發(fā)電場動力部分 第二章

第二章水蒸氣及其動力循環(huán)§2.2水蒸氣的典型熱力過程

§2.3水蒸氣動力循環(huán)§2.1水蒸氣的定壓形成過程及圖表應用2—1水蒸氣的定壓形成過程及圖表應用

火電廠鍋爐在正常工作時，大都在定壓或接近定壓的情況下對水加熱，而獲得水蒸氣的。

一水的飽和溫度和飽和壓力1汽化（或蒸發(fā)）指水變成蒸汽的現(xiàn)象。2凝結（或液化）指蒸汽變成水的現(xiàn)象。2.1

水蒸氣的定壓形成過程及圖表應用BACK2.1

水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用

3水的飽和溫度和飽和壓力：當水面壓力為ps時，給水加熱到溫度ts時，水發(fā)生“沸騰”，即水內部產(chǎn)生大量氣泡，這個對應水沸騰的溫度稱為飽和溫度ts，而對應的壓力稱為飽和壓力ps。

4實驗表明，ps和ts二者互成單值函數(shù)關系（參見書上附表1和附表2）2.1

水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用火電廠鍋爐可按照其生產(chǎn)出來的蒸汽的壓力和溫度來劃分類型（見書p77表5—1）

二水蒸汽的定壓形成過程下面將討論的是1kg的水，溫度為0℃，水面壓力為p的水蒸汽形成過程。這與鍋爐中的水蒸汽定壓形成過程相似。圖2—1，將水蒸汽的定壓形成過程分為三個階段：預熱階段，汽化階段和過熱階段。下面我們將整個過程的五個典型狀態(tài)的狀態(tài)特點，進行列表說明。2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用典型狀態(tài)未飽和水飽和水濕蒸汽干蒸汽過熱蒸汽溫度t=0℃t=tst=tst=tst＞ts比容（增大）V0=0.001V′Vxv″v蒸汽干度00＜X＜1X=1熵（增大）0S′SxS″S焓（增大）0h′hxh″h圖2-2PⅠⅠ0Ⅰ′

Ⅰ″Ⅰ2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用表示水蒸氣的定壓形成過程的P-v圖和T-S圖：2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用

在壓力PI下水蒸氣定壓形成過程,可用T-S圖中的I0–I′-I″-I過程線表示，其中I0–I′線表示未飽和水的預熱過程，對應的面積表示1Kg水從0℃定壓加熱到ts所需的熱量，叫做預熱熱q1；I′-I″線表示飽和水的汽化過程，對應的面積表示1Kg飽和水定壓汽化為干蒸汽所需的熱量，叫做汽化潛熱r；I″-I線表示水蒸汽的過熱過程，對應的面積表示1Kg干蒸汽定壓加熱到過熱蒸汽所需的熱量，叫做過熱熱qsu。根據(jù)p19(2-2)式可得：

