水蒸氣的熱力性質與蒸汽動力循環(huán)

第九章

水蒸氣的熱力性質和蒸汽動力循環(huán)第一頁，共九十六頁。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)汽化

–

液體轉變?yōu)槠w的過程液化

–

蒸汽或氣體轉變?yōu)橐后w的過程蒸發(fā)

–

液體表面在任何溫度進行的緩慢汽過程飽和狀態(tài)是汽化和液化達到動態(tài)平衡共存的狀態(tài)

液化的微觀機制汽化的微觀機制

演示第二頁，共九十六頁。圖9-1圖9-2第三頁，共九十六頁。飽和的含義、飽和水、飽和水蒸氣濕飽和蒸汽（濕蒸汽）干飽和蒸汽過熱水蒸汽過冷水或未飽和水飽和壓力ps、飽和溫度ts9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第四頁，共九十六頁。飽和溫度與飽和壓力的對應關系一定的飽和溫度總是對應著一定的飽和壓力一定的飽和壓力總是對應著一定的飽和溫度飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高實驗測出飽和溫度與飽和壓力的關系如圖9-2中曲線AC所示9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第五頁，共九十六頁。飽和溫度與飽和壓力的對應關系適用范圍溫度t>tC時，液相不可能存在，而只可能氣相，tC稱為臨界溫度。

與臨界溫度相對應的飽和壓力pC稱為臨界壓力臨界溫度是最高的飽和溫度。臨界壓力是最高的飽和壓力。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第六頁，共九十六頁。臨界狀態(tài)（臨界點）由臨界溫度和臨界壓力確定的狀態(tài)就是臨

界狀態(tài)。臨界狀態(tài)是汽液兩相模糊不清不易區(qū)分的

狀態(tài)。臨界狀態(tài)也是最高的飽和狀態(tài)。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)演示第七頁，共九十六頁。水（或水蒸氣）的臨界參數值為：

9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第八頁，共九十六頁。三相點壓力p<pA時，液相也不可能存在，而只可能是氣相或固相。pA稱為三相點壓力;tA稱為三相點溫度。三相點壓力是最低的汽-液兩相平衡的飽和壓力。三相點溫度是最低的汽-液兩相平衡的飽和溫度。三相點是汽液固共存的狀態(tài)，也是最低的飽和狀態(tài)。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第九頁，共九十六頁。水的三相點溫度和三相點壓力為：9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第十頁，共九十六頁。水蒸氣的飽和溫度與飽和壓力的對應關系及計算查飽和水蒸氣表（參看附表6和附表7）根據經驗公式計算。粗略的經驗公式如

（9-1）式中：ps單位為atm；ts單位為。C該式只能用于100。C附近9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第十一頁，共九十六頁。嚴家祿飽和蒸汽壓計算式從三相點到臨界點，其結果全部符合1985年國際水蒸氣性質骨架表中規(guī)定的允差要求：9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第十二頁，共九十六頁。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第十三頁，共九十六頁。沸騰--液體表面和液體內部在溫度達到和超過飽和溫度時通過產生汽泡所進行的激烈的汽化過程。沸騰和蒸發(fā)的區(qū)別：蒸發(fā)是在任何溫度下液體表面通過分子飛升的方式進行的緩慢的汽化過程。沸騰是在溫度達到和超過飽和溫度時通過產生汽泡和分子飛升的方式所進行的激烈的汽化過程。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)第十四頁，共九十六頁。9-2水蒸氣的產生過程水蒸氣的產生過程分為三個階段1、未飽和水變成飽和水的定壓預熱過程將1kg、0。C的水定壓加熱到該壓力p下的飽和溫度ts時所需加入的熱量q’稱為水的液體熱。

（9-3）式中，-水的比定壓熱容，

熱量q’也等于焓的增量：

（9-4）

演示第十五頁，共九十六頁。式中：-飽和水的焓；-溫度為0。C時水的焓。

飽和水的焓為（9-5）水的液體熱隨壓力提高而增大（見圖9-3）表9-1不同壓力下水的液體熱壓力p/MPa0.010.115102022.064=pc液體熱q’/kJ/kg191.80417.47761.871149.21397.11807.12063.89-2水蒸氣的產生過程第十六頁，共九十六頁。2、飽和水變?yōu)轱柡退羝亩▔浩^程使1kg飽和水在一定壓力下完全變?yōu)橄嗤瑴囟鹊娘柡退魵馑杓尤氲臒崃糠Q為水的汽化潛熱，用符號r表示。在溫熵圖上汽化潛熱則相應于水平線段下的矩形面積：

