ) i act T T D d d P h h h h = = = = − −