当前课程知识点:工程热力学(下) > 第7章 蒸汽动力循环 > 7-5 蒸汽回热循环 > Video 7-5 蒸汽回热循环
我们接下来来介绍 蒸汽回热循环
我们在燃气动力循环中介绍过
燃气动力循环的回热
一定可以提高效率
而且它那回热是我们的燃气轮机
膨胀做功之后的气体用来加热
压气机出口的空气
对于我们的蒸汽动力循环
这个回热又是怎样实现的
我们来看一下
首先我们知道对于蒸汽动力循环
我们汽轮机膨胀做功之后
它到冷凝器里把热量散到
通过冷凝器散到环境中去了
如果跟我们燃气轮机那块一样
让这个从蒸汽轮机
膨胀完之后的气体
去加热冷凝水 是否可以加热
我们来看一下T-s图
在T-s图上你发现
在T-s图上我们清楚地显示
从汽轮机膨胀做功之后
出口那一点 也就是2这一点 它的温度
我们再来看从水泵出口那一点
就是4点的温度
2点的温度是低于4点的温度的
也就是说对于我们的蒸汽动力循环
我们不可能用蒸汽轮机出口的乏汽
来加热从水泵出口的水
因为前者的温度是低的
所以这种回热方式是不可能的
对于我们蒸汽动力循环
我们怎样来回热
这左侧是我们的设备示意图
它是在汽轮机里 还没有完全膨胀
在某一个位置
也就是说它有一定的压力
当然对应的就是温度
这个温度 一定要高于冷凝水的温度
我们从这来抽蒸汽
然后去加热冷凝水
我们在图上很直观地表示出来
这个换热的设备
我们把它叫做 抽汽式回热器
这种方式也叫 蒸汽抽汽回热
而且这个换热器有两种形式
一种是 冷凝水跟抽出来的蒸汽
它是不混合的
一个是走管内 一个是走腔内
通过管壁来进行换热
另外一种是 我们右下方显示的
是这个冷凝水跟抽来的蒸汽
它是混合在一起的
你中有我 我中有你
最后同一个温度出去了 是这种方式
那我们下面
以这种混合式的回热来进行讲解
我们把这个过程
要画在我们的T-s图上
抽汽式回热画在图上是比较直观的
我们刚才说了膨胀到某一个压力
然后把一部分气体抽出来
比如说膨胀到a点这个压力下
一部分气体抽出来
我们这一部分气体用αkg来表示
我们假设整个循环的
那个是用1kg来表示
然后抽出来是αkg
它从a点到换热器
抽汽式回热器 到那里进行放热
然后是一个等压过程变到5点
然后其余的那一部分气体继续膨胀
也就1-αkg的气体继续膨胀
膨胀到2点
这αkg的蒸汽它把它的热量
要给1-αkg从4点变到5点
实际上我们右下方也表示了这个
换热的一个示意图
在这想提醒大家一下
我们前面讲的这些循环
前面讲的不管是再热
还是简单朗肯循环
各个点工质的量都是一样的
所以你可以用面积来表示 功或者是热
而在这抽汽回热循环中
因为各个点工质的量是不一样的
有的地方是αkg
有的是1-α
有的是1kg
所以不能直接用面积
来表示功或者是热
这要提醒大家一下
对这个抽汽式回热 在进行计算之前
首先我们得确定它这抽汽量α
它与哪些量相关
我们怎样来计算
那就是热量学第一定律了
我们以混合式回热器为例
这个屏幕的左下方表示的
抽汽回热器里面
这个工质进出 我们示意地表示出来
进去的有什么 出去的有什么
对于这个换热器
实际上是两种工质交换热量
所有的进去的焓
应该等于所有出去的焓
这就是热力学第一定律
进去有两个
一个是αkg的工质a点的状态
然后1-αkg的工质是4点的状态
所以就应该各个的质量
乘以各个状态点的焓值
然后出口的是什么
出口的是两者混在一起
α+(1-α)那就是1kg
然后到出口的状态 是5点的状态
所以它应该等于 5点的焓值
我们α就可以用这两个焓差的比值
来表示出来
而且这5点的焓它等于ha′
这ha′表示什么
表示a点这个压力下饱和水的焓 5点
我们把它看作是饱和水状态
所以那你如果知道a点的压力
5点的焓值怎么样
就可以确定的
然后如果要忽略泵功
我们把泵功再给忽略
4点跟3点的焓值就是一样的
而3点的焓值跟
2点的饱和水的焓是一回事
所以你只要知道2点的压力
3点的焓值也就知道了
所以我们最后把抽汽量α的表达式
用这两个焓差来表示出来
我们来看一下
这个抽汽量
它与哪些基本状态参数相关
那你就看各个焓值
跟哪些基本状态参数相关
跟我们刚才前面那个
朗肯循环热效率的分析法是一样的
我们看它这个焓值跟哪些相关
跟a点的压力和温度相关
然后跟2点的压力相关
只要知道了这三个基本状态参数
我们那个焓值 各个焓值就可以确定
这个抽汽量α就可以确定
然后我们再来计算
抽汽回热它的热效率
这热效率
实际上就是 净功比上吸热量
