第八章 動力循環(huán)

1、7.3 火用火用損失損失(作功能力損失作功能力損失) )工質(zhì)因過程不可逆引起的作功能力的損工質(zhì)因過程不可逆引起的作功能力的損失是過程熵產(chǎn)與環(huán)境介質(zhì)溫度的乘積。失是過程熵產(chǎn)與環(huán)境介質(zhì)溫度的乘積。不論什么工質(zhì)，不論何種不可逆過程，不論什么工質(zhì)，不論何種不可逆過程，也不論工質(zhì)溫度是高于還是低于環(huán)境溫也不論工質(zhì)溫度是高于還是低于環(huán)境溫度，工質(zhì)的作功能力的損失均可用此式度，工質(zhì)的作功能力的損失均可用此式計(jì)算。計(jì)算。 glSTE0isoST 07.3.3 能級與能量貶值原理能級與能量貶值原理能量數(shù)量能量火用值能量貶值原理能量貶值原理 : : 在不可逆過程中在不可逆過程中, ,雖然能量的數(shù)雖然能量的數(shù)量不變

2、量不變, ,但火用減少了但火用減少了, ,能級降低了能級降低了, ,即能量的品即能量的品質(zhì)下降了質(zhì)下降了. .7.4 火用方程火用方程lthhqewexexex)(21luuuqewexexex)(217.5 7.5 火用效率與熱效率火用效率與熱效率thaexExEx)()(提供的火用值之和實(shí)際利用的火用值之和動力裝置動力裝置exinoutWExExnet耗功裝置耗功裝置outinexExExW換熱設(shè)備換熱設(shè)備exExEx冷流體得到的熱流體放出的按能按能量轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換形換形式式動力循環(huán)動力循環(huán)廣義熱泵循環(huán)廣義熱泵循環(huán)熱能熱能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能熱量從低溫傳熱量從低溫傳向高溫物體向高溫物體熱力循

3、環(huán)熱力循環(huán)按工按工質(zhì)種質(zhì)種類類氣體循環(huán)氣體循環(huán)：工質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)改變：工質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)改變蒸汽循環(huán)蒸汽循環(huán)：工質(zhì)發(fā)生相變：工質(zhì)發(fā)生相變第八章第八章 動力循環(huán)動力循環(huán)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)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈〉玫牡玫臒崃繜崃康囊徊糠洲D(zhuǎn)換成對外的的一部分轉(zhuǎn)換成對外的凈功凈功。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)，提高熱效率熱機(jī)：熱機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。熱機(jī)的工作循環(huán)即為動力循環(huán)熱機(jī)的工作循環(huán)即為動力循環(huán)。動力循環(huán)分類動力循環(huán)分類燃?xì)獗旧砭褪枪べ|(zhì)燃?xì)獗旧砭褪枪べ|(zhì)內(nèi)燃式內(nèi)燃式

4、按燃料燃按燃料燃燒方式燒方式燃料放出的熱量通過間壁燃料放出的熱量通過間壁傳給工質(zhì)。傳給工質(zhì)。外燃式外燃式按工質(zhì)按工質(zhì)氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)：工質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)改變：工質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)改變蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)：工質(zhì)發(fā)生相變：工質(zhì)發(fā)生相變空氣為主的燃?xì)饪諝鉃橹鞯娜細(xì)馊鐑?nèi)燃機(jī)如內(nèi)燃機(jī)理想氣體理想氣體水蒸氣等水蒸氣等實(shí)際氣體實(shí)際氣體如外燃機(jī)如外燃機(jī) 只討論只討論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?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)以及熱電聯(lián)熱循環(huán)、再熱循環(huán)以及熱電聯(lián)供循環(huán)的組成、熱效率計(jì)算及供循環(huán)的組成、熱效率計(jì)算及提高熱效率的方法和途徑。提高熱效率的方法和途徑。本本 章章 重重

5、點(diǎn)點(diǎn)1 1、熟悉朗熟悉朗肯循環(huán)肯循環(huán)圖示圖示與與計(jì)算計(jì)算2、朗朗肯循環(huán)肯循環(huán)與與卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)的比較的比較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?、圖示及計(jì)算回?zé)嵩?、圖示及計(jì)算8-1 蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán)氣體卡諾循環(huán)氣體卡諾循環(huán)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、氣體的定溫吸熱和定溫放熱過程難以實(shí)現(xiàn)。氣體的定溫吸熱和定溫放熱過程難以實(shí)現(xiàn)。2、每循環(huán)完成的功較小。每循環(huán)完成的功較小。1352pvc5321Tsc蒸氣卡諾循環(huán)蒸氣卡諾循環(huán)定溫吸熱可在鍋爐內(nèi)近似實(shí)現(xiàn)定溫吸熱可在鍋爐內(nèi)近似實(shí)現(xiàn)定溫放熱可在冷凝器內(nèi)近似實(shí)現(xiàn)定溫放熱可在冷凝器內(nèi)近似實(shí)現(xiàn)1 1、每循環(huán)可獲

