第九章

水蒸氣的熱力性質(zhì)和蒸汽動(dòng)力循環(huán)9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)汽化

–

液體轉(zhuǎn)變?yōu)槠w的過(guò)程液化

–

蒸汽或氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的過(guò)程蒸發(fā)

–

液體表面在任何溫度進(jìn)行的緩慢汽過(guò)程

飽和狀態(tài)是汽化和液化達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡共存的狀態(tài)

液化的微觀機(jī)制汽化的微觀機(jī)制

演示圖9-1圖9-2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(guò)熱水蒸汽過(guò)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)飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系一定的飽和溫度總是對(duì)應(yīng)著一定的飽和壓力一定的飽和壓力總是對(duì)應(yīng)著一定的飽和溫度飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高實(shí)驗(yàn)測(cè)出飽和溫度與飽和壓力的關(guān)系如圖9-2中曲線(xiàn)AC所示9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系適用范圍溫度t>tC時(shí)，液相不可能存在，而只可能氣相，tC稱(chēng)為臨界溫度。

與臨界溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力pC稱(chēng)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)臨界狀態(tài)（臨界點(diǎn)）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)演示水（或水蒸氣）的臨界參數(shù)值為：

9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)三相點(diǎn)壓力p<pA時(shí)，液相也不可能存在，而只可能是氣相或固相。pA稱(chēng)為三相點(diǎn)壓力;tA稱(chēng)為三相點(diǎn)溫度。三相點(diǎn)壓力是最低的汽-液兩相平衡的飽和壓力。三相點(diǎn)溫度是最低的汽-液兩相平衡的飽和溫度。三相點(diǎn)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)水的三相點(diǎn)溫度和三相點(diǎn)壓力為：9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)水蒸氣的飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系及計(jì)算查飽和水蒸氣表（參看附表6和附表7）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。粗略的經(jīng)驗(yàn)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)嚴(yán)家祿飽和蒸汽壓計(jì)算式從三相點(diǎn)到臨界點(diǎn)，其結(jié)果全部符合1985年國(guó)際水蒸氣性質(zhì)骨架表中規(guī)定的允差要求：9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)沸騰--液體表面和液體內(nèi)部在溫度達(dá)到和超過(guò)飽和溫度時(shí)通過(guò)產(chǎn)生汽泡所進(jìn)行的激烈的汽化過(guò)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(guò)分子飛升的方式進(jìn)行的緩慢的汽化過(guò)程。沸騰是在溫度達(dá)到和超過(guò)飽和溫度時(shí)通過(guò)產(chǎn)生汽泡和分子飛升的方式所進(jìn)行的激烈的汽化過(guò)程。9-1水蒸氣的飽和狀態(tài)9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程分為三個(gè)階段1、未飽和水變成飽和水的定壓預(yù)熱過(guò)程將1kg、0。C的水定壓加熱到該壓力p下的飽和溫度ts時(shí)所需加入的熱量q’稱(chēng)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）

演示式中：-飽和水的焓；-溫度為0。C時(shí)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(jiàn)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(chǎn)生過(guò)程2、飽和水變?yōu)轱柡退羝亩▔浩^(guò)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(chēng)為水的汽化潛熱，用符號(hào)r表示。在溫熵圖上汽化潛熱則相應(yīng)于水平線(xiàn)段下的矩形面積：

（9-6）9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程水的汽化潛熱可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。壓力愈高，汽化潛熱愈小，而當(dāng)壓力達(dá)到臨界壓力時(shí)，汽化潛熱變?yōu)榱悖ㄒ?jiàn)圖9-4）

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(chǎn)生過(guò)程9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程

圖9-3圖9-4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(guò)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(chǎn)生過(guò)程濕蒸汽狀態(tài)計(jì)算干度（9-9）濕度（9-10）式中：-濕蒸汽中飽和水蒸氣的質(zhì)量-濕蒸汽中飽和水的質(zhì)量-濕蒸汽的質(zhì)量9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程干度與濕度關(guān)系飽和水飽和水蒸氣濕蒸汽（9-11）9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程濕蒸汽的比狀態(tài)參數(shù)計(jì)算9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程式中：

