工程热力学 课件 第十一章 蒸汽动力循环装置.ppt

第十一章蒸汽动力循环装置朗肯循环及其热效率
朗肯循环
水在汽锅中定压加热汽化成饱和蒸汽
饱和蒸汽在蒸汽过热器中定压吸热成过热蒸汽
过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀作功
乏汽在冷凝器中等压冷凝向冷却水放热
凝结水在给水泵内绝热压缩再次进入锅炉

朗肯循环与卡诺循环的不同之处
乏汽完全液化
采用过热蒸汽朗肯循环的热效率
1kg新蒸汽在汽轮机内可逆绝热膨胀作出的技术功为

乏汽在冷凝器中向冷却水放出的热量为

凝结水流经水泵消耗功为

新蒸汽从热源吸热量为循环净功为

循环净热量为

循环热效率为水泵功的近似值为

可得热效率的近似式

略去wp简化为

循环初压力p1甚高时，水泵功约占汽轮机作功的
2%左右，精确计算时不应忽略水泵功蒸汽参数对热效率的影响
初温t1对热效率的影响
在相同的初压及背压下，提高新蒸汽的温度可使热效率增大

提高初温还可使终态2的干度x2增大，有利于提高汽轮机内效率和延长汽轮机的使用寿命

提高初温受材料耐热性能的限制，最高蒸汽温度很少超过600℃初压p1对热效率的影响
在相同的初温及背压下，提高初压可使热效率增大

提高初压使乏汽干度降低，引起汽轮机内效率降低并缩短使用寿命，通常不使乏汽干度低于88%

在提高p1的同时提高t1，可以抵消因提高初压引起的乏汽干度的降低背压p2对热效率的影响
在相同的初温初压下降低背压p2也能使热效率提高

背压降低意味着冷凝器内饱和温度t2降低，故受环境温度的限制

降低p2若不提高t1也会引起乏汽干度x2降低，后果与单独提高p1类似有摩阻的实际循环
汽轮机中的摩阻损耗造成不可逆损失，理想循环中的可逆绝热过程1-2代之以不可逆绝热过程1-2act，循环中q1不变q2增大

蒸汽经过汽轮机实际所作的技术功为

少作的功等于冷凝器中多排出的热量
不可逆膨胀作功能力损失由T0sg计算汽轮机相对内效率ηT：汽轮机内蒸汽实际作功wt,act与理论功wt的比值，简称汽轮机效率

称为理想绝热焓降
大功率汽轮机的ηT在0.85~0.92之间

实际循环内部功wnet,act：每千克蒸汽在实际工作循环中作出的循环净功
循环内部热效率ηi：蒸汽在实际循环中所作的循环净功与循环中热源所供给的热量的比值

考虑轴承等处的机械损失，ηm为机械效率，汽轮机输出的有效功，即轴功为

用轴功率表示为

是汽轮机理想输出功率，kW
D为蒸汽耗量，kg/s耗汽率d：装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
理想耗汽率d0为

以实际内部功率Pi为基准，则内部功耗汽率为

考虑有效功，则有效功耗汽率为11-2再热循环
再热循环
新蒸汽膨胀到某一中间压力后撤出汽轮机，导入锅炉中特设的再热器或其它换热设备中，使之再加热，然后导入汽轮机继续膨胀到背压p2

再热循环热效率
循环所作的功（忽略水泵功）为

加入的热量为热效率为

所取中间压力较高，则能使ηt提高，如中间压力过低，会使ηt降低，中间压力在(20%~30%)p1范围内对提高ηt的作用最大

采用再热循环，耗汽率降低，可减轻水泵和冷凝器的负荷，但投资费用增加，管理运行复杂化11-3回热循环
回热循环
利用蒸汽回热对水进行加热，消除朗肯循环中水在较低温度下吸热的不利影响，以提高热效率

抽汽回热
从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽去加热低温冷凝水，这种循环称为抽汽回热循环

一级抽汽回热循环回热循环计算
混合式回热器的热平衡方程为

忽略水泵功，则，可得

循环净功为

从热源吸入的热量为循环热效率

由于，代入上式得

回热循环工质平均吸热温度提高，平均放热温度不变，故循环热效率提高，大于单纯朗肯循环热效率回热循环工质吸热量减少，锅炉热负荷减低，节省金属材料

由于汽耗率增大，汽轮机高压端蒸汽流量增加，低压端流量减小，有利于解决汽轮机设计问题，提高单机效率

由于进入冷凝器的乏汽量减少，可减少冷凝器换热面积，节省铜材

现代大中型蒸汽动力装置都采用回热循环，但抽汽级数很少超过8级