工程熱力學(xué)教學(xué)課件第十一章蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置

1、第十一章 蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置11-1 簡單蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)朗肯循環(huán)工質(zhì)為水蒸氣的卡諾循環(huán)以蒸汽為工質(zhì)時(shí)原則上可以采用卡諾循環(huán)在實(shí)際的蒸汽動(dòng)力裝置中不采用卡諾循環(huán) 壓縮水和蒸汽的混合物導(dǎo)致壓縮機(jī)工作不穩(wěn)定 循環(huán)局限于飽和區(qū)，熱效率不高 膨脹末期濕蒸汽干度過小，不利于動(dòng)力機(jī)安全第1頁，共44頁。第2頁，共44頁。朗肯循環(huán)及其熱效率朗肯循環(huán) 水在汽鍋中定壓加熱汽化成飽和蒸汽 飽和蒸汽在蒸汽過熱器中定壓吸熱成過熱蒸汽 過熱蒸汽在汽輪機(jī)中絕熱膨脹作功 乏汽在冷凝器中等壓冷凝向冷卻水放熱 凝結(jié)水在給水泵內(nèi)絕熱壓縮再次進(jìn)入鍋爐朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)的不同之處 乏汽完全液化 采用過熱蒸汽第3頁，共44頁。第4頁，共

2、44頁。朗肯循環(huán)的熱效率 1kg新蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)可逆絕熱膨脹作出的技術(shù)功為 乏汽在冷凝器中向冷卻水放出的熱量為 凝結(jié)水流經(jīng)水泵消耗功為 新蒸汽從熱源吸熱量為第5頁，共44頁。 循環(huán)凈功為 循環(huán)凈熱量為 循環(huán)熱效率為第6頁，共44頁。 水泵功的近似值為 可得熱效率的近似式 略去wp簡化為 循環(huán)初壓力p1甚高時(shí)，水泵功約占汽輪機(jī)作功的 2%左右，精確計(jì)算時(shí)不應(yīng)忽略水泵功第7頁，共44頁。蒸汽參數(shù)對(duì)熱效率的影響初溫t1對(duì)熱效率的影響 在相同的初壓及背壓下，提高新蒸汽的溫度可使熱效率增大 提高初溫還可使終態(tài)2的干度x2增大，有利于提高汽輪機(jī)內(nèi)效率和延長汽輪機(jī)的使用壽命 提高初溫受材料耐熱性能的限制，最

3、高蒸汽溫度很少超過600第8頁，共44頁。第9頁，共44頁。初壓p1對(duì)熱效率的影響 在相同的初溫及背壓下，提高初壓可使熱效率增大 提高初壓使乏汽干度降低，引起汽輪機(jī)內(nèi)效率降低并縮短使用壽命，通常不使乏汽干度低于88% 在提高p1的同時(shí)提高t1，可以抵消因提高初壓引起的乏汽干度的降低第10頁，共44頁。第11頁，共44頁。背壓p2對(duì)熱效率的影響 在相同的初溫初壓下降低背壓p2也能使熱效率提高 背壓降低意味著冷凝器內(nèi)飽和溫度t2降低，故受環(huán)境溫度的限制 降低p2若不提高t1也會(huì)引起乏汽干度x2降低，后果與單獨(dú)提高p1類似第12頁，共44頁。第13頁，共44頁。有摩阻的實(shí)際循環(huán)汽輪機(jī)中的摩阻損耗造成

4、不可逆損失，理想循環(huán)中的可逆絕熱過程1-2代之以不可逆絕熱過程1-2act，循環(huán)中q1不變q2增大蒸汽經(jīng)過汽輪機(jī)實(shí)際所作的技術(shù)功為 少作的功等于冷凝器中多排出的熱量 不可逆膨脹作功能力損失由T0sg計(jì)算第14頁，共44頁。第15頁，共44頁。汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率T：汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽實(shí)際作功wt,act與理論功wt的比值，簡稱汽輪機(jī)效率 稱為理想絕熱焓降 大功率汽輪機(jī)的T在0.850.92之間實(shí)際循環(huán)內(nèi)部功wnet,act：每千克蒸汽在實(shí)際工作循環(huán)中作出的循環(huán)凈功第16頁，共44頁。循環(huán)內(nèi)部熱效率i：蒸汽在實(shí)際循環(huán)中所作的循環(huán)凈功與循環(huán)中熱源所供給的熱量的比值考慮軸承等處的機(jī)械損失， m為機(jī)械效率，汽輪

5、機(jī)輸出的有效功，即軸功為 用軸功率表示為 是汽輪機(jī)理想輸出功率，kW D為蒸汽耗量，kg/s第17頁，共44頁。耗汽率d：裝置每輸出單位功量所消耗的蒸汽量 理想耗汽率d0為 以實(shí)際內(nèi)部功率Pi為基準(zhǔn)，則內(nèi)部功耗汽率為 考慮有效功，則有效功耗汽率為第18頁，共44頁。第19頁，共44頁。第20頁，共44頁。第21頁，共44頁。第22頁，共44頁。第23頁，共44頁。第24頁，共44頁。第25頁，共44頁。11-2 再熱循環(huán)再熱循環(huán)新蒸汽膨脹到某一中間壓力后撤出汽輪機(jī)，導(dǎo)入鍋爐中特設(shè)的再熱器或其它換熱設(shè)備中，使之再加熱，然后導(dǎo)入汽輪機(jī)繼續(xù)膨脹到背壓p2再熱循環(huán)熱效率 循環(huán)所作的功（忽略水泵功）為

6、加入的熱量為第26頁，共44頁。第27頁，共44頁。第28頁，共44頁。 熱效率為所取中間壓力較高，則能使t提高，如中間壓力過低，會(huì)使t降低，中間壓力在(20%30%)p1范圍內(nèi)對(duì)提高t的作用最大采用再熱循環(huán)，耗汽率降低，可減輕水泵和冷凝器的負(fù)荷，但投資費(fèi)用增加，管理運(yùn)行復(fù)雜化第29頁，共44頁。11-3 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)利用蒸汽回?zé)釋?duì)水進(jìn)行加熱，消除朗肯循環(huán)中水在較低溫度下吸熱的不利影響，以提高熱效率抽汽回?zé)釓钠啓C(jī)的適當(dāng)部位抽出尚未完全膨脹的壓力、溫度相對(duì)較高的少量蒸汽去加熱低溫冷凝水，這種循環(huán)稱為抽汽回?zé)嵫h(huán)一級(jí)抽汽回?zé)嵫h(huán)第30頁，共44頁。第31頁，共44頁。第32頁，共44頁?；?zé)嵫h(huán)計(jì)算混合式回?zé)崞鞯臒崞胶夥匠虨?忽略水泵功，則 ，可得 循環(huán)凈功為 從熱源吸入的熱量為第33頁，共44頁。第34頁，共44頁。 循環(huán)熱效率 由于 ，代入上式得回?zé)嵫h(huán)工質(zhì)平均吸熱溫度提高，平均放熱溫度不變，故循環(huán)熱效率提高，大于單純朗肯循環(huán)熱效率第35頁，共44頁?；?zé)嵫h(huán)工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負(fù)荷減低，節(jié)省金屬材料由于汽耗率增大，汽輪機(jī)高壓端蒸汽流量增加，低壓端流量減小，有利于解決汽輪機(jī)設(shè)計(jì)問題，提高單機(jī)效率由于進(jìn)入冷凝器的乏汽量減少，可減少冷凝器換熱面積，節(jié)省銅材現(xiàn)代大中型蒸汽動(dòng)力裝置都采