第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环

1、第七章第七章 水蒸气的性质和蒸汽动力循环水蒸气的性质和蒸汽动力循环 第第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环章水蒸气性质和蒸汽动力循环 水蒸气是实际气体的代表水蒸气是实际气体的代表 水蒸气水蒸气 在空气中含量极小，当作理想气体在空气中含量极小，当作理想气体 一般情况下，为实际气体，使用图表一般情况下，为实际气体，使用图表 18世纪，蒸气机的发明，是唯一工质世纪，蒸气机的发明，是唯一工质 直到内燃机发明，才有燃气工质直到内燃机发明，才有燃气工质 目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质目前仍是火力发电、核电、供暖、化工的工质 优点优点: 便宜，易得，无毒，便宜，易得，无毒， 膨胀性能好，传热性能好膨胀性

2、能好，传热性能好 是其它实际气体的代表是其它实际气体的代表 本章主要内容本章主要内容 1. 水蒸汽的饱和状态水蒸汽的饱和状态 3. 水蒸气图表的结构和应用水蒸气图表的结构和应用 4. 水蒸气热力过程水蒸气热力过程 2. 水蒸气的产生过程水蒸气的产生过程 水蒸气水蒸气蒸气蒸气蒸汽蒸汽 7-1 7-1 水蒸气的饱和状态水蒸气的饱和状态 饱和状态：在一定温度下，饱和状态：在一定温度下， 水蒸气压力稳定在某一值，水蒸气压力稳定在某一值， 水蒸气和水处于动态平衡状水蒸气和水处于动态平衡状 态，即饱和状态态，即饱和状态 几个名词几个名词 饱和水：处于饱和状态的水；饱和水：处于饱和状态的水； 饱和蒸汽：饱和

3、状态下的水蒸气饱和蒸汽：饱和状态下的水蒸气 饱和压力：饱和蒸汽的压力饱和压力：饱和蒸汽的压力,ps 饱和温度：饱和蒸汽的温度饱和温度：饱和蒸汽的温度,Ts 饱和压力和饱和温度是对应的，饱和压力和饱和温度是对应的，p-T图图 纯物质的纯物质的p p- -T T相图相图 p p TT 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 临界点临界点临界点临界点 流体流体流体流体 结束 7-1 7-1 水蒸气的饱和状态水蒸气的饱和状态 沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化沸腾：表面和液体内部同时发生的汽化 ( (气体和液体均处在饱和状态下气体和液体均处在饱和状态下)

4、) 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 汽化汽化: 由液态变成气态的物理过程由液态变成气态的物理过程 (不涉及化学变化不涉及化学变化) 蒸发：汽液表面上的汽化蒸发：汽液表面上的汽化 7-1 7-1 饱和状态饱和状态 饱和状态：汽化与凝结的动态平衡饱和状态：汽化与凝结的动态平衡 饱和温度饱和温度Ts 饱和压力饱和压力ps 一一对应一一对应 Ts ps ps=1.01325bar Ts=100 青藏青藏ps=0.6bar Ts=85.95 高压锅高压锅ps=1.6barTs=113.32 临界点临界点 临界点临界点 纯物质的纯物质的p p- -T T相图相图 p p TT

5、 液液 液液 气气 气气 固固 固固 水水一般物质一般物质 三相点三相点 三相点三相点 升华线升华线升华线升华线 凝固线凝固线 凝固线凝固线 汽化线汽化线汽化线汽化线 水的临界点水的临界点 水的临界参数：水的临界参数： 临界温度临界温度Tc：超过它，液态不存在；：超过它，液态不存在； 99.373/14.647KTc MPapc064.22 kgmvc/003106. 0 3 水的水的三相点三相点 当压力低于某值时液相不存在，只有气当压力低于某值时液相不存在，只有气= 固相，该点压力为三相点压力，固相，该点压力为三相点压力，pA，与此，与此 对应的饱和温度为三相温度对应的饱和温度为三相温度TA

6、。 01. 0/16.273KTA MPapc000611659. 0 思考题思考题 没有。没有。t373.99 有有 2. 有没有有没有500C的水的水？ 1. 北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相 3. 有没有有没有-3 纯物质的纯物质的p-T相图相图 的蒸汽的蒸汽？ 4. 一密闭容器内有水的汽液混合物，对其一密闭容器内有水的汽液混合物，对其 加热，是否一定能变成蒸汽？加热，是否一定能变成蒸汽？ 7-2 7-2 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程 t ts v vv = vv = vv v v 未饱和水未饱和水 饱和水饱和水 饱和湿蒸气饱和湿蒸气

