《工程熱力學(xué)》(第四版)：11水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)

1、第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)1第十一章第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)11- -1 水蒸氣的水蒸氣的發(fā)生過程發(fā)生過程11- -2 水蒸氣熱力性質(zhì)表和圖水蒸氣熱力性質(zhì)表和圖11- -3 水蒸氣的熱力過程水蒸氣的熱力過程11- -4 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)11- -5 再熱循環(huán)再熱循環(huán)11- -6 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)11- -7 熱電聯(lián)產(chǎn)及蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)及蒸汽- -燃?xì)饴?lián)合循環(huán)燃?xì)饴?lián)合循環(huán)第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)211- -1 水蒸氣的發(fā)生過程水蒸氣的發(fā)生過程 b- -dts飽和水飽和水 ts干飽和水蒸干飽和水蒸汽。汽。v， t和和p均不變均不變。 其間為汽液混合的濕飽和蒸汽。其間

2、為汽液混合的濕飽和蒸汽。 d- -ets干飽和水蒸汽干飽和水蒸汽 t過熱過熱水蒸汽。水蒸汽。t，v。 過熱度過熱度D= t- - ts一、水蒸氣的定壓一、水蒸氣的定壓發(fā)生過程發(fā)生過程 a- -b0.01未飽和水未飽和水ts飽和水飽和水。t，v。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)3二、水蒸氣發(fā)生過程中的能量關(guān)系二、水蒸氣發(fā)生過程中的能量關(guān)系 水蒸氣定壓發(fā)生過程的三個(gè)階段：水蒸氣定壓發(fā)生過程的三個(gè)階段： 水的水的預(yù)熱預(yù)熱未飽和水未飽和水(0.01)飽和水飽和水( (t ts s) )； 水的水的汽化汽化飽和水飽和水( (t ts s) )干飽和水蒸氣干飽和水蒸氣( (t ts s) )； 水蒸氣的水蒸

3、氣的過熱過熱飽和水蒸氣（飽和水蒸氣（t ts s）過熱水蒸氣過熱水蒸氣( (t t) )。 水水的液體熱的液體熱q水水的預(yù)熱過程中，使水由三相點(diǎn)溫度的預(yù)熱過程中，使水由三相點(diǎn)溫度0.01升高到飽和溫度升高到飽和溫度ts所需的熱量。所需的熱量。 定壓預(yù)熱過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系為定壓預(yù)熱過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系為)()(01. 001. 001. 0vvpuuhhq因因vv0.01，所以所以)(01. 001. 0uuhhq 定壓預(yù)熱過程的壓力越高，對(duì)應(yīng)的飽和溫定壓預(yù)熱過程的壓力越高，對(duì)應(yīng)的飽和溫度也越高，水的液體熱就越大。度也越高，水的液體熱就越大。 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)4 熱工計(jì)算僅需計(jì)算熱工

4、計(jì)算僅需計(jì)算h及及u，故可任取某狀態(tài)作為計(jì)算基點(diǎn)。故可任取某狀態(tài)作為計(jì)算基點(diǎn)。規(guī)定水的三相點(diǎn)狀態(tài)規(guī)定水的三相點(diǎn)狀態(tài)u0 kJ/kg 。 一般情況下，對(duì)溫度為一般情況下，對(duì)溫度為0.01時(shí)不同壓力的水，取時(shí)不同壓力的水，取u0.010 kJ/kg。壓力不高時(shí)，對(duì)壓力不高時(shí)，對(duì)0.01時(shí)水，也可取時(shí)水，也可取h0.010 kJ/kg。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)5汽化潛熱汽化潛熱 水的定壓汽化過程中，水的定壓汽化過程中，1kg飽和水汽化成為飽和水汽化成為干飽和水蒸氣所需的熱量稱為干飽和水蒸氣所需的熱量稱為汽化潛熱汽化潛熱L。 汽化過程的壓力越高，汽化潛熱的數(shù)值越小。汽化過程的壓力越高，汽化潛熱的

5、數(shù)值越小。在臨界壓力下，汽化潛熱為零。在臨界壓力下，汽化潛熱為零。 定壓汽化過程中的熱量轉(zhuǎn)換關(guān)系為定壓汽化過程中的熱量轉(zhuǎn)換關(guān)系為 )()(vvpuuhhL LLL定義：定義：內(nèi)汽化潛熱內(nèi)汽化潛熱 汽化潛熱中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)能的部分；汽化潛熱中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)能的部分； 外汽化潛熱外汽化潛熱 用于對(duì)外作功的部分。用于對(duì)外作功的部分。LL則有則有 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)6過熱熱量過熱熱量qhhq 按能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，有按能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，有 顯然，將顯然，將0.01的水加熱變?yōu)檫^熱水蒸氣所需的熱量，等于液的水加熱變?yōu)檫^熱水蒸氣所需的熱量，等于液體熱、汽化潛熱與過熱熱量三者之和。而且整個(gè)水蒸氣定壓發(fā)生過體熱