6、得較多的功每循環(huán)可獲得較多的功2、521c缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、絕熱壓縮過程難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿鄙賶嚎s水汽混絕熱壓縮過程難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿鄙賶嚎s水汽混合物的合適設(shè)備。合物的合適設(shè)備。1352pvc2 2、定熵膨脹末期定熵膨脹末期,蒸汽濕度較大蒸汽濕度較大,對汽輪機(jī)工作不利對汽輪機(jī)工作不利.3 3、蒸氣比體積比水大上千倍蒸氣比體積比水大上千倍,壓縮時設(shè)備龐大壓縮時設(shè)備龐大,耗功也大耗功也大.4 4、蒸氣卡諾循環(huán)僅限于濕蒸氣區(qū)蒸氣卡諾循環(huán)僅限于濕蒸氣區(qū),上限溫度上限溫度T受制于臨界受制于臨界溫度溫度,因此熱效率不高因此熱效率不高,每循環(huán)完成的功也不大每循環(huán)完成的功也不大.實(shí)際生產(chǎn)中并不采用實(shí)際生產(chǎn)中并不采

7、用蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán)不采用濕壓縮的原因采用濕壓縮，合適的壓縮設(shè)備無法選用。采用濕壓縮，合適的壓縮設(shè)備無法選用。若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會發(fā)生汽若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象；若選壓縮機(jī)，因?yàn)楣べ|(zhì)中的液蝕現(xiàn)象；若選壓縮機(jī)，因?yàn)楣べ|(zhì)中的液體不易壓縮，需要提高壓力。而提高壓體不易壓縮，需要提高壓力。而提高壓力對壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅，力對壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅，壓力過大會使壓縮機(jī)解體。壓力過大會使壓縮機(jī)解體。 閉口系統(tǒng)內(nèi)能的閉口系統(tǒng)內(nèi)能的Ex 閉口系由閉口系由1 2的可逆過程，工質(zhì)作的的可逆過程，工質(zhì)作的最大功最大功maxu1u212012012wexexuuTsspv

8、vu10010010exuuTsspvvp0穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex 由初態(tài)由初態(tài)1 終態(tài)終態(tài)2的可逆過程，工質(zhì)作的的可逆過程，工質(zhì)作的 最大功最大功maxh1h212012wexexhhTssh10010exhhTss12穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex舉例舉例壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室t1=900p1=8.5bart2=477p2=1.03bart0=25p0=1.0barR=0.287kJ/kg.Kcp=1.10kJ/kg.K求求:exh1, exh2燃?xì)廨啓C(jī)最大功燃?xì)廨啓C(jī)最大功穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓穩(wěn)定流動工質(zhì)的焓Ex舉例舉例maxh1h2499.2kJ/kgw

9、exexh110010exhhTss11p100p00lnln696.4kJ/kgTpcTTTcRTph220020exhhTss22p200p00lnln197.2kJ/kgTpcTTTcRTp可逆功可逆功7.3 火用火用損失損失(作功能力損失作功能力損失) )工質(zhì)因過程不可逆引起的作功能力的損工質(zhì)因過程不可逆引起的作功能力的損失是過程熵產(chǎn)與環(huán)境介質(zhì)溫度的乘積。失是過程熵產(chǎn)與環(huán)境介質(zhì)溫度的乘積。不論什么工質(zhì)，不論何種不可逆過程，不論什么工質(zhì)，不論何種不可逆過程，也不論工質(zhì)溫度是高于還是低于環(huán)境溫也不論工質(zhì)溫度是高于還是低于環(huán)境溫度，工質(zhì)的作功能力的損失均可用此式度，工質(zhì)的作功能力的損失均可用