7、饱和干蒸气饱和干蒸气 过热蒸气过热蒸气 h hh = hh = hh h h s ss = ss = ss s s 水预热水预热汽化汽化过热过热 a b c d e 水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明 (1) () QUWUpdV Up VUpVH (2) fg 0SSS 只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加 (3) 理想气体理想气体( )hf T 实际气体汽化时，实际气体汽化时，TTs不变，但不变，但h增加增加 hh汽化潜热汽化潜热 (4) 未饱和水未饱和水 过冷度过冷度 s ttt 过冷 过冷水过冷水 过热蒸汽过热蒸汽 过热度过热度 s ttt 过热 水的定压预热过程水的定压

8、预热过程 液体热：液体热：1kg、0的水加热到该压力下的水加热到该压力下 的饱和温度所需的热。的饱和温度所需的热。 dtcq s t p 0 T s 0 a b 273.15K Ts q s 0 hh 水的液体热随压力水的液体热随压力 的提高而增大的提高而增大 q p 0 c pc 压力为p 时饱和 水的焓 压力为p温度为0 时水的焓 饱和水的定压汽化过程饱和水的定压汽化过程 汽化潜热：使汽化潜热：使1kg水在一定压力下完全变水在一定压力下完全变 为相同温度下的饱和水蒸汽所需的热。为相同温度下的饱和水蒸汽所需的热。 T s 0 a b 273.15K Ts q s c d s r )( ssT

9、r s hh 水的汽化潜热随压水的汽化潜热随压 力的提高而减小力的提高而减小 q p 0 pc )( pfr 思考题思考题 教材教材P169： 2. 2 2个名词个名词 湿蒸汽：饱和水和饱和水蒸汽的混合物。 干度：湿蒸汽中饱和水干度：湿蒸汽中饱和水 蒸汽的质量分数，蒸汽的质量分数，x。 湿度：湿蒸汽中饱和水湿度：湿蒸汽中饱和水 的质量分数，的质量分数，y。 wv v mm m x wv w mm m y 饱和水蒸汽 的质量 饱和水的饱和水的 质量质量 湿蒸汽的质量湿蒸汽的质量 1 yx 水蒸气的定压过热过程水蒸气的定压过热过程 过热热量：过热热量：1kg饱和水蒸气在定压下加热饱和水蒸气在定压下

10、加热 为温度为为温度为t的过热水蒸气所需的热。的过热水蒸气所需的热。 T s 0 a b 273.15K Ts q s c d s r e q t t p s dtcq )( s t t p ttc s D，过热度，过热度 hh 压力为压力为p温温 度为度为t 过热过热 水蒸气的焓水蒸气的焓 压力为压力为p温温 度饱和水蒸度饱和水蒸 气的焓气的焓 水和水蒸气状态参数及其图表水和水蒸气状态参数及其图表 状态公理：状态公理：简单可压缩系统，两个独立变量简单可压缩系统，两个独立变量 未饱和水及过热蒸气，一般已知未饱和水及过热蒸气，一般已知p、T即可即可 饱和水和干饱和蒸气，只需确定饱和水和干饱和蒸气

11、，只需确定p或或T 湿饱和蒸气，湿饱和蒸气， p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相 1875年，吉布斯提出了吉布斯相律年，吉布斯提出了吉布斯相律 J.W. 吉布斯吉布斯 Josiah Willard Gibbs (18391903) 美国美国 吉布斯函数吉布斯函数 吉布斯相律吉布斯相律 吉布斯佯谬吉布斯佯谬 吉布斯相律吉布斯相律 无化学反应时，热力系独立参数数目为无化学反应时，热力系独立参数数目为 2Kf 独立强度参数数独立强度参数数 组元数组元数相数相数 对于水对于水1K 单元系单元系 单相单相1f 2 2个（个（ p和和T） 两相两相2f 1 1个（个（ p或或T） 三相三相 3f 0

