1.简单蒸汽动力装置循环——朗肯循环

朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，它由给水泵P、锅炉B、汽轮机T和凝汽器C四个主要装置组成。简单蒸汽动力装置系统图如图1-16所示。燃料在锅炉中燃烧，放出热量；水在锅炉中定压吸热汽化直至成为过热蒸汽，高温高压的新蒸汽进入汽轮机绝热膨胀做功，从汽轮机排出的做过功的乏汽在凝汽器内定压放热，冷凝成水，再回到水泵中，完成一个循环。

理想朗肯循环是由四个可逆过程组成，即可逆定压吸热过程、可逆绝热膨胀过程、可逆定压放热过程、可逆绝热压缩过程。其T—s图如图1-17所示。4-5-6 1是工质在锅炉中定压加热、汽化、过热过程，1-2是过热蒸汽在汽轮机中绝热膨胀做功过程，2-3是乏汽在凝汽器中的定压凝结过程，3-4是凝结水在水泵中的绝热压缩过程。

图1-16　简单蒸汽动力装置系统图

B—锅炉；T—汽轮机；C—凝汽器；S—过热器；P—给水泵

图1-17　水蒸气的朗肯循环

朗肯循环的热效率ηR表示1kg工质在循环中产生的净功w t与其从锅炉中吸收的热量q0之比，即

根据热力学第一定律，对于单位质量的工质，汽轮机的功为h 1－h 2，水泵的功为h 4－h 3≈p 4 v 4－p 3 v 3≈v（p 4－p 3），锅炉的吸热量为h 1－h 4，所以，朗肯循环的热效率表示为

2.蒸汽再热循环

为了提高发电厂的热经济性，蒸汽的参数不断提高。但是随着初压的提高，汽轮机的排汽湿度增大，为了使排汽湿度不超过允许的限度，而采用了蒸汽中间再热。

所谓蒸汽中间再热，就是将在汽轮机高压缸内已经做了部分功的蒸汽全部抽出来，送到锅炉的再热器中继续加热，温度提高后再送回汽轮机的中低压缸继续做功，乏汽排入凝汽器。其系统图和T—s图分别如图1-18、图1-19所示。采用蒸汽中间再热循环不仅提高汽轮机的排汽干度，而且还提高了循环的热效率。

图1-18　再热循环热力系统图

B—锅炉；S—过热器；R—再热器

图1-19　再热循环T—s图

3.回热循环(www.daowen.com)

朗肯循环热效率不高的主要原因是水的加热及水蒸气的过热过程不是定温的，尤其是经水泵加压后未饱和水温度很低，造成加热过程的平均温度不高，致使热效率低下，传热不可逆损失极大。给水回热加热是指从正在运转的汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽，利用蒸汽回热对水进行加热。与之相对应的循环称为回热循环。图1-20为单级回热循环系统图；图1-21为T—s图。1kg新蒸汽进入汽轮机，绝热膨胀到某一压力p时，从汽轮机中抽出αkg蒸汽，将之引入回热加热器。剩下的（1－α）kg蒸汽在汽轮机内继续膨胀做功到乏汽压力，然后进入凝汽器，被冷却凝结成水，经凝结水泵进入回热加热器，被αkg抽气加热成饱和水，然后被给水泵加压泵入锅炉加热、汽化、过热成新蒸汽，完成循环。

虽然汽轮机的每千克蒸汽做功减小，水泵总耗功增大，但是工质自外热源吸热量减少，平均吸热温度提高，故而热效率提高。现代大中型蒸汽动力装置毫无例外地均采用回热循环，抽气的级数从2级、3级最多达7级、8级，参数越高、容量越大的机组，回热级数越多。

4.热电联产循环

蒸汽动力装置即使采用了各种提高效率的措施，热效率依然不高，一般小于40%。大部分的热量被排放到环境中。热电联产循环的目的是在发电的同时把这一部分热量用来供热，从而大大提高能源利用率。

图1-20　单级回热循环系统图

图1-21　单级回热循环T—s图

热电联产循环的方式基本分为两种。一种是背压式汽轮机，如图1-22所示。背压式汽轮机的排汽压力通常高于0.1MPa，其乏汽或乏汽的热量供给工业或生活之用。背压式汽轮机热电联产循环，电负荷随着热负荷的变化而变化，所以仅用在热负荷较均匀、任何时候都能保证机组运行的热电厂。另一种是调整抽气式汽轮机，如图1-23所示。它是利用汽轮机的可调整抽气来供热，热用户A热负荷的变动对电能生产量的变动影响较小，因此在热电厂中得到了较广泛的使用。

图1-22　背压式汽轮机的系统图

S—过热器；A—热用户；B—锅炉；T—汽轮机；P—给水泵

图1-23　调整抽气式汽轮机的系统图

S—过热器；B—锅炉；T—汽轮机；A—热用户；P—给水泵；C—凝汽器

5.蒸汽—燃气联合循环

具有回热、再热的超超临界压力蒸汽动力装置循环与朗肯循环比较，循环的热效率有显著提高，但是与同温限的卡诺循环比较，因其平均吸热温度较低，故其热效率仍低于同温限的卡诺循环。

提高循环热效率的根本途径是提高工质的平均吸热温度，降低工质的平均放热温度。蒸汽动力循环中工质的平均吸热温度主要取决于工质的汽化温度和汽化潜热占总吸热量的大小，对于水工质来说，工质从高温热源吸热的平均温度不可能太高，但在低温热源端，却能保证较低的平均放热温度。另一方面，燃气轮机循环要保证较高的吸热平均温度比较容易，却难以保证较低的平均放热温度。为了提高循环热效率，可将燃气轮机循环叠加于蒸汽循环之上，由燃气轮机从热源吸热，将燃气轮机的排气作为蒸汽循环的加热源，充分利用燃气排出的能量，最后由蒸汽循环向低温热源排热。这种双工质循环叫做燃气—蒸汽联合循环。它的实际热效率可达47%～57%。燃气—蒸汽联合循环的系统图、T—s图分别如图1-24所示。

图1-24　燃气—蒸汽联合循环