6、、汽化潛熱與過熱熱量三者之和。而且整個(gè)水蒸氣定壓發(fā)生過程及各個(gè)階段中的加熱量，均可程及各個(gè)階段中的加熱量，均可用水和水蒸氣的焓值變化來計(jì)算用水和水蒸氣的焓值變化來計(jì)算。 定壓過熱過程中所需的熱量。定壓過熱過程中所需的熱量。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)7三、水蒸氣三、水蒸氣的的p- -v圖和圖和T- -s圖圖 在在p- -v圖和圖和T- -s圖上，連接各定壓線上所有開始汽化的各點(diǎn)，形圖上，連接各定壓線上所有開始汽化的各點(diǎn)，形成下界線成下界線BC(飽和水線飽和水線)。連接各定壓線上所有汽化完畢的各點(diǎn)，。連接各定壓線上所有汽化完畢的各點(diǎn)，形成上界線形成上界線AC(干飽和水蒸氣線干飽和水蒸氣線)。

7、臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)C 飽和水狀態(tài)與干飽和蒸汽狀態(tài)重合點(diǎn)，為水、飽和水狀態(tài)與干飽和蒸汽狀態(tài)重合點(diǎn)，為水、汽不分的狀態(tài)。水蒸氣的臨界參數(shù)為汽不分的狀態(tài)。水蒸氣的臨界參數(shù)為tc374.15 , pc22.120MPa , vc0.00317m3/kg 下界線和上界線在臨界點(diǎn)下界線和上界線在臨界點(diǎn)C相交，形成了為飽和曲線相交，形成了為飽和曲線ACB所包所包圍的飽和區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)飽和水和飽和水蒸氣共存，稱為濕飽和蒸圍的飽和區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)飽和水和飽和水蒸氣共存，稱為濕飽和蒸汽，因此飽和區(qū)又稱為濕蒸汽汽，因此飽和區(qū)又稱為濕蒸汽區(qū)。區(qū)。 當(dāng)壓力高于臨界壓力當(dāng)壓力高于臨界壓力pc時(shí)，時(shí)，便不再發(fā)生水的定壓汽化過程。便

8、不再發(fā)生水的定壓汽化過程。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)8水蒸氣相變圖線的分析水蒸氣相變圖線的分析 上、下界線表明了水汽化的始末界線，二者統(tǒng)稱飽和曲線，上、下界線表明了水汽化的始末界線，二者統(tǒng)稱飽和曲線，它將它將p- -v圖和圖和T- -s圖分圖分為三個(gè)區(qū)域：液態(tài)區(qū)為三個(gè)區(qū)域：液態(tài)區(qū)( (下界線左側(cè)下界線左側(cè)) )、濕蒸汽、濕蒸汽區(qū)區(qū)( (飽和曲線內(nèi)飽和曲線內(nèi)) )、汽態(tài)區(qū)、汽態(tài)區(qū)( (上界線右側(cè)上界線右側(cè)) )。 常把壓力高于臨界點(diǎn)的臨界溫度線作為常把壓力高于臨界點(diǎn)的臨界溫度線作為“永久永久”氣體與液體的氣體與液體的分界線。分界線。 水蒸氣的相變圖線，可以總結(jié)為一點(diǎn)水蒸氣的相變圖線，可以總結(jié)

9、為一點(diǎn)( (臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)) )、二線、二線( (上界線、上界線、下界線下界線) )、三區(qū)、三區(qū)( (液態(tài)區(qū)、液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、氣態(tài)區(qū)濕蒸汽區(qū)、氣態(tài)區(qū)) )和五和五態(tài)態(tài)( (未飽和水狀態(tài)、飽和未飽和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕飽和蒸汽狀水狀態(tài)、濕飽和蒸汽狀態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)、態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)、過熱蒸汽狀態(tài)過熱蒸汽狀態(tài)) ) 。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)9四、水蒸氣的飽和狀態(tài)四、水蒸氣的飽和狀態(tài) 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)飽和區(qū)內(nèi)，飽和水和飽和水蒸氣共存的平衡狀態(tài)。飽和區(qū)內(nèi)，飽和水和飽和水蒸氣共存的平衡狀態(tài)。 飽和狀態(tài)下，飽和水與飽和水蒸氣的平衡是飽和狀態(tài)下，飽和水與飽和水蒸氣的平衡是動(dòng)態(tài)的平衡動(dòng)態(tài)的平衡。

10、 飽和溫度與飽和壓力關(guān)系確定。飽和溫度與飽和壓力關(guān)系確定。壓力壓力飽和溫度飽和溫度。如：。如： p0.010 8 kPa時(shí)時(shí) t ts s0 p101.325 kPa時(shí)時(shí) t ts s100 t ts s和和p ps s之間的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定。之間的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定。 飽和區(qū)內(nèi)濕飽和蒸汽的溫度飽和區(qū)內(nèi)濕飽和蒸汽的溫度t ts s與壓力與壓力p ps s具有一定的函數(shù)關(guān)系，具有一定的函數(shù)關(guān)系，所以兩者只能作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。要確定濕飽和蒸汽的狀態(tài)，還需所以兩者只能作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。要確定濕飽和蒸汽的狀態(tài)，還需另一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一般采用另一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一般采用“干度干度”作為參數(shù)，但也