（9-6）9-2水蒸氣的產生過程第十七頁，共九十六頁。水的汽化潛熱可由實驗測定。壓力愈高，汽化潛熱愈小，而當壓力達到臨界壓力時，汽化潛熱變?yōu)榱悖ㄒ妶D9-4）

表9-2不同壓力下水的汽化潛熱

壓力p/MPa0.010.115102022.064=pc汽化潛熱r/kJ/kg2392.02257.62014.81639.51317.2585.909-2水蒸氣的產生過程第十八頁，共九十六頁。9-2水蒸氣的產生過程

圖9-3圖9-4第十九頁，共九十六頁。式中：

-飽和水蒸氣的熵；-飽和水的熵。汽化潛熱也等于定壓汽化過程中焓的增加：

（9-7）式中：-飽和水蒸氣的焓。飽和水蒸氣的焓為

（9-8）9-2水蒸氣的產生過程第二十頁，共九十六頁。濕蒸汽狀態(tài)計算干度（9-9）濕度（9-10）式中：-濕蒸汽中飽和水蒸氣的質量-濕蒸汽中飽和水的質量-濕蒸汽的質量9-2水蒸氣的產生過程第二十一頁，共九十六頁。干度與濕度關系飽和水飽和水蒸氣濕蒸汽（9-11）9-2水蒸氣的產生過程第二十二頁，共九十六頁。濕蒸汽的比狀態(tài)參數計算9-2水蒸氣的產生過程第二十三頁，共九十六頁。式中：

-飽和水的比體積、比焓、比熱力學能、比熵；

-飽和水蒸氣的比體積、比焓、比熱力學能、比熵；

-濕蒸汽的比體積、比焓、比熱力學、比熵。濕蒸汽的壓力和溫度，也是飽和壓力和飽和溫度9-2水蒸氣的產生過程第二十四頁，共九十六頁。3、飽和水蒸氣變?yōu)檫^熱水蒸氣的定壓過熱過程將1kg飽和水蒸氣在一定壓力下繼續(xù)加熱，變成溫度為t的過熱水蒸氣所吸收的熱量，即過熱熱量q”為：

（9-13）

式中：-過熱水蒸氣的比定壓熱容。

-過熱水蒸氣的平均比定壓熱容。

-過熱水蒸氣的過熱度，表示過熱水蒸氣的溫度超出該壓力下飽和溫度的度數。表明過熱水蒸氣離開飽和狀態(tài)的遠近程度。

9-2水蒸氣的產生過程第二十五頁，共九十六頁。水蒸氣在定壓過熱過程中吸收的熱量也等于焓的增加：

（9-14）式中，h一定壓力為p、溫度為t時過熱水蒸氣的焓。過熱水蒸氣的焓為

（9-15）9-2水蒸氣的產生過程第二十六頁，共九十六頁。在這整個定壓加熱過程中所吸收的熱量為

（9-16）圖9-5表示水從0。C定壓加熱變?yōu)闇囟葹閠的

過熱水蒸氣所需的熱量q,以及三個加熱階段

所需熱量q’、r、q”因壓力不同而變化的情況9-2水蒸氣的產生過程第二十七頁，共九十六頁。

圖9-5第二十八頁，共九十六頁。1、水蒸氣的壓容圖、溫熵圖和焓熵圖使水在不同壓力定壓預熱、汽化、過熱、變成過熱水蒸氣。將各定壓線上所有開始汽化的各點連接起來，形

成一條曲線A1-C，稱為下界線。下界線上各點相

應于不同壓力下的飽和水，因此下界線又稱為飽

和液體線。顯然，它同時又是x=0的定干度線9-3水蒸氣圖表演示第二十九頁，共九十六頁。將定壓線上所有汽化完畢的各點連接起來，形成

另一條曲線A2–C，稱為上界線。上界線各點相應

于不同壓力下的飽和水蒸氣，因此上界線又成為

飽和水蒸汽線。它同時又是x=1的定干度線下界線和上界線相交于臨界點C，這樣就形成了

飽和曲線A1-C-A2所包圍的飽和區(qū)（或稱為濕蒸

汽區(qū)）。超出飽和區(qū)的范圍（p>pc）便不再有水的定壓汽化過程。9-3水蒸氣圖表第三十頁，共九十六頁。水蒸氣熱力性質圖結構特征口訣

“一點連雙線三區(qū)五態(tài)含”一點–臨界點雙線–飽和水線、飽和水蒸氣線三區(qū)–未飽和水區(qū)、飽和蒸汽（濕蒸汽、兩相）區(qū)、過熱水蒸氣區(qū)

