317 热力学-热机-热力发电循环

317 热力学-热机-热力发电循环

基本循环-朗肯循环

基本热力循环称为朗肯循环，如下图。

图中1点为高温高压过热蒸气，如50atm，600℃；2点为低温低压湿蒸汽1-2，如0.2atm，60℃，干度约0.91；3点为低温低压饱和水，如0.2atm，60℃；4点为高压过冷水，如50atm，约60℃；5点为高压高温饱和水，如50atm，约264℃；6点为高压高温饱和蒸汽，如50atm，约264℃。

循环中各过程特点为：

1-2等熵膨胀做功发电，部件为汽轮机。

2-3等温等压冷凝放热，部件为凝汽器。

3-4等熵耗功升压，部件为水泵。

4-5-6-1等压吸热升温，部件为锅炉。

装置循环的收益为汽轮机输出的功（电），代价为锅炉消耗的高温热能（水泵运行也消耗少量电，但与汽轮机输出能量相比暂不计），因此循环的热效率为（近似认为水进出水泵的焓相同）：

η=w/q

=(h₁-h₂)/(h₁-h₄)

=(h₁-h₂)/(h₁-h₃)

循环计算示例

设蒸汽动力装置中工质循环流量为50kg/s；循环参数为进汽轮机过热蒸汽50atm，600℃，出汽轮机乏汽0.2atm，计算朗肯循环时出汽轮机湿蒸汽干度，汽轮机输出电功率，锅炉提供的热能，凝汽器排出入环境的热能，循环热效率等。

解：

50atm，600℃时，过热蒸汽的焓和熵为：

h₁=3663.9kJ/kg

s₁=7.2553kJ/(kg.K)

朗肯循环中过程1-2为等熵过程，即：

s₂=s₁=7.2553kJ/(kg.K)

2点为湿蒸汽，其熵的计算式为：

s₂=xs_2v+(1-x)s_2l

式中，x为干度，s_2v、s_2l为2点压力下饱和汽与饱和液的熵，分别为：

s_2v =7.9068 kJ/(kg.K)

s_2l=0.8320 kJ/(kg.K)

联合上面两式求解可得：

x=(7.2553-0.832)/(7.9068-0.832)

=6.4233/7.0748

=0.91

2点压力下饱和汽与饱和水的焓分别为：

h_2v =2608.9 kJ/kg

h_2l=251.4 kJ/kg

因此2点的焓为：
h₂=0.91*2608.9+0.09*251.4

=2396.7kJ/kg

汽轮机发电功率：

W=m(h₁-h₂)

=50*(3663.9-2396.7)

=63360kW

锅炉耗热量：

Q_h=m(h₁-h₄)

=m(h₁-h₃)

=m(h₁-h_2l)

=50*(3663.9-251.4)

=170625kW

凝汽器排热量：

Q_l=m(h₂-h_2l)

=50*(2396.7-251.4)

=107265kW

朗肯循环热效率为：

η=Q/Q_h

=63360/ 170625

=0.37

研讨

提高热力发电装置热效率的途径？

如：

优化各部件效率及匹配。

优化运行参数，如锅炉压力及出锅炉蒸汽温度，汽轮机乏汽参数等。

减少能量损失，如余热利用，热电联产等。

优化循环，如再热循环，回热循环，超临界循环，燃气-蒸气联合循环等。