水蒸气的热力性质与蒸汽动力循环29113.pptx

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1、第九章 水蒸气的热力性质和蒸汽动力循环9-1 水蒸气的饱和状态n n汽化汽化 液体转变为汽体的过程液体转变为汽体的过程n n液化液化 蒸汽或气体转变为液体的过程蒸汽或气体转变为液体的过程n n蒸发蒸发 液体表面在任何温度进行的缓慢汽过程液体表面在任何温度进行的缓慢汽过程 n n饱和状态是汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和状态是汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和状态是汽化和液化达到动态平衡共存的状态饱和状态是汽化和液化达到动态平衡共存的状态 液化的微观机制液化的微观机制 汽化的微观机制汽化的微观机制 演示图图 9-1 9-1 图图 9-2 9-2n n饱和的含义、饱和水、饱和水蒸气饱和的含义

2、、饱和水、饱和水蒸气n n湿饱和蒸汽（湿蒸汽）n n干饱和蒸汽n n过热水蒸汽n n过冷水或未饱和水n n饱和压力ps、饱和温度ts9-1 水蒸气的饱和状态n n饱和温度与饱和压力的对应关系饱和温度与饱和压力的对应关系n n一定的饱和温度总是对应着一定的饱和压力n n一定的饱和压力总是对应着一定的饱和温度n n饱和温度愈高，饱和压力也愈高n n实验测出饱和温度与饱和压力的关系 如图如图9-29-2中曲线中曲线ACAC所示所示9-1 水蒸气的饱和状态n n饱和温度与饱和压力的对应关系饱和温度与饱和压力的对应关系 适用范围适用范围n n温度温度t t t t C C 时，液相不可能存在，而只可能气

3、时，液相不可能存在，而只可能气 相，相，t t C C 称为临界温度。称为临界温度。n n与临界温度相对应的饱和压力与临界温度相对应的饱和压力p pC C称为临界压力称为临界压力n n临界温度是最高的饱和温度。临界温度是最高的饱和温度。临界压力是最高的饱和压力。临界压力是最高的饱和压力。9-1 水蒸气的饱和状态n n临界状态（临界点）临界状态（临界点）n n由临界温度和临界压力确定的状态就是临 界状态。n n临界状态是汽液两相模糊不清不易区分的 状态。n n临界状态也是最高的饱和状态。9-1 水蒸气的饱和状态演示n n水（或水蒸气）的临界参数值为水（或水蒸气）的临界参数值为：9-1 水蒸气的饱

4、和状态n n三相点三相点n n压力压力p pp pp pc c）便不再有）便不再有 水的定压汽化过程水的定压汽化过程。9-3 水蒸气图表n n水蒸气热力性质图结构特征口诀水蒸气热力性质图结构特征口诀 “一一一一 点点点点 连连连连 双双双双 线线线线 三三三三 区区区区 五五五五 态态态态 含含含含”n n一点一点 临界点临界点n n双线双线 饱和水线、饱和水蒸气线饱和水线、饱和水蒸气线n n三区三区 未饱和水区、饱和蒸汽（湿蒸汽、两相）区、未饱和水区、饱和蒸汽（湿蒸汽、两相）区、过热水蒸气区过热水蒸气区 n n五态五态 未饱和水态、饱和水态、湿蒸汽态、饱和水蒸未饱和水态、饱和水态、湿蒸汽态、

5、饱和水蒸 汽态、过热水蒸气态汽态、过热水蒸气态9-3 水蒸气图表n n水蒸气图中不同区域内的不同定值线的形水蒸气图中不同区域内的不同定值线的形状是由于内在的物理特性决定的状是由于内在的物理特性决定的。n n水的压缩性很小，压容图中，定温线处于下界线左边的水的压缩性很小，压容图中，定温线处于下界线左边的线段是很陡的，几乎是垂直线段线段是很陡的，几乎是垂直线段。这说明水在定温压缩这说明水在定温压缩时，即使压力提高很多，比体积的减小也是不显著的时，即使压力提高很多，比体积的减小也是不显著的。n n水的压缩性很小，定熵消耗的功很少，即使压力提高很水的压缩性很小，定熵消耗的功很少，即使压力提高很多，热力

6、学能也增加及少，温度几乎没有提高多，热力学能也增加及少，温度几乎没有提高。因此，因此，温熵图中不同压力的定压线处于下界线左边的线段靠得温熵图中不同压力的定压线处于下界线左边的线段靠得很近，并且几乎都和下界线重合在一起很近，并且几乎都和下界线重合在一起。n n在焓熵图中，由于水在定熵压缩后焓的增加也有限，所在焓熵图中，由于水在定熵压缩后焓的增加也有限，所以这些定压预热线段和下界线还是靠得比较近的以这些定压预热线段和下界线还是靠得比较近的。9-3 水蒸气图表n n饱和温度与饱和压力的对应关系及其形状饱和温度与饱和压力的对应关系及其形状n n在饱和区中，定温线同时也是定压线在饱和区中，定温线同时也是

