严家騄版工程热力学PPT 第7章水蒸气性质与蒸汽动力循环

1、工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环第七章第七章 水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气性质和蒸汽动力循环The property of vapor and vapor power cycle工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水和水蒸气是实际气体的代表水和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，当作在空气中含量极小，当作理想气体理想气体一般情况下，为一般情况下，为实际气体实际气体，使用图表，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

2、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工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环本章主要内容本章主要内容1. 实际工质的物性实际工质的物性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水蒸气气蒸气蒸气蒸蒸汽汽SteamVapor工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环 7-1 纯物质的热力学面及相图纯物质的热力学面及相图物质三种聚集状态：物质三种聚集状态：固态固态、液态液态、 气态气态热力学面：热力学面：以以p,v,T表示的物质各

3、种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水的三态：水的三态：冰冰、 水水、 蒸汽蒸汽Pure substance Solid Liquid Gas Ice Water Steam 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水的热力学面水的热力学面两相区两相区单相区单相区气液固pvT六个区：三个单相区、三个两相区六个区：三个单相区、三个两相区液-气固-气固-液pvT工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv四个线：三个饱和线、一个三相线四个线：三个饱和线、一个三相线饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点一个点：一个点：临界点临界点Saturation lineTri

4、ple lineKTPaptp16.273 7 .611工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环临界点临界点Critical point水的水的临界临界点状点状态态饱和液线与饱和气线的交点饱和液线与饱和气线的交点气液两相共存的气液两相共存的pmax,Tmax等温线是鞍点等温线是鞍点cc22TT0,0ppvv临临界界点点kgmvCKTMPapccc/ 003106. 0)(373.95 1 .64706.223工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环纯物质的纯物质的p-T相图相图ppTT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升华线升华线升

5、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工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环p-T diagram of pure substancespTLiquidVaporSolidTriple pointCritical pointFluidSublimationMeltingVaporization工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环 思考题思考题没有。没有。t374.16 有有3. 有没有有没有500C的水的水？1. 溜冰冰刀溜冰冰刀2. 北方冬天晾在外边的衣服，北方冬天晾在外边的衣服，是否经过液相是否经过液相4. 有没有有没有-3 的蒸汽的蒸汽？5. 一密闭容器内有水的汽液混合物，

6、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？工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环纯物质的纯物质的p-T相图相图ppTT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kgmvCKTMPapccc/ 003106. 0)(373.95 1 .64706.223工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和线、三相线和临界点饱和线、三相线和临界点pv饱和气线三相线饱和液线饱和固线T临界点工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环7-2 汽化与饱和汽化与饱和沸沸腾腾： ：表面和液体内部同表面和液体内部同时发时发

7、生的汽化生的汽化( (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) )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：蒸发：汽液表面上的汽化汽液表面上的汽化 BoilVaporization工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和状态饱和状态Saturation state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一一对应一一对应放掉一些水，放掉一些水，Ts不变，不变， ps？Tspsps=1.01325barTs=100 青藏青藏ps=0.6barTs=85.95 高压锅高压

8、锅ps=1.6barTs=113.32 Saturation temperatureSaturation pressure工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环纯物质的纯物质的p-T相图相图ppTT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汽化线汽化线汽化线汽化线工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环7-3 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t tsv vv = vv = vv v v未饱和水未饱和水饱和水饱和水 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽 饱和干蒸汽饱和干蒸汽 过热蒸汽过热蒸汽h hh = hh = hh h hs ss = ss =

9、 ss s s水预热水预热汽化汽化过热过热工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气定压发生过程说明水蒸气定压发生过程说明(1)()QUWUpdVUpVUpVH (2)fg0SSS (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sttt过冷过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度sttt过热只有熵加热时永远增加只有熵加热时永远增加工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环State of Liquid and vapor未饱和液，过冷液未饱和液，过冷液饱和液饱和液饱和湿蒸气饱和湿蒸气饱和蒸气饱