五態(tài)–未飽和水態(tài)、飽和水態(tài)、濕蒸汽態(tài)、飽和水蒸汽態(tài)、過熱水蒸氣態(tài)9-3水蒸氣圖表第三十一頁，共九十六頁。水蒸氣圖中不同區(qū)域內的不同定值線的形狀是由于內在的物理特性決定的。水的壓縮性很小，壓容圖中，定溫線處于下界線左邊的線段是很陡的，幾乎是垂直線段。這說明水在定溫壓縮時，即使壓力提高很多，比體積的減小也是不顯著的。水的壓縮性很小，定熵消耗的功很少，即使壓力提高很多，熱力學能也增加及少，溫度幾乎沒有提高。因此，溫熵圖中不同壓力的定壓線處于下界線左邊的線段靠得很近，并且?guī)缀醵己拖陆缇€重合在一起。在焓熵圖中，由于水在定熵壓縮后焓的增加也有限，所以這些定壓預熱線段和下界線還是靠得比較近的。9-3水蒸氣圖表第三十二頁，共九十六頁。飽和溫度與飽和壓力的對應關系及其形狀在飽和區(qū)中，定溫線同時也是定壓線在定容圖中，定溫線處于飽和區(qū)中的線段是水平線段（定壓線）在溫熵圖中，定壓線處于飽和區(qū)中線段也是水平線段（定溫線）在焓熵圖中，定壓線（定溫線）處于飽和區(qū)中的線段是不同斜率的斜直線9-3水蒸氣圖表第三十三頁，共九十六頁。在焓熵圖中，定壓線上各點的斜率正好等于各點的溫度在飽和區(qū)中，由于定壓線同時也是定溫，壓力不變，相應的飽和溫度也不變，因此

（9-17）定壓線的斜率是常數，定壓線當然就是直線。9-3水蒸氣圖表第三十四頁，共九十六頁。在焓熵圖中，定壓線（定溫線）處于飽和區(qū)中

的線段是直線段。同時，壓力愈高，相應的飽

和溫度也愈高，定壓線的斜率就愈大，在焓熵

圖中也就愈陡。2、水蒸氣熱力性質表“飽和水與飽和水蒸氣性質表”“未飽和水與過熱水蒸氣性質表”9-3水蒸氣圖表第三十五頁，共九十六頁。飽和水與飽和水蒸氣熱力性質表列成兩個一個按溫度排列，對溫度取比較整齊的數值，按次序排列，相應地列出飽和壓力以及飽和水蒸氣的比體積、焓、熵和汽化潛熱。一個按壓力排列，對壓力取比較整齊的數值，按次序排列，相應地列出飽和溫度以及飽和水與飽和水蒸氣的比體積、焓、熵和汽化潛熱。9-3水蒸氣圖表第三十六頁，共九十六頁。未飽和水與過熱水蒸氣熱力性質表中，根據不同溫度和不同壓力，按次序排列（因為溫度與壓力沒有對應關系），相應地列出未飽和水（粗黑線以上）和過熱水蒸氣（粗黑線以下）的比體積、焓和熵。按1985年第三十屆國際水蒸氣性質大會通過的骨架表規(guī)定，以三相點壓力（611.66Pa）下飽和水的熱力學能和熵為零。這些圖表中的數據均由嚴家祿教授提供的水蒸氣統一熱物性方程計算而得，符合國際骨架表規(guī)定的允差要求。9-3水蒸氣圖表第三十七頁，共九十六頁。9-4水蒸氣的熱力過程利用圖表進行水蒸氣熱力過程的計算步驟如下：（1）將過程畫在焓熵圖中，以便分析