12、0个（个（ p和和T定值）定值） 四相四相 4f 0不可能不可能 水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数确定的原则确定的原则 1、未饱和水及过热蒸气、未饱和水及过热蒸气 确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T 2、饱和水和干饱和蒸气、饱和水和干饱和蒸气 确定确定p或或T 3、湿饱和蒸气、湿饱和蒸气 除除p或或T外，其它参数与两相比例有关外，其它参数与两相比例有关 两相比例由两相比例由干度干度x确定确定 定义定义 干饱和蒸气干饱和蒸气饱和水饱和水 对干度对干度x的说明：的说明： x = 0 饱和水饱和水x = 1 干饱和蒸气干饱和蒸气 0 x 1 在过冷水和过热蒸汽区域，在过冷

13、水和过热蒸汽区域，x无意义无意义 wv v mm m x 湿饱和蒸汽质量 干饱和蒸汽质量 湿饱和蒸汽区状态参数湿饱和蒸汽区状态参数的确定的确定 如果有如果有1kg湿蒸气，干度为湿蒸气，干度为x, 即有即有xkg 饱和蒸汽，饱和蒸汽，(1-x)kg饱和水。饱和水。 )1 ( )1 ( )1 ( sxxss vxxvv hxxhh 已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度x h ,v ,s YxYxY )1 ( YY YY x h, v, ssvh ,svh, 水和水蒸气表水和水蒸气表 两类水及水蒸气表两类水及水蒸气表 2、未饱和水和过热蒸汽表、未饱和水和过热蒸汽表 1、饱和水和干饱和

14、蒸气表、饱和水和干饱和蒸气表 o / Ct KT / a MPp/kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs 01. 0 100 200 300 16.273000611. 0 00100022. 0 175.2060 .2501 000614. 0 0000. 01562. 9 15.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 7 15.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 6

15、15.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5 kgmv/ 3 kgm v / 3 kgkJ h / kgkJ h / )( / Kkg kJs )( / Kkg kJs o / Ct 982. 6 63.99 88.179 96.310 5 .24840010001. 0208.1298 .251333.291060. 0 2 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 1 4 .20140011274. 06 .76219430. 00 .2777 8 .1315 a MPp/ 0

16、01. 0 1 . 0 0 . 1 100014526. 001800. 06 .14084 .2724 9756. 8 3608. 7 1382. 25847. 6 3616. 36143. 5 kgkJ r / 饱 和 参 数 p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 001000

17、2. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 原则上可任取零点，国际上统一规定。原则上可任取零点，国际上统一规定。 但但 原则上不为原则上不为0， 对水：对水： pvuh 3 m 611.2 0.00100022 a pPv

18、kg 00006. 06 . 0 kg kJ kg J pvuh 表依据表依据1963年第六届国际水和水蒸气会议发表的国年第六届国际水和水蒸气会议发表的国 际骨架表编制，尽管际骨架表编制，尽管IFC（国际公式化委员会）（国际公式化委员会）1967和和 1997年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式，年先后发表了分段拟合的水和水蒸气热力性质公式， 但工程上还主要依靠图表。但工程上还主要依靠图表。 焓、内能、熵零点的规定：焓、内能、熵零点的规定： 0 s0u T16.273水的三相点水的三相点 查表举例（查表举例（1 1） 查表时先要确定在五态中的哪一态。查表时先要确定在五态中的哪一态。 例

19、例.1 已知已知 ：p=1MPa,试确定试确定t=100, 200 各处于哪个状态各处于哪个状态, 各自各自h是多少？是多少？ ts(p)=179.916 t=100 ts, 过热蒸汽过热蒸汽h=2827.3kJ/kg 第第2222次课结束次课结束 查表举例（查表举例（2 2） 已知已知 t=250, 5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸 气所处状态气所处状态? h=? 30.2 m 0.04 kg 5 v t=250 , vvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态 kgmv/00125145. 0 3 kgmv/050112. 0 3 00125145. 0050112. 0 0012

20、5145. 004. 0 vv vv x 793. 0 查表举例（查表举例（2 2） 已知已知 t=250, 5kg 蒸气占有蒸气占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸 气所处状态气所处状态? h=? t=250 , 湿蒸汽状态湿蒸汽状态 793. 0 x kgkJhkgkJh/66.2800,/3 .1085 kgkJhxhxh/58.2445)1 ( 查表举例（查表举例（3 3） 已知已知 t=85, p=0.015MPa , 试确定状态试确定状态? h=? ts=53.9705 , 过热状态过热状态 80 9080 8580 9080 hh hh p=0.015MPa 内插法内插法 p=