10、和蒸气过热蒸气过热蒸气Saturated liquidSaturated vaporSaturated liquid-vapor mixtureSuperheated vaporCompressed liquidSubcooled liquid汽化潜热汽化潜热Latent heat of Vaporization压缩液压缩液工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环cpcTcTABCACBcTTcTT cppcpp3a3b3d3e3c3a3b3d3e3c2c2a2b2d2e2c2a2b2d2e1c1a1b1d1e1c1a1b1d1eTsp-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

11、程pvcp一点，二线，三区，五态一点，二线，三区，五态工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环等压线上饱和态参数等压线上饱和态参数ptsv(m3/kg)vsskJ/(kg.K)0.0061120.01 0.00100022 206.1750.09.15621.099.63 0.00104341.6946 1.3027 7.36085.0151.85 0.00109280.374811.8604 6.821550.0263.92 0.00128580.03941 2.9209 5.9712221.29374.15 0.003260.00326 4.4294.429(bar)()bdbd工程热力学水蒸气

12、性质和蒸汽动力循环定压加热线与饱和液线相近的说明定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，21ln0qTscTT( , )uf T v0qdupdv不同的不同的p，液体近似，液体近似不可压，不可压，v不变不变对每个对每个不变的不变的TIncompressible substance工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环7-4 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汽，一般已知未饱和水及过热蒸汽，一般已知p、T即可即可饱和水和干饱和蒸汽，只需确定饱和水和干饱和蒸汽，只需确

13、定p或或T湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽， p和和T不独立，汽液两相不独立，汽液两相1875年，吉布斯提出了年，吉布斯提出了吉布斯相律吉布斯相律工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环吉布斯相律吉布斯相律 Gibbs phase rule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 22个（个（ p和和T）两相两相2f 11个（个（ p或或T）三相三相3f 00个（个（ p和和T定值）定值）四相四相4f 0不可能不可能工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水和水蒸气状态参数水和水蒸气状态参数

14、确定的原则确定的原则1、未饱和水及过热蒸汽、未饱和水及过热蒸汽确定任意两个独立参数，如：确定任意两个独立参数，如：p、T2、饱和水和干饱和蒸汽、饱和水和干饱和蒸汽确定确定p或或T3、湿饱和蒸汽、湿饱和蒸汽除除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工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环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汽干饱和蒸汽fmxmmvv干饱和蒸汽质量湿饱和蒸汽质量饱和水饱和水对对干度干度x的说明：的说明：x = 0 饱和水饱和水x = 1 干饱和蒸汽干饱和蒸汽0 x 1在在过冷水过冷水和和过热蒸汽过热蒸汽区域，区域，x无意义无意义Quality工程热

15、力学水蒸气性质和蒸汽动力循环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 (yxxyy)1 ()1 ()1 (sxxssvxxvvhxxhhyyxyy已知已知p或或T(h,v,s,h,v,s)+干度干度xh ,v ,s工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环o/ CtKT /p MPakgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJs01. 010020030016.273000611. 000100022. 0175.2060 .2

16、501000614. 00000. 01562. 915.373101325. 00010437. 06738. 13 .267606.4193069. 13564. 715.4735551. 10011565. 04 .82512714. 04 .27913307. 24289. 615.5735917. 80014041. 002162. 04 .13454 .27482559. 37038. 5kgmv/ 3kgmv/3kgkJh/kgkJh/)(/ KkgkJs)(/KkgkJso/ Ct982. 663.9988.17996.3105 .24840010001. 0208.1298

17、.251333.291060. 02 .22580010434. 06946. 17 .267551.4173027. 14 .20140011274. 06 .76219430. 00 .27778 .1315/p MPa001. 01 . 00 . 1100014526. 001800. 06 .14084 .27249756. 83608. 71382. 25847. 63616. 36143. 5kgkJr/工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和参数p0.01MPa0.02MPa83.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s s