（2）根據焓熵圖或熱力性質表查出過程始末各狀態(tài)參數值

將熱力學能：演示第三十八頁，共九十六頁。（3）計算熱量（不考慮摩擦）：定容過程（無膨脹功的過程）

（6-18）定壓過程（無技術功的過程）

（6-19）定溫過程

（6-20）定熵過程（絕熱過程）（6-21）9-4水蒸氣的熱力過程第三十九頁，共九十六頁。（4）計算功（不考慮摩擦）：定容過程（無膨脹功的過程）

（9-22）

（9-23）定壓過程（無技術功的過程）

（9-24）

（9-25）9-4水蒸氣的熱力過程第四十頁，共九十六頁。定溫過程

（9-26）

（9-27）定熵過程（絕熱過程)

(9-28）

（9-29）9-4水蒸氣的熱力過程第四十一頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)1、濕蒸汽的卡諾循環(huán)及其改進濕蒸汽區(qū)可以實現卡諾循環(huán)。但存在諸多缺點：一、受臨界點限制循環(huán)的吸熱溫度不會很高，因此循環(huán)熱效率較低；二、水泵工作在高濕度區(qū)，不僅水泵壓縮濕蒸汽耗功多，而且穩(wěn)定性差，壓縮效率低；三、蒸汽輪機也在濕度較高的區(qū)域工作，不僅濕蒸汽膨脹時速度三角形會發(fā)生畸變，氣動性能不好，效率大為降低，而且蒸汽輪機末級葉片腐蝕嚴重，安全性差。改進后的朗肯循環(huán)：一、水泵壓縮飽和水，降低壓縮功耗，提高了壓縮效率和工作穩(wěn)定性。二、在蒸汽輪機中膨脹的是過熱蒸汽，提高了循環(huán)吸熱溫度和蒸汽膨脹作功能力，降低了葉片的腐蝕，機組運行安全性增強。第四十二頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)2、基本蒸汽動力循環(huán)—朗肯循環(huán)1）朗肯循環(huán)蒸汽動力裝置構成及工作原理

主要設備：蒸汽鍋爐蒸汽輪機凝汽器水泵（圖9－6）

圖9-6第四十三頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)工作原理來自于給水泵的凝結水在蒸汽鍋爐中預熱、汽化并過熱，變成過熱水蒸氣。

過熱水蒸氣進入到蒸汽輪機膨脹作功帶動發(fā)電機發(fā)電或帶動其它原動機工作。蒸汽輪機作功后的乏汽進入到凝汽器凝結放熱，放出的凝結熱被冷卻水帶走，凝結水進入給水泵。給水泵壓縮凝結水并將其打入蒸汽鍋爐再進行下一個循環(huán)。第四十四頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)2）簡單肯朗循環(huán)構成及其在壓容圖、溫熵圖和焓熵圖上的表示。

圖9-7

圖9-8

圖9-9第四十五頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)未飽和水在蒸汽鍋爐中的定壓加熱過程（過程0→1）。

來自于給水泵的凝結水在蒸汽鍋爐中預熱、汽化并過熱，變成過熱水蒸氣。每千克蒸汽獲得的熱量：

(9-30)在圖9-8中,q1表示為面積60176。在圖9-9中,q1表示為線段a。第四十六頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)過熱水蒸氣在蒸汽輪機中膨脹作功過程（過程1→2）。

從蒸汽鍋爐出來的水蒸氣（即所謂新汽）進入蒸汽輪機膨脹作功。認為過程是絕熱的。在絕熱（定熵）膨脹過程中，水蒸氣通過蒸汽輪機對外所作的功（技術功）為：

（9-31）在圖9-7中，wT表示為面積41254。在圖9-9中，wT表示為線段b。第四十七頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)作功后的乏汽在凝結放熱過程

（過程2→3）。從蒸汽輪機作功后的乏汽進入到凝汽器凝結放熱，放出的凝結熱被冷卻水帶走。每千克乏汽所放出的熱量為：

（9-32）

在圖9-8中，q2表示為面積63276。在圖9-9中，q2表示為線段c。第四十八頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)作功后的乏汽在凝結放熱過程

（過程2→3）。從蒸汽輪機作功后的乏汽進入到凝汽器凝結放熱，放出的凝結熱被冷卻水帶走。每千克乏汽所放出的熱量為：

（9-33）在圖9-8中，q2表示為面積63276。在圖9-9中，q2表示為線段c。第四十九頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)循環(huán)所作的凈功（或循環(huán)的凈熱量）兩個定壓過程（或者說由兩個不作技術功的過程）和兩個絕熱過程組成的最簡單的蒸汽動力循環(huán)，稱為朗肯循環(huán)。每千克工質，每完成一個循環(huán)，對外界作出的功為：