11、可以是其他的作為參數(shù)，但也可以是其他的狀態(tài)參數(shù)，如焓、熵、比體積中的任何一個(gè)。狀態(tài)參數(shù)，如焓、熵、比體積中的任何一個(gè)。 干度干度x 濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，即wvvmmmx，第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)10 UUUx HHHx SSSx VVVx )()1 (uuxuuxuxux xLhhhxhhxhxhx )()1 ()()1 (ssxssxsxsx )()1 (vvxvvxvxvx 濕飽和蒸汽是干飽和蒸汽與飽和水的混合物，其熱力學(xué)能、焓、濕飽和蒸汽是干飽和蒸汽與飽和水的混合物，其熱力學(xué)能、焓、熵及容積可表示為熵及容積可表示為引入干度的關(guān)系式，

12、可得引入干度的關(guān)系式，可得 即干度即干度x確定時(shí)確定時(shí)，可用飽和水及干飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)，求得濕飽，可用飽和水及干飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)，求得濕飽和蒸汽相應(yīng)狀態(tài)的參數(shù)。和蒸汽相應(yīng)狀態(tài)的參數(shù)。 飽和狀態(tài)下狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算飽和狀態(tài)下狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算，第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)1111- -2 水蒸氣熱力性質(zhì)表和圖水蒸氣熱力性質(zhì)表和圖p0.611 2 kPa， v0.001 000 22 m3/kgT273.16 K在此狀態(tài)下在此狀態(tài)下 kJ/kg， kJ/(kg K)而其焓值為而其焓值為 0 kJ/kg+0.611 2 kPa0.001 000 22 m3/kg 0.000 611 kJ/kg0 kJ

13、/kg 工程中不需計(jì)算水蒸氣工程中不需計(jì)算水蒸氣u、h、s的絕對(duì)值，只需確定其變量，的絕對(duì)值，只需確定其變量，因此可任選一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。因此可任選一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。國際會(huì)議規(guī)定，水蒸氣熱力性質(zhì)表圖的國際會(huì)議規(guī)定，水蒸氣熱力性質(zhì)表圖的編編制制以三相點(diǎn)狀態(tài)的液相水為基準(zhǔn)點(diǎn)。以三相點(diǎn)狀態(tài)的液相水為基準(zhǔn)點(diǎn)。 水的三相點(diǎn)水的三相點(diǎn)的參數(shù)為的參數(shù)為 水蒸氣熱力性質(zhì)復(fù)雜，有關(guān)水蒸氣的各種工程計(jì)算，常依賴各水蒸氣熱力性質(zhì)復(fù)雜，有關(guān)水蒸氣的各種工程計(jì)算，常依賴各種專用的水蒸氣熱力性質(zhì)表和相應(yīng)的圖線。種專用的水蒸氣熱力性質(zhì)表和相應(yīng)的圖線。001. 0u001. 0spvuh01. 001. 0第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)

14、12常用水蒸氣熱力性質(zhì)表常用水蒸氣熱力性質(zhì)表 未飽和水及過熱蒸汽表未飽和水及過熱蒸汽表：按溫度、壓力分別作為行、列，列出：按溫度、壓力分別作為行、列，列出比體積、焓和熵的數(shù)值。利用該表可按給定的任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)，比體積、焓和熵的數(shù)值。利用該表可按給定的任意兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)，確定該狀態(tài)下的其他三個(gè)參數(shù)。確定該狀態(tài)下的其他三個(gè)參數(shù)。 飽飽和水及干飽和蒸汽表和水及干飽和蒸汽表通常分為：通常分為：按溫度排列按溫度排列；按壓力排按壓力排列列。列出飽和溫度、飽和壓力、飽和水以及干飽和蒸氣的比體積、。列出飽和溫度、飽和壓力、飽和水以及干飽和蒸氣的比體積、焓和熵的數(shù)值。焓和熵的數(shù)值。 利用這兩個(gè)表還可以根據(jù)給定的

