《发电厂热力设备及系统》第二章 蒸汽动力循环 3

上节内容回顾闭口系循环的热一律表达式热力学第一定律的一般表达式稳定流动能量方程系统内部各点状态参数不随时间变化的流动系统。工质为单位质量焓：H=U+PV

比焓:h＝u+pv：轴功六、稳定流动能量方程式的应用1.叶轮式机械蒸汽轮机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.压气机，水泵类通常忽略不计进出口的动能差、位能差，可得：3.换热器（锅炉、加热器等）交换热量:Wsh=0，若忽略动能差、位能差可得: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：第三节

热力学第二定律

自然过程具有方向性，即只能自发地向一个方向进行，如果要逆向进行，就必须付出代价，或者说具备一定的补充条件，即自然过程是不可逆的。三、卡诺循环和卡诺定理d－a可逆绝热压缩

a－b

T1下的可逆等温吸热Q1

b－c可逆绝热膨胀

c－d

T2下的可逆等温放热Q2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。结论：

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，不可逆热机的热效率小于可逆热机,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。

卡诺定理第二章蒸汽动力循环1、工质易获得、不污染环境、应用广泛一、学习的意义及任务发电供热吸收制冷2、其热力性质有代表性３、h、u、p、v、t等参数求解不能按理想气体处理二、几个概念汽化——液相变气相的过程，汽化速度取决于液体的温度凝结——气相变液相的过程，凝结速度取决于蒸汽的分压力蒸发——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——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2、汽化潜热(r)——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：(kJ/kg)未饱和水饱和水湿饱和蒸汽干饱和蒸汽过热水蒸汽四、水蒸汽的p-v图和T-s图1、p-v图和T-s图的绘制方法将0.01ºC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，并且记录下不同温度时的v（尤其关注饱和湿蒸汽的始、终点）热量Q等，便可在p-v图和T-s图上得到一条等压曲线。例如下图中曲线1º－1’－1’’线。改变压力，重复上面的过程便得到一系列这样的曲线如2º2’22’’等。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，便得到p-v图上的曲线1’C1’’。C点——临界点（任何物质其临界点是唯一的）。CA线——饱和液态线（下界线）CB线——干饱和蒸汽线（上界线）。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C2010CpTⅠⅢⅢⅠⅡⅡABBvs2010A在p-v图上，1º2º……为什么近似在一条等容线上？

答：因为液体几乎是不可压缩的，因此不同压力下处于0ºC的水的比容几乎是相等的。C2010CpTⅠⅢⅢⅠⅡⅡABBvs2010A2、p-v图上的一点，二线，三区，五状态饱和液线与饱和汽线交于一点C，这点叫临界点，此点的参数称作临界参数Pc、Tc、Vc对于水：

ＰＣ＝22.064ＭＰa；tc=373.99℃这两线、一点、将p-v图分成三区，五种状态。三区：未饱和液体区、湿饱和蒸汽区、过热蒸汽区;五状态：未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽.湿饱和蒸汽中所含的干饱和蒸汽的质量成分，即

（1-x）则是饱和水的质量成分３、湿蒸汽的干度x对于干度为x的湿蒸汽的状态参数一、水蒸气的表的使用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，将水蒸气的状态参数制成图表。第二节蒸汽热力性质图表及其应用将纯水的三相点作为基点，并规定此点的u’=0，s’=0。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。1.水蒸汽表及图中零点的规定水的三相点参数为：根据焓的定义,可求出焓所以工程上认为三相点液相水的焓取零已足够准确。２.水蒸汽表的使用由于规定了零点，故不同压力、温度时的u，h,，s值便是唯一确定的.①水蒸气表的编排a）按温度编排，见附表2-1b）按压力编排，见附表2-2c)按温度编排，见附表2-3查未饱和水及过热水蒸气参数

查饱和参数用附表2-3，查取时需同时知道p,t方可确定其他状态参数(粗实线以上为未饱和水，粗实线以下为过热蒸汽)用表2-1，表2-2只需知道Ps、Ts中一个便可读得其余所有装状态参数如v’,v’’,h’,h’’,r,S’,s’’等②饱和参数的查取③未饱和及过热状态参数的确定hx=h’(1-x)+h’’xSx=s’(1-x)+s’’xvx=v’(1-x)+v’’x各种表中均未给出u的值，它必须通过公式u=h-pv进行计算④湿蒸汽区v,h,s的确定此区域不能直接自任何表中读出，需由ps或Ts及干度x进行计算。其公式为：⑤内能的确定u３.使用举例例１饱和蒸汽的温度为ts=130℃，求ps，v’，v’’，h’，h’’，r，s’，s’’。求解时查附表2-1即可。求解时查附表2-2即可。例２求0.9MPa下干饱和蒸汽的参数。则：h=h’（1-x）+h”x