7、定压线n n在定容图中，定温线处于饱和区中的线段是水平在定容图中，定温线处于饱和区中的线段是水平 线段（定压线）线段（定压线）n n在温熵图中，定压线处于饱和区中线段也是水平在温熵图中，定压线处于饱和区中线段也是水平 线段（定温线）线段（定温线）n n在焓熵图中，定压线（定温线）处于饱和区中的在焓熵图中，定压线（定温线）处于饱和区中的 线段是不同斜率的斜直线线段是不同斜率的斜直线9-3 水蒸气图表n n在焓熵图中，在焓熵图中，定压线上各点的斜率正好等于各点的温度定压线上各点的斜率正好等于各点的温度n n在饱和区中，由于定压线同时也是定温，压力在饱和区中，由于定压线同时也是定温，压力 不变，相应

8、的饱和温度也不变，因此不变，相应的饱和温度也不变，因此 （9-179-179-179-17）n n定压线的斜率是常数，定压线当然就是直线定压线的斜率是常数，定压线当然就是直线。9-3 水蒸气图表n n在焓熵图中，定压线（定温线）处于饱和区中在焓熵图中，定压线（定温线）处于饱和区中 的线段是直线段的线段是直线段。同时，压力愈高，相应的饱同时，压力愈高，相应的饱 和温度也愈高，定压线的斜率就愈大，在焓熵和温度也愈高，定压线的斜率就愈大，在焓熵 图中也就愈陡。图中也就愈陡。2 2、水蒸气热力性质表、水蒸气热力性质表n n“饱和水与饱和水蒸气性质表”n n“未饱和水与过热水蒸气性质表”9-3 水蒸气图

9、表n n饱和水与饱和水蒸气热力性质表列成两个饱和水与饱和水蒸气热力性质表列成两个n n一个按温度排列，对温度取比较整齐的数值，一个按温度排列，对温度取比较整齐的数值，按次序排列，相应地列出饱和压力以及饱和水按次序排列，相应地列出饱和压力以及饱和水 蒸气的比体积、焓、熵和汽化潜热蒸气的比体积、焓、熵和汽化潜热。n n一个按压力排列，对压力取比较整齐的数值，一个按压力排列，对压力取比较整齐的数值，按次序排列，相应地列出饱和温度以及饱和水按次序排列，相应地列出饱和温度以及饱和水 与饱和水蒸气的比体积、焓、熵和汽化潜热与饱和水蒸气的比体积、焓、熵和汽化潜热。9-3 水蒸气图表n n未饱和水与过热水蒸气

10、热力性质表中，根据不同温度未饱和水与过热水蒸气热力性质表中，根据不同温度 和不同压力，按次序排列（因为温度与压力没有对应和不同压力，按次序排列（因为温度与压力没有对应 关系），相应地列出未饱和水关系），相应地列出未饱和水（粗黑线以上）粗黑线以上）粗黑线以上）粗黑线以上）和过热和过热 水蒸气水蒸气（粗黑线以下）（粗黑线以下）（粗黑线以下）（粗黑线以下）的比体积、焓和熵的比体积、焓和熵。n n按按19851985年第三十届国际水蒸气性质大会通过的骨架表年第三十届国际水蒸气性质大会通过的骨架表 规定，以三相点压力（规定，以三相点压力（611611.66Pa.66Pa）下饱和水的热力学）下饱和水的热力

11、学 能和熵为零能和熵为零。这些图表中的数据均由严家禄教授提供这些图表中的数据均由严家禄教授提供 的水蒸气统一热物性方程计算而得，符合国际骨架表的水蒸气统一热物性方程计算而得，符合国际骨架表 规定的允差要求规定的允差要求。9-3 水蒸气图表9-4 水蒸气的热力过程n n利用图表进行水蒸气热力过程的计算步骤如下：利用图表进行水蒸气热力过程的计算步骤如下：（1 1）将过程画在焓熵图中，以便分析将过程画在焓熵图中，以便分析 （2 2）根据焓熵图）根据焓熵图或热力性质表查出过程始末各状态参数值或热力性质表查出过程始末各状态参数值 将热力学能：将热力学能：演示（3）计算热量（不考虑摩擦）：n n定容过程定

12、容过程（无膨胀功的过程）（无膨胀功的过程）（6-186-186-186-18）n n定压过程定压过程（无技术功的过程）（无技术功的过程）（6-196-196-196-19）n n定温过程定温过程 （6-206-206-206-20）n n定熵过程定熵过程（绝热过程）（绝热过程）（6-216-216-216-21）9-4 水蒸气的热力过程（4 4）计算功（不考虑摩擦）：）计算功（不考虑摩擦）：n n定容过程（无膨胀功的过程）定容过程（无膨胀功的过程）（9-229-229-229-22）（9-239-239-239-23）n n定压过程（无技术功的过程）定压过程（无技术功的过程）（9-249-24