18、h hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 . 00001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120工程热力学水蒸气

19、性质和蒸汽动力循环原则上可任取零点，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： pvuh00006. 06 . 0kgkJkgJpvuh 表依据表依据1985年第十届国际水和水蒸气会议发表的年第十届国际水和水蒸气会议发表的国际骨架表编制，尽管国际骨架表编制，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。性质公式，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

20、相点水的三相点kgmvPap/00100021. 0 7 .6113工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环查表举例（查表举例（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)=179.88t=100 ts, 过热蒸汽过热蒸汽h=2827.5kJ/kg工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环查表举例（查表举例（2）已知已知 t=250, 5kg 蒸汽占有蒸汽占有0.2m3容积容积, 试问蒸试问蒸汽所处状态汽所处状态? h=?30.2m0.04kg5v

21、 kgmv3001253. 0t=250 , kgmv305002. 00.040.00125130.7950.050020.0012513vvxvvvvv湿蒸汽状态湿蒸汽状态工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环查表举例（查表举例（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 , 0.795x 湿蒸汽状态湿蒸汽状态kJkJ1085.8 2799.5kgkghhkJ (1) 2448.2 kghxhx h工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环查表举例（查表举例（3） 在一刚性容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，

22、t=20的的水。由于水。由于太阳照射太阳照射，使其温度升为，使其温度升为40,求容器求容器承受的压力。承受的压力。p=0.1MPat=203m 0.0010018 kgv t=40 14.0MPap 等容过程等容过程储液罐很危险，储液罐很危险，不能装满。不能装满。 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环查表举例（查表举例（4）已知已知 t=85, p=0.015MPa , 试确定状态试确定状态? h=?ts=54.0 , 过热状态过热状态80908085809080hhhhp=0.015MPa内插法内插法p=0.01MPat=850.01kJ 2658.8 kgh80908085809080hhh

23、hp=0.02MPat=850.02kJ 2657.4 kgh0.010.020.010.0150.010.020.01hhhhp=0.015MPat=85kJ 2658.1 kgh 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和参数paMP01. 0aMP02. 083.45st1505. 86493. 04 .258484.191676.140010102. 0 s sh hv v09.60st9092. 78321. 06 .260946.2516515. 70010172. 0 s sh hv vtvhsvhs04080600010002. 00.00001. 00010002. 00 . 0

24、0001. 05 .1670010078. 04 .1675729. 00010078. 05721. 08310. 01 .2510010171. 01752. 83 .261134.1527.163 .26493437. 8119. 88 .26470205. 84 .2724052. 95479. 84 .272512.182261. 8120工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环p-v图图（示功图示功图）：面积代表功）：面积代表功能否用线段表示热和功能否用线段表示热和功T-s图图（示热图示热图）：面积代表热）：面积代表热工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环蒸汽动力循环蒸汽动力循环锅锅炉炉汽轮

25、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tqhwh twh 0s 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环（上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下qTdsdhvdpp0hTsCCp0hTsC点为分界点，不在极值点上点为分界点，不在极值点上工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环气相区：离饱和态越远，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

26、比线比 p 线陡线陡4、定温线定温线 T5、等容线等容线v6、等干度线等干度线x工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环焓熵图（下部）工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环焓熵图（上部）工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环7-5 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 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环注意与理想气体过程的区别注意与理想气体过程的区别第一定律与第二定律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

27、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tqdhwqduw准静态准静态wpdvtwvdp 可逆可逆qTdsiso0dspvRT( )uf T( )hf T22p11lnlnTpscRTp pvccRp1kcRkv11cRk工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的定压水蒸气的定压(Isobaric)过程过程q = h wt = 0342pv1qhvdp 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-h1ts(4MPa)=250.33锅炉、换热器锅炉、换热器工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的定压过程水蒸气的定压过程例：例：水

