《發(fā)電廠熱力設(shè)備及系統(tǒng)》第二章 蒸汽動(dòng)力循環(huán) 3

上節(jié)內(nèi)容回顧閉口系循環(huán)的熱一律表達(dá)式熱力學(xué)第一定律的一般表達(dá)式穩(wěn)定流動(dòng)能量方程系統(tǒng)內(nèi)部各點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)系統(tǒng)。工質(zhì)為單位質(zhì)量焓：H=U+PV

比焓:h＝u+pv：軸功六、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式的應(yīng)用1.葉輪式機(jī)械蒸汽輪機(jī)通常忽略不計(jì)進(jìn)出口的動(dòng)能差、位能差及系統(tǒng)向外散發(fā)熱量，可得：2.壓氣機(jī)，水泵類通常忽略不計(jì)進(jìn)出口的動(dòng)能差、位能差，可得：3.換熱器（鍋爐、加熱器等）交換熱量:Wsh=0，若忽略動(dòng)能差、位能差可得:4.節(jié)流與外界交換熱量忽略不計(jì)q=0，忽略動(dòng)能差、位能差，與外界無(wú)功量交換：第三節(jié)

熱力學(xué)第二定律

自然過(guò)程具有方向性，即只能自發(fā)地向一個(gè)方向進(jìn)行，如果要逆向進(jìn)行，就必須付出代價(jià)，或者說(shuō)具備一定的補(bǔ)充條件，即自然過(guò)程是不可逆的。三、卡諾循環(huán)和卡諾定理d－a可逆絕熱壓縮

a－b

T1下的可逆等溫吸熱Q1

b－c可逆絕熱膨脹

c－d

T2下的可逆等溫放熱Q2重要結(jié)論：（1）效率只取決于、，提高和降低都可以提高熱效率；（2）循環(huán)效率小于1：（3）當(dāng)=時(shí)，=0，所以借助單一熱源連續(xù)做功的機(jī)器是制造不出來(lái)的。結(jié)論：

在同樣的兩個(gè)溫度不同的熱源間工作的熱機(jī)，以可逆熱機(jī)熱效率最大，不可逆熱機(jī)的熱效率小于可逆熱機(jī),它指出了在兩個(gè)溫度不同的熱源間工作的熱機(jī)熱效率的最高極限值。

卡諾定理第二章蒸汽動(dòng)力循環(huán)1、工質(zhì)易獲得、不污染環(huán)境、應(yīng)用廣泛一、學(xué)習(xí)的意義及任務(wù)發(fā)電供熱吸收制冷2、其熱力性質(zhì)有代表性３、h、u、p、v、t等參數(shù)求解不能按理想氣體處理二、幾個(gè)概念汽化——液相變氣相的過(guò)程，汽化速度取決于液體的溫度凝結(jié)——?dú)庀嘧円合嗟倪^(guò)程，凝結(jié)速度取決于蒸汽的分壓力蒸發(fā)——在液體表面進(jìn)行的汽化過(guò)程。沸騰——在液體表面及內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行的汽化過(guò)程飽和狀態(tài)——在密閉容器內(nèi)，當(dāng)汽化速度與凝結(jié)速度相等時(shí)的狀態(tài)。飽和參數(shù)——達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)的參數(shù)。如Ps、Ts。Ps與Ts是單調(diào)增的關(guān)系，即f(ps)=f(ts)飽和蒸汽——達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)的蒸汽飽和液體——達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)的液體三、水蒸汽的定壓生成過(guò)程1、水蒸氣的定壓生成過(guò)程2、汽化潛熱(r)——在某一壓力下，飽和液體定壓加熱成干飽和蒸汽所吸收的熱量。單位：(kJ/kg)未飽和水飽和水濕飽和蒸汽干飽和蒸汽過(guò)熱水蒸汽四、水蒸汽的p-v圖和T-s圖1、p-v圖和T-s圖的繪制方法將0.01oC的純水，在某一壓力下定壓加熱，使之由未飽和水變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，并且記錄下不同溫度時(shí)的v（尤其關(guān)注飽和濕蒸汽的始、終點(diǎn)）熱量Q等，便可在p-v圖和T-s圖上得到一條等壓曲線。例如下圖中曲線1o－1’－1’’線。改變壓力，重復(fù)上面的過(guò)程便得到一系列這樣的曲線如2o2’22’’等。將這些不同壓力下的飽和水狀態(tài)點(diǎn)（下飽和點(diǎn)）聯(lián)結(jié)，再將不同壓力下的干飽和蒸汽點(diǎn)（上飽和點(diǎn)）聯(lián)結(jié)，便得到p-v圖上的曲線1’C1’’。C點(diǎn)——臨界點(diǎn)（任何物質(zhì)其臨界點(diǎn)是唯一的）。CA線——飽和液態(tài)線（下界線）CB線——干飽和蒸汽線（上界線）。將有關(guān)參數(shù)整理也可在T-s圖上繪出不同壓力下的一系列曲線C2010CpTⅠⅢⅢⅠⅡⅡABBvs2010A在p-v圖上，1o2o……為什么近似在一條等容線上？