13、9-249-24）（9-259-259-259-25）9-4 水蒸气的热力过程n n定温过程定温过程 （9-269-269-269-26）（9-279-279-279-27）n n定熵过程（绝热过程定熵过程（绝热过程)(9-28 (9-28 (9-28 (9-28）（9-299-299-299-29）9-4 水蒸气的热力过程9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环1 1 1 1、湿蒸汽的卡诺循环及其改进、湿蒸汽的卡诺循环及其改进、湿蒸汽的卡诺循环及其改进、湿蒸汽的卡诺循环及其改进n n湿蒸汽区可以实现卡诺循环湿蒸汽区可以实现卡诺循环湿蒸汽区可以实现卡诺循环湿蒸汽区可以实现卡诺循环。但存在诸多缺点：

14、但存在诸多缺点：但存在诸多缺点：但存在诸多缺点：一、受临界点限制循环的吸热温度不会很高，因此循环热一、受临界点限制循环的吸热温度不会很高，因此循环热 效率较低；效率较低；二、水泵工作在高湿度区，不仅水泵压缩湿蒸汽耗功多，而且稳定性二、水泵工作在高湿度区，不仅水泵压缩湿蒸汽耗功多，而且稳定性 差，压缩效率低；差，压缩效率低；三、蒸汽轮机也在湿度较高的区域工作，不仅湿蒸汽膨胀时速度三角形三、蒸汽轮机也在湿度较高的区域工作，不仅湿蒸汽膨胀时速度三角形会发生畸变，气动性能不好，效率大为降低，而且蒸汽轮机末级叶会发生畸变，气动性能不好，效率大为降低，而且蒸汽轮机末级叶片腐蚀严重，安全性差片腐蚀严重，安全

15、性差。n n改进后的朗肯循环：改进后的朗肯循环：改进后的朗肯循环：改进后的朗肯循环：一、水泵压缩饱和水，降低压缩功耗，提高了压缩效率和工作稳定性一、水泵压缩饱和水，降低压缩功耗，提高了压缩效率和工作稳定性。二、在蒸汽轮机中膨胀的是过热蒸汽，提高了循环吸热温度和蒸汽膨胀二、在蒸汽轮机中膨胀的是过热蒸汽，提高了循环吸热温度和蒸汽膨胀 作功能力，降低了叶片的腐蚀，机组运行安全性增强作功能力，降低了叶片的腐蚀，机组运行安全性增强。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环2 2、基本蒸汽动力循环、基本蒸汽动力循环朗肯循环朗肯循环1 1）朗肯循环蒸汽动力装置构成及工作原理）朗肯循环蒸汽动力装置构成及工作原理

16、n n主要设备 ：蒸汽锅炉蒸汽锅炉 蒸汽轮机蒸汽轮机 凝汽器凝汽器 水泵水泵 （图（图9 96 6）图图 9-6 9-69-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n工作原理工作原理n n来自于给水泵的凝结水在蒸汽锅炉中预热、汽化并过来自于给水泵的凝结水在蒸汽锅炉中预热、汽化并过 热，变成过热水蒸气热，变成过热水蒸气。n n过热水蒸气进入到蒸汽轮机膨胀作功带动发电机发电过热水蒸气进入到蒸汽轮机膨胀作功带动发电机发电 或带动其它原动机工作或带动其它原动机工作。n n蒸汽轮机作功后的乏汽进入到凝汽器凝结放热，放出蒸汽轮机作功后的乏汽进入到凝汽器凝结放热，放出 的凝结热被冷却水带走，凝结水进入给水泵的凝

17、结热被冷却水带走，凝结水进入给水泵。n n给水泵压缩凝结水并将其打入蒸汽锅炉再进行下一个给水泵压缩凝结水并将其打入蒸汽锅炉再进行下一个 循环循环。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环2）简单肯朗循环构成及其在压容图、温熵简单肯朗循环构成及其在压容图、温熵 图和焓熵图上的表示。图和焓熵图上的表示。图图 9-7 9-7 图图9-89-8 图图 9-9 9-99-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n未饱和水在蒸汽锅炉中的定压加热过程未饱和水在蒸汽锅炉中的定压加热过程 （过程（过程 01 01）。来自于给水泵的凝结水在蒸汽锅炉中预热、汽来自于给水泵的凝结水在蒸汽锅炉中预热、汽化并过热，变成过热水蒸气

18、化并过热，变成过热水蒸气。n n每千克蒸汽获得的热量：每千克蒸汽获得的热量：(9-30)(9-30)(9-30)(9-30)n n在图在图9-89-8中中,q q1 1表示为面积表示为面积6017660176。n n在图在图9-99-9中中,q q1 1表示为线段表示为线段a a。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n过热水蒸气在蒸汽轮机中膨胀作功过程过热水蒸气在蒸汽轮机中膨胀作功过程 （过程（过程1212）。从蒸汽锅炉出来的水蒸气（即所谓新汽）进入从蒸汽锅炉出来的水蒸气（即所谓新汽）进入蒸汽轮机膨胀作功蒸汽轮机膨胀作功。认为过程是绝热的认为过程是绝热的。在绝在绝热（定熵）膨胀过程中，水蒸

