工程熱力學(xué)課件第6章熱力循環(huán)

1、哈爾濱第三發(fā)電廠哈爾濱第三發(fā)電廠鍋爐蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化蒸汽動力循環(huán)系統(tǒng)的簡化四個主要設(shè)備：四個主要設(shè)備： 鍋爐鍋爐 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵鍋鍋爐爐汽輪機(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12346.1 蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán)1、理論上可以實(shí)現(xiàn)、理論上可以實(shí)現(xiàn)2、實(shí)際中無法采用、實(shí)際中無法采用原因：原因：（1）受臨界溫度限制，）受臨界溫度限制， t1不高，故不高，故并不高并不高st4231t1t2tc（2）3-4：壓縮汽水混合：壓縮汽水混合物困難。物困難。（3）2點(diǎn)：濕度太大，侵點(diǎn)：濕度太大，侵蝕汽輪機(jī)葉片。蝕汽輪機(jī)葉片。6.2 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)將卡諾循環(huán)的將卡諾

2、循環(huán)的2 2個定溫個定溫過程改為定壓過程：過程改為定壓過程：4321ts56一、工作原理一、工作原理鍋爐鍋爐汽輪機(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1234過熱器過熱器65朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)二、朗肯循環(huán)熱效率二、朗肯循環(huán)熱效率汽輪機(jī)作功：汽輪機(jī)作功：2121 ,hhws凝汽器定壓放熱量：凝汽器定壓放熱量：322hhq水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功：3443 ,hhws鍋爐中吸熱量：鍋爐中吸熱量：411hhq,1 2,3 4nett11sswwwqq一般占一般占0.81%，先，先忽略泵功忽略泵功 1213thhhh4321ts56q1q2w3-4w1-2用平均吸、放熱溫度表示的朗肯循環(huán)

3、熱效率用平均吸、放熱溫度表示的朗肯循環(huán)熱效率3(4)21ts56q1q2w1211qqqqwt121qq121tt121tt1t2t 1 1、蒸汽初壓的影響、蒸汽初壓的影響t1 , p2不變不變，p1不利之處不利之處： 對強(qiáng)度要求高對強(qiáng)度要求高x2 : 不不利于汽輪機(jī)利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口安全。一般要求出口干度大于干度大于0.85 0.88 1 6 5 4 2st64321t1好處：好處： ，汽機(jī)出口尺寸汽機(jī)出口尺寸1tt2v121ttt2 2、蒸汽初溫的影響、蒸汽初溫的影響 1 2p1 , p2不變不變，t1st654312好處：好處： ：有利于汽機(jī)安全有利于汽機(jī)安全1tt2x121t

4、tt不利之處：不利之處： 對耐熱及強(qiáng)度要求高，對耐熱及強(qiáng)度要求高，目前最高初溫：目前最高初溫：550v2 ：汽機(jī)出口尺寸：汽機(jī)出口尺寸3 3、乏汽壓力（背壓）、乏汽壓力（背壓）的影響的影響影響影響： 2tt限制：限制：環(huán)境溫度環(huán)境溫度現(xiàn)在大型機(jī)組的現(xiàn)在大型機(jī)組的p2為為0.0035 0.005mpa，相相應(yīng)的應(yīng)的ts 為為27 33 ，已達(dá)，已達(dá)最低限度。最低限度。p1 , t1不變不變，p2st654312 2 4 3四、實(shí)際循環(huán)四、實(shí)際循環(huán)1、實(shí)際循環(huán)：、實(shí)際循環(huán)：實(shí)際蒸汽動力循環(huán)中，各過實(shí)際蒸汽動力循環(huán)中，各過程都是不可逆的，以汽輪機(jī)為例：程都是不可逆的，以汽輪機(jī)為例：st6543212