v=v’（1-x）+v”x

s=s’（1-x）+s”x

u=h-pv例３求t=130℃，x=0.3的湿饱和蒸汽的

h、v、u、s值解：查附表1得：h’、h’’、v’、v’’、s’、s’’、ps解：查附表2-3知:此时水为过热蒸汽，且h=3704.5kJ/kgs=9.0979kJ/kg

v=4.028m3/kg例４确定t=600℃p=0.1MPa时水的状态，并求h,s,u所以u=h-pv=3704.5-100x4.028=3301.7kJ/kgx=1X=0.9STvp二、水蒸汽h-s图的使用1.编排如图X=0.1h定压线P;定温线T；定容线v；定干度线x2.使用过热区由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①能量方程②u=h-pv③δw=pdv④δwt=-vdp⑤q=h2-h13.基本处理方法x=1X=0.9STvpX=0.1h目的：1）初、终状态参数；2）过程功、热量以及焓、熵的变化量。可逆过程求解步骤：1）根据初态已知条件查图或表得到其他状态参数。2）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。三、水蒸汽的基本热力过程及q，△u，w、wt的计算１、定容过程（v=常数)

体积功技术功２、定压过程（p=常数)（锅炉中水和水蒸汽的加热）体积功技术功p1x=1hs2t21x1３、定温过程（T=常数)单位质量热量：体积功：技术功：４、绝热过程（s=常数)体积功：技术功：hsp2p1t11321-2可逆过程：1-3不可逆过程：绝热效率（相对内效率）：例1汽轮机进口蒸汽的参数为p1＝9.0MPa,t1=500℃，蒸汽在汽轮机中进行绝热可逆膨胀至P2=0.004MPa,试求：求:(1)进口蒸汽的过热度(2)单位质量蒸汽流经汽轮机对外所作的功。解：(1)由进口蒸汽的参数P1,t1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ts1,过热度：D＝t1-ts1hs12P1P2h2h１(2)由P1、t1查焓熵图得h1,s1的值因S2=S1,由p2、s2查焓熵图可得h2的值hs12P1P2h2h１总结本章重点：一、基本概念：饱和状态临界点及参数（P水=221公斤，T=0.01ºC）三相点及参数（P=611pa,T=0.01ºC）、汽化潜热。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。

概述第三节蒸汽动力装置及循环一、蒸汽及蒸汽动力装置1.水蒸气的卡诺循环水蒸气卡诺循环有可能实现，但：1）温限小2）膨胀末端x太小3）压缩两相物质的困难实际并不实行卡诺循环二、朗肯循环2.水蒸气朗肯循环1）流程图2）p-v，T-s及h-s图3）朗肯循环的热效率若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则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

３、蒸汽参数对热效率的影响假定新汽和乏汽压力保持为p1和p2不变，将新汽的温度从T1提高到T1’1)、新汽温度（初温T1）的影响朗肯循环的平均吸热温度有所提高（T’m1>Tm1)，而平均放热温度未变，循环的热效率也提高了同时可以降低汽耗率和汽轮机乏汽湿度，减少机组腐蚀变热源可逆循环热效率：平均放热温度；平均吸热温度通常也能提高朗肯循环的平均吸热温度（T’m1'>Tm1），而平均放热温度不变，因而可以提高循环的热效率如果单独提高初压会使膨胀终了时乏气的湿度增大假定新汽温度和乏汽压力保持为T1

和p2

不变，将新汽压力由p1提高到p1’２)、新汽压力（初压p1）的影响乏汽湿度过大，不仅影响蒸汽轮机最末几级的工作效率，而且危及安全提高初温则可降低膨胀终了时乏汽的湿度所以，蒸汽的初温和初压一般都是同时提高的，这样既可避免单独提高初压带来的乏汽湿度增大的问题，又可使循环热效率的增长更为显著提高蒸汽的初温和初压一直是蒸汽动力装置的发展方向假定新汽温度和压力保持(T1和p1)不变，将乏汽压力由p2降低到p2’３)乏汽的压力（终压p2）的影响循环的平均放热温度显著降低，平均吸热温度降低很少。因此随着乏汽压力的降低，朗肯循环的热效率有显著的提高。

乏汽温度（即相应于乏汽压力的饱和温度）充其量也只能降低到和天然冷源（大气、海水等）的温度相等，乏汽压力的降低是有限度的。目前大型蒸汽动力装置的乏汽压力p20.004MPa（相应的饱和温度为29℃），可以说已经到了下限。３)乏汽的压力（终压p2）的影响三、有摩阻的实际朗肯循环

1.T-s图及h-s图汽轮机的相对内效率：不可逆过程熵S2.不可逆性衡量

汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）近代大功率汽轮机ηT在0.92左右设计中，选定ηT按h2act的确定方法：运行中，测出p2及x2，按h2act=x2h