28、从水从30 ，4MPa, 定压加热到定压加热到450 q = h2-h12Tshs2h1 = 129.3 kJ/kg h2 = 3330.7 kJ/kgh2h1134143=3201.4kJ/kg工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的绝热水蒸气的绝热(Isentropic)过程过程p12pvp2不可逆过程：不可逆过程： 汽轮机、水泵汽轮机、水泵12可逆过程：可逆过程： s1 2 1 2q = 0t12whhh 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环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 = 0t12whh212Ts不可逆过程：不可逆过程： 可逆过程：可逆过程： st12wh

29、hp1p2工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环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 = 0t12whhhs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程： st12whhp1p221h1h2h22透平内效率透平内效率 12oi12hhhh工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h22例：例：汽轮机汽轮机 14MPap o1450 Ct 20.005MPap 0.9oi求：求：tw2h2x13330.7kJ/kgh 16.9379kJ/kg.Ks 解：解：由由 t1、p1查表查表 21ss工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水

30、蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h224MPao450 C0.005MPa求：求：tw2h2x216.9379kJ/kg.Kss由由 p2查表查表2137.77kJ/kgh 22561.2kJ/kgh 20.4762kJ/kg.Ks 28.3952kJ/kg.Ks222220.8160ssxss工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的绝热过程举例水蒸气的绝热过程举例hsp1p221h1h2h224MPao450 C0.005MPa求：求：tw2h2x2222212115.3kJ/kghx hxh20.8160 x 1212toitwhhhhw121093.9kJ

31、/kgtoiwhh212236.8kJ/kgthhw222220.866hhxhh工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的定温水蒸气的定温(Isothermal)过程过程pv实际设备中很少见实际设备中很少见TCTcT远离饱和线，远离饱和线，接近于接近于理想理想气体气体工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的定温过程水蒸气的定温过程12Tshs122理想气体理想气体 测量干度原理测量干度原理 绝热节流绝热节流可逆过程：可逆过程：qTdsT stwqh12工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的定容水蒸气的定容(Isochoric)过程过程实际设备中不常见实际设备中不常见12pv工程热力学水

32、蒸气性质和蒸汽动力循环水蒸气的定容过程水蒸气的定容过程1TshspT212vpv工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环蒸汽动力循环蒸汽动力循环水蒸气：水蒸气：火力发电、核电火力发电、核电低沸点工质：低沸点工质：氨、氟里昂氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电太阳能、余热、地热发电动力循环：动力循环：以获得功为目的以获得功为目的工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环 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7-6 郎肯循环郎肯循环Rankine Cycle水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 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工程热力学水蒸气性质和

33、蒸汽动力循环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郎肯循环郎肯循环1234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34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环1342pv郎肯循环郎肯循环pv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34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环4321Tshs1324郎肯循环郎肯循环Ts和和hs图图12 汽轮机汽轮机

34、s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环hs1324郎肯循环功和热的郎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：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443 ,hhws锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量：411hhq工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环hs1324郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 ,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhh

35、h工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环工程上常用工程上常用汽耗率汽耗率, 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：汽耗率：蒸汽动力装置每输出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kgnet3600dw汽耗率汽耗率(Steam Rate)的概念的概念netw的单位是的单位是kJ/kg1kW=1 kJ/snet3600360013600kgkgkgkgdkJkJkWhkJwhhsh工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环郎肯循环郎肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较sT6421 41098753 q2相同；相同； q1卡诺卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺卡诺 朗肯朗肯；

36、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工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环sp1 t1 p2654321如何提高如何提高郎肯循环郎肯循环的热效率的热效率1213thhhh影响热效 率 的影响热效 率 的参数？参数？T工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环sT654321 1 6 5 4 2蒸汽初压对蒸汽初压对郎肯循环郎肯循环热效率的影响热效率的影响t1 ,