5、actsh2p12act1p2 h0 h2act2、實(shí)際循環(huán)的熱效率、實(shí)際循環(huán)的熱效率sh2p12act1p2 h0 hact(1) 汽輪機(jī)相對內(nèi)效率：汽輪機(jī)相對內(nèi)效率：0hhactt理論功實(shí)際功(2) 循環(huán)熱效率：循環(huán)熱效率：tttactiqhqh101(3) 裝置熱效率：裝置熱效率：factqh3、其它性能參數(shù)、其它性能參數(shù)軸承摩擦損失，用機(jī)械效率軸承摩擦損失，用機(jī)械效率 m表示，則汽輪機(jī)輸表示，則汽輪機(jī)輸出的有效功（軸功）出的有效功（軸功）：0hhwmtactme有效功率有效功率： ，d為蒸汽耗量，為蒸汽耗量，t/h6 . 30hdpmte理想輸出軸功率理想輸出軸功率：6 . 300hd

6、p理想汽耗率理想汽耗率：0001hpdd有效功汽耗率有效功汽耗率：mteedpdd0例例1例例1 我國我國300mw汽輪發(fā)電機(jī)組：新蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組：新蒸汽p1=17mpa，t1=550，汽輪機(jī)背壓汽輪機(jī)背壓p2=5kpa。求：汽輪機(jī)求：汽輪機(jī)wt、給水泵給水泵 wp、循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率t、和和理論耗汽率理論耗汽率d0（1）按朗肯循環(huán)，）按朗肯循環(huán)，（2）實(shí)際循環(huán)，汽輪機(jī)相對內(nèi)效率為）實(shí)際循環(huán)，汽輪機(jī)相對內(nèi)效率為0.9。解解 思路：思路：（1）在在h-s圖上，畫出汽輪機(jī)過程線；圖上，畫出汽輪機(jī)過程線；（2）確定各設(shè)備進(jìn)出口狀態(tài)，利用圖表查）確定各設(shè)備進(jìn)出口狀態(tài)，利用圖表查出所需參數(shù)，本題：出

7、所需參數(shù)，本題：hsh2p12act1p2 h0 h2act4321ts進(jìn)口進(jìn)口p1, t1，查出查出h1; 出口：從出口：從1點(diǎn)做垂線交點(diǎn)做垂線交p2于于2點(diǎn)，查出點(diǎn)，查出h2，x2實(shí)際出口：沿實(shí)際出口：沿p2線往上量取線往上量取 h =(1-0.9) h0 找到找到2act點(diǎn)，查出點(diǎn)，查出h2act汽輪機(jī)：汽輪機(jī)：水泵：水泵：進(jìn)口進(jìn)口3：飽和水，：飽和水， p2飽和水和飽和水和h3和和s3 出口出口4：過冷水，：過冷水，p4=p1和和s3查出查出h4（1）按朗肯循環(huán)）按朗肯循環(huán)sh2p12act1p2 h0 h2act汽輪機(jī)：汽輪機(jī)：wt =h1-h2=1448 kj/kg給水泵：給水泵：

8、wp =h4-h3=17.1 kj/kg水在鍋爐中吸熱：水在鍋爐中吸熱：q1= h1-h4 =3271.2 kj/kg循環(huán)熱效率：循環(huán)熱效率：t =wnet /q1=(h1-h2- wp) /q1=0.442理論耗汽率：理論耗汽率：d0 =1/(h1-h2)=6.8410-7 kg/j（2）按實(shí)際循環(huán)）按實(shí)際循環(huán)汽輪機(jī)相對內(nèi)效率為汽輪機(jī)相對內(nèi)效率為0.9:計算同上，計算同上，只要只要把把 h2換成換成h2act即可。即可。討論：討論：若忽略水泵功：若忽略水泵功：t =wnet /q1=(h1-h2) /q1=0.445，誤差很小。誤差很小。sh2p12act1p2 h0 h2act1 1、提高