答：因?yàn)橐后w幾乎是不可壓縮的，因此不同壓力下處于0oC的水的比容幾乎是相等的。C2010CpTⅠⅢⅢⅠⅡⅡABBvs2010A2、p-v圖上的一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五狀態(tài)飽和液線與飽和汽線交于一點(diǎn)C，這點(diǎn)叫臨界點(diǎn)，此點(diǎn)的參數(shù)稱作臨界參數(shù)Pc、Tc、Vc對(duì)于水：

ＰＣ＝22.064ＭＰa；tc=373.99℃這兩線、一點(diǎn)、將p-v圖分成三區(qū)，五種狀態(tài)。三區(qū)：未飽和液體區(qū)、濕飽和蒸汽區(qū)、過(guò)熱蒸汽區(qū);五狀態(tài)：未飽和液體、飽和液體、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽.濕飽和蒸汽中所含的干飽和蒸汽的質(zhì)量成分，即

（1-x）則是飽和水的質(zhì)量成分３、濕蒸汽的干度x對(duì)于干度為x的濕蒸汽的狀態(tài)參數(shù)一、水蒸氣的表的使用由于水蒸氣不能視為理想氣體，故有關(guān)理想氣體的狀態(tài)方程均不能使用，為工程上使用方便，將水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)制成圖表。第二節(jié)蒸汽熱力性質(zhì)圖表及其應(yīng)用將純水的三相點(diǎn)作為基點(diǎn)，并規(guī)定此點(diǎn)的u’=0，s’=0。由于純水的三相點(diǎn)是唯一的，且國(guó)際上均選用這個(gè)零點(diǎn)，故各國(guó)繪制的圖表就可以通用，便于國(guó)際交流。1.水蒸汽表及圖中零點(diǎn)的規(guī)定水的三相點(diǎn)參數(shù)為：根據(jù)焓的定義,可求出焓所以工程上認(rèn)為三相點(diǎn)液相水的焓取零已足夠準(zhǔn)確。２.水蒸汽表的使用由于規(guī)定了零點(diǎn)，故不同壓力、溫度時(shí)的u，h,，s值便是唯一確定的.①水蒸氣表的編排a）按溫度編排，見(jiàn)附表2-1b）按壓力編排，見(jiàn)附表2-2c)按溫度編排，見(jiàn)附表2-3查未飽和水及過(guò)熱水蒸氣參數(shù)