15、參數(shù)和干度利用這兩個(gè)表還可以根據(jù)給定的參數(shù)和干度x，確定濕飽和蒸，確定濕飽和蒸汽的各參數(shù)。汽的各參數(shù)。 應(yīng)用水蒸氣熱力性質(zhì)表時(shí)，經(jīng)常需要進(jìn)行插值計(jì)算來確定表列應(yīng)用水蒸氣熱力性質(zhì)表時(shí)，經(jīng)常需要進(jìn)行插值計(jì)算來確定表列兩數(shù)據(jù)中間的數(shù)值。兩數(shù)據(jù)中間的數(shù)值。 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)13 特征點(diǎn)與特征線：特征點(diǎn)與特征線：C臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)，x0線，線，x1線。線。 定壓線定壓線在在h-s圖上呈發(fā)散分布。由圖上呈發(fā)散分布。由Tdsdh-vdp可知，定壓線在可知，定壓線在h-s圖上的斜率為圖上的斜率為Tshp 在飽和區(qū)內(nèi)，在飽和區(qū)內(nèi)，p一定時(shí)一定時(shí)T亦為定值，所以區(qū)內(nèi)的定壓線為一簇斜率不亦為定值，所以區(qū)

16、內(nèi)的定壓線為一簇斜率不同的直線。在過熱區(qū)，隨溫度的增高，定壓線趨于陡峭。同的直線。在過熱區(qū)，隨溫度的增高，定壓線趨于陡峭。 h- -s圖圖 定溫線定溫線飽和區(qū)內(nèi)與定壓線重合，在過熱區(qū)與定壓線自上界線處飽和區(qū)內(nèi)與定壓線重合，在過熱區(qū)與定壓線自上界線處分開后逐漸趨于平坦。即隨分開后逐漸趨于平坦。即隨p蒸汽性質(zhì)趨近理想氣體。蒸汽性質(zhì)趨近理想氣體。 定容線定容線走向與定壓線相同，但比定壓線稍陡。走向與定壓線相同，但比定壓線稍陡。 定干度線定干度線一組干度等于常數(shù)的曲線。一組干度等于常數(shù)的曲線。 x0.5區(qū)域圖線過密，工程中不經(jīng)常使用這部分?jǐn)?shù)據(jù)，區(qū)域圖線過密，工程中不經(jīng)常使用這部分?jǐn)?shù)據(jù)，故通常所用的故通

17、常所用的h- -s圖線不包括這一區(qū)域。圖線不包括這一區(qū)域。 用用h- -s圖確定蒸汽狀態(tài)簡(jiǎn)便、直觀，但讀數(shù)欠準(zhǔn)確。圖確定蒸汽狀態(tài)簡(jiǎn)便、直觀，但讀數(shù)欠準(zhǔn)確。 水蒸氣工程計(jì)算中，應(yīng)用最廣泛的線圖水蒸氣工程計(jì)算中，應(yīng)用最廣泛的線圖 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)1411- -3 水蒸氣的熱力過程水蒸氣的熱力過程 分析水蒸氣熱力過程的分析水蒸氣熱力過程的目的目的確定過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，包確定過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，包括括w、q以及以及u和和h等。因此，需確定狀態(tài)參數(shù)的變化。等。因此，需確定狀態(tài)參數(shù)的變化。 確定過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系的依據(jù)為熱力學(xué)第一定律：確定過程的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系的依據(jù)為熱力學(xué)第一定律：可用水蒸

18、氣表及圖可用水蒸氣表及圖，依照過程的特點(diǎn)來確定各狀態(tài)的參數(shù)依照過程的特點(diǎn)來確定各狀態(tài)的參數(shù)。 212121dvpuq2121dsTq 一、定容過程一、定容過程 v1=v2, ,于是可得于是可得0d2121vpw)()(121122, 121ppvhhuq第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)15 二、定壓過程二、定壓過程 p1=p2, ,于是可得于是可得 )(12121vvpw)(1221hhq 三、定溫過程三、定溫過程 T1=T2, ,于是可得于是可得 四、定熵過程四、定熵過程 s1=s2, ,于是可得于是可得 2, 12121uqw)()()(112212121vpvphhssT)(12121ss

19、Tq )()(1122122121vpvphhuuw021q第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)1611- -4 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置的主要熱力設(shè)備：蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、給水簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置的主要熱力設(shè)備：蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、給水泵和冷凝器。泵和冷凝器。 水在鍋爐中吸收熱量形成過熱蒸汽。過熱蒸汽被送至汽輪機(jī)絕水在鍋爐中吸收熱量形成過熱蒸汽。過熱蒸汽被送至汽輪機(jī)絕熱膨脹作功。作功后的乏汽被送至冷凝器內(nèi)凝結(jié)成水。再由給水泵熱膨脹作功。作功后的乏汽被送至冷凝器內(nèi)凝結(jié)成水。再由給水泵加壓后送回鍋爐加熱而完成一個(gè)循環(huán)。加壓后送回鍋爐加熱而完成一個(gè)循環(huán)。 蒸汽動(dòng)力裝置理想循環(huán)的組成：蒸汽動(dòng)力裝置理想循