这个推导稍微复杂一点
下面我们来推导
抽汽回热循环的热效率
就是吸热量 净功
我们首先来看吸热量
而且把泵功给它忽略
这个吸热量就应该等于 h1-ha′
那就是ha′那是a点这个压力
所对应的饱和水的焓值
它就是5点的焓
然后这个功
这个功有两部分
一个是所有的工质
从1点到a点做的功
然后 1-α kg的工质
从a点到2点做的功这两部分
热效率就应该等于
你这个净功比上吸热量
然后热效率这个下标用RG来表示
它实际上
是我们再热的英文的两个字头的缩写
对于抽汽再热循环热效率
咱们经过一个详细的一个整理
我们最后整成
最后的一个表达式是这样
我们屏幕的右上方显示的
我们教材256页有详细的推导
我们不去推了
我们把这个表达式在这
你看它等于什么
等于 1减去h2-h2′
然后除以 h1-h2′
然后再加上后面那个东西
加上后面那个东西
后面那个量 我们不算它具体的大小
我们来看它正负号
这个我们可以很直观地看出来
它是一个大于0的量
然后我们再来看我们简单的朗肯循环
我们知道简单的朗肯循环
它等于什么
等于 1减去h2-h2′除以h1-h2′
然后你对比这两个热效率
你会发现什么
发现这两个热效率
上面那个分母多了一项
而多出来的那一项它是什么
是大于0的
那你看这两个量
这两个热效率相对大小
很明显
肯定前者是大的
也就是说抽汽再热循环的热效率
比简单朗肯循环的热效率要大
这是我们从热效率的推导
最后的数学表达式
我们可以看出来 是这样的
抽汽再热循环它的热效率
比简单朗肯循环的热效率要高
我们怎么从物理上来解释这个
它为什么会是这样
看我们这个T-s图
我们来看一下
α kg的工质
它没有到冷凝器里去放热
它把它的热量给了冷凝水
也就是说这一部分热量
没有放到外面去
它完全100%地利用了
而另外1-α kg
跟原来是一样的
α kg是100%地用了
所以它整个的热效率肯定比原来要高
放热量少了
那热效率肯定是提高了
我们再来看
蒸汽抽汽回热的优点和缺点
事物总是一分为二的
有优点 那肯定有缺点了
我们现在看它的优点
首先它可以提高热效率
第二点由于一部分气体还没有膨胀完
在中间就被抽出来了
所以汽轮机低压端可以变的小
可以变小
这样整个汽轮机的结构就更加合理
不然要有个长长的一个大尾巴
后面很长
这样它如果抽汽
后面就不用长
所以使得汽轮机的结构变的更合理
第三点有一部分气体中间抽出来
不到凝汽器里
所以凝汽器的储存可以变小
还有锅炉因为你的吸热量减少了
有回热一部分热量
所以你锅炉的高温受热面也可以减小
这是它的优点
然后我们再来看它的缺点
缺点一个是循环比功减小了
因为有一部分气体
在中间就被抽出来了
没有去全部做功
所以循环比功减小
也就是说每千克工质做的功减小了
这样以来汽耗率增加
因为汽耗率跟你循环比功
正好是成反比的
汽耗率就增加
汽耗率一增加
设备可能就变的大一点
而这设备复杂性
比原来可能要复杂一点
还有回热器要有投资
多出来的东西要投资 这是它的缺点
但是优点是远大于缺点的
所以在我们的实际设备中
是几乎所有的设备
都采取抽汽回热这种措施
一般对于小型的燃煤发电厂
回热级数一般到1-3级
对于一大中型燃煤发电厂
它级数更高 4-8级都有
刚刚我们讲的回热
是我们工程热力学里面
理论上讲的
就是完全从
水工质循环的角度来说 讲的回热
在实际的应用工程中
我们知道蒸汽动力循环
这个水在锅炉里
被加热成水蒸气
在锅炉里面
既有煤进来还有空气进来
所以对于实际的一个动力设备
它的回热不仅仅考虑水
还要考虑空气 还要考虑煤
这就是所谓的广义回热
这个广义回热
它是我们上海外高桥三厂
冯伟忠领导的团队
研发出来的一种回热技术
而且这个技术应该说世界首创的
这个实际上 我们在2013年的时候
我们热能系的一些老师
当然我也是其中之一
到上海外高桥三厂去做了一个交流
它这个技术应该是非常有效 非常好
我简单地给大家介绍一下
我们屏幕上展示了这个示意图
这个屏幕下方恰好我在网上查了一下
2015年有一个
第十二届长三角能源论坛
冯伟忠正好他在那做了一个报告
感兴趣的学员
你可以上网去查一下
这个具体的题目什么我都写在这
大家可以去看一下
这个广义回热是我们拓展的内容
我们不要求大家去掌握
但我想介绍给大家来了解一下
他把回热从单纯地给水
拓展到给水 给风 给煤
因为在锅炉里风要进来
煤要进来 水要进来
给水那毫无疑问了