q1=h′-h0；

r=h″-h′；

qsu=h-h″。2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用三水蒸汽圖表及應用

1水蒸汽表（1）對于飽和水（x=0)和干蒸汽（x=1)，可根據(jù)給出的飽和壓力或飽和溫度從附表Ⅰ或附表Ⅱ查到v,h,s狀態(tài)參數(shù)和汽化潛熱r。（2）對于未飽和水和過熱蒸汽，可根據(jù)給出的壓力和溫度或壓力和另一已知狀態(tài)參數(shù)從附表Ⅲ查到其余狀態(tài)參數(shù)（例子見p19例2-1和p22例2-2）（3）對于濕蒸汽可根據(jù)給出的飽和壓力（或飽和溫度）和干度x，按下列公式計算：比容：vx=(1–x)v′+xv″焓：hx=(1–x)h′+xh″=h′+xr熵：sx=(1–x)s′+xs″（4）各狀態(tài)點的內能可用u=h–pv求得。2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用例：今側得某容器內每10kg水蒸汽中含有0.5kg同溫度的水，并已知容器內的絕對壓力為1.6MPa，試確定此水蒸氣所處的狀態(tài)，并求出它的干度、溫度、比容、焓和熵。解：依題意，水蒸氣的干度為：x=m″/m=(10–0.5)/10=0.95由0<x<1可知水蒸氣處于濕蒸汽狀態(tài)，根據(jù)p=1.6MPa，從附表Ⅰ查得該濕蒸汽對應的其它狀態(tài)參數(shù)：2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用ts=201.37℃；r=1933.6kJ/kgv′=0.0011586m3/kg；v″=0.12368m3/kg；h′=858.6kJ/kg；h″=2792.2kJ/kg；s′=2.3436kJ/kg·k；s″=6.4187kJ/kg·k那么所求蒸汽的比容：vx=(1–x)v′+xv″=0.117（m3/kg）焓：h=h′+xr=2696(kJ/kg)熵：sx=(1–x)s′+xs″=6.2149（kJ/kg·k）2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用2水蒸氣圖（1）T-S圖用途：可直觀地分析蒸汽的熱力過程例：P30習題2解：一在T-S圖上定性描繪：根據(jù)已知的高壓鍋爐的過熱蒸汽壓力pⅠ=10MPa和亞臨界壓力鍋爐的過熱蒸汽壓力pⅡ=17MPa，在同一個T-S圖上分別用I0–I′-I″-I過程線和Ⅱ0–Ⅱ′-Ⅱ″-Ⅱ過程線表示它們的水蒸氣定壓形成過程，然后逐個比較對應的過程線下代表預熱熱、汽化潛熱和過熱熱的面積的大小，可知亞臨界壓力鍋爐的預熱熱和過熱熱比高壓鍋爐的預熱熱和過熱熱大，但汽化潛熱卻比高壓鍋爐的小。2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用二定量計算：1高壓鍋爐由pⅠ=10MPa查附表I得：h′=1408.6kJ/kg；h″=2724.4kJ/kg；r=1315.8kJ/kg。由pⅠ和t2查附表Ⅲ得：h0=946.0kJ/kg由pⅠ和t1查附表Ⅲ得：h=3475.4kJ/kg。預熱熱：ql=h′-h0=462.6（kJ/kg）；汽化潛熱：r=h″-h′=1315.8（kJ/kg）；過熱熱：qsu=h-h″=751.0（kJ/kg）2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用2亞臨界壓力鍋爐同理查表得：h′=1692.45kJ/kg；h″=2548.55kJ/kg；h0=1134kJ/kg；h=3399.05kJ/kg預熱熱：ql=h′-h0=558.45（kJ/kg）；汽化潛熱：r=h″-h′=856.1（kJ/kg）；過熱熱：qsu=h-h″=850.5（kJ/kg）（高壓鍋爐：ql=462.6；r=1315.8；qsu=751.0）2.1水蒸汽的定壓形成過程及圖表應用（2）h–S圖（p18）用途：可用來查取水蒸氣各種狀態(tài)點的狀態(tài)參數(shù)。（參見p19例2-1和p24例2-3），而且可先根據(jù)已知的p,t,s,x,參數(shù)在h-s圖中查到各個焓值，然后利用書p19（2-2）,（2-3）,(2-4)公式計算蒸汽的吸熱量、作功量和熱效率。（參見p24例2-3）在h-s圖上有如下曲線：定干度線，定壓線，定溫線和定容線。2.2水蒸氣的典型熱力過程2—2水蒸氣的典型熱力過程一換熱器內的定壓流動過程火電廠中，每kg工質在鍋爐、過熱器、回熱加熱器等加熱設備中的吸熱量等于工質焓的升高，而工質在凝汽器中放出的熱量等于工質焓的減少。即q=ΔhBACK二汽輪機內的絕熱流動過程每kg工質在汽輪機的作功量wi等于工質的焓降：Wi=h1-h2。(注意：符號wi,wt,ws)每kg水流過水泵消耗的功wp等于工質的焓升：Wp=h2-h1=(p1-p2)v2′（例子見p24例2-3）

三通過噴管的絕熱流動噴管的作用：將工質的熱能轉變?yōu)槠鞯膭幽堋?.2水蒸氣的典型熱力過程噴管出口的工質流速：

(m/s)

(例子見P22例2-2)通過噴管的質量流量：qm=S2c2/v2（kg/s）根據(jù)工質在噴管進出口的壓力比選擇噴管。

四絕熱節(jié)流p21工質節(jié)流前后的狀態(tài)參數(shù)：h1=h2，p1＞p2，s1＜s2工質節(jié)流前后，雖然熱能的數(shù)量不變，但其品位降低了。即作功的能力減少了Δh。2.2水蒸氣的典型熱力過程如p22圖2-8所示，設節(jié)流前的工質和節(jié)流后的工質都分別膨脹作功,壓力降到pb，那么兩者作功量差別為：Δh=（h1-h1b)–(h2-h2b)。2.2水蒸氣的典型熱力過程8

例如，在火電廠中，蒸汽流經(jīng)管道和閥門的節(jié)流，會使其作功能力減少；煙氣和空氣在煙道和風道內的節(jié)流，會使廠用電增加。另外，在火電廠中，利用節(jié)流原理設計的測量表計有：1節(jié)流式測量計，用于測定工質的流量；2節(jié)流式干度計，用于測定濕蒸汽干度。2.2水蒸氣的典型熱力過程2.3水蒸氣動力循環(huán)2—3水蒸氣動力循環(huán)朗肯循環(huán)