19、气通过蒸汽轮机热（定熵）膨胀过程中，水蒸气通过蒸汽轮机对外所作的功（技术功）为：对外所作的功（技术功）为：（9-319-319-319-31）n n在图在图9-79-7中，中，w w T T 表示为面积表示为面积4125441254。n n在图在图9-99-9中，中，w w T T 表示为线段表示为线段b b。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n作功后的乏汽在凝结放热过程作功后的乏汽在凝结放热过程 （过程（过程2323）。n n从蒸汽轮机作功后的乏汽进入到凝汽器凝结放从蒸汽轮机作功后的乏汽进入到凝汽器凝结放热，放出的凝结热被冷却水带走热，放出的凝结热被冷却水带走。n n每千克乏汽所放出的

20、热量为：每千克乏汽所放出的热量为：（9-329-329-329-32）在图在图9-89-8中，中，q q2 2 表示为面积表示为面积6327663276。n n在图在图9-99-9中，中，q q2 2 表示为线段表示为线段c c。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n作功后的乏汽在凝结放热过程作功后的乏汽在凝结放热过程 （过程（过程2323）。n n从蒸汽轮机作功后的乏汽进入到凝汽器凝结放从蒸汽轮机作功后的乏汽进入到凝汽器凝结放热，放出的凝结热被冷却水带走热，放出的凝结热被冷却水带走。n n每千克乏汽所放出的热量为：每千克乏汽所放出的热量为：（9-339-339-339-33）n n在图在

21、图9-89-8中，中，q q2 2 表示为面积表示为面积6327663276。n n在图在图9-99-9中，中，q q2 2 表示为线段表示为线段c c。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n循环所作的净功（或循环的净热量）循环所作的净功（或循环的净热量）n n两个定压过程（或者说由两个不作技术功的过程）两个定压过程（或者说由两个不作技术功的过程）和两个绝热过程组成的最简单的蒸汽动力循环，和两个绝热过程组成的最简单的蒸汽动力循环，称为朗肯循环称为朗肯循环。n n每千克工质，每完成一个循环，对外界作出的每千克工质，每完成一个循环，对外界作出的 功为：功为：（9-349-349-349-34）

22、9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n朗肯循环的理论热效率朗肯循环的理论热效率n n考虑给水泵耗功时为考虑给水泵耗功时为 （9-359-359-359-35）n n忽略给水泵耗功时为忽略给水泵耗功时为 （9-369-369-369-36）9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环n n汽耗率汽耗率汽耗率汽耗率 蒸汽轮机每发出一千瓦小时（一度电）功所蒸汽轮机每发出一千瓦小时（一度电）功所 消耗的蒸汽量。消耗的蒸汽量。do=D/No=3600/do=D/No=3600/do=D/No=3600/do=D/No=3600/w w w w T T T T (kg/k w(kg/k w(kg/k w(kg

23、/k w.h)h)h)h)式中式中 D -D -蒸汽总消耗量蒸汽总消耗量 （kg/hkg/hkg/hkg/h）No-No-总功率总功率 （k wk wk wk w）n n热耗率热耗率热耗率热耗率 蒸汽轮机每发出一千瓦小时（一度电）功所蒸汽轮机每发出一千瓦小时（一度电）功所 消耗的热量。消耗的热量。（大卡（大卡（大卡（大卡/k w/k w/k w/k w.h h h h）n n煤耗率煤耗率煤耗率煤耗率 蒸汽轮机每发出一千瓦小时（一度电）功所蒸汽轮机每发出一千瓦小时（一度电）功所 消耗的标煤克数。消耗的标煤克数。（g/k w g/k w g/k w g/k w.h h h h）9-5 基本的蒸汽动

24、力循环 朗肯循环n n火电机组供电平均煤耗：火电机组供电平均煤耗：n n国外 350 g/k w 350 g/k w.h hn n国内 400 g/k w 400 g/k w.h h（97-9897-98年）年）上上 海海 350-360 g/kw 350-360 g/kw.h h 青青 海、海、新新 疆疆 520-800 g/kw 520-800 g/kw.h h 黑黑 龙龙 江江 420-430 g/kw 420-430 g/kw.h h9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环3 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响1 1）新汽温度（初温）新汽温度（初温）新汽温度

25、（初温）新汽温度（初温 T T1 1）的影响）的影响）的影响）的影响假定新汽和乏汽压力保持为假定新汽和乏汽压力保持为 p p1 1 和和 p p2 2 不变，将新汽不变，将新汽的温度从的温度从T T1 1提高到提高到T T11（图（图9-109-10），朗肯循环的平均），朗肯循环的平均吸热温度有所提高（吸热温度有所提高（TmTm1 1TmTm1 1），而平均放热温），而平均放热温度未变，循环的热效率也提高了度未变，循环的热效率也提高了 同时可以降低同时可以降低汽耗率和汽轮机乏汽湿度，减少机组腐蚀。汽耗率和汽轮机乏汽湿度，减少机组腐蚀。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环 图图 9-10 9-1