查飽和參數(shù)用附表2-3，查取時(shí)需同時(shí)知道p,t方可確定其他狀態(tài)參數(shù)(粗實(shí)線以上為未飽和水，粗實(shí)線以下為過(guò)熱蒸汽)用表2-1，表2-2只需知道Ps、Ts中一個(gè)便可讀得其余所有裝狀態(tài)參數(shù)如v’,v’’,h’,h’’,r,S’,s’’等②飽和參數(shù)的查?、畚达柡图斑^(guò)熱狀態(tài)參數(shù)的確定hx=h’(1-x)+h’’xSx=s’(1-x)+s’’xvx=v’(1-x)+v’’x各種表中均未給出u的值，它必須通過(guò)公式u=h-pv進(jìn)行計(jì)算④濕蒸汽區(qū)v,h,s的確定此區(qū)域不能直接自任何表中讀出，需由ps或Ts及干度x進(jìn)行計(jì)算。其公式為：⑤內(nèi)能的確定u３.使用舉例例１飽和蒸汽的溫度為ts=130℃，求ps，v’，v’’，h’，h’’，r，s’，s’’。求解時(shí)查附表2-1即可。求解時(shí)查附表2-2即可。例２求0.9MPa下干飽和蒸汽的參數(shù)。則：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的濕飽和蒸汽的

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:此時(shí)水為過(guò)熱蒸汽，且h=3704.5kJ/kgs=9.0979kJ/kg

v=4.028m3/kg例４確定t=600℃p=0.1MPa時(shí)水的狀態(tài)，并求h,s,u所以u(píng)=h-pv=3704.5-100x4.028=3301.7kJ/kgx=1X=0.9STvp二、水蒸汽h-s圖的使用1.編排如圖X=0.1h定壓線P;定溫線T；定容線v；定干度線x2.使用過(guò)熱區(qū)由p，v，T中兩個(gè)參數(shù)直接查取出其他參數(shù)兩相區(qū)中由p，v，T之一及x兩個(gè)參數(shù)直接查取其他的參數(shù)①能量方程②u=h-pv③δw=pdv④δwt=-vdp⑤q=h2-h13.基本處理方法x=1X=0.9STvpX=0.1h目的：1）初、終狀態(tài)參數(shù)；2）過(guò)程功、熱量以及焓、熵的變化量。可逆過(guò)程求解步驟：1）根據(jù)初態(tài)已知條件查圖或表得到其他狀態(tài)參數(shù)。2）根據(jù)過(guò)程特征和終態(tài)參數(shù)查圖或表得到其他終態(tài)參數(shù)。3）根據(jù)初、終狀態(tài)參數(shù)求出功、熱量以及焓、熵變化量。三、水蒸汽的基本熱力過(guò)程及q，△u，w、wt的計(jì)算１、定容過(guò)程（v=常數(shù))

體積功技術(shù)功２、定壓過(guò)程（p=常數(shù))（鍋爐中水和水蒸汽的加熱）體積功技術(shù)功p1x=1hs2t21x1３、定溫過(guò)程（T=常數(shù))單位質(zhì)量熱量：體積功：技術(shù)功：４、絕熱過(guò)程（s=常數(shù))體積功：技術(shù)功：hsp2p1t11321-2可逆過(guò)程：1-3不可逆過(guò)程：絕熱效率（相對(duì)內(nèi)效率）：例1汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的參數(shù)為p1＝9.0MPa,t1=500℃，蒸汽在汽輪機(jī)中進(jìn)行絕熱可逆膨脹至P2=0.004MPa,試求：求:(1)進(jìn)口蒸汽的過(guò)熱度(2)單位質(zhì)量蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)對(duì)外所作的功。解：(1)由進(jìn)口蒸汽的參數(shù)P1,t1查飽和水和飽和蒸汽表可得進(jìn)口蒸汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度ts1,過(guò)熱度：D＝t1-ts1hs12P1P2h2h１(2)由P1、t1查焓熵圖得h1,s1的值因S2=S1,由p2、s2查焓熵圖可得h2的值hs12P1P2h2h１總結(jié)本章重點(diǎn)：一、基本概念：飽和狀態(tài)臨界點(diǎn)及參數(shù)（P水=221公斤，T=0.01oC）三相點(diǎn)及參數(shù)（P=611pa,T=0.01oC）、汽化潛熱。濕蒸汽的干度二、基本特點(diǎn)Ps=f(ts)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系三、一點(diǎn)，二線，三區(qū)，五狀態(tài)四、用x及ps（ts)通過(guò)查飽和水蒸汽表求u、h、s的步驟、方法五、h-s圖的使用，用圖計(jì)算蒸汽熱力過(guò)程中的能量傳遞1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，19世紀(jì)后期蒸汽動(dòng)力裝置的大量使用，促使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，促使資本主義誕生。2）目前世界約75%電力、國(guó)內(nèi)78%電力來(lái)自火電廠，絕大部分來(lái)自蒸汽動(dòng)力。3）蒸汽動(dòng)力裝置可利用各種燃料。4）蒸汽是無(wú)污染、價(jià)廉、易得的工質(zhì)。