（9-34）

第五十頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)的理論熱效率考慮給水泵耗功時為

（9-35）忽略給水泵耗功時為

（9-36）

第五十一頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)汽耗率蒸汽輪機每發(fā)出一千瓦小時（一度電）功所消耗的蒸汽量。

do=D/No=3600/

wT

(kg/kw.h)式中D-蒸汽總消耗量（kg/h）No-總功率（kw）熱耗率蒸汽輪機每發(fā)出一千瓦小時（一度電）功所消耗的熱量。

（大卡/kw.h）煤耗率蒸汽輪機每發(fā)出一千瓦小時（一度電）功所消耗的標煤克數。

（g/kw.h）第五十二頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)火電機組供電平均煤耗：國外350g/kw.h國內400g/kw.h（97-98年）上海

350-360g/kw.h青海、新疆

520-800g/kw.h黑龍江

420-430g/kw.h第五十三頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)3、蒸汽參數對朗肯循環(huán)熱效率的影響1）新汽溫度（初溫T1）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’（圖9-10），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可以降低汽耗率和汽輪機乏汽濕度，減少機組腐蝕。第五十四頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)

圖9-10

圖9-11第五十五頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)2)新汽的壓力（初壓p1）的影響

假定新汽溫度和乏汽壓力保持為T1和p1不變，將新汽壓力由p1提

高到p1’（圖9-11）。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。需要注意的是，如果單獨提高初壓會使膨脹終了時乏氣的濕度增大（圖9-11y，2>y2）。乏汽濕度過大，不僅影響蒸汽輪機最末幾級的工作效率，而且危及安全。現代大型蒸汽動力裝置除了采用疏水和蒸汽輪機最末幾級動葉進汽邊背弧硬化處理外，均對濕度加以限制大型凝汽式機組濕度為9-10%，調節(jié)抽氣式機組濕度為14%-18%。蒸汽的初溫和初壓一般都是同時提高的，這樣既可避免單獨提高初壓帶來的乏汽濕度增大的問題，又可使循環(huán)熱效率的增長更為顯著。提高蒸汽的初溫和初壓一直是蒸汽動力裝置的發(fā)展方向，現代大型蒸汽動力裝置蒸汽初溫達550。C，初壓超過15MPa。第五十六頁，共九十六頁。9-5基本的蒸汽動力循環(huán)

—朗肯循環(huán)3）乏汽的壓力（終壓p2）的影響假定新汽溫度和壓力保持為T1

和P1不變，將乏汽壓力有p2降低到p2’（圖9-12），循環(huán)的平均放熱溫度顯著降低了，循環(huán)的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。但是由于乏汽是飽和的，其壓力受到相對于該乏汽壓力的飽和溫度的限制，而乏汽溫度也只能降低到和天然冷源（大氣、海水）的溫度相等，乏汽壓力的降低也是有限度的。目前大型蒸汽動力裝置中蒸汽輪機的乏汽壓力

p2=0.004MPa（因為相應的飽和溫度為29oＣ）已經到了下限。

圖9-12第五十七頁，共九十六頁。9-6蒸汽再熱循環(huán)1、蒸汽再熱循環(huán)熱采用蒸汽再熱循環(huán)也是提高熱效率的一個有效措施。圖9-13表示一個采用再熱循環(huán)的蒸汽動力裝置。過熱水蒸氣在蒸汽輪機中并不一下子膨脹到最低壓力，而是先膨脹到某個中間壓力，接著到再熱器中再次加熱，然后到第二段蒸汽輪機中繼續(xù)膨脹。其它過程和朗肯循環(huán)相同。第五十八頁，共九十六頁。9-6蒸汽再熱循環(huán)再熱循環(huán)在溫熵圖中如圖9-14所示。采用再熱循環(huán)還可以顯著地降低乏汽的濕度（y’2<y2）目前大型超高壓蒸汽動力裝置幾乎都采用再熱循環(huán)。圖9-13圖9-14第五十九頁，共九十六頁。9-6蒸汽再熱循環(huán)再熱循環(huán)的熱效率計算如下：