-飽和水的比體積、比焓、比熱力學(xué)能、比熵；

-飽和水蒸氣的比體積、比焓、比熱力學(xué)能、比熵；

-濕蒸汽的比體積、比焓、比熱力學(xué)、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(chǎn)生過(guò)程3、飽和水蒸氣變?yōu)檫^(guò)熱水蒸氣的定壓過(guò)熱過(guò)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(guò)熱水蒸氣所吸收的熱量，即過(guò)熱熱量q”為：

（9-13）

式中：-過(guò)熱水蒸氣的比定壓熱容。

-過(guò)熱水蒸氣的平均比定壓熱容。

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

9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程水蒸氣在定壓過(guò)熱過(guò)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(shí)過(guò)熱水蒸氣的焓。過(guò)熱水蒸氣的焓為

（9-15）9-2水蒸氣的產(chǎn)生過(guò)程在這整個(gè)定壓加熱過(guò)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(guò)熱水蒸氣所需的熱量q,以及三個(gè)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(chǎn)生過(guò)程

圖9-51、水蒸氣的壓容圖、溫熵圖和焓熵圖使水在不同壓力定壓預(yù)熱、汽化、過(guò)熱、變成過(guò)熱水蒸氣。將各定壓線(xiàn)上所有開(kāi)始汽化的各點(diǎn)連接起來(lái)，形

成一條曲線(xiàn)A1-C，稱(chēng)為下界線(xiàn)。下界線(xiàn)上各點(diǎn)相

應(yīng)于不同壓力下的飽和水，因此下界線(xiàn)又稱(chēng)為飽

和液體線(xiàn)。顯然，它同時(shí)又是x=0的定干度線(xiàn)9-3水蒸氣圖表演示將定壓線(xiàn)上所有汽化完畢的各點(diǎn)連接起來(lái)，形成

另一條曲線(xiàn)A2–C，稱(chēng)為上界線(xiàn)。上界線(xiàn)各點(diǎn)相應(yīng)

于不同壓力下的飽和水蒸氣，因此上界線(xiàn)又成為

飽和水蒸汽線(xiàn)。它同時(shí)又是x=1的定干度線(xiàn)下界線(xiàn)和上界線(xiàn)相交于臨界點(diǎn)C，這樣就形成了

飽和曲線(xiàn)A1-C-A2所包圍的飽和區(qū)（或稱(chēng)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(guò)程。9-3水蒸氣圖表水蒸氣熱力性質(zhì)圖結(jié)構(gòu)特征口訣

“一點(diǎn)連雙線(xiàn)三區(qū)五態(tài)含”一點(diǎn)–臨界點(diǎn)雙線(xiàn)–飽和水線(xiàn)、飽和水蒸氣線(xiàn)三區(qū)–未飽和水區(qū)、飽和蒸汽（濕蒸汽、兩相）區(qū)、過(guò)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(guò)熱水蒸氣態(tài)9-3水蒸氣圖表水蒸氣圖中不同區(qū)域內(nèi)的不同定值線(xiàn)的形狀是由于內(nèi)在的物理特性決定的。水的壓縮性很小，壓容圖中，定溫線(xiàn)處于下界線(xiàn)左邊的線(xiàn)段是很陡的，幾乎是垂直線(xiàn)段。這說(shuō)明水在定溫壓縮時(shí)，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(xué)能也增加及少，溫度幾乎沒(méi)有提高。因此，溫熵圖中不同壓力的定壓線(xiàn)處于下界線(xiàn)左邊的線(xiàn)段靠得很近，并且?guī)缀醵己拖陆缇€(xiàn)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(yù)熱線(xiàn)段和下界線(xiàn)還是靠得比較近的。9-3水蒸氣圖表飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系及其形狀在飽和區(qū)中，定溫線(xiàn)同時(shí)也是定壓線(xiàn)在定容圖中，定溫線(xiàn)處于飽和區(qū)中的線(xiàn)段是水平線(xiàn)段（定壓線(xiàn)）在溫熵圖中，定壓線(xiàn)處于飽和區(qū)中線(xiàn)段也是水平線(xiàn)段（定溫線(xiàn)）在焓熵圖中，定壓線(xiàn)（定溫線(xiàn)）處于飽和區(qū)中的線(xiàn)段是不同斜率的斜直線(xiàn)9-3水蒸氣圖表在焓熵圖中，定壓線(xiàn)上各點(diǎn)的斜率正好等于各點(diǎn)的溫度在飽和區(qū)中，由于定壓線(xiàn)同時(shí)也是定溫，壓力不變，相應(yīng)的飽和溫度也不變，因此

