发电厂热力设备及系统蒸汽动力循环学习课件

1、系统内部各点状态参数不随时 间变化的流动系统。 2 1 QH+ 2 sh m cmg zW sh W 工质为单位质量 2 1 + 2 sh qhcg zw 焓： H=U+PV 比焓: hu+pv ：轴功 牛牛文库文档分享 六、稳定流动能量方程式的应 用 1.叶轮式机械 蒸汽轮机 12st hhww 通常忽略不计进出口的动能差、 位能差及系统向外散发热量，可得： 2 1 + 2 sh qhcg zw 牛牛文库文档分享 sh21 whhq 2.压气机，水泵类 通常忽略不计进出口的动能差、 位能差，可得： 2 1 + 2 sh qhcg zw 牛牛文库文档分享 3.3.换热器（锅炉、加热器等）换热器

2、（锅炉、加热器等） 2 1 + 2 sh qhcg zw 交换热量: Wsh=0，若忽略动能差、位能差可得: 21 4312mm qhhqhh 2HQ1 11342 hhqhhq mm 牛牛文库文档分享 4.节流 与外界交换热量忽略不计q=0，忽略动能差、位能差，与外界无功量交换： 2 0hhh或 2 1 + 2 sh qhcg zw 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 三、卡诺循环和卡诺定理 牛牛文库文档分享 重要结论： （1） 效率 只取决于 、 ，提高 和降低 都可以提高热效率； （2） 循环效率小于1： （3） 当 = 时 ， =0，所以借助单一热源连续做功的机器是制造不 出来的。 c

3、 2 T 1 T 1 T 2 T 1 T 2 T c 1 2 1 T T c 牛牛文库文档分享 结论： 在同样的两个温度不同的热源间工作的热机，以在同样的两个温度不同的热源间工作的热机，以可逆热机热效率最大可逆热机热效率最大，不可逆热机的热效率小于可逆，不可逆热机的热效率小于可逆 热机热机, ,它指出了在两个温度不同的热源间工作的热机热效率的最高极限值。它指出了在两个温度不同的热源间工作的热机热效率的最高极限值。 卡诺定理 牛牛文库文档分享 1、工质易获得、不污染环境、应用广泛、工质易获得、不污染环境、应用广泛 一、学习的意义及任务一、学习的意义及任务 发电发电 供热供热 吸收制冷吸收制冷 2

4、、其热力性质有代表性、其热力性质有代表性 、h、u、p、v、t等等参数求解不能按理想气体处理参数求解不能按理想气体处理 二、几个概念二、几个概念 汽汽 化化液相变气相的过程，汽化速度取决于液体的液相变气相的过程，汽化速度取决于液体的温度温度 凝凝 结结气相变液相的过程，凝结速度取决于蒸汽的分气相变液相的过程，凝结速度取决于蒸汽的分压力压力 牛牛文库文档分享 蒸发在液体表面进行的汽化过程。 沸腾在液体表面及内部同时进行的汽化过程 饱和状态在密闭容器内，当汽化速度与凝结速 度相等时的状态。 饱和参数达饱和状态时的参数。如Ps、Ts 。 Ps与Ts是单调增的关系，即 f(ps)=f(ts) 饱和蒸汽

5、达饱和状态时的蒸汽 饱和液体达饱和状态时的液体 三、水蒸汽的定压生成过程 1、水蒸气的定压生成过程 牛牛文库文档分享 s tt 2 2、汽化潜热(r) 在某一压力下，饱和液体定压加在某一压力下，饱和液体定压加 热成干饱和蒸汽所吸收的热量。单位：热成干饱和蒸汽所吸收的热量。单位：(kJ/kg)(kJ/kg) s tt s tt s tt s tt 未饱和水未饱和水饱和水饱和水湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽干饱和蒸汽干饱和蒸汽 过热水蒸汽过热水蒸汽 牛牛文库文档分享 将将0.010.01C C的纯水，在某一压力下定压加热，使之由未饱和水的纯水，在某一压力下定压加热，使之由未饱和水 变为过热蒸汽，并且记录下不