风 如果给这个风进行预热
它对燃烧有利
给煤 给煤进行预热
对于煤后面的燃烧
对于后面污染的排放
都是非常有益处的 可以减少污染排放
使得这煤的燃烧能更好
煤 通过冯伟忠他们的实践表明
对这煤进行加热
煤变成粉状可以更细一些
对于燃烧 减少后面排放
有非常好的作用
我们在这一章最后的时候
还要介绍他们的一些情况
他们一些数据我们可以看一下
总之我在这提醒大家
或者说拓展大家思路
我们从工程热力学的角度
来说我们的回热是给水
也就是从工质循环的角度来说
把水进行预热吸收热量
但是从实际的动力循环来说
那它是一个有机的一个整体
锅炉里面因为要进风还要进煤
所以我们抽蒸汽 抽一部分蒸汽
用它的热量来加热风和加热煤
最终的效果使得热效率提高
而且排放变的更环保
这个我们在后面
会给出一些具体的一个数据
我在这只是简单地先提醒大家一下
我们把这一小节的主要内容
我们还是来做一个小结
蒸汽 抽汽 回热
它在T-s图
或者是焓熵图上的表示
大家应该要会
而且它的功 热的计算也要会
特别是它做功是两段
最开始抽汽之前
所有的工质进行做功
然后抽汽之后
只是剩下的那一部分工质 来进行做功
这个一定要会
还有 我们讲的时候 是作为可逆膨胀
画的是垂线 是实线
如果说考虑蒸汽轮机的
不可逆绝热膨胀
也就是要考虑它的相对内效率
你这个过程是一个什么过程
不可逆绝热过程
所以它一定要用虚线表示
这个计算
类似这种计算大家也应该会
然后这个 这两道题
是我们这一部分的
清华实体课同学的作业
其他同学可以自愿地选择来做
-6-0 导引
-6-0 作业
-6-1 纯物质的热力学面及相图
-6-1 作业
-6-2 汽化与饱和
-6-2 作业
-6-3 水蒸气的定压发生过程
-6-3 作业
-6-4 水及水蒸气状态参数的确定及其热力性质图表
-6-4 作业
-6-5 水蒸气的热力过程
-6-5 作业
-第6章 章节小测验
-7-1 概述
-7-2 朗肯循环
-7-2 作业
-7-3 实际蒸汽动力循环分析
-7-3 作业
-7-4 蒸汽再热循环
-7-4 作业
-7-5 蒸汽回热循环
-7-5 作业
-7-6 热电联产循环
-7-6 作业
-7-7 燃气-蒸汽联合循环
-7-7 作业
-7-8* 高效及绿色发电技术
-第7章 章节小测验
-8-0 导引
-8-0 作业
-8-1 空气压缩制冷循环
-8-1 作业
-8-2 蒸气压缩制冷循环
-8-2 作业
-8-3 热泵
-8-3 作业
-8-4* 热泵与节能环保
-8-5 吸收式制冷循环
-8-5 作业
-8-6 其他形式制冷循环
-8-6 作业
-8-7* 制冷剂与环保
-第8章 章节小测验
-9-0 导引
-9-0 作业
-9-1 混合气体的成分
-9-1 作业
-9-2 分压定律与分容积定律
-9-2 作业
-9-3 混合气体参数的计算
-9-3 作业
-9-4 理想气体的混合熵增
-9-4 作业
-9-5 湿空气及其状态参数
-9-5 作业
-9-6 湿空气的焓及熵
-9-6 作业
-9-7 比湿度的确定及湿球温度
-9-7 作业
-9-8 湿空气的焓湿图与热湿比
-9-8 作业
-9-9 湿空气的基本热力过程
-9-9 作业
-9-10* 环保节水型冷却塔简介
-第9章 章节小测验
-10-0 导引
-10-0 作业
-10-1 研究热力学微分关系式的目的
-10-1 作业
-10-2 特征函数
-10-2 作业
-10-3 数学基础
-10-3 作业
-10-4 热系数
-10-4 作业
-10-5 熵、内能和焓的微分关系式
-10-5 作业
-10-6 比热容的微分关系式
-10-6 作业
-10-7 克拉贝龙方程和焦汤系数
-10-7 作业
-10-8 实际气体对理想气体性质的偏离
-10-8 作业
-10-9 维里方程
-10-9 作业
-10-10 经验性状态方程
-10-10 作业
-10-11 普遍化状态方程与对比态原理
-10-11 作业
-第10章 章节小测验
-11-1 概述
-11-1 作业
-11-2 热力学第一定律在反应系统中的应用
-11-2 作业
-11-3 化学反应过程的热力学第一定律分析
-11-3 作业
-11-4 化学反应过程的热力学第二定律分析
-11-4 作业
-11-5 理想气体的化学平衡
-11-5 作业
-11-6 热力学第三定律及绝对熵
-11-6 作业
-第11章 章节小测验
-期末考试