9、、提高p p1 1可以提高熱效率，但可以提高熱效率，但x2下降對汽下降對汽輪機(jī)不利，限制了輪機(jī)不利，限制了p p1 1的提高；的提高；2 2、定壓吸、放熱的傳熱溫差大，導(dǎo)致朗肯、定壓吸、放熱的傳熱溫差大，導(dǎo)致朗肯循環(huán)的熱效率不高。循環(huán)的熱效率不高。ts65431ba21234再熱ba1、蒸汽再熱循環(huán)、蒸汽再熱循環(huán)(reheat)再熱再熱循環(huán)汽輪機(jī)循環(huán)汽輪機(jī)吸熱量：吸熱量： 114abqhhhh放熱量：放熱量：223qhh凈功（忽略泵功）：凈功（忽略泵功）： net12bawhhhh熱效率：熱效率：net12t,rh114()()()()baabwhhhhqhhhh結(jié)果：（結(jié)果：（1）再熱使）再

10、熱使 t 提高；提高；（2）x2ts653(4)1b2a說明：說明： 選擇合適的再熱壓力，一次中間再熱可使熱效率提選擇合適的再熱壓力，一次中間再熱可使熱效率提高高25 排汽干度排汽干度x2提高，為提高初壓創(chuàng)造了條件提高，為提高初壓創(chuàng)造了條件 再熱壓力再熱壓力 pb=pa 0.20.3p1 我國我國100300mw機(jī)組：機(jī)組： p113.5mpa，采用一次采用一次再熱。再熱。超臨界機(jī)組，超臨界機(jī)組， t1600，p125mpa，采用采用二次二次再熱再熱 p1缺點(diǎn)缺點(diǎn)回?zé)峒墧?shù)回?zé)峒墧?shù)小型火力發(fā)電廠：小型火力發(fā)電廠：13級級中大型火力電廠：中大型火力電廠：48級級6.4 6.4 熱電聯(lián)供循環(huán)熱電聯(lián)供

11、循環(huán)hlqq 冷凝器中冷凝器中q ql l得以利用；得以利用； 排氣壓力受供熱溫度影排氣壓力受供熱溫度影響，較郎肯循環(huán)排氣壓力高響，較郎肯循環(huán)排氣壓力高, ,大于大氣壓；大于大氣壓； 熱電循環(huán)效率熱電循環(huán)效率 = = 循環(huán)熱循環(huán)熱效率效率+ +提供熱用戶的熱量提供熱用戶的熱量/ /輸輸入的總熱量：入的總熱量：（1 1）背壓式汽輪機(jī)熱電聯(lián)供循環(huán)）背壓式汽輪機(jī)熱電聯(lián)供循環(huán)qlqh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1234熱用戶熱用戶載熱劑載熱劑ws(能量利用系數(shù)能量利用系數(shù))（2 2）抽氣式汽輪機(jī)熱電聯(lián)供循環(huán)）抽氣式汽輪機(jī)熱電聯(lián)供循環(huán)shhhhhhwhhqhhq3221267

12、1)1 (n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n工質(zhì)部分供熱，部分作功工質(zhì)部分供熱，部分作功n供熱量與乏汽無關(guān)供熱量與乏汽無關(guān)1冷凝器冷凝器汽輪機(jī)汽輪機(jī)熱用戶熱用戶鍋爐鍋爐水泵水泵水泵水泵加熱器加熱器345672(1-)kgqhwsqhhhsqqw z能量利用系數(shù)能量利用系數(shù): :(熱電循環(huán)效率熱電循環(huán)效率)思考題：思考題：14習(xí)習(xí) 題：題：1、2、5p165：一、引言一、引言1、逆向卡諾循環(huán)、逆向卡諾循環(huán)（1）制冷（要）制冷（要q2）222c1202qqtwqqtt制冷系數(shù)：制冷系數(shù)：（2）熱泵（要）熱泵（要q1）供熱系數(shù)：供熱系數(shù)：111c1210qqtwqqttt0環(huán)境環(huán)境t2冷庫冷庫q1q2wtst2t02