37、 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1Tt2v缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不不利于汽利于汽轮机安全。一般轮机安全。一般要求出口干度大要求出口干度大于于0.85 0.882x工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环sT654321 1 2蒸汽初温对蒸汽初温对郎肯循环郎肯循环热效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。1Tt2x缺点：缺点： 对耐热及强度要对耐热及强度要求高，目前初温求高，目前初温一般在一般在550左右左右 汽机出口汽机出口尺寸大尺寸大2vp1 , p2不变不变，t1工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环sT654321

38、 2乏汽压力乏汽压力对对郎肯循环郎肯循环热效率的影响热效率的影响优点：优点： 2Tt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工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表国产锅炉、汽轮机发电机组的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MPa13.516.5汽轮机进汽温度340435535

39、550, 535550, 535发电机功率 P/ kW15003000600025000510万 12.5万,20万20万,30万,60万工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环7-7 实际蒸汽动力循环分析实际蒸汽动力循环分析sT532 241114非理想因素：非理想因素：给水泵不可逆给水泵不可逆( 3 4 )汽机不可逆汽机不可逆( 1 2 )汽机汽门节流汽机汽门节流( 1 1 ) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道摩擦降压，散热压，散热(11) 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环实际蒸汽动力循环分析方法实际蒸汽动力循环分析方法热热一律：一律：热热效率分析法效率分析法热热二律：二律：熵熵分析法分析法 Ex分析法

40、分析法工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环实际蒸汽动力循环实际蒸汽动力循环热效率法热效率法sT532 241114忽略忽略泵泵功功43hh可逆循可逆循环环效率效率12t13hhhh汽机相汽机相对对内效率内效率12oi12hhhh管道和管道和节节流流，管道效率，管道效率13tu13hhhh锅锅炉散炉散热热和排烟，和排烟，锅锅炉效率炉效率13Bfhhq工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环整个整个实际蒸汽实际蒸汽动力循环动力循环热效率热效率sT532 241114netfwq收益循环净功代价燃料热量12fhhq13tu13hhhh13Bfhhq12oi13B()()/hhhh12oi12hhhh12Bo

41、i13tu()()/hhhh12t13hhhh12Boitu13()()hhhhtBoitu 工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环整个电厂整个电厂热效率热效率sT532 241114gfwq电厂收益电功代价燃料热量机械效率机械效率Mnetww机械电电机效率机效率gMww电机tBoitu netfwqMfwq电机netfwq机械电机tBoitu 机械电机工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径改变循环参数改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环联合循环联合循环热电联产热电联

42、产燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.ReheatRegenerativeCogeneration工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环Ts65431ba27-8 蒸汽再热循环蒸汽再热循环(reheat)1234再热ba工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环Ts65431ba2蒸汽再热循环的热效率蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身再热循环本身不一不一定定提高循环热效率提高循环热效率 与再热压力有关与再热压力有关 x2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

43、效率提高2 23.53.5。工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环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， 二次二次再热再热工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环Ts65431ba2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： 114abqhhhh放热量：放热量：223qhh净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）： net12bawhhhh热效率：热效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力

44、循环7-9 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(regenerative)12361kga45kg(1-)kg抽汽抽汽去凝汽器去凝汽器冷凝水冷凝水表面式回热器表面式回热器抽汽抽汽冷凝水冷凝水给水给水混合式回热器混合式回热器抽汽式回热抽汽式回热Feedwater heaterOpen Feedwater heaterClosed Feedwater heater工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环(1- )kg kg65as43211kgT12361kga45kg(1-)kga kg4(1- )kg51kg由于由于T-s图上各点质图上各点质量不同，面积不再量不同，面积不再直接代表热和功直接代表热和功工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环抽汽抽汽回热循环的抽汽量回热循环的抽汽量计算计算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回以混合式回热热器器为为例例热热一律一律a4511hhh 忽略忽略泵泵功功54a4hhhha2a2hhhh工程热力学水蒸气性质和蒸汽动力循环抽汽抽汽回热循环热效率的回热循环热效率的计算计算(1-