工程熱力學(xué)第10章動力循環(huán)

1、第十章第十章 動動 力力 循循 環(huán)環(huán) 本章基本要求本章基本要求 熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)、回熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)、回 熱循環(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循熱循環(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循 環(huán)的組成、熱效率計算及提高環(huán)的組成、熱效率計算及提高 熱效率的方法和途徑。熱效率的方法和途徑。 本本 章章 重重 點點 1 1。熟悉朗。熟悉朗肯循環(huán)肯循環(huán)圖示圖示與與計算計算 2、朗朗肯循環(huán)肯循環(huán)與與卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 3、蒸汽參數(shù)蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響對朗肯循環(huán)熱效率的影響 4、再熱再熱、回?zé)嵩砑坝嬎慊責(zé)嵩砑坝嬎?動力循環(huán)研究目的和分類動力循環(huán)研究目的和分類 動力循環(huán)：動力循環(huán)：工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈」べ|(zhì)連

2、續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈?得的得的熱量熱量的一部分轉(zhuǎn)換成對外的的一部分轉(zhuǎn)換成對外的凈功凈功 按工質(zhì)按工質(zhì) 氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)：內(nèi)燃機(jī)：內(nèi)燃機(jī) 蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)：外燃機(jī)：外燃機(jī) 空氣為主的燃?xì)饪諝鉃橹鞯娜細(xì)?按按理想氣體理想氣體處理處理 水蒸氣等水蒸氣等 實際氣體實際氣體 研究目的：研究目的：合理安排循環(huán)，提高熱效率合理安排循環(huán)，提高熱效率 水蒸氣：水蒸氣：火力發(fā)電、核電火力發(fā)電、核電 低沸點工質(zhì)：低沸點工質(zhì)：氨、氟里昂氨、氟里昂 太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電太陽能、余熱、地?zé)岚l(fā)電 動力循環(huán)：動力循環(huán)：以獲得功為目的以獲得功為目的 熱機(jī)：熱機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的 設(shè)備

3、。設(shè)備。 熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動力循環(huán)熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動力循環(huán)。 動力循環(huán)：蒸汽動力循環(huán)動力循環(huán)：蒸汽動力循環(huán) 燃?xì)鈩恿ρh(huán)燃?xì)鈩恿ρh(huán) 四個主要裝置：四個主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵 10-1 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋 爐爐 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 給水泵給水泵 凝汽器凝汽器 水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化 鍋鍋 爐爐 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 給水泵給水泵 凝汽器凝汽器 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán) 1 2 3 4 簡化（理想化）：簡化（理想化）： 12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) s 膨脹膨脹 23 凝汽器凝汽器 p 放

4、熱放熱 34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮 41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 1 3 4 2 p v 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)pv圖圖 12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) s 膨脹膨脹 23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮 41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 4 32 1 T s h s 1 3 24 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)Ts和和hs圖圖 12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱 34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱 h s 1 3 24 郎肯循環(huán)功和熱的郎肯循環(huán)功和熱的計算計算 汽輪機(jī)作功：汽輪機(jī)作功： 2121 , hhws 凝汽器中的定壓放熱量：凝汽

5、器中的定壓放熱量： 322 hhq 水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功： 3443 , hhws 鍋爐中的定壓吸熱量：鍋爐中的定壓吸熱量： 411 hhq h s 1 3 24 郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計算計算 ,1 2,3 4 net t 11 ss www qq 一般很小，一般很小， 占占0.81%， 忽略泵功忽略泵功 12 13 t hh hh 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較與卡諾循環(huán)比較 s T 6 4 2 1 4 109 87 5 3 q2相同；相同； q1卡諾 卡諾 q1朗肯朗肯 卡諾 卡諾 朗肯朗肯； ； 等溫等溫 吸熱吸熱41難實現(xiàn)難實現(xiàn) 11點點x太小太小,不利于不利

