《發(fā)電廠熱力設(shè)備及系統(tǒng)》第二章 蒸汽動力循環(huán) 3_第1頁
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文檔簡介

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)定流動能量方程系統(tǒng)內(nèi)部各點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)不隨時間變化的流動系統(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,忽略動能差、位能差,與外界無功量交換:第三節(jié)

熱力學(xué)第二定律

自然過程具有方向性,即只能自發(fā)地向一個方向進(jìn)行,如果要逆向進(jìn)行,就必須付出代價,或者說具備一定的補(bǔ)充條件,即自然過程是不可逆的。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,=0,所以借助單一熱源連續(xù)做功的機(jī)器是制造不出來的。結(jié)論:

在同樣的兩個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、幾個概念汽化——液相變氣相的過程,汽化速度取決于液體的溫度凝結(jié)——?dú)庀嘧円合嗟倪^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)行的汽化過程。沸騰——在液體表面及內(nèi)部同時進(jìn)行的汽化過程飽和狀態(tài)——在密閉容器內(nèi),當(dāng)汽化速度與凝結(jié)速度相等時的狀態(tài)。飽和參數(shù)——達(dá)飽和狀態(tài)時的參數(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)時的蒸汽飽和液體——達(dá)飽和狀態(tài)時的液體三、水蒸汽的定壓生成過程1、水蒸氣的定壓生成過程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^熱蒸汽,并且記錄下不同溫度時的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,且國際上均選用這個零點(diǎn),故各國繪制的圖表就可以通用,便于國際交流。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,見附表2-1b)按壓力編排,見附表2-2c)按溫度編排,見附表2-3查未飽和水及過熱水蒸氣參數(shù)

查飽和參數(shù)用附表2-3,查取時需同時知道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)線以下為過熱蒸汽)用表2-1,表2-2只需知道Ps、Ts中一個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^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’’。求解時查附表2-1即可。求解時查附表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:此時水為過熱蒸汽,且h=3704.5kJ/kgs=9.0979kJ/kg

v=4.028m3/kg例4確定t=600℃p=0.1MPa時水的狀態(tài),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.使用過熱區(qū)由p,v,T中兩個參數(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)過程功、熱量以及焓、熵的變化量。可逆過程求解步驟: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程及q,△u,w、wt的計(jì)算1、定容過程(v=常數(shù))

體積功技術(shù)功2、定壓過程(p=常數(shù))(鍋爐中水和水蒸汽的加熱)體積功技術(shù)功p1x=1hs2t21x13、定溫過程(T=常數(shù))單位質(zhì)量熱量:體積功:技術(shù)功:4、絕熱過程(s=常數(shù))體積功:技術(shù)功:hsp2p1t11321-2可逆過程:1-3不可逆過程:絕熱效率(相對內(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)口蒸汽的過熱度(2)單位質(zhì)量蒸汽流經(jīng)汽輪機(jī)對外所作的功。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)口蒸汽壓力對應(yīng)的飽和溫度ts1,過熱度: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、國內(nèi)78%電力來自火電廠,絕大部分來自蒸汽動力。3)蒸汽動力裝置可利用各種燃料。4)蒸汽是無污染、價廉、易得的工質(zhì)。

概述第三節(jié)蒸汽動力裝置及循環(huán)一、蒸汽及蒸汽動力裝置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),那么整個朗肯循環(huán)也就確定了蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響,也就是指初溫、初壓和終壓對朗肯循環(huán)熱效率的影響

3、蒸汽參數(shù)對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)提高初壓會使膨脹終了時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)的影響乏汽濕度過大,不僅影響蒸汽輪機(jī)最末幾級的工作效率,而且危及安全提高初溫則可降低膨脹終了時乏汽的濕度所以,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(dú)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。目前大型蒸汽動力裝置的乏汽壓力p20.004MPa(相應(yīng)的飽和溫度為29℃),可以說已經(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)的相對內(nèi)效率:不可逆過程熵S2.不可逆性衡量

汽輪機(jī)內(nèi)部相對效率ηT(簡稱汽機(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,測出p2及x2,按h2act=x2h

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