20、環(huán)的組成：0- -1為定壓為定壓吸熱過程；吸熱過程；1- -2為絕熱膨脹過程；為絕熱膨脹過程；2- -3為為定壓放定壓放熱過程；熱過程；3- -4為為絕熱加壓過程。絕熱加壓過程。 該循環(huán)稱為該循環(huán)稱為朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)( (簡(jiǎn)單蒸簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)汽動(dòng)力裝置循環(huán)) )。 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)17朗肯循環(huán)熱效率分析朗肯循環(huán)熱效率分析 0-1過程過程，工質(zhì)吸熱：，工質(zhì)吸熱： q1h1h0 2-3過程，工質(zhì)放熱：過程，工質(zhì)放熱：322hhq 絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程1-2，工質(zhì)在汽輪機(jī)中所作的軸功為，工質(zhì)在汽輪機(jī)中所作的軸功為 (ws,T)1-2h1h2 絕熱加壓過程絕熱加壓過程3-0，給

21、水泵消耗的軸功為，給水泵消耗的軸功為3003ps,)(hhw 循環(huán)凈功：循環(huán)凈功： )()()()(302103ps,21Ts,0hhhhwww 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)18朗肯循環(huán)熱效率朗肯循環(huán)熱效率因此，有因此，有01302110t)()(hhhhhhqw0)(3003ps,hhw3121121Ts,t)(hhhhqw水泵的耗功約為汽輪機(jī)軸功的水泵的耗功約為汽輪機(jī)軸功的2%，可忽略，即可忽略，即則循環(huán)熱效率可近似表示為則循環(huán)熱效率可近似表示為 定壓吸熱過程定壓吸熱過程0- -1中，工質(zhì)的吸熱量為中，工質(zhì)的吸熱量為q1h1h0 循環(huán)凈功為汽輪機(jī)軸功和水泵耗功之差，即循環(huán)凈功為汽輪機(jī)軸功

22、和水泵耗功之差，即 )()()()(302103ps,21Ts,0hhhhwww第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)19一、一、提高蒸汽初溫對(duì)熱效率的影響提高蒸汽初溫對(duì)熱效率的影響 設(shè)初壓設(shè)初壓p1、乏汽壓力、乏汽壓力p2不變。不變。 蒸汽的初溫由蒸汽的初溫由T1 平均加熱溫度提高，即平均加熱溫度提高，即 Tm1。 放熱過程放熱過程 - -3與原過程與原過程2- -3的放熱溫度的放熱溫度T2相同相同。 于是，由等效卡諾循環(huán)熱效率公式于是，由等效卡諾循環(huán)熱效率公式t1(T2/Tm1)可知，蒸汽可知，蒸汽初溫由初溫由T1提高到提高到 時(shí)，朗肯循環(huán)時(shí)，朗肯循環(huán)熱效率提高熱效率提高。 蒸汽初溫提高時(shí)，如蒸汽

23、初壓不變，膨脹終狀態(tài)蒸汽初溫提高時(shí)，如蒸汽初壓不變，膨脹終狀態(tài) 比原狀態(tài)比原狀態(tài)2的的干度大，即乏汽中含有的水分減少，這利于減少汽輪機(jī)內(nèi)部的功耗干度大，即乏汽中含有的水分減少，這利于減少汽輪機(jī)內(nèi)部的功耗散，也利于汽輪機(jī)葉片工作條件的改善。另外，為提高蒸汽初溫，散，也利于汽輪機(jī)葉片工作條件的改善。另外，為提高蒸汽初溫，要求鍋爐過熱器要求鍋爐過熱器材料具有較好的耐熱性材料具有較好的耐熱性。T1T1mT122第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)20二、二、提高蒸汽初壓對(duì)熱效率的影響提高蒸汽初壓對(duì)熱效率的影響 設(shè)初溫設(shè)初溫T1及乏汽的壓力及乏汽的壓力p2不變。不變。 蒸汽初壓由蒸汽初壓由p1提高到提高到 平

24、均加熱溫度提高，平均加熱溫度提高，即即 Tm1。 放熱過程放熱過程 - -3和原過程和原過程2- -3放熱溫度放熱溫度T2相同相同。 于是，根據(jù)等效卡諾循環(huán)的熱效率公式于是，根據(jù)等效卡諾循環(huán)的熱效率公式t1(T2/Tm1)可知，可知，提高蒸汽初壓提高蒸汽初壓 可使朗肯循環(huán)的可使朗肯循環(huán)的熱效率提高熱效率提高。 蒸汽初壓提高時(shí)，如蒸汽初溫不變，則膨脹終了狀態(tài)蒸汽初壓提高時(shí)，如蒸汽初溫不變，則膨脹終了狀態(tài) 比原狀比原狀態(tài)態(tài)2的干度小，即乏汽中的水分增加，這會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部的的干度小，即乏汽中的水分增加，這會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部的耗散耗散增加增加。當(dāng)水分過多時(shí)，由于水滴的沖擊，汽輪機(jī)葉片表面受破壞，。當(dāng)水