（9-17）定壓線(xiàn)的斜率是常數(shù)，定壓線(xiàn)當(dāng)然就是直線(xiàn)。9-3水蒸氣圖表在焓熵圖中，定壓線(xiàn)（定溫線(xiàn)）處于飽和區(qū)中

的線(xiàn)段是直線(xiàn)段。同時(shí)，壓力愈高，相應(yīng)的飽

和溫度也愈高，定壓線(xiàn)的斜率就愈大，在焓熵

圖中也就愈陡。2、水蒸氣熱力性質(zhì)表“飽和水與飽和水蒸氣性質(zhì)表”“未飽和水與過(guò)熱水蒸氣性質(zhì)表”9-3水蒸氣圖表飽和水與飽和水蒸氣熱力性質(zhì)表列成兩個(gè)一個(gè)按溫度排列，對(duì)溫度取比較整齊的數(shù)值，按次序排列，相應(yīng)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(gè)按壓力排列，對(duì)壓力取比較整齊的數(shù)值，按次序排列，相應(yīng)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水蒸氣圖表未飽和水與過(guò)熱水蒸氣熱力性質(zhì)表中，根據(jù)不同溫度和不同壓力，按次序排列（因?yàn)闇囟扰c壓力沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系），相應(yīng)地列出未飽和水（粗黑線(xiàn)以上）和過(guò)熱水蒸氣（粗黑線(xiàn)以下）的比體積、焓和熵。按1985年第三十屆國(guó)際水蒸氣性質(zhì)大會(huì)通過(guò)的骨架表規(guī)定，以三相點(diǎn)壓力（611.66Pa）下飽和水的熱力學(xué)能和熵為零。這些圖表中的數(shù)據(jù)均由嚴(yán)家祿教授提供的水蒸氣統(tǒng)一熱物性方程計(jì)算而得，符合國(guó)際骨架表規(guī)定的允差要求。9-3水蒸氣圖表9-4水蒸氣的熱力過(guò)程利用圖表進(jìn)行水蒸氣熱力過(guò)程的計(jì)算步驟如下：（1）將過(guò)程畫(huà)在焓熵圖中，以便分析

（2）根據(jù)焓熵圖或熱力性質(zhì)表查出過(guò)程始末各狀態(tài)參數(shù)值

將熱力學(xué)能：演示（3）計(jì)算熱量（不考慮摩擦）：定容過(guò)程（無(wú)膨脹功的過(guò)程）

（6-18）定壓過(guò)程（無(wú)技術(shù)功的過(guò)程）

（6-19）定溫過(guò)程

（6-20）定熵過(guò)程（絕熱過(guò)程）（6-21）9-4水蒸氣的熱力過(guò)程（4）計(jì)算功（不考慮摩擦）：定容過(guò)程（無(wú)膨脹功的過(guò)程）

（9-22）

（9-23）定壓過(guò)程（無(wú)技術(shù)功的過(guò)程）

（9-24）

（9-25）9-4水蒸氣的熱力過(guò)程定溫過(guò)程

（9-26）

（9-27）定熵過(guò)程（絕熱過(guò)程)