26、0 图图 9-11 9-119-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环2)2)2)2)新汽的压力（初压新汽的压力（初压新汽的压力（初压新汽的压力（初压 p p p p1 1 1 1 ）的影响）的影响）的影响）的影响 假定新汽温度和乏汽压力保持为假定新汽温度和乏汽压力保持为 T T1 1 和和 p p1 1 不变，将新汽压力由不变，将新汽压力由p p1 1提提 高到高到p p1 1（图（图9-119-11）。通常也能提高朗肯循环的平均吸热温度）。通常也能提高朗肯循环的平均吸热温度 （TTm1 m1 TTm1m1），而平均放热温度不变，因而可以提高循环的热效率。），而平均放热温度不变，因而可以提高循环的

27、热效率。n n需要注意的是，如果单独提高初压会使膨胀终了时乏气的湿度增大需要注意的是，如果单独提高初压会使膨胀终了时乏气的湿度增大 （图（图9-11 9-11 y y，2 2yy2 2）。乏汽湿度过大，不仅影响蒸汽轮机最末几级的）。乏汽湿度过大，不仅影响蒸汽轮机最末几级的 工作效率，而且危及安全。现代大型蒸汽动力装置除了采用疏水和工作效率，而且危及安全。现代大型蒸汽动力装置除了采用疏水和 蒸汽轮机最末几级动叶进汽边背弧硬化处理外，均对湿度加以限制蒸汽轮机最末几级动叶进汽边背弧硬化处理外，均对湿度加以限制n n大型凝汽式机组湿度为大型凝汽式机组湿度为 9-10%9-10%9-10%9-10%，调

28、节抽气式机组湿度为，调节抽气式机组湿度为14%-18%14%-18%14%-18%14%-18%。蒸汽的初温和初压一般都是同时提高的，这样既可避免单独提高初蒸汽的初温和初压一般都是同时提高的，这样既可避免单独提高初压带来的乏汽湿度增大的问题，又可使循环热效率的增长更为显著压带来的乏汽湿度增大的问题，又可使循环热效率的增长更为显著。提高蒸汽的初温和初压一直是蒸汽动力装置的发展方向，现代大型提高蒸汽的初温和初压一直是蒸汽动力装置的发展方向，现代大型蒸汽动力装置蒸汽初温达蒸汽动力装置蒸汽初温达550550。C C，初压超过，初压超过15MPa15MPa。9-5 基本的蒸汽动力循环 朗肯循环3 3 3

29、 3）乏汽的压力（终压乏汽的压力（终压乏汽的压力（终压乏汽的压力（终压 p p2 2 2 2 ）的影响）的影响）的影响）的影响n n假定新汽温度和压力保持为假定新汽温度和压力保持为 T T1 1 和和P P1 1不变，不变，将乏汽压力有将乏汽压力有 p p2 2 降低到降低到p p2 2（图（图 9-129-12），），循环的平均放热温度显著降低了，循环的循环的平均放热温度显著降低了，循环的 平均吸热温度降低很少，因此随着乏汽压平均吸热温度降低很少，因此随着乏汽压 力的降低，朗肯循环的热效率有显著的提力的降低，朗肯循环的热效率有显著的提 高高。n n但是由于乏汽是饱和的，其压力受到相对于该但是

30、由于乏汽是饱和的，其压力受到相对于该 乏汽压力的饱和温度的限制，而乏汽温度也只乏汽压力的饱和温度的限制，而乏汽温度也只 能降低到和天然冷源（大气、海水）的温度相能降低到和天然冷源（大气、海水）的温度相 等，乏汽压力的降低也是有限度的等，乏汽压力的降低也是有限度的。目前大型蒸汽动力装置中蒸汽轮机的乏汽压力目前大型蒸汽动力装置中蒸汽轮机的乏汽压力 p p p p2=2=2=2=0.004 0.004 0.004 0.004 MPaMPaMPaMPa（因为相应的饱和温度为（因为相应的饱和温度为29292929o o o o）已经到了下限已经到了下限。图图 9-12 9-129-6 蒸汽再热循环1、蒸

31、汽再热循环热n n采用蒸汽再热循环也是提高热效率的一个有效采用蒸汽再热循环也是提高热效率的一个有效 措施措施。图图9-139-13表示一个采用再热循环的蒸汽动表示一个采用再热循环的蒸汽动 力装置力装置。过热水蒸气在蒸汽轮机中并不一下子过热水蒸气在蒸汽轮机中并不一下子 膨胀到最低压力，而是先膨胀到某个中间压力，膨胀到最低压力，而是先膨胀到某个中间压力，接着到再热器中再次加热，然后到第二段蒸汽轮接着到再热器中再次加热，然后到第二段蒸汽轮 机中继续膨胀机中继续膨胀。其它过程和朗肯循环相同其它过程和朗肯循环相同。9-6 蒸汽再热循环n n再热循环在温熵图中如图再热循环在温熵图中如图9-149-14所示

