工程热力学：第七章 水蒸气性质和蒸汽动力循环.ppt

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表示的物质各种状态表示的物质各种状态 的曲面的曲面水水的三的三态：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、一个四个线：三个饱和线、一个三相线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 lineTriple line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t>374.16 ℃有有3. 有没有有没有500ºC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，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： ：表面和液体内部同表面和液体内部同时发生的汽化生的汽化( (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§7-3 水蒸气的定压发生过程水蒸气的定压发生过程t < tst = tst = tst = tst > tsv < v’v = v’v = v’’v ’< 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 < h’h = h’h = h’’h ’< h h’’s < s’s = s’s = s’’s ’< 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)(2)(3) 理想气体理想气体实际气体汽化时，实际气体汽化时，T＝＝Ts不变，但不变，但h增加增加汽化潜热汽化潜热(4) 未饱和水未饱和水过冷度过冷度过冷水过冷水过热蒸汽过热蒸汽过热度过热度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未饱和液未饱和液，，过冷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sp-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§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，只需确定p或或T湿饱和蒸汽，湿饱和蒸汽， p和和T不不独立，汽液两相独立，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单元系单元系单相单相2个（个（ p和和T））两相两相1个（个（ p或或T））三相三相0个（个（ p和和T定值）定值）四相四相不可能不可能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饱和水和饱和水蒸气表饱和水和饱和水蒸气表（（按温度排列）按温度排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）饱和水和饱和水蒸气表（按压力排列）工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和参数未饱和水和过热蒸汽表（节录）未饱和水和过热蒸汽表（节录）工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环表的出处和零点的规定表的出处和零点的规定原则上可任取零点，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：： 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：水的水的三相点三相点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)=179.88℃t=100℃ < ts, 未未饱和水饱和水h=419.7kJ/kgt=200℃ > 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=?t=250℃ , 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℃ , 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（3）） 在一刚性容器内充满在一刚性容器内充满p=0.1MPa，，t=20℃℃的的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=20℃t=40℃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p=0.015MPa内插法内插法p=0.01MPat=85℃p=0.02MPat=85℃p=0.015MPat=85℃工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环饱和参数未饱和水和过热蒸汽表未饱和水和过热蒸汽表(注意下划线）注意下划线）工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环如何在图上表示功和热如何在图上表示功和热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等熵过程过程工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环焓熵图的画法焓熵图的画法(1)1、、零点：零点：h=0，，s=0；；2、、饱和汽线饱和汽线（（上界线上界线）、饱和液线（）、饱和液线（下下界线界线））3、、等压线群：等压线群：p两相区两相区pT=Const 斜直线斜直线单相区单相区 sT向上翘的发散的形线向上翘的发散的形线C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焓焓 熵熵 图图Enthalpy-entropy diagramEnthalpy-entropy diagramhsCpx=1x=0pCMollier diagram工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环焓熵图的画法焓熵图的画法(2)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焓焓 熵熵 图图Enthalpy-entropy diagramEnthalpy-entropy diagramhsCx=1x=0pvTx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 Thermal Process of Steam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准静态准静态可逆可逆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 = 0342pv1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p12’pvp2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 2’q = 0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 = 02’12Ts不可逆过程：不可逆过程： 可逆过程：可逆过程： sp1p2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 = 0hs不可逆过程不可逆过程 可逆过程：可逆过程： sp1p221h1h2h2’2’透平内效率透平内效率 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hsp1p221h1h2h2’2’例：例：汽轮机汽轮机 求：求：解：解：由由 t1、、p1查表查表 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hsp1p221h1h2h2’2’求：求：由由 p2查表查表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hsp1p221h1h2h2’2’求：求：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：12’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）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 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12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 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12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 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：凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：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：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 一般很小一般很小，，占占0.8~1%，，忽略泵功忽略泵功 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kg汽耗率汽耗率(Steam Rate)的概念的概念的单位是的单位是kJ/kg1kW=1 kJ/s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sT64211098753  q2相同；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4’1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影影响响热热效效率率的的参参数？数？THow can we increase the efficiency of the Rankine cycle工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环sT654321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 , 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~ 0.88工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环sT654321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• 汽机出口尺汽机出口尺寸大寸大p1 , p2不变不变，，t1工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环sT654321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：• 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0.0035~0.005MPa，，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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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 2’4’1’’1’14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(1’’1’) 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一律：一律：热效率分析法效率分析法热二律：二律：熵分析法分析法 Ex分析法分析法√√√√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 2’4’1’’1’14忽略忽略泵功功可逆循可逆循环效率效率汽机相汽机相对内效率内效率管道和管道和节流，流，管道效率管道效率锅炉散炉散热和排烟，和排烟，锅炉效率炉效率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 2’4’1’’1’14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 2’4’1’’1’14机械效率机械效率电机效率机效率工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环实际蒸汽动力装置的实际蒸汽动力装置的Ex分析法分析法对于于稳定流定流动进入入设备的的Ex总和和离开离开设备的的Ex总和和Ex损失之和失之和焓焓Ex工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环锅炉的锅炉的Ex分析分析sT532 2’4’1’’1’14排烟排烟过热汽汽1 1’’水水4 4’（ （3 3） ）渣渣燃料燃料空气空气工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环锅炉的锅炉的Ex分析（燃烧）分析（燃烧）排烟排烟过热汽汽1 1’’水水4 4’（ （3 3） ）渣渣燃料燃料空气空气空气空气燃料燃料设燃料完全是燃料完全是Ex（ （1 1） ）燃燃烧，烟气，烟气热量量以以环境境为基准基准平均燃烧温度平均燃烧温度工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环锅炉的锅炉的Ex分析（散热）分析（散热）排烟排烟过热汽汽1 1’’水水4 4’（ （3 3） ）渣渣燃料燃料空气空气（ （2 2） ）排烟，渣，散排烟，渣，散热后，可后，可传给水的水的ex工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环锅炉的锅炉的Ex分析（传热）分析（传热）排烟排烟过热汽汽1 1’’水水4 4’（ （3 3） ）渣渣燃料燃料空气空气（ （3 3） ）传热，水的温度，水的温度远比燃气低，温差比燃气低，温差传热水水得到的得到的ex工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环管道和汽机主汽门节流的管道和汽机主汽门节流的Ex分析分析sT532 2’4’1’’1’141 1’’1 1工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环管道和汽机主汽门节流的管道和汽机主汽门节流的Ex分析分析1 1’’1 1汽机入口汽机入口ex管道和主汽门的管道和主汽门的ex损失损失工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环汽轮机的汽轮机的Ex分析分析sT532 2’4’1’’1’141 12’’wnet’’绝热工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环汽轮机的汽轮机的Ex分析分析汽轮机最大可能作功汽轮机最大可能作功汽轮机的汽轮机的ex损失损失1 12’’wnet’’汽轮机实际输出功汽轮机实际输出功工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环冷凝器的冷凝器的Ex分析分析sT532 2’4’1’’1’1432’’冷凝器的冷凝器的ex损失损失工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环两种分析方法的比较两种分析方法的比较锅炉锅炉 qB/qf=10%  B/ex,qf=56.7% (燃烧燃烧14.1%排烟及散热排烟及散热 8.6%传热传热34%)管道管道 qtu/qf= 0.6%  tu/ex,qf= 0.5%汽轮机汽轮机 qt/qf= 0  t/ex,qf= 5.6%凝汽器凝汽器 qc/qf= 55.7%  c/ex,qf= 3.5% Ex Ex 经济学分析方法学分析方法 热效率法效率法 ExEx分析法分析法工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环Ex损失的表示损失的表示sT532 2’4’1’’1’14T0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Ts65431b§7-8 蒸汽再热循环蒸汽再热循环(reheat)工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环Ts65431b蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的热效率热效率  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效率提高2 2％％～～3.53.5％％。