6、于 汽機(jī)強(qiáng)度；汽機(jī)強(qiáng)度； 12-9兩兩 相區(qū)難壓縮；相區(qū)難壓縮； wnet卡諾 卡諾小 小 卡諾 卡諾 朗肯朗肯； ； wnet卡諾 卡諾 wnet 朗肯朗肯 1112 對比同溫限對比同溫限1234 對比對比5678 對比對比9-10-11-12 s p1, t1, p2 6 5 4 32 1 如何提高朗如何提高朗肯循環(huán)肯循環(huán)的熱效率的熱效率 12 13 t hh hh 影 響 熱 效 率影 響 熱 效 率 的參數(shù)？的參數(shù)？ T s T 6 5 4 3 2 1 1 6 5 4 2 蒸汽初壓對朗蒸汽初壓對朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 t1 , p2不變不變，p1 優(yōu)點：優(yōu)點： ，汽輪機(jī)

7、出口汽輪機(jī)出口 尺寸小尺寸小 1 Tt 2 v 缺點：缺點： 對強(qiáng)度要求高對強(qiáng)度要求高 不不利于汽利于汽 輪機(jī)安全。一般輪機(jī)安全。一般 要求出口干度大要求出口干度大 于于0.85 0.88 2 x s T 6 5 4 32 1 1 2 蒸汽初溫對朗蒸汽初溫對朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點：優(yōu)點： ，有利于汽機(jī)有利于汽機(jī) 安全。安全。 1 Tt 2 x 缺點：缺點： 對耐熱及強(qiáng)度要對耐熱及強(qiáng)度要 求高，目前最高求高，目前最高 初溫一般在初溫一般在550 左右左右 汽機(jī)出口汽機(jī)出口 尺寸大尺寸大 2 v p1 , p2不變不變，t1 s T 6 5 4 3 2 1 2 乏汽壓力乏汽壓

8、力對朗對朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點：優(yōu)點： 2 Tt 缺點：缺點： 受環(huán)境溫度限制，受環(huán)境溫度限制， 現(xiàn)在大型機(jī)組現(xiàn)在大型機(jī)組p2為為 0.00350.005MPa， 相應(yīng)的飽和溫度約為相應(yīng)的飽和溫度約為 27 33 ，已接近事，已接近事 實上可能達(dá)到的最低實上可能達(dá)到的最低 限度。冬天熱效率高限度。冬天熱效率高 p1 , t1不變不變，p2 4 3 T s 6 5 4 3 1 b a 2 10-2 蒸汽再熱循環(huán)蒸汽再熱循環(huán)(reheat) 1 2 3 4 再 熱 b a T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的熱效率蒸汽再熱循環(huán)的熱效率 再熱循環(huán)本身再熱循環(huán)本

9、身不一不一 定定提高循環(huán)熱效率提高循環(huán)熱效率 與再熱壓力有關(guān)與再熱壓力有關(guān) x2降低降低,給提高初給提高初 壓創(chuàng)造了條件，選壓創(chuàng)造了條件，選 取再熱壓力合適，取再熱壓力合適， 一般采用一般采用一次再熱一次再熱 可使熱效率提高可使熱效率提高2 2 3.53.5。 蒸汽再熱循環(huán)的實踐蒸汽再熱循環(huán)的實踐 再熱壓力再熱壓力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再熱再熱 超臨界機(jī)組，超臨界機(jī)組， t1600，p125MPa，二，二 次次再熱再熱 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的蒸汽再熱循環(huán)的定量計算定量計算 吸熱量：吸熱量： 114ab qhhhh 放熱量：