(9-28）

（9-29）9-4水蒸氣的熱力過(guò)程9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)1、濕蒸汽的卡諾循環(huán)及其改進(jìn)濕蒸汽區(qū)可以實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)。但存在諸多缺點(diǎn)：一、受臨界點(diǎn)限制循環(huán)的吸熱溫度不會(huì)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(jī)也在濕度較高的區(qū)域工作，不僅濕蒸汽膨脹時(shí)速度三角形會(huì)發(fā)生畸變，氣動(dòng)性能不好，效率大為降低，而且蒸汽輪機(jī)末級(jí)葉片腐蝕嚴(yán)重，安全性差。改進(jìn)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(jī)中膨脹的是過(guò)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(jī)組運(yùn)行安全性增強(qiáng)。9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

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

主要設(shè)備：蒸汽鍋爐蒸汽輪機(jī)凝汽器水泵（圖9－6）

圖9-69-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

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

過(guò)熱水蒸氣進(jìn)入到蒸汽輪機(jī)膨脹作功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電或帶動(dòng)其它原動(dòng)機(jī)工作。蒸汽輪機(jī)作功后的乏汽進(jìn)入到凝汽器凝結(jié)放熱，放出的凝結(jié)熱被冷卻水帶走，凝結(jié)水進(jìn)入給水泵。給水泵壓縮凝結(jié)水并將其打入蒸汽鍋爐再進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)2）簡(jiǎn)單肯朗循環(huán)構(gòu)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9-99-5基本的蒸汽動(dòng)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(guò)程（過(guò)程0→1）。

來(lái)自于給水泵的凝結(jié)水在蒸汽鍋爐中預(yù)熱、汽化并過(guò)熱，變成過(guò)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(xiàn)段a。9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)過(guò)熱水蒸氣在蒸汽輪機(jī)中膨脹作功過(guò)程（過(guò)程1→2）。

從蒸汽鍋爐出來(lái)的水蒸氣（即所謂新汽）進(jìn)入蒸汽輪機(jī)膨脹作功。認(rèn)為過(guò)程是絕熱的。在絕熱（定熵）膨脹過(guò)程中，水蒸氣通過(guò)蒸汽輪機(jī)對(duì)外所作的功（技術(shù)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(xiàn)段b。9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)作功后的乏汽在凝結(jié)放熱過(guò)程

（過(guò)程2→3）。從蒸汽輪機(jī)作功后的乏汽進(jìn)入到凝汽器凝結(jié)放熱，放出的凝結(jié)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(xiàn)段c。9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)作功后的乏汽在凝結(jié)放熱過(guò)程

（過(guò)程2→3）。從蒸汽輪機(jī)作功后的乏汽進(jìn)入到凝汽器凝結(jié)放熱，放出的凝結(jié)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(xiàn)段c。9-5基本的蒸汽動(dòng)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(gè)定壓過(guò)程（或者說(shuō)由兩個(gè)不作技術(shù)功的過(guò)程）和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成的最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力循環(huán)，稱(chēng)為朗肯循環(huán)。每千克工質(zhì)，每完成一個(gè)循環(huán)，對(duì)外界作出的功為：

（9-34）

9-5基本的蒸汽動(dòng)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(shí)為

（9-35）忽略給水泵耗功時(shí)為

（9-36）

9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)汽耗率蒸汽輪機(jī)每發(fā)出一千瓦小時(shí)（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(jī)每發(fā)出一千瓦小時(shí)（一度電）功所消耗的熱量。

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

（g/kw.h）9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)火電機(jī)組供電平均煤耗：國(guó)外350g/kw.h國(guó)內(nèi)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.h9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)3、蒸汽參數(shù)對(duì)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(shí)可以降低汽耗率和汽輪機(jī)乏汽濕度，減少機(jī)組腐蝕。9-5基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)

—朗肯循環(huán)

圖9-10

圖9-119-5基本的蒸汽動(dòng)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T(mén)1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(dú)提高初壓會(huì)使膨脹終了時(shí)乏氣的濕度增大（圖9-11y，2>y2）。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?，F(xiàn)代大型蒸汽動(dòng)力裝置除了采用疏水和蒸汽輪機(jī)最末幾級(jí)動(dòng)葉進(jìn)汽邊背弧硬化處理外，均對(duì)濕度加以限制大型凝汽式機(jī)組濕度為9-10%，調(diào)節(jié)抽氣式機(jī)組濕度為14%-18%。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，現(xiàn)代大型蒸汽動(dòng)力裝置蒸汽初溫達(dá)550。C，初壓超過(guò)15MPa。9-5基本的蒸汽動(dòng)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T(mén)1