13、、cop與與eert0環(huán)境環(huán)境t2冷庫冷庫q1q2w1、cop (coefficient of performance)2、eer (energy efficiency ratio )w/weer2有效輸入功率q注：有效輸入功率包括：壓縮機(jī)、風(fēng)扇、泵、控制和安全裝置等的輸入功率總和。注：有效輸入功率包括：壓縮機(jī)、風(fēng)扇、泵、控制和安全裝置等的輸入功率總和。能效比 ： 性能系數(shù) ：w/wcop2nqgb/t 7725-2004房間空氣調(diào)節(jié)器：3.9 能效比 (eer)：空調(diào)器進(jìn)行制冷運(yùn)行時，制冷量與有效輸入功率之比，其值用 w w 表示。3.10 性能系數(shù) (cop)：空調(diào)器進(jìn)行熱泵制熱運(yùn)行時，制

14、熱量與有效輸入功率之比，其值用 w w 表示。 3 3、制冷能力、冷噸、匹、制冷能力、冷噸、匹1、制冷量：、制冷量：制冷設(shè)備單位時間內(nèi)從冷庫取走的熱量制冷設(shè)備單位時間內(nèi)從冷庫取走的熱量 。表示設(shè)備制冷能力的大小。表示設(shè)備制冷能力的大小。單位：單位：w（kw, kj/s）2、冷噸（、冷噸（rt）：）：1噸噸 0 飽和水在飽和水在24小時內(nèi)小時內(nèi)被冷凍成被冷凍成0的冰所需冷量。的冰所需冷量。商業(yè)上，大型機(jī)組商業(yè)上，大型機(jī)組水的凝結(jié)（熔化）熱水的凝結(jié)（熔化）熱: r =334 kj/kg1 rt = 3.86 kj/s1 us rt=3.517 kj/s （1 美噸美噸=2000 磅磅=0.9072

15、 噸噸）3、匹（、匹（hp）匹匹: 空調(diào)商家慣用、非法定單位空調(diào)商家慣用、非法定單位“匹匹”指的是電器消耗功率：指的是電器消耗功率：1匹匹=1馬力馬力=735w，并不指制冷量，并不指制冷量空調(diào)輸入空調(diào)輸入1匹電功率產(chǎn)生的制冷量為：匹電功率產(chǎn)生的制冷量為： 735weer日本規(guī)定最小日本規(guī)定最小eer為為3.4， 1匹匹=735 3.4=2499w舉例：舉例：kfr-23gw ：制冷量制冷量2300w， 小小1匹匹kfr-25gw ：制冷量制冷量2500w， 1匹匹kfr-35gw ：制冷量制冷量3500w， 1.5匹匹制冷量在制冷量在4800-5100w之間，均約為之間，均約為2匹匹制冷量在制

16、冷量在5800-6200w之間，均約為之間，均約為2.5匹匹制冷量在制冷量在6800-7200w之間，均約為之間，均約為3匹匹4、制冷循環(huán)種類、制冷循環(huán)種類 空氣壓縮制冷空氣壓縮制冷 壓縮制冷壓縮制冷 蒸汽壓縮制冷蒸汽壓縮制冷 吸收式制冷吸收式制冷制冷循環(huán)制冷循環(huán) 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽噴射制冷蒸汽噴射制冷 半導(dǎo)體制冷半導(dǎo)體制冷 熱聲制冷熱聲制冷二、二、空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán)冷卻水冷卻水膨脹機(jī)膨脹機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)冷藏室冷藏室冷卻器冷卻器3214工質(zhì)：工質(zhì)：空氣空氣12：絕熱壓縮：絕熱壓縮：p，t理想化處理：理想化處理：理氣；理氣； 定化熱定化熱; 可逆可逆23：等壓冷卻等壓冷卻 向

17、環(huán)境放熱，向環(huán)境放熱，t34：絕熱膨脹絕熱膨脹 t t1 （冷庫）冷庫）41：等壓吸熱等壓吸熱 t t1p-v圖和圖和t-s圖圖1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮2 3 等壓冷卻等壓冷卻3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹4 1 等壓吸熱等壓吸熱 pv3214tst2t01234逆勃雷登循環(huán)逆勃雷登循環(huán)2212p14p23p142314cop()()()11qqwqqc ttc ttc tttttt制冷系數(shù)制冷系數(shù)ts1234113322114432223214141111kkkkpttptppttttttttttttt1122111111kkkktptp空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn)空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無