32、所示。采用再热循环采用再热循环还可以显著地降低乏汽的湿度（还可以显著地降低乏汽的湿度（yy2 2 y y2 2 ）目前）目前大型超高压蒸汽动力装置几乎都采用再热循环。大型超高压蒸汽动力装置几乎都采用再热循环。图图 9-13 9-13 图图 9-14 9-149-6 蒸汽再热循环n n再热循环的热效率计算如下：再热循环的热效率计算如下：再热循环的热效率计算如下：再热循环的热效率计算如下：(9-37)(9-37)(9-37)(9-37)n n蒸汽再热的温度蒸汽再热的温度T T1 1一般与新蒸汽的温度一般与新蒸汽的温度T T1 1相同或相同或稍低稍低。n n在初压（在初压（p p1 1 ）和终压（）

33、和终压（p p2 2 ）之间再热的中间压）之间再热的中间压力如何选择方为最佳呢？力如何选择方为最佳呢？n n从热力学的角度分析，权衡利弊，将再热压力从热力学的角度分析，权衡利弊，将再热压力选得比热力学意义上的最佳值稍高些，应更为选得比热力学意义上的最佳值稍高些，应更为有利有利。9-6 蒸汽再热循环2 2、抽汽回热肯循环、抽汽回热肯循环n n从卡诺定理对热机的指导原则可知，在循环平均放热温从卡诺定理对热机的指导原则可知，在循环平均放热温度不变的情况下，提高热效率的关键是提高循环的平均度不变的情况下，提高热效率的关键是提高循环的平均吸热温度吸热温度。n n在朗肯循环中，定压吸热过程（图在朗肯循环中

34、，定压吸热过程（图9-89-8中过程中过程 0 1 0 1）的）的平均吸热温度远低于新汽温度，这主要是由于水的预热平均吸热温度远低于新汽温度，这主要是由于水的预热过程温度较低过程温度较低。n n如能设法使吸热过程不包括这一段水的低温预热过程，如能设法使吸热过程不包括这一段水的低温预热过程，那么循环的平均吸热温度将会提高，循环的热效率也就那么循环的平均吸热温度将会提高，循环的热效率也就能相应地得到提高能相应地得到提高。采用抽汽回热来预热给水正是出于采用抽汽回热来预热给水正是出于这种考虑这种考虑。9-6 蒸汽再热循环n n图图9-159-15表示一个采用二次抽汽回热的蒸汽动力装置表示一个采用二次抽

35、汽回热的蒸汽动力装置。这这个抽气循环在温熵图中如图个抽气循环在温熵图中如图9-169-16所示所示。n n从蒸汽轮机的不同中间部位抽出一小部分不同压力的蒸从蒸汽轮机的不同中间部位抽出一小部分不同压力的蒸汽，使它们定压冷却，完全凝结（过程汽，使它们定压冷却，完全凝结（过程aaaa、bbbb）,放出的热量用来预热锅炉给水（过程放出的热量用来预热锅炉给水（过程b”ab”a、c b c b），其余大部分蒸汽在蒸汽轮机中继续膨胀作），其余大部分蒸汽在蒸汽轮机中继续膨胀作功功。n n这样一来，使蒸汽锅炉中的吸热过程变为这样一来，使蒸汽锅炉中的吸热过程变为(a(a”1”1)，提高，提高了吸热平均温度，从而提

36、高了循环的热效率了吸热平均温度，从而提高了循环的热效率。n n抽气回热是提高蒸汽动力装置循环热效率的切实可行和抽气回热是提高蒸汽动力装置循环热效率的切实可行和行之有效的方法，因而几乎所有火力发电厂中的蒸汽动行之有效的方法，因而几乎所有火力发电厂中的蒸汽动力装置都采用这种抽汽的回热循环力装置都采用这种抽汽的回热循环。抽汽次数少则三，抽汽次数少则三，四次，多则五、六次，有的甚至高达七、八次四次，多则五、六次，有的甚至高达七、八次。9-6 蒸汽再热循环 图图 9-15 9-15 图图 9-16 9-169-7 抽汽回热循环n n抽汽量的计算抽汽量的计算抽汽量的计算抽汽量的计算n n根据质量守恒和能量

37、平衡方程，假定进入蒸汽轮根据质量守恒和能量平衡方程，假定进入蒸汽轮机的水蒸气量为机的水蒸气量为1kg;1kg;第一、第二次抽汽量分别为第一、第二次抽汽量分别为 ,则可得（不考虑散热损失）：则可得（不考虑散热损失）：从而解得从而解得 （9-389-38）9-7 抽汽回热循环n n回热循环的热效率为回热循环的热效率为 （9-389-38）多级抽汽回热时各级的抽气压力如何确定才对提高循环多级抽汽回热时各级的抽气压力如何确定才对提高循环热效率最有利，这是一个值得探讨的问题。热效率最有利，这是一个值得探讨的问题。目前有不同的确定方法如焓降分配法、等焓差分配法、目前有不同的确定方法如焓降分配法、等焓差分配

