其他蒸汽动力循环的概述

一、再热循环

为了在提高蒸汽初压的同时，不使排汽干度下降，以致危及汽轮机的安全运行，在蒸汽动力循环中常常采用中间“再热”的措施，这样形成的循环称为“再热循环”。

图11-9是一再热循环的装置简图。进入汽轮机的新蒸汽先在汽轮机中膨胀至某一中间压力b后，被引出到再热器R中再次加热到状态a（温度通常等于新蒸汽温度），然后再进入汽轮机中继续膨胀至终压p2。从图11-10中可以看到，再热循环1ba2341相对于无再热的朗肯循环1bc341，汽轮机排气干度得到了提高。而且，只要再热循环的中间再热压力选择适当（一般相当于初压的0.2～0.3），再热后的蒸汽循环平均吸热温度可以得到提高，从而使循环热效率得到提高。

图11-9 再热循环装置简图

图11-10再热循环的T-s图

在采用了再热循环后，同时产生了一些其他的影响。因为每千克蒸汽所做的功增加了，故可降低汽耗率；通过设备的水和蒸汽减少了，可减轻水泵和冷凝器的负担，这是有利的。另一方面因管道、阀门及换热面增多，增加了投资，且使运行管理复杂化，这是缺点。

二、回热循环

在朗肯循环中，使平均吸热温度不高的主要原因是水从未饱和水至饱和水的预热过程温度较低。如能设法使工质在热源中的吸热不包括这一段，那么循环的平均吸热温度就会提高，使循环的热效率得到提高。采用抽汽加热给水（供给锅炉的冷凝水）正是出于这种考虑。

图11-11是采用一级抽汽回热的蒸汽动力装置简图。单位质量的新蒸汽进入汽轮机膨胀作功到某一压力时，部分蒸汽被抽出来引入到回热加热器，对冷凝器出来的给水加热。没有被抽出的其余蒸汽在汽轮机中继续膨胀至终压。从图11-12所示的回热循环的T-s图上不难看到，由于采用了回热，使工质在锅炉中的吸热过程从4—1变成了a—1，显然提高了循环的平均吸热温度，从而提高了循环的热效率。

图11-11 回热循环装置简图

图11-12 回热循环的T-s图

从理论上讲，平均吸热温度越高，热效率也就越高。但是，此时从汽轮机抽出的蒸汽压力也就越高，因而蒸汽在汽轮机中膨胀作功的数值就相应地减小。为了既提高给水温度，又能在汽轮机中尽可能多地作功，常采用分级抽汽的方法，如图11-13所示。在汽轮机的通流部分设有若干个抽汽口，从每一个抽汽口抽出一部分蒸汽，并引入各级回热器中对锅炉给水进行分级加热，以逐步提高其温度。为了使汽轮机的结构和实际的系统不致过于复杂，通常采用二到四级抽汽。

三、热电合供循环

尽管采用了高参数和回热、再热等措施，现代蒸汽动力循环的热效率一般仍低于50％，即其余一半以上的热能经冷凝器等而散失于环境之中。这部分热能虽然数量很大，但按热力学第二定律这是必须排给冷源的。若适当地提高平均放热温度，可直接利用排给冷却水的这部分热能。热电循环即是一方面生产电能，另一方面将做过功的蒸汽供给生活用热或工业用蒸汽，这是一种可使能量得到更充分利用的综合循环。

为了满足用户的要求，热电循环中的供热蒸汽必须达到一定的压力。排汽压力高于大气压力的循环称为背压式循环；反之，低于大气压力的循环称为凝汽式循环。背压式热电循环的系统如图11-14所示，该系统以热用户代替了图11-2中的冷凝器，因此能向外界同时供应电能和热能。凝汽式循环如图11-15中1234561所示，12′3′4′561所示为背压式循环，其中以相当于12′3′4′561的热量转换为循环净功，以相当于面积2′3′782′的热量供给热用户使用。显然，由于汽轮机排气压力的提高，蒸汽用于作功的热能相应减小。但是，以前被冷却水带走的热量q2，现在供热用户使用，总的热能利用水平提高了，即热电循环的“能量利用系数”K比纯凝汽式循环的热效率高。k可表示为

图11-13 回热循环装置简图

图11-14 背压式热电循环图

式中已被利用的能量包括机械能和供给热用户的热能。在理想情况下，K可达1。实际上由于散热、工质漏泄等各种损失，一般K＝0.70左右。

为避免供热与供电相互影响的缺点，通常热电站多采用抽汽式热电循环系统，其系统如图11-16所示。在这种热电循环中，热电生产的相互影响较小，同时还可以用不同压力的抽汽来满足各种热用户的不同要求。

图11-15热电循环T-s图(www.xing528.com)

图11-16 抽气式热电循环系统

复习思考题

1.为何蒸汽循环不用卡诺循环而用朗肯循环，而朗肯循环又为何需用过热蒸汽？

2.分别详细说明初、终状态参数对朗肯循环热效率的影响，提高初参数和降低终参数受什么限制？

3.说明采用再热循环的原因和目的。怎样才能充分提高再热循环的热效率，为何不用多次再热？

4.热力发电厂为什么要采用多级回热加热器？

5.热电合供循环的优越性是什么？

6.工质在循环中通过冷凝器排放给大气环境的热量很大。试问在装置中哪些部位，采取什么措施可以减小这部分热量？能否将这部分热量减小到零？为什么？

7.何为热电循环的能量利用系数，抽汽式热电循环比背压式有何优点？

习题

1.设p1＝2.0MPa，t1＝380℃，p2＝0.008MPa，试求朗肯循环的热效率和每千瓦小时的汽耗率。

2.某理想蒸汽动力装置锅炉的蒸发量qm＝2391.5kg/h，锅炉进水压力为3.0MPa，其温度为40℃，在冷凝器中凝结水的压力为0.01MPa，温度为40℃。冷凝器中冷却水的流量为1.31×106kg/h，冷却水进出口温差为8.3℃。

图11-17 习题3用图

求：（1）冷凝器进口处蒸汽比焓值；

（2）锅炉出口处水蒸气的比焓值；

（3）计算该蒸汽轮机的对外输出功率。

3.某蒸汽动力循环如图11-17所示，进入汽轮机的蒸汽状态参数为p1＝1.1MPa，t1＝250℃，蒸汽在汽轮机中定熵膨胀到p2＝0.28MPa，再定容放的热到p3＝0.0035MPa后进入冷凝器，经冷凝器放热变为饱和水，再由泵将水送回锅炉。假定泵功可以忽略，试求：（1）循环热效率；（2）循环的汽耗率；（3）相同温度范围的卡诺循环热效率。

4.某蒸汽动力循环，其汽轮机进口蒸汽参数为p1＝1.35MPa，t1＝370℃，汽轮机出口蒸汽为p2＝0.008MPa的干饱和蒸汽，试求：汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率。

5.朗肯循环的蒸汽参数为p1＝3.0MPa，t1＝400℃，若忽略泵功，试求当p2分别为0.004，0.1MPa时：（1）汽轮机出口乏汽干度；（2）循环热效率。