1

水蒸氣卡諾循環(huán)由于卡諾循環(huán)的吸熱和放熱過程都是定溫的，因此只能使用飽和蒸汽作質，而不能用過熱蒸汽作工質。BACK2.3水蒸氣動力循環(huán)卡諾循環(huán)的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：比同溫差的其它動力循環(huán)熱效率高。

缺點：1>因只能使用飽和蒸汽作工質，所以循環(huán)的上限溫度受限于臨界溫度，下限溫度受限于環(huán)境溫度，使循環(huán)可利用的溫差范圍不大，熱效率不高。2>水蒸氣膨脹終了狀態(tài)的濕度太大，不利于汽輪機的安全運行。2.3水蒸氣動力循環(huán)3>定溫放熱終了狀態(tài)仍為濕汽，由于比容大，必須采用十分龐大的壓縮機，耗功大；另外要實現(xiàn)汽水兩相混合物的絕熱壓縮，技術上困難大。2水蒸氣的朗肯循環(huán)2.3水蒸氣動力循環(huán)（1）朗肯循環(huán)由如下四個過程組成：1→2過程(在汽輪機膨脹作功wt），2→3過程（在凝汽器放熱q2），3→4過程（由水泵壓縮，消耗功wp），4→5→6→1過程（在鍋爐預熱、汽化、過熱q1）。（2）朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)的不同之處（p23)10(3)朗肯循環(huán)的熱效率ηt工質向外輸出的靜功：wo=wt–wp

=(h1–h2)–wp

或wo=q1–q2工質吸收的總熱量：q1=h1–h4=(h1–h3)–（h4–h3)=(h1–h2′)-wp2.3水蒸氣動力循環(huán)熱效率:式中：h1—汽輪機進汽的焓h2—汽輪機排汽的焓h2′—汽輪機排汽壓力p2下的飽和水焓2.3水蒸氣動力循環(huán)再熱循環(huán)

再熱循環(huán)與朗肯循環(huán)的不同之處是：在鍋爐內增加一個再熱器。其優(yōu)點是：

1>可解決，因過熱蒸汽壓力提高后，使排汽干度過低，而造成汽輪機末級蒸汽濕度過大的困難。因此，壓力在超高壓以上的大中型鍋爐均采用再熱循環(huán)。

2>可提高循環(huán)熱效率。2.3水蒸氣動力循環(huán)三回熱循環(huán)回熱循環(huán)與朗肯循環(huán)的不同之處是：在循環(huán)中增加回熱加熱設備。其優(yōu)點有：1>可提高鍋爐入口水的水溫，從而提高工質在鍋爐內的平均吸熱溫度，使其更接近最高吸熱溫度T1,以達到提高循環(huán)熱效率之目的。2>由于回熱加熱設備所用的抽汽不排到凝汽器里，因此減少了工質在凝汽器的熱量損失(q2)。2.3水蒸氣動力循環(huán)一般超高壓以上的機組采用7~9級回熱（例p155圖9-5）2.3水蒸氣動力循環(huán)

以下內容是對提高郎肯循環(huán)效率的補充和小結第四節(jié)

提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑：

改變蒸汽參數(shù)途徑

改變熱力循環(huán)提高初參數(shù)降低終參數(shù)ts1(p2)提高初溫t1提高初壓p1再熱循環(huán)回熱加熱熱電聯(lián)產(chǎn)第四節(jié)

提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑一、提高初參數(shù)P125所謂初參數(shù)就是汽輪機進口的過熱蒸汽參數(shù)，也稱新蒸汽參數(shù)。1.提高初溫

見圖6-14。優(yōu)點：乏汽中的水珠含量減少，水珠對葉片的腐蝕減輕，水珠對葉片背面的撞擊阻力減小，有利于汽輪機的安全運行。受限條件：金屬材料熱性能的限制循環(huán)熱效率效果不明顯第四節(jié)

提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑一、提高初參數(shù)P1252.提高初壓

見圖6-15。缺點：水珠對葉片的腐蝕加重，對葉片背面的撞擊阻力也增大，不利于汽輪機的安全運行。受限條件：金屬材料強度性能的限制結論：提高初壓的同時，往往提高初溫，提高初溫的主要目的是提高汽輪機排汽干度x。循環(huán)熱效率效果明顯第四節(jié)

提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑二、降低終參數(shù)P125終參數(shù)是指汽輪機排汽口的乏汽參數(shù)。降低終壓的T-s圖見圖6-16。缺點：乏汽干度x減小，不利于汽輪機的安全運行。受限條件：冷卻水的溫度；排氣壓力下降，乏汽比容增大，汽輪機末級葉片長度尺寸增大，使汽輪機尾部尺寸加大。循環(huán)熱效率效果明顯第四節(jié)

提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑三、再熱循環(huán)P126再