38、法、等温升分配法、等温比分配法等。等温升分配法、等温比分配法等。严家禄教授认为从冷凝器出口温度到锅炉给水温度之间，严家禄教授认为从冷凝器出口温度到锅炉给水温度之间，按最简单的等温升法分配各级回热之温升（即每一级回热按最简单的等温升法分配各级回热之温升（即每一级回热器中水的预热温升相同）即可获得接近最佳的效果。器中水的预热温升相同）即可获得接近最佳的效果。9-8 热电联产循环n n虽然现代化大型蒸汽动力装置，发电效率可达虽然现代化大型蒸汽动力装置，发电效率可达50%50%50%50%左右左右。但是燃料中仍有另一半能量作为废热由凝汽器排向了大但是燃料中仍有另一半能量作为废热由凝汽器排向了大气而损失

39、掉了气而损失掉了。然而，另一方面，生产和生活中需要用然而，另一方面，生产和生活中需要用热的地方，又往另外消耗燃料来生产中、低压力和温度热的地方，又往另外消耗燃料来生产中、低压力和温度的蒸汽直接供给用户，而没有利用蒸汽的作功潜能的蒸汽直接供给用户，而没有利用蒸汽的作功潜能。如果设法将热和电的需要集中由大型热电厂提供，便可以如果设法将热和电的需要集中由大型热电厂提供，便可以有效地提高燃料能量的利用率，这就是热电联的概念有效地提高燃料能量的利用率，这就是热电联的概念n n热电联产是根据热用户的要求，从汽轮机的中间部位抽热电联产是根据热用户的要求，从汽轮机的中间部位抽出所需温度和压力的一部分蒸汽送往热

40、用户出所需温度和压力的一部分蒸汽送往热用户。n n流经汽轮机抽汽口后面的蒸汽量将减少，也减少气轮机流经汽轮机抽汽口后面的蒸汽量将减少，也减少气轮机输出功率，并使循环热效率比不抽汽时有所降低，但是输出功率，并使循环热效率比不抽汽时有所降低，但是由于这时电厂不仅提供了电力，还提供了热能，总的能由于这时电厂不仅提供了电力，还提供了热能，总的能量利用率还是显著提高了量利用率还是显著提高了。9-8 热电联产循环n n热电联产两种方式：背压式汽轮机和调节式机组热电联产两种方式：背压式汽轮机和调节式机组n n背压式汽轮机组用于具有相当规模和稳定需求热用户背压式汽轮机组用于具有相当规模和稳定需求热用户。蒸汽在

41、汽蒸汽在汽轮机中不是一直膨胀到接近环境温度，而是膨胀到某一较高的压力轮机中不是一直膨胀到接近环境温度，而是膨胀到某一较高的压力和温度（例如对于采暖用热，可将汽轮机背压设计为和温度（例如对于采暖用热，可将汽轮机背压设计为0.12MP0.12MP0.12MP0.12MPa a a a 左右，左右，相应的饱和温度为相应的饱和温度为105105。C C左右），然后将汽轮机全部排汽直接提供左右），然后将汽轮机全部排汽直接提供给热用户（图给热用户（图9-179-17、图、图9-18 9-18）。图图图图9-179-179-179-17、图图图图9-189-189-189-189-8 热电联产循环n n背压

42、式汽轮机的优点是能量利用率高背压式汽轮机的优点是能量利用率高。理论上蒸理论上蒸 汽能量的利用率可达汽能量的利用率可达100%100%。n n能量利用率为：能量利用率为：（9-399-399-399-39）n n式中未计及锅炉中的热损失和供热管道等其它式中未计及锅炉中的热损失和供热管道等其它损失，实际的燃料能量利用率约为损失，实际的燃料能量利用率约为70%70%左右左右。9-8 热电联产循环n n调节式机组由于背压式的热电联供，其电产量和热产量的比调节式机组由于背压式的热电联供，其电产量和热产量的比例不能调节，在用热不足时，发点也受限制而使机组不能发挥例不能调节，在用热不足时，发点也受限制而使机

43、组不能发挥应有的效能应有的效能。调节式的热电联可以克服这个缺点，这种方式可调节式的热电联可以克服这个缺点，这种方式可以根据用户在不同时期电热需求的变化灵活地调节输出的电能以根据用户在不同时期电热需求的变化灵活地调节输出的电能和热能（图和热能（图9-209-20）。图图图图9-209-209-209-209-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n算例算例：有一燃油的火力发电厂，按朗肯循环工作有一燃油的火力发电厂，按朗肯循环工作 （参看图参看图 9-21 9-21、9-22 9-22）n n汽轮机的新汽参数汽轮机的新汽参数 p p1 1=13.5 M pa=13.5 M pa