10、放熱量： 223 qhh 凈功（忽略泵功）：凈功（忽略泵功）： net12ba whhhh 熱效率：熱效率： net12 t,RH 114 ()() ()() ba ab whhhh qhhhh 蒸汽再熱蒸汽再熱循環(huán)實體照片循環(huán)實體照片 10-3 蒸汽回?zé)嵫h(huán)蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative) 1 2 36 1kg a 45 kg (1-)kg 抽汽抽汽 去凝汽器去凝汽器 冷凝水冷凝水 表面式回?zé)崞鞅砻媸交責(zé)崞?抽汽抽汽 冷凝水冷凝水 給水給水 混合式回?zé)崞骰旌鲜交責(zé)崞?抽汽式回?zé)岢槠交責(zé)?蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) (1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T

11、 1 2 36 1kg a 45 kg (1-)kg a kg 4 (1- )kg 5 1kg 由于由于T-s圖上各點質(zhì)圖上各點質(zhì) 量不同，面積不再量不同，面積不再 直接代表熱和功直接代表熱和功 抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計算計算 (1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T a kg 4 (1- )kg 5 1kg a45 11hhh 54 a4 hh hh a2 a2 hh hh 抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的回?zé)嵫h(huán)熱效率的計算計算 (1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T 1,RG151a qhhhh 2,RG22 1qhh RG1a a

12、2 1 whh hh 1aa2 t,RG 1a 1hhhh hh 為什么抽汽為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣?？回?zé)釤嵝侍岣撸?(1- )kg kg 6 5 a s 4 32 1 1kg T 22 t,RG 121a 1 1 hh hhhh 22 t 12 1 hh hh 1a 0 1 hh t,RGt 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點回?zé)嵫h(huán)的特點 小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為小型火力發(fā)電廠回?zé)峒墧?shù)一般為13級，級， 中大型火力發(fā)電廠一般為中大型火力發(fā)電廠一般為 48級。級。 優(yōu)點優(yōu)點 l 提高熱效率提高熱效率 l 減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級葉片變短減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級葉片變短 l 減小凝汽器尺

13、寸，減小鍋爐受熱面減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面 l 可兼作除氧器可兼作除氧器 缺點缺點 l 循環(huán)比功減小，汽耗率增加循環(huán)比功減小，汽耗率增加 l 增加設(shè)備復(fù)雜性增加設(shè)備復(fù)雜性 l 回?zé)崞魍顿Y回?zé)崞魍顿Y 缺點缺點 提高循環(huán)熱效率的途徑提高循環(huán)熱效率的途徑 改變循環(huán)參數(shù) 提高初溫度提高初溫度 提高初壓力提高初壓力 降低乏汽壓力降低乏汽壓力 改變循環(huán)形式 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 再熱循環(huán)再熱循環(huán) 改變循環(huán)形式 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn) 燃?xì)馊細(xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán) 新型動力循環(huán)新型動力循環(huán) IGCC PFBC-CC . 10-4 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1 2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機(jī) 過熱

14、器 鍋爐 用發(fā)電廠作了功用發(fā)電廠作了功 的蒸汽的余熱來的蒸汽的余熱來 滿足熱用戶的需滿足熱用戶的需 要，這種作法稱要，這種作法稱 為為熱電聯(lián)熱電聯(lián)( (產(chǎn)產(chǎn)) )供供。 熱用戶為什么要熱用戶為什么要 用換熱器而不直用換熱器而不直 接用熱力循環(huán)的接用熱力循環(huán)的 水？水？ 背壓式背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1 2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機(jī) 過熱器 鍋爐 背壓式背壓式缺點缺點： 熱電互相影響熱電互相影響 供熱參數(shù)單一供熱參數(shù)單一 清華北門外清華北門外2 2臺臺 背壓式背壓式， 5000kW5000kW電負(fù)荷電負(fù)荷 抽汽調(diào)節(jié)式抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 過熱器汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 鍋爐 冷卻水 冷凝器 加熱器水泵 1水泵 2 調(diào)節(jié)閥 抽汽式熱電聯(lián)抽汽式熱電聯(lián) 供循環(huán)供循環(huán), , 可以自動可以自動 調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比調(diào)節(jié)熱、電