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(duì)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(dòng)力裝置中蒸汽輪機(jī)的乏汽壓力

p2=0.004MPa（因?yàn)橄鄳?yīng)的飽和溫度為29oＣ）已經(jīng)到了下限。

圖9-129-6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(gè)有效措施。圖9-13表示一個(gè)采用再熱循環(huán)的蒸汽動(dòng)力裝置。過(guò)熱水蒸氣在蒸汽輪機(jī)中并不一下子膨脹到最低壓力，而是先膨脹到某個(gè)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(jī)中繼續(xù)膨脹。其它過(guò)程和朗肯循環(huán)相同。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(dòng)力裝置幾乎都采用再熱循環(huán)。圖9-13圖9-149-6蒸汽再熱循環(huán)再熱循環(huán)的熱效率計(jì)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(xué)的角度分析，權(quán)衡利弊，將再熱壓力選得比熱力學(xué)意義上的最佳值稍高些，應(yīng)更為有利。9-6蒸汽再熱循環(huán)2、抽汽回?zé)峥涎h(huán)從卡諾定理對(duì)熱機(jī)的指導(dǎo)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(guān)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(guò)程（圖9-8中過(guò)程01）的平均吸熱溫度遠(yuǎn)低于新汽溫度，這主要是由于水的預(yù)熱過(guò)程溫度較低。如能設(shè)法使吸熱過(guò)程不包括這一段水的低溫預(yù)熱過(guò)程，那么循環(huán)的平均吸熱溫度將會(huì)提高，循環(huán)的熱效率也就能相應(yīng)地得到提高。采用抽汽回?zé)醽?lái)預(yù)熱給水正是出于這種考慮。9-6蒸汽再熱循環(huán)圖9-15表示一個(gè)采用二次抽汽回?zé)岬恼羝麆?dòng)力裝置。這個(gè)抽氣循環(huán)在溫熵圖中如圖9-16所示。從蒸汽輪機(jī)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(jié)（過(guò)程a→a’、b→b’）,放出的熱量用來(lái)預(yù)熱鍋爐給水（過(guò)程b”→a’、’c→b’），其余大部分蒸汽在蒸汽輪機(jī)中繼續(xù)膨脹作功。這樣一來(lái)，使蒸汽鍋爐中的吸熱過(guò)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?zé)崾翘岣哒羝麆?dòng)力裝置循環(huán)熱效率的切實(shí)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(dòng)力裝置都采用這種抽汽的回?zé)嵫h(huán)。抽汽次數(shù)少則三，四次，多則五、六次，有的甚至高達(dá)七、八次。9-6蒸汽再熱循環(huán)圖9-15圖9-169-7抽汽回?zé)嵫h(huán)抽汽量的計(jì)算根據(jù)質(zhì)量守恒和能量平衡方程，假定進(jìn)入蒸汽輪機(jī)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）9-7抽汽回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)的熱效率為（9-38）多級(jí)抽汽回?zé)釙r(shí)各級(jí)的抽氣壓力如何確定才對(duì)提高循環(huán)熱效率最有利，這是一個(gè)值得探討的問(wèn)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(yán)家祿教授認(rèn)為從冷凝器出口溫度到鍋爐給水溫度之間，按最簡(jiǎn)單的等溫升法分配各級(jí)回?zé)嶂疁厣疵恳患?jí)回?zé)崞髦兴念A(yù)熱溫升相同）即可獲得接近最佳的效果。9-8熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)雖然現(xiàn)代化大型蒸汽動(dòng)力裝置，發(fā)電效率可達(dá)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(chǎn)和生活中需要用熱的地方，又往另外消耗燃料來(lái)生產(chǎn)中、低壓力和溫度的蒸汽直接供給用戶(hù)，而沒(méi)有利用蒸汽的作功潛能。如果設(shè)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(lián)的概念熱電聯(lián)產(chǎn)是根據(jù)熱用戶(hù)的要求，從汽輪機(jī)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(hù)。流經(jīng)汽輪機(jī)抽汽口后面的蒸汽量將減少，也減少氣輪機(jī)輸出功率，并使循環(huán)熱效率比不抽汽時(shí)有所降低，但是由于這時(shí)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。9-8熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)兩種方式：背壓式汽輪機(jī)和調(diào)節(jié)式機(jī)組背壓式汽輪機(jī)組－用于具有相當(dāng)規(guī)模和穩(wěn)定需求熱用戶(hù)。蒸汽在汽輪機(jī)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(duì)于采暖用熱，可將汽輪機(jī)背壓設(shè)計(jì)為0.12MPa左右，相應(yīng)的飽和溫度為105。