6、同温度时的变为过热蒸汽，并且记录下不同温度时的v v（尤其关注饱和湿（尤其关注饱和湿 蒸汽的始、终点）热量蒸汽的始、终点）热量QQ等，便可在等，便可在p-vp-v图和图和T-sT-s图上得到一条图上得到一条 等压曲线。例如下图中曲线等压曲线。例如下图中曲线1 11 11 1线。线。 改变压力，重复上面的过程便得到一系列这样改变压力，重复上面的过程便得到一系列这样 的曲线如的曲线如2222等。等。 将这些不同压力下的饱和水状态点（下饱和点）将这些不同压力下的饱和水状态点（下饱和点） 联结，再将不同压力下的干饱和蒸汽点（上饱和点）联结，再将不同压力下的干饱和蒸汽点（上饱和点） 联结，便得到联结，便

7、得到p-v图上的曲线图上的曲线1 C1。 C点点 临界点（任何物质其临界点是唯一的）。临界点（任何物质其临界点是唯一的）。 CA线线 饱和液态线（下界线）饱和液态线（下界线） CB 线线干饱和蒸汽线（上界线）。干饱和蒸汽线（上界线）。 将有关参数整理也可在将有关参数整理也可在T-s图上绘出不同压力下的一系列曲线图上绘出不同压力下的一系列曲线 牛牛文库文档分享 C 20 10 C 2 1 2 2 x 1 x 1 1 1 x 1 2 2 x 2 x x c T c p c T T A B B 20 10 A 牛牛文库文档分享 答：因为液体几乎是不可压缩的，因此不同压力下答：因为液体几乎是不可压缩的

8、，因此不同压力下 处于处于0 0C C的水的比容几乎是相等的。的水的比容几乎是相等的。 C 20 10 C 2 1 2 2x 1x 1 1 1x1 2 2x2 x x c T c p c T T A B B 2 0 1 0 A 牛牛文库文档分享 对于水：对于水： 22.06422.064a a；t tc c=373.99373.99 牛牛文库文档分享 湿饱和蒸汽中所含的干饱和蒸汽的质量成分，即湿饱和蒸汽中所含的干饱和蒸汽的质量成分，即 vv vl mm x mmm （1-x1-x）则是饱和水的质量成分）则是饱和水的质量成分 对于干度为对于干度为x x的湿蒸汽的状态参数的湿蒸汽的状态参数 )1

9、( )1 ( )1 ( sxxss hxxhh vxxvv 牛牛文库文档分享 由于水蒸气不能视为理想气体，故有关理想气体的状由于水蒸气不能视为理想气体，故有关理想气体的状 态方程均不能使用，为工程上使用方便，将水蒸气的状态方程均不能使用，为工程上使用方便，将水蒸气的状 态参数制成图表。态参数制成图表。 牛牛文库文档分享 将纯水的三相点作为基点，并规定此点的将纯水的三相点作为基点，并规定此点的u=0u=0， s=0 s=0 。由于纯水的三相点是唯一的，且国际上均选用这。由于纯水的三相点是唯一的，且国际上均选用这 个零点，故各国绘制的图表就可以通用，便于国际交流。个零点，故各国绘制的图表就可以通用

10、，便于国际交流。 00 3 000 0.0006112MPa;273.16K; =0.00100022m /kg;0kJ/kg;0kJ/(kg K) pT vus 水的三相点参数为：水的三相点参数为： 根据焓的定义根据焓的定义, ,可求出焓可求出焓 6-3 000 0 00.006112 0.00100022 1010 =0.000614kJ/kg0kJ/kg hup v 所以工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。所以工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。 牛牛文库文档分享 由于规定了零点，故不同压力、温度时的由于规定了零点，故不同压力、温度时的u u，h,h,， s s值便是唯一确定

11、的值便是唯一确定的. . a a）按温度编排，见附表）按温度编排，见附表2-12-1 b b）按压力编排，见附表）按压力编排，见附表2-22-2 c) c) 按温度编排，见附表按温度编排，见附表2-32-3 查查未饱和水及过热水蒸气参数未饱和水及过热水蒸气参数 查饱和查饱和 参数参数 牛牛文库文档分享 用附表用附表2-3， 查取时需查取时需同时知道同时知道p,t方可确定方可确定 其他状态参数其他状态参数(粗实线以上为未饱和水，粗实粗实线以上为未饱和水，粗实 线以下为过热蒸汽线以下为过热蒸汽) 用表用表2-1，表，表2-2只需知道只需知道Ps、Ts中一个中一个便可读便可读 得其余所有装状态参数如