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 0.2~0.3p1  p1<10MPa，，一般不采用一般不采用再热再热  我国常见机组，我国常见机组，10、、12.5、、20、、30万机万机 组，组，p1>13.5MPa，，一次一次再热再热  超临界机组，超临界机组， t1>600℃，，p1>25MPa，， 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Ts65431b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：放热量：放热量：净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）：热效率：热效率：工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环§7-9 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(regenerative)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  kg65as43211kgTa  kg4(1-  )kg51kg由由于于T-s图图上上各各点点质质量量不不同同，，面面积积不不再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器器为例例热一律一律忽略忽略泵功功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热效率的回热循环热效率的计算计算(1-  )kg  kg65as43211kgT吸吸热量：量：放放热量：量：净功：功：热效率：效率：工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环为什么抽汽为什么抽汽回热热效率提高？回热热效率提高？(1-  )kg  kg65as43211kgT简单朗肯循朗肯循环： ：物理意物理意义： ：  kgkg工工质100%利用利用 1- 1-   kg kg工工质效率未效率未变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的特点回热循环的特点小型火力小型火力发电厂回厂回热级数一般数一般为1～～3级中大型火力中大型火力发电厂一般厂一般为 4～～8级。

•优点优点l 提高热效率提高热效率l 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短l 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面l 可兼作除氧器可兼作除氧器•缺点缺点l 循环比功减小，汽耗率增加循环比功减小，汽耗率增加l 增加设备复杂性增加设备复杂性l 回热器投资回热器投资>缺点缺点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§7-10 热电联产热电联产(供供)循环循环用发电厂作了功的用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足蒸汽的余热来满足热用户的需要，这热用户的需要，这种作法称为种作法称为热电联热电联( (产产) )供供背背压式机式机组( (背压背压>0.1MPa) )热用户为什么要用热用户为什么要用换热器而不直接用换热器而不直接用热力循环的水？热力循环的水？Cogeneration工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环背压式背压式热电联产热电联产(供供)循环循环背压式背压式缺点缺点：：   热电互相影响热电互相影响   供热参数单一供热参数单一清华北门外清华北门外2 2台台背压式背压式，，5000kW5000kW电负荷电负荷工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环抽汽调节式抽汽调节式热电联产热电联产(供供)循环循环 抽汽式热电联抽汽式热电联供循环供循环, , 可以自动可以自动调节热、电供应比调节热、电供应比例，以满足不同用例，以满足不同用户的需要。

户的需要工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环热电联产热电联产(供供)循环循环的经济性评价的经济性评价  只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面  能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同  Ex经济学评价经济学评价  热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保Utilization factor工程热力学——水蒸气性质和蒸汽动力循环第七章第七章 完完End of Chapter Seven。