25、分過多時(shí)，由于水滴的沖擊，汽輪機(jī)葉片表面受破壞，甚至引起葉片振動(dòng)，甚至引起葉片振動(dòng)，影響葉片使用壽命影響葉片使用壽命。因此，。因此，一般同時(shí)提高蒸汽一般同時(shí)提高蒸汽的初溫及初壓的初溫及初壓，保證既能提高熱效率，又能使汽輪機(jī)內(nèi)部具有良好，保證既能提高熱效率，又能使汽輪機(jī)內(nèi)部具有良好的工作條件。的工作條件。 p1T1m2p12第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)21三、降低乏汽壓力對(duì)熱效率的影響三、降低乏汽壓力對(duì)熱效率的影響 設(shè)初溫設(shè)初溫T1及初壓力及初壓力p1不變。不變。 乏汽壓力乏汽壓力p2與乏汽壓力相應(yīng)的飽和溫度與乏汽壓力相應(yīng)的飽和溫度放熱過程放熱過程 - - 比原過程比原過程2- -3有更低的放

26、熱溫度，即有更低的放熱溫度，即 T2。雖這時(shí)加熱過程的起雖這時(shí)加熱過程的起點(diǎn)點(diǎn)T0也降低為也降低為 ，但它對(duì)整個(gè)加熱過程的平均加熱溫度影響很小。但它對(duì)整個(gè)加熱過程的平均加熱溫度影響很小。 因而，由等效卡諾循環(huán)熱效率公式可知，因而，由等效卡諾循環(huán)熱效率公式可知，乏汽壓力乏汽壓力p2朗肯朗肯循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率。 乏汽凝結(jié)溫度主要取決于自然環(huán)境中冷卻介乏汽凝結(jié)溫度主要取決于自然環(huán)境中冷卻介質(zhì)溫度。當(dāng)乏汽凝結(jié)溫度降低到質(zhì)溫度。當(dāng)乏汽凝結(jié)溫度降低到28時(shí)，乏汽的時(shí)，乏汽的壓力相應(yīng)地降低為壓力相應(yīng)地降低為0.0039MPa左右。左右。32T2T0第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)2211- -5 再熱循環(huán)再

27、熱循環(huán) 工作過程：工作過程：蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功而壓力降低到某個(gè)中間壓蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹作功而壓力降低到某個(gè)中間壓力時(shí)，將蒸汽從汽輪機(jī)引出，送至再熱器重新加熱，使蒸汽溫度再力時(shí)，將蒸汽從汽輪機(jī)引出，送至再熱器重新加熱，使蒸汽溫度再次達(dá)到較高溫度，然后送回汽輪機(jī)低壓汽缸，進(jìn)一步膨脹作功。次達(dá)到較高溫度，然后送回汽輪機(jī)低壓汽缸，進(jìn)一步膨脹作功。 再熱可提高循環(huán)的平均加熱溫度，進(jìn)而提高循環(huán)熱效率再熱可提高循環(huán)的平均加熱溫度，進(jìn)而提高循環(huán)熱效率 。 再熱循環(huán)的組成：再熱循環(huán)的組成：0-1為為定壓吸熱；定壓吸熱；1-a為為絕熱膨脹；絕熱膨脹；a- 為為定定壓再熱；壓再熱； - 為為絕熱膨脹；絕熱膨脹；

28、 -3為為定壓放熱；定壓放熱；3-0為為絕熱加壓。絕熱加壓。 要使整個(gè)加熱過程的平均加熱溫度比沒有再熱時(shí)高，應(yīng)該使過要使整個(gè)加熱過程的平均加熱溫度比沒有再熱時(shí)高，應(yīng)該使過程程a- 的平均加熱溫度高于過程的平均加熱溫度高于過程0-1的平均加熱溫度。即的平均加熱溫度。即a點(diǎn)的溫點(diǎn)的溫度不宜過低。當(dāng)再熱過度不宜過低。當(dāng)再熱過程程a- 的平均加熱溫度的平均加熱溫度高于加熱過程高于加熱過程0-1的平的平均加熱溫度時(shí)，循環(huán)均加熱溫度時(shí)，循環(huán)平平均加熱溫度得以提高均加熱溫度得以提高 ，熱效率也提高。熱效率也提高。211112第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)23)()(11013212tahhhhhhqq)()

29、()()(11012232tahhhhhhhh再熱循環(huán)的熱效率再熱循環(huán)的熱效率0132t1hhhh0132122hhhhhhhha對(duì)比朗肯循環(huán)熱效率對(duì)比朗肯循環(huán)熱效率可見，只有當(dāng)可見，只有當(dāng) 時(shí)（即循環(huán)時(shí)（即循環(huán)a-1-2-2-a的熱效率大的熱效率大于朗肯循環(huán)的熱效率），再熱循環(huán)才具有比朗肯循環(huán)高的熱效率。于朗肯循環(huán)的熱效率），再熱循環(huán)才具有比朗肯循環(huán)高的熱效率?？杀硎緸榭杀硎緸?將其改寫為將其改寫為 采用再熱措施時(shí)，乏汽采用再熱措施時(shí)，乏汽干度顯著提高干度顯著提高。因此在一定蒸汽初溫條。因此在一定蒸汽初溫條件下，采用再熱循環(huán)件下，采用再熱循環(huán)可應(yīng)用更高的蒸汽初壓可應(yīng)用更高的蒸汽初壓，使熱效率