21、0.01MPa t=85 kJ 2658.8 kg h 80 9080 8580 9080 hh hh p=0.02MPa t=85 kJ 2657.4 kg h 0.01 0.020.01 0.0150.01 0.020.01 hh hh p=0.015MPa t=85 kJ 2658.1 kg h 饱 和 参 数 p a MP01. 0 a MP02. 0 83.45 s t 1505. 86493. 0 4 .258484.191 676.140010102. 0 s s h h v v 09.60 s t 9092. 78321. 0 6 .260946.251 6515. 70010

22、172. 0 s s h h v v tvhsvhs 0 40 80 60 0010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 0 5 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 0 8310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.15 27.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 8 4 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程 t ts v vv = vv = vv v v 未

23、饱和水未饱和水 饱和水饱和水 饱和湿蒸气饱和湿蒸气 饱和干蒸气饱和干蒸气 过热蒸气过热蒸气 s ss = ss = ss s s 水预热水预热汽化汽化过热过热 a b c d e c p c T c T A B C A C B c TT c TT c pp c pp 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 3 a 3 b 3 d 3 e 3 c 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 2 c 2 a 2 b 2 d 2 e 1 c 1 a 1 b 1 d 1 e1 c 1 a 1 b 1 d 1 e T s p-v图，图，T-s图上的水蒸气定压加热过程图上的水蒸气定压加热过程 p v c p

24、一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态 等压线上饱和态参数等压线上饱和态参数 pts v (bar) vss kJ/(kg.K) 0.0061120.01 0.00100022 206.175 0.09.1562 1.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.3608 5.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.8215 50.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712 221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429 (bar)() bdb d 定压加热线与饱和液线相近的说明定

25、压加热线与饱和液线相近的说明 当忽略液体当忽略液体cp变化，变化， 2 1 ln0 qT sc TT ( , )uf T v 0qdupdv 不同的不同的p，液体近似不可压，液体近似不可压，v不变不变 对每个对每个不变的不变的T 蒸汽动力循环蒸汽动力循环 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝 汽汽 器器 过热器过热器 定压过程定压过程 等熵过程等熵过程 t qhwh t wh 0s （上界线）、饱和液线（下（上界线）、饱和液线（下 qTdsdhvdp p 0 h T s C C p 0 h T s C点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上 气相区：离饱和态越远，

26、越接近于理想气体气相区：离饱和态越远，越接近于理想气体 两相区：两相区：T、p一一对应，一一对应，T 线即线即 p 线线 在在x=0, x=1之间，从之间，从C点出发的等分线点出发的等分线 同理想气体一样，同理想气体一样， v 线比线比 p 线陡线陡 4、定温线、定温线 T 5、等容线、等容线 v 6、等干度线、等干度线x 7-4 水蒸气的热力过程水蒸气的热力过程 任务：任务： 确定初终态参数，确定初终态参数， 计算过程中的功和热计算过程中的功和热 在在p-v、T-s、h-s图上表示图上表示 热力过程：热力过程： p s T v 注意理想气体过程的区别注意理想气体过程的区别 第一定律与第二定律

27、表达式均成立第一定律与第二定律表达式均成立 理想气体特有的性质和表达式不能用理想气体特有的性质和表达式不能用 t qdhw qduw 准静态准静态 wpdv t wvdp 可逆可逆 qTds iso 0ds pvRT ( )uf T ( )hf T 22 p 11 lnln Tp scR Tp pv ccR p 1 k cR k v 1 1 cR k 水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程 q = h wt = 0 3 4 2 p v 1 qhvdp 例：例：锅炉中，水从锅炉中，水从30 ， 4MPa, 定压加热到定压加热到450 q = h2-h1 ts(4MPa)=250.33 锅炉、换热器锅炉

28、、换热器 水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程 例：例：水从水从30 ，4MPa, 定压加热到定压加热到450 q = h2-h1 2 T s h s 2 h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kg h2 h1 1 3 4 1 4 3 =3201.4kJ/kg 水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程 p1 2 p v p2不可逆过程：不可逆过程： 汽轮机、水泵汽轮机、水泵 1 2 可逆过程：可逆过程： s 1 2 1 2 q = 0 t12 whhh 水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程 汽轮机、水泵汽轮机、水泵 q = 0 t12 whh 2 1 2 T s 不可逆过程：不可逆过

29、程： 可逆过程：可逆过程： s t12 whh p1 p2 水蒸气的绝热过程水蒸气的绝热过程 汽轮机、水泵汽轮机、水泵q = 0 t12 whh h s 不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程： s t12 whh p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 透平内效率透平内效率 12 oi 12 hh hh 结束 水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例 h s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 例：汽轮机例：汽轮机 1 4MPap o 1 450 Ct 2 0.005MPap 0.9 oi 求：求： t w 2 h 2 x 1 3330.7kJ/kgh 1 6.9379kJ/kg.