12、得其余所有装状态参数如 v,v,h,h,r,S,s等等 牛牛文库文档分享 hx= h (1-x)+ h x Sx = s (1-x)+ s x vx = v (1-x)+ v x 各种表中均未给出各种表中均未给出u的值，它必须通过公式的值，它必须通过公式 u=h-pv进行计算进行计算 此区域不能直接自任何表中读出，需此区域不能直接自任何表中读出，需由由ps 或或Ts及干度及干度x进行计算进行计算。其公式为：。其公式为： 牛牛文库文档分享 例例 饱和蒸汽的温度为饱和蒸汽的温度为t ts=130s=130，求，求p ps s，v v， v v，h h，h h，r r，s s，s s。 求解时查附表

13、求解时查附表2-1即可。即可。 求解时查附表求解时查附表2-2即可。即可。 例例 求求0.9MPa下干饱和蒸汽的参数。下干饱和蒸汽的参数。 牛牛文库文档分享 则：则：h = hh = h（1-x1-x）+ h+ h”x x v=v v=v（1-x1-x）+ v+ v”x x s=s s=s（1-x1-x）+ s+ s”x x u=h-pv u=h-pv 例例 求求t=130，x=0.3的湿饱和蒸汽的的湿饱和蒸汽的 h、v、u、s值值 解：查附表解：查附表1得：得： h、h、v、v、s、s、ps 牛牛文库文档分享 解：查解：查附表附表2-32-3知知: :此时水为过热蒸汽，且此时水为过热蒸汽，且

14、 h=3704.5kJ/kg h=3704.5kJ/kg s=9.0979 kJ/kg s=9.0979 kJ/kg v=4.028mv=4.028m3 3/kg/kg 例例 确定确定t=600 p=0.1MPa 时水的状态，时水的状态， 并求并求h,s,u 所以所以 u= h-pv=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kgu= h-pv=3704.5-100 x4.028=3301.7kJ/kg 牛牛文库文档分享 C v vp p 牛牛文库文档分享 过热区由p，v，T中两个参数直接查取出其他参数 两相区中由p，v，T之一及x两个参数直接查取其 他的参数 能量方程能量方程 u

15、=h-pvu=h-pv w=pdvw=pdv wwt t=-vdp=-vdp q=hq=h2 2-h-h1 1 C v vp p 牛牛文库文档分享 wuq t whq pvuh hq p uqv 2 1 pdvw pvdwt 2 1 2 1 Tdsq 可逆过程可逆过程 求解步骤：求解步骤： 1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。 2）根据过程特征和终态参数查图或表得到其他终态参数。）根据过程特征和终态参数查图或表得到其他终态参数。 3）根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。）根据初、终状态参数求出功、热量以及焓、熵变化量。 牛牛文库

16、文档分享 0 2 1 pdvwv 21 2 1 , ppvvdpw vt 体积功 技术功 121211122212 ppvhhvphvphuuqv 12 2 1 vvppdvw p 0 2 1 , vdpw pt 体积功 技术功 12111222 1212 2 1 12 hhvpuvpu vvpuupdvuuq p p1 x=1 h s 2t2 1 x1 牛牛文库文档分享 2 1 12 ssTTdsqT单位质量热量： 11122212 121212 )( vphvphssT uussTuuqw TT )( 121212, hhssThhqw TTt 体积功： 技术功： 牛牛文库文档分享 )()

17、()( 2221112112 vphvphuuuuqw ss 2112, )(hhhhqw sst 体积功： 技术功： h s p2 p1 t1 1 3 2 21, hhw st 1-21-2可逆过程：可逆过程： 1-31-3不可逆过程：不可逆过程： 31 , hhw st 21 31 , , hh hh w w st st oi 绝热效率（相对内效率）：绝热效率（相对内效率）： 牛牛文库文档分享 求求: (1): (1)进口蒸汽的过热度进口蒸汽的过热度 (2) (2)单位质量蒸汽流经汽轮机对外所作的功。单位质量蒸汽流经汽轮机对外所作的功。 解：解：(1)由进口蒸汽的参数由进口蒸汽的参数P1,

18、t1 查饱和水和饱和蒸汽表可得进口蒸查饱和水和饱和蒸汽表可得进口蒸 汽压力对应的饱和温度汽压力对应的饱和温度ts1, 过热度：过热度：Dt1-ts1 h s 1 2 P1 P2 h2 h 牛牛文库文档分享 (2)由由P1、t1查焓熵图得查焓熵图得 h1,s1的值的值 因因S2=S1, 由由p2、s2查焓熵图可得查焓熵图可得h2 的值的值 21 hhwsh h s 1 2 P1 P2 h2 h 牛牛文库文档分享 本章重点： 一、基本概念： 饱和状态 临界点及参数（P水=221公斤，T=0.01C） 三相点及参数（P=611pa,T=0.01C）、汽化潜热。 vv vl mm x mmm 湿蒸汽的