18、毒，無味，不怕泄漏。工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。 容獲得，無成本容獲得，無成本 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1. 無法實(shí)現(xiàn)定無法實(shí)現(xiàn)定t ， c2. q2=cp(t1-t4)，空氣空氣cp很小，很小， (t1-t4)不能太大，不能太大， q2 很小。很小。 若若(t1-t4)3. 活塞式流量活塞式流量m小，制冷量小，制冷量q2=m q2小小 應(yīng)用：應(yīng)用：飛機(jī)空調(diào)、環(huán)境試驗(yàn)飛機(jī)空調(diào)、環(huán)境試驗(yàn)三、蒸汽壓縮制冷循環(huán)三、蒸汽壓縮制冷循環(huán)冷卻水冷卻水膨脹機(jī)膨脹機(jī)壓縮機(jī)壓縮機(jī)冷藏室冷藏室冷卻器冷卻器3214蒸汽壓縮制冷循環(huán)的工質(zhì)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的工質(zhì)一般用低沸點(diǎn)工質(zhì)，如氟利昂、氨等。一般用低沸點(diǎn)工質(zhì)，如氟利昂、氨等。工質(zhì)工

19、質(zhì) 沸點(diǎn)沸點(diǎn)(1atm)水水100r22- 40.8 r134a氨氨(r17)- 26.1 - 33.5 制冷劑制冷劑蒸汽壓縮制冷循環(huán)的計算蒸汽壓縮制冷循環(huán)的計算ts12345蒸發(fā)器中吸熱量：蒸發(fā)器中吸熱量： 21514qhhhh冷凝器中放熱量：冷凝器中放熱量： 124qhh制冷系數(shù)制冷系數(shù)：21414212241421()()qhhhhqqqhhhhhhw兩個定壓，熱與功均與焓有關(guān)兩個定壓，熱與功均與焓有關(guān) lgp -h圖圖lgp-h圖及計算圖及計算ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhh高壓液過冷措施高壓液過冷措施ts12345lgp

20、h1234521421qhhwhh5421whh不變不變45124qhh1、過冷、過冷1， q2：氨機(jī)：氨機(jī)0.4%；氟機(jī)；氟機(jī)0.8%2、過冷、過冷造價造價：t=35 215qhh壓縮機(jī)吸氣過熱措施壓縮機(jī)吸氣過熱措施lgph12345541 目的：防液擊、防氣蝕目的：防液擊、防氣蝕過熱度一般?。哼^熱度一般?。簍=35 四、熱泵四、熱泵2qw制冷制冷系數(shù)系數(shù)制熱制熱系數(shù)系數(shù)11qw12qqwwwq2q1wt2t0制冷制冷q2q1wt0t1熱泵熱泵熱泵熱泵lnlnp p- -h h圖及計算圖及計算ts12345lgph123452q1qw21514qhhhh124qhh12421qhhwhh主要

21、供暖方式主要供暖方式熱用戶熱用戶燃煤、燃?xì)馊济?、燃?xì)忮仩t鍋爐集中供熱集中供熱直接電采暖直接電采暖（蓄熱鍋爐、（蓄熱鍋爐、地板輻射、地板輻射、電熱膜）電熱膜）熱泵（空氣熱泵（空氣源、水源）源、水源）不同供熱方式不同供熱方式能量利用系數(shù)能量利用系數(shù)電電100%電廠電廠發(fā)電發(fā)電33%損失損失67%房間房間33%熱能熱能100%效率效率70%房間房間70%損失損失30%鍋爐鍋爐 熱泵熱泵 cop=3熱泵熱泵 100%發(fā)電發(fā)電33%損失損失67%環(huán)境環(huán)境66%房間房間99%電廠電廠供熱供熱方式方式化學(xué)能化學(xué)能 五、吸收式制冷循環(huán)五、吸收式制冷循環(huán)1 1、吸收式制冷原理、吸收式制冷原理溴化鋰溴化鋰-水水q2、吸收式制冷工質(zhì)吸收式制冷