C左右），然后將汽輪機(jī)全部排汽直接提供給熱用戶(hù)（圖9-17、圖9-18）。圖9-17、圖9-189-8熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)背壓式汽輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能量利用率高。理論上蒸

汽能量的利用率可達(dá)100%。能量利用率為：

（9-39）式中未計(jì)及鍋爐中的熱損失和供熱管道等其它損失，實(shí)際的燃料能量利用率約為70%左右。9-8熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)調(diào)節(jié)式機(jī)組－由于背壓式的熱電聯(lián)供，其電產(chǎn)量和熱產(chǎn)量的比例不能調(diào)節(jié)，在用熱不足時(shí)，發(fā)點(diǎn)也受限制而使機(jī)組不能發(fā)揮應(yīng)有的效能。調(diào)節(jié)式的熱電聯(lián)可以克服這個(gè)缺點(diǎn)，這種方式可以根據(jù)用戶(hù)在不同時(shí)期電熱需求的變化靈活地調(diào)節(jié)輸出的電能和熱能（圖9-20）。圖9-209-9實(shí)際蒸汽動(dòng)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(jī)的新汽參數(shù)p1=13.5Mpa、t1=550。C，汽輪機(jī)的乏汽壓力（亦即凝汽汽壓力）

p2=0.004MPa汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率鍋爐給水壓力（即水泵出口壓力）為p4=14MPa水泵效率燃料的高發(fā)熱量（計(jì)及燃燒產(chǎn)物在低溫下水蒸氣放出的凝結(jié)潛熱）低發(fā)熱量（燃燒產(chǎn)物在低溫下仍為氣態(tài)，不考慮水蒸氣的凝結(jié)）鍋爐效率9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析圖9-20圖9-219-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析1、能量分析法a)水泵水泵理論上（定熵時(shí)）應(yīng)消耗的功與實(shí)際消耗功的比值為水泵效率：查得：9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析所以水泵耗功9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析水泵中進(jìn)行的絕熱過(guò)程，沒(méi)有熱量散失，所以QLP=0b)鍋爐設(shè)每消耗1kg燃料產(chǎn)生mkg新蒸汽，鍋爐效率查得：h1=3463.9kJ/kg,所以9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析消耗1kg燃料產(chǎn)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(jì)為9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析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(jī)汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率為查得：，所以9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析消耗1kg燃料汽輪機(jī)所作功為汽輪機(jī)中進(jìn)行的是絕熱過(guò)程，沒(méi)有熱量損失

QL，T=09-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析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(guò)冷卻水全部排放到大氣中，成為熱損失9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析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(jì)算）：燃料低發(fā)熱量=（水泵、鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器總的熱損失）+（汽輪機(jī)作功－水泵所耗功）即9-9實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析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(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)的

能量分析與（火用）分析若以燃料低發(fā)熱量HV，L為100%（包括鍋爐的熱損失在內(nèi)），則循環(huán)熱效率為以燃料的低發(fā)熱量為100%，將各項(xiàng)熱損失及循環(huán)作出的功