30、進(jìn)一步提高。，使熱效率進(jìn)一步提高?，F(xiàn)代蒸汽動(dòng)力裝置中，初壓高于現(xiàn)代蒸汽動(dòng)力裝置中，初壓高于13MPa的大型裝置都采用再熱措施。的大型裝置都采用再熱措施。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)2411- -6 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 當(dāng)蒸汽在汽輪機(jī)中經(jīng)初步膨脹作功而壓力降低到某個(gè)中間壓力當(dāng)蒸汽在汽輪機(jī)中經(jīng)初步膨脹作功而壓力降低到某個(gè)中間壓力時(shí)，從中抽出少量蒸汽送至回?zé)崞髯骰責(zé)嵊?，其余蒸汽繼續(xù)在汽輪時(shí)，從中抽出少量蒸汽送至回?zé)崞髯骰責(zé)嵊茫溆嗾羝^續(xù)在汽輪機(jī)中膨脹到乏汽壓力作出軸功。當(dāng)乏汽在冷凝器中凝結(jié)成水后用水機(jī)中膨脹到乏汽壓力作出軸功。當(dāng)乏汽在冷凝器中凝結(jié)成水后用水泵加壓到等于中間抽汽的壓力，送入回?zé)崞骱蛷?/p>

31、汽輪機(jī)抽出的蒸汽泵加壓到等于中間抽汽的壓力，送入回?zé)崞骱蛷钠啓C(jī)抽出的蒸汽 采采用回?zé)岬姆椒商岣哐h(huán)的平均加熱溫度，達(dá)到提高熱效率用回?zé)岬姆椒商岣哐h(huán)的平均加熱溫度，達(dá)到提高熱效率的目的。的目的。 從從汽輪機(jī)中抽取適當(dāng)膨脹后的蒸汽，用于預(yù)熱鍋爐給水，使鍋汽輪機(jī)中抽取適當(dāng)膨脹后的蒸汽，用于預(yù)熱鍋爐給水，使鍋爐中水的加熱過程從較高的溫度開始，使平均加熱溫度增高爐中水的加熱過程從較高的溫度開始，使平均加熱溫度增高 。相接觸，兩者混合回?zé)嵯嘟佑|，兩者混合回?zé)岫纬膳c中間抽汽壓力而形成與中間抽汽壓力相對(duì)應(yīng)的飽和水，最后相對(duì)應(yīng)的飽和水，最后經(jīng)給水泵加壓后重新送經(jīng)給水泵加壓后重新送入鍋爐。入鍋爐。 第十

32、一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)25 3- -0 (1 )kg水的絕熱加壓過程；水的絕熱加壓過程； 0- -11kg水蒸氣的定壓吸熱過程；水蒸氣的定壓吸熱過程； 1- -a 1kg水蒸氣的絕熱膨脹過程；水蒸氣的絕熱膨脹過程； a- -b 從汽輪機(jī)中抽出的從汽輪機(jī)中抽出的kg蒸汽在回?zé)崞髦械亩▔夯責(zé)徇^蒸汽在回?zé)崞髦械亩▔夯責(zé)徇^程；程；回?zé)嵫h(huán)的工作過程回?zé)嵫h(huán)的工作過程 2- -3 (1)kg乏汽的定壓放熱過程；乏汽的定壓放熱過程； 0- -b (1)kg水在回水在回?zé)崞髦械亩▔侯A(yù)熱過程；熱器中的定壓預(yù)熱過程； b- -0回?zé)岷笾匦聟R合回?zé)岷笾匦聟R合的的1kg水的絕熱加壓過程。水的絕熱加壓過程。 a-

33、 -2 抽汽后剩余的抽汽后剩余的(1)kg水蒸氣的絕熱膨脹過程；水蒸氣的絕熱膨脹過程；第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)26抽汽量抽汽量的確定的確定00hhhhab= 回回?zé)嶂袩嶂衚g水蒸氣的放熱量：水蒸氣的放熱量：(1-(1-)kg)kg水在回?zé)崞髦形鼰崃浚核诨責(zé)崞髦形鼰崃浚篞(hahb)Q(1)(hbh0)二者相等，所以有二者相等，所以有 因因hb比比ha小得多，所以小得多，所以是個(gè)很小的數(shù)值。是個(gè)很小的數(shù)值。 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)27抽汽循環(huán)的功量分析抽汽循環(huán)的功量分析 絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程1- -a中，中，1kg水蒸氣所作軸功為水蒸氣所作軸功為 于是，汽輪機(jī)所作軸功為于是，

