上海交通大学：《热力系统设计与实践 Design and Practice of Thermodynamic System》课程教学资源（2017课件）第17-19讲 蒸气动力循环分析 Vapor Power Cycles

2 第10章 蒸气动力循环 (Vapor Power Cycles) 上游充通大粤 2017年3月31日星期五 2 HANGHAI JLAO TONG UNIVERSIT

2017年3月31日星期五 2 2 第 10 章 蒸气动力循环 (Vapor Power Cycles)

3 §10-1简单蒸汽动力装置循环一郎肯循环 (Rankine cycle)(回顾) Steam generator Electric Combustion Stack power gas cleanup Turbine Coal Air Steam Cooling Generator tower Condenser Ash Condensate Cooling water 蒸汽电厂示意图 图 上游充通大学 2017年3月31日星期五 3 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 3 3 蒸汽电厂示意图 §10-1 简单蒸汽动力装置循环—郎肯循环 (Rankine cycle)（回顾）

4 一蒸汽 凝结水给水 冷却水（江河水） 空气 给水 输煤皮带 热蒸汽 除氧器 包 补给水 锅炉 煤 水箱 水冷壁 冷 省煤器 烟 壁 热空 汽轮机 发电机 高压加热器 空气预热器 肉 热空气 誉 主变压 低压加热 机 除尘器 引风机 给水 细 至灰场 排粉 风 空气 风机 凝结水泵 冷却水 冲灰沟 灰渣泵 循环水泵 蒸汽电厂示意图 上游充通大 2017年3月31日星期五 4 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 4 4 蒸汽电厂示意图

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。 上游充通大学 2017年3月31日星期五 5 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 5 5 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

6 水蒸气的卡诺循环 T Vc 水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 1)温限小； 2)膨胀末端x太小： 3)压缩两相物质的困难： 所以，实际并不实行卡诺循环。 上游通大学 2017年3月31日星期五 6 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 6 6 水蒸气的卡诺循环 水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 1）温限小； 2）膨胀末端x太小； 3）压缩两相物质的困难； 所以，实际并不实行卡诺循环

7 一.郎肯循环简介 a)流程图 W12 91 汽轮机 h b)p-v,T-s 2 及h-s图 冷凝器 水泵 3 冷却水 上游充通大学 2017年3月31日星期五 7 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 7 7 一.郎肯循环简介 a）流程图 b）p-v，T-s 及h-s图

8 c)朗肯循环的热效率 n,=c=1-2 T 91 Wnet =Wi.T -Wi.p 5 wi.r =h-h2 cp(T-T2) Wi.p =hs-hs S Whct =(h-h2)-(ha-hs) 92=h-h?c(T2-T3) ?T,(S3-S2) 4=h-hn,="避=1-=（h-h)-(么-么) 941 91 h-ha 上游气通大粤 2017年3月31日星期五 8 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 8 8 c）朗肯循环的热效率 net 2 1 1 1 t w q q q     w h h h h net 1 2 4 3           2 2 3 T2 T3 q h h c    p    3 2 T s s  s  q1  h1  h4  1 2 4 3    net 2 1 1 1 4 1 t w q h h h h q q h h        w w w net , ,   t T t p   , 1 2 T1 T2 w h h c t T    p  wt, p  h4  h3 ? ? ?

9 WLP <<WIT →Wner≈W,.I 若忽略水泵功，同时近似取h4≈h3,则 h-h2h-h2 h-hs h-h2 d)耗汽率(steam rate)及耗汽量 理想耗汽率(ideal steam rate)d, 一装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 do=h-h kg小，工程上用kg(kWh) 耗汽量D,=dR --P功率，W 上游充通大学 2017年3月31日星期五 9 HANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 9 9 w w w w t p t T net t T , , ,    若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则 1 2' 1 2 1 3 1 2 h h h h h h h h t        d）耗汽率(steam rate)及耗汽量 理想耗汽率(ideal steam rate) d0 —装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量 0 1 2 1 d h h     kg/J, kg/ kW h      工程上用 耗汽量 D d P P 0 0 0 0    功率,W

10 二、初参数对朗肯循环热效率的影响 1.初温t1 1今1 T T1个T2不变 or循环123561 =循环123561+循环11221 1g0 7112,21>77123561 S h个 上游充通大粤 2017年3月31日星期五 10 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 10 10 二、初参数对朗肯循环热效率的影响 1.初温t1 T T 1 2   不变 or 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21 t  t1 1t 2t 2 1 t123561 t  1  1t

11 2.初压力p1 1今1p T1个，T2不变→n,个 但x,下降且p太高造成强度问题 0.46 T 0.44 P2 t1=550℃ 0.42 41=500℃ 2p 0.40 4400℃ 2t 1g0 0.-38 S (p2=0.04X105Pa) 0.36 30 6090 120 150180210 P/Pa (×1.01325X105) 上游充通大学 2017年3月31日星期五 11 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY

2017年3月31日星期五 11 11 2.初压力p1 T T 1 2   , 不变 但x t  2下降且p太高造成强度问题 1  1p