30、Ks 解：由解：由 t1、p1查表查表 21 ss 水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例 h s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 4MPa o 450 C 0.005MPa 求：求： t w 2 h 2 x 21 6.9379kJ/kg.Kss 由由 p2查表查表 2 137.77kJ/kgh 2 2561.2kJ/kgh 2 0.4762kJ/kg.Ks 2 8.3952kJ/kg.Ks 22 2 22 0.8160 ss x ss 水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例 h s p1 p2 2 1 h1 h2 h2 2 4MPa o 450 C 0.005MPa 求：求：

31、t w 2 h 2 x 22222 12115.3kJ/kghx hxh 2 0.8160 x 12 12 t oi t whh hhw 12 1093.9kJ/kg toi whh 21 2236.8kJ/kg t hhw 22 2 22 0.866 hh x hh 水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程 p v 实际设备中很少见实际设备中很少见 T C Tc T 远离饱和远离饱和 线，接近线，接近 于理想气于理想气 体体 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵 7-5 朗肯朗肯(Rankine)循环循环 水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 锅锅 炉炉

32、汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 凝汽器和冷却塔系统图凝汽器和冷却塔系统图 第第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环章水蒸气性质和蒸汽动力循环 冷却塔实体图冷却塔实体图 第第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环章水蒸气性质和蒸汽动力循环 元宝山火电厂元宝山火电厂 第第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环章水蒸气性质和蒸汽动力循环 大型坑口电站大型坑口电站( (陕西韩城电厂陕西韩城电厂) ) 第第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环章水蒸气性质和蒸汽动力循环 德国德国1.35MW1.35MW核电站核电站 第第7章水蒸气性质和蒸汽动力循环章水蒸气性质和蒸汽动力循环 首台国产首台国产2020万千瓦机组万千瓦机

33、组( (辽宁朝阳电厂辽宁朝阳电厂) ) 水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 朗肯循环朗肯循环 1 2 3 0 简化（理想化）：简化（理想化）： 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 30 给水泵给水泵 s 压缩压缩 01 锅炉锅炉 p 吸热吸热 1 3 0 2 p v 朗肯循环朗肯循环pvpv图图 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 30 给水泵给水泵 s 压缩压缩 01 锅炉锅炉 p 吸热吸热 0 32 1 T s h s 1 3 20 朗肯循环朗肯

34、循环TsTs和和hshs图图 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 30 给水泵给水泵 s 压缩压缩01 锅炉锅炉 p 吸热吸热 h s 1 3 20 朗肯循环功和热的朗肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功： 2121 , hhws 凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量： 322 hhq 水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功： 锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量： 3003 , hhws 011 hhq 1 03 ,21 , 1 q ww q w ss net t h s 1 3 20 朗肯循环热效率的朗肯循环热效率的计算计算 一般很小，占一般很小

35、，占 0.81%，忽略，忽略 泵功泵功 01 3021 )()( hh hhhh 01 21 hh hh t 第第2323次课结束次课结束 作业作业:P169 7-2，7-7/7-8选选1 工程上常用汽耗率工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸反映装置经济性，设备尺寸 汽耗率：蒸汽动力装置每输出汽耗率：蒸汽动力装置每输出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kg net 3600 d w 汽耗率的概念汽耗率的概念 net w 的单位是的单位是kJ/kg 1kW=1 kJ/s 朗肯循环朗肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较 s T 6 4 2 1 4 109 87 5 3 q2相同