(9-37)蒸汽再熱的溫度T1一般與新蒸汽的溫度T1相同或稍低。在初壓（p1）和終壓（p2）之間再熱的中間壓力如何選擇方為最佳呢？從熱力學的角度分析，權衡利弊，將再熱壓力選得比熱力學意義上的最佳值稍高些，應更為有利。第六十頁，共九十六頁。9-6蒸汽再熱循環(huán)2、抽汽回熱肯循環(huán)從卡諾定理對熱機的指導原則可知，在循環(huán)平均放熱溫度不變的情況下，提高熱效率的關鍵是提高循環(huán)的平均吸熱溫度。在朗肯循環(huán)中，定壓吸熱過程（圖9-8中過程01）的平均吸熱溫度遠低于新汽溫度，這主要是由于水的預熱過程溫度較低。如能設法使吸熱過程不包括這一段水的低溫預熱過程，那么循環(huán)的平均吸熱溫度將會提高，循環(huán)的熱效率也就能相應地得到提高。采用抽汽回熱來預熱給水正是出于這種考慮。第六十一頁，共九十六頁。9-6蒸汽再熱循環(huán)圖9-15表示一個采用二次抽汽回熱的蒸汽動力裝置。這個抽氣循環(huán)在溫熵圖中如圖9-16所示。從蒸汽輪機的不同中間部位抽出一小部分不同壓力的蒸汽，使它們定壓冷卻，完全凝結（過程a→a’、b→b’）,放出的熱量用來預熱鍋爐給水（過程b”→a’、’c→b’），其余大部分蒸汽在蒸汽輪機中繼續(xù)膨脹作功。這樣一來，使蒸汽鍋爐中的吸熱過程變?yōu)?a”→1)，提高了吸熱平均溫度，從而提高了循環(huán)的熱效率。抽氣回熱是提高蒸汽動力裝置循環(huán)熱效率的切實可行和行之有效的方法，因而幾乎所有火力發(fā)電廠中的蒸汽動力裝置都采用這種抽汽的回熱循環(huán)。抽汽次數少則三，四次，多則五、六次，有的甚至高達七、八次。第六十二頁，共九十六頁。9-6蒸汽再熱循環(huán)圖9-15圖9-16第六十三頁，共九十六頁。9-7抽汽回熱循環(huán)抽汽量的計算根據質量守恒和能量平衡方程，假定進入蒸汽輪機的水蒸氣量為1kg;第一、第二次抽汽量分別為

,則可得（不考慮散熱損失）：

從而解得（9-38）第六十四頁，共九十六頁。9-7抽汽回熱循環(huán)回熱循環(huán)的熱效率為（9-38）多級抽汽回熱時各級的抽氣壓力如何確定才對提高循環(huán)熱效率最有利，這是一個值得探討的問題。目前有不同的確定方法如焓降分配法、等焓差分配法、等溫升分配法、等溫比分配法等。嚴家祿教授認為從冷凝器出口溫度到鍋爐給水溫度之間，按最簡單的等溫升法分配各級回熱之溫升（即每一級回熱器中水的預熱溫升相同）即可獲得接近最佳的效果。第六十五頁，共九十六頁。9-8熱電聯產循環(huán)雖然現代化大型蒸汽動力裝置，發(fā)電效率可達50%左右。但是燃料中仍有另一半能量作為廢熱由凝汽器排向了大氣而損失掉了。然而，另一方面，生產和生活中需要用熱的地方，又往另外消耗燃料來生產中、低壓力和溫度的蒸汽直接供給用戶，而沒有利用蒸汽的作功潛能。如果設法將熱和電的需要集中由大型熱電廠提供，便可以有效地提高燃料能量的利用率，這就是熱電聯的概念熱電聯產是根據熱用戶的要求，從汽輪機的中間部位抽出所需溫度和壓力的一部分蒸汽送往熱用戶。流經汽輪機抽汽口后面的蒸汽量將減少，也減少氣輪機輸出功率，并使循環(huán)熱效率比不抽汽時有所降低，但是由于這時電廠不僅提供了電力，還提供了熱能，總的能量利用率還是顯著提高了。第六十六頁，共九十六頁。9-8熱電聯產循環(huán)熱電聯產兩種方式：背壓式汽輪機和調節(jié)式機組背壓式汽輪機組－用于具有相當規(guī)模和穩(wěn)定需求熱用戶。蒸汽在汽輪機中不是一直膨脹到接近環(huán)境溫度，而是膨脹到某一較高的壓力和溫度（例如對于采暖用熱，可將汽輪機背壓設計為0.12MPa左右，相應的飽和溫度為105。