44、、t t1 1=550=550。C C，n n汽轮机的乏汽压力（亦即凝汽汽压力）汽轮机的乏汽压力（亦即凝汽汽压力）p p2 2=0.004 M Pa=0.004 M Pan n汽轮机相对内效率汽轮机相对内效率n n锅炉给水压力（即水泵出口压力）为锅炉给水压力（即水泵出口压力）为 p p4 4=14MPa=14MPan n水泵效率水泵效率n n燃料的高发热量燃料的高发热量 （计及燃烧产物在低温下水蒸气放出的凝结潜热）（计及燃烧产物在低温下水蒸气放出的凝结潜热）n n低发热量低发热量 （燃烧产物在低温下仍为气态，不考虑水蒸气的凝结）（燃烧产物在低温下仍为气态，不考虑水蒸气的凝结）n n锅炉效率锅炉

45、效率9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析图图 9-20 9-20 图图 9-21 9-219-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析1 1、能量分析法、能量分析法a)水泵n n水泵理论上（定熵时）应消耗的功与实际消耗水泵理论上（定熵时）应消耗的功与实际消耗 功的比值为水泵效率：功的比值为水泵效率：n n查得：查得：9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n所以所以n n水泵耗功水泵耗功9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n水泵中进行的绝热过程，没有热量散失，所以水泵中进行的绝热过程，没有热量散失，所以 Q Q

46、LP LP=0=0b)锅炉n n设每消耗设每消耗 1kg 1kg 燃料产生燃料产生 m kgm kg新蒸汽，锅炉效率新蒸汽，锅炉效率n n查得：查得：h h1 1=3463.9kJ/kg,=3463.9kJ/kg,所以所以9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n消耗消耗1 1kgkg燃料产生燃料产生11.1037kg11.1037kg蒸汽，所吸收热量为：蒸汽，所吸收热量为：n n锅炉由于排出温度较高的烟气、不完全燃烧及炉体散锅炉由于排出温度较高的烟气、不完全燃烧及炉体散热等因素造成的热损失总计为热等因素造成的热损失总计为9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火

47、用）分析n n散热等因素的热损失占燃料低发热量的百分率散热等因素的热损失占燃料低发热量的百分率c)汽轮机汽轮机相对内效率为汽轮机相对内效率为n n查得：查得：，所以，所以9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n消耗消耗 1 1 kg kg 燃料汽轮机所作功为燃料汽轮机所作功为n n汽轮机中进行的是绝热过程，没有热量损失汽轮机中进行的是绝热过程，没有热量损失 Q Q L L，T T=0=09-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析d）凝汽器n n乏汽在凝汽器中放出的热量乏汽在凝汽器中放出的热量n n乏汽在凝汽器中放出的热量通过冷却水全部排乏汽在凝汽器中放出

48、的热量通过冷却水全部排放到大气中，成为热损失放到大气中，成为热损失9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n热损失燃料燃料低发热量的百分率为热损失燃料燃料低发热量的百分率为n n总的能量平衡（按每千克燃料计算）：总的能量平衡（按每千克燃料计算）：n n燃料低发热量燃料低发热量 =（水泵、锅炉、汽轮机、凝汽器总的（水泵、锅炉、汽轮机、凝汽器总的 热损失）热损失）+（汽轮机作功水泵所耗功）（汽轮机作功水泵所耗功）n n即即9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n亦即亦即n n以新蒸汽的吸热量以新蒸汽的吸热量Q Q1 1为为100%100%（不包括锅炉的

49、热损（不包括锅炉的热损失），循环热效率为：失），循环热效率为：9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析n n若以燃料低发热量若以燃料低发热量H HV V，L L为为100%100%（包括锅炉的热（包括锅炉的热 损失在内），则循环热效率为损失在内），则循环热效率为n n以燃料的低发热量为以燃料的低发热量为100%100%，将各项热损失及循，将各项热损失及循 环作出的功直观地画在能流图中（图环作出的功直观地画在能流图中（图9-229-22）9-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析 图图 9-22 9-229-9 实际蒸汽动力循环的 能量分析与（火用）（火用）分析

50、2 2、火用火用分析法分析法n n碳氢燃料的碳氢燃料的火用火用火用火用（）与燃料的高发热量）与燃料的高发热量 （）很接）很接 近，对常用的燃料油，可以认为近，对常用的燃料油，可以认为 这就是说，燃料中的化学能在理论这就是说，燃料中的化学能在理论 上（通过可逆的化学反应）绝大部分都能转化为有用功上（通过可逆的化学反应）绝大部分都能转化为有用功。在实际的蒸汽动力装置中，燃料在实际的蒸汽动力装置中，燃料火用火用火用火用在所有的有关过程都在所有的有关过程都 会有不可逆损失会有不可逆损失。分析这些损失在各个相关设备中的分布分析这些损失在各个相关设备中的分布 情况，对改进设备性能，减情况，对改进设备性能，