34、汽輪機(jī)所作軸功為(ws)1- -ah1ha絕熱膨脹過程絕熱膨脹過程a- -2中，中，(1)kg水蒸氣所作的軸功為水蒸氣所作的軸功為 (Ws)a-2(1)(hah2 )Ws,T(h1ha)+(1)(hah2) Ws,T(1)(h1h2)+ (h1ha) 或或第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)28抽汽循環(huán)的熱量分析抽汽循環(huán)的熱量分析)(1 (322hhQp, sT, s21WWQQQ1(1-)(h1h3)+(h1ha)即即 忽略泵功，有忽略泵功，有 T, s21WQQ 定壓放熱過程定壓放熱過程2- -3中為中為(1)kg水水蒸氣所放出的熱量為蒸氣所放出的熱量為 按的能量守恒原理，循環(huán)中有按的能量守恒原

35、理，循環(huán)中有 第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)29回?zé)嵫h(huán)熱效率回?zé)嵫h(huán)熱效率 按按熱效率定義式，可得一級(jí)抽汽回?zé)嵫h(huán)的熱效率為熱效率定義式，可得一級(jí)抽汽回?zé)嵫h(huán)的熱效率為與朗肯循環(huán)熱效率與朗肯循環(huán)熱效率對(duì)比，因?qū)Ρ龋?總為正，總為正，故抽汽回?zé)嵫h(huán)的熱效率高于朗肯循故抽汽回?zé)嵫h(huán)的熱效率高于朗肯循)()(1 ()(1 (111313212tahhhhhhQQ1)(1ahh即即 環(huán)的熱效率。環(huán)的熱效率。1)()(113132tahhhhhh3132t1hhhh第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)3011- -7 熱電聯(lián)產(chǎn)及蒸汽熱電聯(lián)產(chǎn)及蒸汽- -燃?xì)饴?lián)合循環(huán)燃?xì)饴?lián)合循環(huán) 熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)同時(shí)

36、供電又供熱的熱力循環(huán)。同時(shí)供電又供熱的熱力循環(huán)。 背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)蒸汽動(dòng)力裝置中，裝設(shè)背壓式汽輪機(jī)。蒸汽動(dòng)力裝置中，裝設(shè)背壓式汽輪機(jī)。 調(diào)節(jié)抽汽式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)調(diào)節(jié)抽汽式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)蒸汽動(dòng)力裝置中，蒸汽動(dòng)力裝置中，裝設(shè)裝設(shè)調(diào)節(jié)抽汽調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)。式汽輪機(jī)。 蒸汽蒸汽- -燃?xì)饴?lián)合循環(huán)燃?xì)饴?lián)合循環(huán)利用蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)和燃?xì)鈩?dòng)力裝利用蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)和燃?xì)鈩?dòng)力裝置循環(huán)的各自特性，擴(kuò)大熱力循環(huán)的工作溫度范圍，達(dá)到提高循環(huán)置循環(huán)的各自特性，擴(kuò)大熱力循環(huán)的工作溫度范圍，達(dá)到提高循環(huán)熱效率的目的。熱效率的目的。 一般蒸汽動(dòng)力裝置的冷凝過程中，乏汽向冷卻水放出大量的熱一般蒸汽動(dòng)力裝置的冷

37、凝過程中，乏汽向冷卻水放出大量的熱量，占其在鍋爐中所吸收熱量的量，占其在鍋爐中所吸收熱量的50%以上。同時(shí)，由于溫度低，這以上。同時(shí)，由于溫度低，這部分熱量難以利用。提高汽輪機(jī)排汽壓力，其溫度也得以提高，使部分熱量難以利用。提高汽輪機(jī)排汽壓力，其溫度也得以提高，使得汽輪機(jī)的排汽可用于生產(chǎn)和生活用熱；此外，在汽輪機(jī)中作了一得汽輪機(jī)的排汽可用于生產(chǎn)和生活用熱；此外，在汽輪機(jī)中作了一定數(shù)量功的蒸汽也可作為生產(chǎn)和生活的供熱熱源。這些措施大大提定數(shù)量功的蒸汽也可作為生產(chǎn)和生活的供熱熱源。這些措施大大提高了熱力系統(tǒng)的高了熱力系統(tǒng)的熱能利用效率熱能利用效率。第十一章 水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)31一、背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)一、背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán) 背壓式汽輪機(jī)：排汽壓力高于大氣壓力。背壓式汽輪機(jī)：排汽壓力高于大氣壓力。 由于汽輪機(jī)排汽壓力的提高，汽輪機(jī)輸出功量相應(yīng)減少，所以由于汽輪機(jī)排汽壓力的提高，汽輪機(jī)輸出功量相應(yīng)減少，所以相同蒸汽初溫和初壓條件下，相同蒸汽初溫和初壓條件下，背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)1- -2- -3- -0- -1循環(huán)循環(huán)熱效率熱效率低于低于凝汽式蒸汽動(dòng)力循環(huán)凝汽式蒸汽動(dòng)力循環(huán)1- -2- -3- -0- -1的循環(huán)熱