36、；相同； q1卡诺 卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺 卡诺 朗肯朗肯； ； 等温等温 吸热吸热41难实现难实现 11点点x太小太小,不利于不利于 汽机强度；汽机强度； 12-9两两 相区难压缩；相区难压缩； wnet 卡诺 卡诺小 小 卡诺 卡诺 朗肯朗肯； ； wnet 卡诺 卡诺 wnet 朗肯朗肯 1112 对比同温限对比同温限1234 对比对比5678 对比对比9-10-11-12 思考题思考题 教材教材P169 4. 各气体动力循环和蒸汽动力循环各气体动力循环和蒸汽动力循环,经理想化后可按经理想化后可按 可逆循环计算可逆循环计算,但循环理论热效率即使在温度范围相同但循环理论热效率即使在温度范

37、围相同 的条件下也并不相等的条件下也并不相等,这和卡诺定理矛盾吗这和卡诺定理矛盾吗? 卡诺定理卡诺定理:工作在两个恒温热源间的可逆热机不过采用工作在两个恒温热源间的可逆热机不过采用 什么工质什么工质,其热效率均为其热效率均为1-T2/T1 理想可逆循环热效率可用平均温度表达理想可逆循环热效率可用平均温度表达: 1 2 1 T T t s p1, t1, p2 6 5 0 32 1 如何提高如何提高朗肯循环朗肯循环的热效率的热效率 影 响 热 效 率影 响 热 效 率 的参数？的参数？ T 01 21 hh hh t s T 6 5 4 32 1 1 2 蒸汽初温对蒸汽初温对朗肯循环朗肯循环热效

38、率的影响热效率的影响 优点：优点： ，有利于汽机有利于汽机 安全。安全。 1 Tt 2 x 缺点：缺点： 对耐热及强度要对耐热及强度要 求高，目前最高求高，目前最高 初温一般在初温一般在550 左右左右 汽机出口汽机出口 尺寸大尺寸大 2 v p1 , p2不变不变，t1 s T 6 5 4 3 2 1 1 6 5 4 2 蒸汽初压对蒸汽初压对朗肯循环朗肯循环热效率的影响热效率的影响 t1 , p2不变不变，p1 优点：优点： ，汽轮机出口汽轮机出口 尺寸小尺寸小 1 Tt 2 v 缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不利于汽不利于汽 轮机安全。一般轮机安全。一般 要求出口干度大要求出口干

39、度大 于于0.85 0.88 2 x s T 6 5 4 3 2 1 2 乏汽压力乏汽压力对对朗肯循环朗肯循环热效率的影响热效率的影响 优点：优点： 2 Tt 缺点：缺点： 受环境温度限制，受环境温度限制， 现在大型机组现在大型机组p2为为 0.00350.005MPa， 相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为 27 33 ，已接近事，已接近事 实上可能达到的最低实上可能达到的最低 限度。冬天热效率高限度。冬天热效率高 p1 , t1不变不变，p2 4 3 国产锅炉、汽轮机发电机组的国产锅炉、汽轮机发电机组的 初参数简表初参数简表 低参数中参数 高参数 超高参数 亚临界参 数 汽轮机进 汽压力

40、MPa 1.33.59.013.516.5 汽轮机进 汽温度 340435535550, 535550, 535 发电机功 率 P/ kW 1500 3000 6000 25000 510万 12.5万,20 万 20万,30 万,60万 T s 6 5 4 3 1 b a 2 提高蒸汽动力循环效率的其它途径提高蒸汽动力循环效率的其它途径- 蒸汽再热循环蒸汽再热循环(reheat) 1 2 3 4 再 热 b a T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再热循环的热效率蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身不一再热循环本身不一 定提高循环热效率定提高循环热效率 与再热压力有关与再热压力有关 x

41、2降低降低,给提高初给提高初 压创造了条件，选压创造了条件，选 取再热压力合适，取再热压力合适， 一般采用一般采用一次再热一次再热 可 使 热 效 率 提 高可 使 热 效 率 提 高 2 2 3.53.5。 蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再热再热 超临界机组，超临界机组， t1600，p125MPa，二，二 次次再热再热 超优点：通过提高初临界机组，超优点：通过提高初临界机组， t1600，p125MPa，二次，二次再热再热 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算定量计算 吸热量：吸热量： 114ab qhhhh 放热量：放热量： 223 qhh 净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）： net12ba whhhh 热效率：热效率： net12 t,RH 114 ()() ()() ba ab whhhh qhhhh 提高蒸汽动力循环效率的其它途径提高蒸汽动力循环效率的其它途径- 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(regenerative) 1 2 36 1kg a 45 kg (1-