概述第三節(jié)蒸汽動(dòng)力裝置及循環(huán)一、蒸汽及蒸汽動(dòng)力裝置1.水蒸氣的卡諾循環(huán)水蒸氣卡諾循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)，但：1）溫限小2）膨脹末端x太小3）壓縮兩相物質(zhì)的困難實(shí)際并不實(shí)行卡諾循環(huán)二、朗肯循環(huán)2.水蒸氣朗肯循環(huán)1）流程圖2）p-v，T-s及h-s圖3）朗肯循環(huán)的熱效率若忽略水泵功，同時(shí)近似取h4h3，則如果確定了新汽的溫度（初溫T1

）、壓力（初壓p1）以及乏汽的壓力（終壓p2），那么整個(gè)朗肯循環(huán)也就確定了蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響，也就是指初溫、初壓和終壓對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響

３、蒸汽參數(shù)對(duì)熱效率的影響假定新汽和乏汽壓力保持為p1和p2不變，將新汽的溫度從T1提高到T1’1)、新汽溫度（初溫T1）的影響朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度有所提高（T’m1>Tm1)，而平均放熱溫度未變，循環(huán)的熱效率也提高了同時(shí)可以降低汽耗率和汽輪機(jī)乏汽濕度，減少機(jī)組腐蝕變熱源可逆循環(huán)熱效率：平均放熱溫度；平均吸熱溫度通常也能提高朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度（T’m1'>Tm1），而平均放熱溫度不變，因而可以提高循環(huán)的熱效率如果單獨(dú)提高初壓會(huì)使膨脹終了時(shí)乏氣的濕度增大假定新汽溫度和乏汽壓力保持為T1

和p2

不變，將新汽壓力由p1提高到p1’２)、新汽壓力（初壓p1）的影響乏汽濕度過(guò)大，不僅影響蒸汽輪機(jī)最末幾級(jí)的工作效率，而且危及安全提高初溫則可降低膨脹終了時(shí)乏汽的濕度所以，蒸汽的初溫和初壓一般都是同時(shí)提高的，這樣既可避免單獨(dú)提高初壓帶來(lái)的乏汽濕度增大的問(wèn)題，又可使循環(huán)熱效率的增長(zhǎng)更為顯著提高蒸汽的初溫和初壓一直是蒸汽動(dòng)力裝置的發(fā)展方向假定新汽溫度和壓力保持(T1和p1)不變，將乏汽壓力由p2降低到p2’３)乏汽的壓力（終壓p2）的影響循環(huán)的平均放熱溫度顯著降低，平均吸熱溫度降低很少。因此隨著乏汽壓力的降低，朗肯循環(huán)的熱效率有顯著的提高。

乏汽溫度（即相應(yīng)于乏汽壓力的飽和溫度）充其量也只能降低到和天然冷源（大氣、海水等）的溫度相等，乏汽壓力的降低是有限度的。目前大型蒸汽動(dòng)力裝置的乏汽壓力p20.004MPa（相應(yīng)的飽和溫度為29℃），可以說(shuō)已經(jīng)到了下限。３)乏汽的壓力（終壓p2）的影響三、有摩阻的實(shí)際朗肯循環(huán)

1.T-s圖及h-s圖汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率：不可逆過(guò)程熵S2.不可逆性衡量

汽輪機(jī)內(nèi)部相對(duì)效率ηT（簡(jiǎn)稱汽機(jī)效率）近代大功率汽輪機(jī)ηT在0.92左右設(shè)計(jì)中，選定ηT按h2act的確定方法：運(yùn)行中，測(cè)出p2及x2，按h2act=x2h