C左右），然后將汽輪機全部排汽直接提供給熱用戶（圖9-17、圖9-18）。圖9-17、圖9-18第六十七頁，共九十六頁。9-8熱電聯產循環(huán)背壓式汽輪機的優(yōu)點是能量利用率高。理論上蒸

汽能量的利用率可達100%。能量利用率為：

（9-39）式中未計及鍋爐中的熱損失和供熱管道等其它損失，實際的燃料能量利用率約為70%左右。第六十八頁，共九十六頁。9-8熱電聯產循環(huán)調節(jié)式機組－由于背壓式的熱電聯供，其電產量和熱產量的比例不能調節(jié)，在用熱不足時，發(fā)點也受限制而使機組不能發(fā)揮應有的效能。調節(jié)式的熱電聯可以克服這個缺點，這種方式可以根據用戶在不同時期電熱需求的變化靈活地調節(jié)輸出的電能和熱能（圖9-20）。圖9-20第六十九頁，共九十六頁。9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析算例：有一燃油的火力發(fā)電廠，按朗肯循環(huán)工作（參看圖9-21、9-22）汽輪機的新汽參數p1=13.5Mpa、t1=550。C，汽輪機的乏汽壓力（亦即凝汽汽壓力）

p2=0.004MPa汽輪機相對內效率第七十頁，共九十六頁。鍋爐給水壓力（即水泵出口壓力）為p4=14MPa水泵效率燃料的高發(fā)熱量（計及燃燒產物在低溫下水蒸氣放出的凝結潛熱）低發(fā)熱量（燃燒產物在低溫下仍為氣態(tài)，不考慮水蒸氣的凝結）鍋爐效率9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十一頁，共九十六頁。圖9-20圖9-219-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十二頁，共九十六頁。1、能量分析法a)水泵水泵理論上（定熵時）應消耗的功與實際消耗功的比值為水泵效率：查得：9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十三頁，共九十六頁。所以水泵耗功9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十四頁，共九十六頁。水泵中進行的絕熱過程，沒有熱量散失，所以QLP=0b)鍋爐設每消耗1kg燃料產生mkg新蒸汽，鍋爐效率查得：h1=3463.9kJ/kg,所以9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十五頁，共九十六頁。消耗1kg燃料產生11.1037kg蒸汽，所吸收熱量為：

鍋爐由于排出溫度較高的煙氣、不完全燃燒及爐體散熱等因素造成的熱損失總計為9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十六頁，共九十六頁。散熱等因素的熱損失占燃料低發(fā)熱量的百分率c)汽輪機汽輪機相對內效率為查得：，所以9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十七頁，共九十六頁。消耗1kg燃料汽輪機所作功為汽輪機中進行的是絕熱過程，沒有熱量損失

QL，T=09-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十八頁，共九十六頁。d）凝汽器乏汽在凝汽器中放出的熱量乏汽在凝汽器中放出的熱量通過冷卻水全部排放到大氣中，成為熱損失9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第七十九頁，共九十六頁。熱損失燃料燃料低發(fā)熱量的百分率為總的能量平衡（按每千克燃料計算）：燃料低發(fā)熱量=（水泵、鍋爐、汽輪機、凝汽器總的熱損失）+（汽輪機作功－水泵所耗功）即9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第八十頁，共九十六頁。亦即以新蒸汽的吸熱量Q1為100%（不包括鍋爐的熱損失），循環(huán)熱效率為：9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第八十一頁，共九十六頁。若以燃料低發(fā)熱量HV，L為100%（包括鍋爐的熱損失在內），則循環(huán)熱效率為以燃料的低發(fā)熱量為100%，將各項熱損失及循環(huán)作出的功直觀地畫在能流圖中（圖9-22）9-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第八十二頁，共九十六頁。圖9-229-9實際蒸汽動力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析第八十三頁，共九十六頁。2、火用分析法碳氫燃料的火用（）與燃料的高發(fā)熱量（）很接近，對常用的燃料油，可以認為這就是說，燃料中的化學能在理論上（通過可逆的化學反應）絕大部分都能