19、干度湿蒸汽的干度 二、基本特点 Ps=f(ts) 一一对应关系 三、一点，二线，三区，五状态 四、用x及ps（ts)通过查饱和水蒸汽表求u、 h、 s 的步骤、方法 五、h-s图的使用， 用图计算蒸汽热力过程中的能量传递 牛牛文库文档分享 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）目前世界约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。 概述 牛牛文库文档分享 1. 水蒸气的卡诺循环 水蒸气卡诺循环有可能实现，但：水蒸气卡诺循环有

20、可能实现，但： 1 1）温限小）温限小 2 2）膨胀末端）膨胀末端x太小太小 3 3）压缩两相物质的困难）压缩两相物质的困难 二、朗肯循环 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 net2 t 11 1 wq qq net1243 whhhh 322 hhq 411 hhq 1243 net2 t 1114 1 hhhhwq qqhh nett,Tt,P www t,T12 whh t,P43 whh 牛牛文库文档分享 t,Pt,T ww 若忽略水泵功，同时近似取若忽略水泵功，同时近似取h4 h3，则，则 1212 t 1312 hhhh hhhh nett,T ww 牛牛文库文

21、档分享 如果确定了新汽的温度（初温T1 ）、压力（初压 p1）以及乏汽的压力（终压 p2），那么整个朗肯循环也就确定了 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响，也就是指初温、初压和终压对朗肯循环热效率 的影响 牛牛文库文档分享 变热源可逆循环热效率： H L t T T 1 平均放热温度；平均吸热温度 L T H T 牛牛文库文档分享 H L t T T 1 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 假定新汽温度和压力保持假定新汽温度和压力保持( (T T1 1和和p p1 1) )不变，不变， 将乏汽压力由将乏汽压力由 p p2 2 降低到降低到p p2 2 循环的循环的平均放热温度平均放热温度 显著降低

22、显著降低，平均吸热平均吸热 温度降低很少温度降低很少。 因此随着乏汽压力的因此随着乏汽压力的 降低，朗肯循环的降低，朗肯循环的热热 效率有显著的提高效率有显著的提高。 H L t T T 1 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 12act T 12 = T T hhw whh 汽轮机的相对内效率： 不可逆过程熵S 牛牛文库文档分享 汽轮机内部相对效率汽轮机内部相对效率T T（简称汽机效率）（简称汽机效率） t,Tact 12act T t,T12 whh whh 近代大功率汽轮机近代大功率汽轮机T 在在0.92左右左右 设计中，选定设计中，选定T 按按 2act1T12 2T12 1 hhhh

23、 hhh h2act的确定方法：的确定方法： 运行中，测出运行中，测出 p2 及及 x2，按，按 h2act= x2h+ (1- -x2)h 2act112T =()hhhh 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 net1567 whhhh x末上升 t ？ 56311 hhhhq net1567 t 11365 whhhh qhhhh 变热源可逆循环热效率： H L t T T 1 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 新蒸汽进入汽轮机膨胀作功到某新蒸汽进入汽轮机膨胀作功到某 一压力一压力p p5 5时，部分蒸汽时，部分蒸汽akgakg被抽，被抽， 其余（其余（a a）kgkg

24、继续膨胀至背继续膨胀至背 压压p p2 2。 循环吸热量循环吸热量: : q qH Hh h1 1-h-h6 6 循环放热量：循环放热量： q qL L=(1-a)(h=(1-a)(h2 2-h-h3 3)=(1-a)(h)=(1-a)(h2 2-h-h22) ) 忽略水泵功的净功量：忽略水泵功的净功量： w w0 0= =w wT T=(h=(h1 1-h-h5 5)+(1-a)(h)+(1-a)(h5 5-h-h2 2) ) 循环热效率：循环热效率： 61 25510 )(1 ()( hh hhahh q w H t 牛牛文库文档分享 61 25510 )(1 ()( hh hhahh q w H t 循环热效率： 对于混合式回热加热器 645 )1 (hhaah 可得： 25 26 45 46 hh hh hh hh a 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 循环热量利用系数循环热量利用系数 已利用的热量 工质从热源所吸收的热量 循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别；循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性循环热效率没考虑低温热能的可利用性