10、此式計(jì)算。計(jì)算。 glSTE0isoST 0缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1、絕熱壓縮過程難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿鄙賶嚎s水汽混絕熱壓縮過程難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槿鄙賶嚎s水汽混合物的合適設(shè)備。合物的合適設(shè)備。1352pvc2 2、定熵膨脹末期定熵膨脹末期,蒸汽濕度較大蒸汽濕度較大,對汽輪機(jī)工作不利對汽輪機(jī)工作不利.3 3、蒸氣比體積比水大上千倍蒸氣比體積比水大上千倍,壓縮時設(shè)備龐大壓縮時設(shè)備龐大,耗功也大耗功也大.4 4、蒸氣卡諾循環(huán)僅限于濕蒸氣區(qū)蒸氣卡諾循環(huán)僅限于濕蒸氣區(qū),上限溫度上限溫度T受制于臨界受制于臨界溫度溫度,因此熱效率不高因此熱效率不高,每循環(huán)完成的功也不大每循環(huán)完成的功也不大.實(shí)際生產(chǎn)中并不采用實(shí)際生產(chǎn)中并不

11、采用蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán)不采用濕壓縮的原因采用濕壓縮，合適的壓縮設(shè)備無法選用。采用濕壓縮，合適的壓縮設(shè)備無法選用。若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會發(fā)生汽若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象；若選壓縮機(jī)，因?yàn)楣べ|(zhì)中的液蝕現(xiàn)象；若選壓縮機(jī)，因?yàn)楣べ|(zhì)中的液體不易壓縮，需要提高壓力。而提高壓體不易壓縮，需要提高壓力。而提高壓力對壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅，力對壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅，壓力過大會使壓縮機(jī)解體。壓力過大會使壓縮機(jī)解體。 五個主要裝置：五個主要裝置： 鍋爐鍋爐 過熱器過熱器 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 冷凝器冷凝器 給水泵給水泵8-2 郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)流程示意圖水蒸汽動力循環(huán)流程

12、示意圖凝汽器凝汽器BT發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)pCS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BT發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)pC郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)1234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 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮46 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱S661 過熱器過熱器 p 吸熱吸熱凝汽器和冷卻塔系統(tǒng)圖凝汽器和冷卻塔系統(tǒng)圖C冷凝器冷凝器冷卻塔冷卻塔冷卻塔實(shí)體圖冷卻塔實(shí)體圖1342pv郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)pv圖圖5612 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46 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱61 過熱器過熱器 p

13、 吸熱吸熱BT發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)pC1234S6在汽輪機(jī)出口，工質(zhì)達(dá)到低壓在汽輪機(jī)出口，工質(zhì)達(dá)到低壓下濕蒸汽狀態(tài)，稱為乏汽。下濕蒸汽狀態(tài)，稱為乏汽。s郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)Ts和和hs圖圖4321T56hs132456BT發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)pC1234S6郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較與卡諾循環(huán)比較 冷凝水由泵泵入鍋爐，簡化了設(shè)備，但增冷凝水由泵泵入鍋爐，簡化了設(shè)備，但增加了水的定壓加熱過程加了水的定壓加熱過程45，降低了平均，降低了平均吸熱溫度，從而使熱效率降低；吸熱溫度，從而使熱效率降低； 蒸汽在過熱器中的定壓吸熱蒸汽在過熱器中的定壓吸熱過程，提高了平均吸熱溫度，過程，提高了平均吸熱溫度，而且提高了乏氣的干

14、度，改善而且提高了乏氣的干度，改善了汽輪機(jī)的工作條件。了汽輪機(jī)的工作條件。 乏氣的凝結(jié)是完全；乏氣的凝結(jié)是完全；sT64218753郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較與卡諾循環(huán)比較sT6421 41098753 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(shí)現(xiàn)難實(shí)現(xiàn) 11點(diǎn)點(diǎn)x太小太小,不利于不利于汽機(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卡諾卡諾缺點(diǎn)缺點(diǎn)l 提高熱效率提高熱效率(1- )kg kg657s43211kgT(1- )kg kg657s43211kgT小型火力發(fā)電廠回?zé)?/p>

15、級數(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。多次抽汽回?zé)嵫h(huán)，其工作原理和分析方多次抽汽回?zé)嵫h(huán)，其工作原理和分析方法與單級相同。法與單級相同。Ts65431ba28-48-4 蒸汽再熱循環(huán)蒸汽再熱循環(huán)(reheat)1234再熱bac根本目的：提高乏汽干度根本目的：提高乏汽干度BTRCSpTs65431ba2再熱循環(huán)熱效率的再熱循環(huán)熱效率的定量計(jì)算定量計(jì)算吸熱量：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()()

16、()()baabwhhhhqhhhhcTs65431ba2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) 選取再熱壓力合適，選取再熱壓力合適，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 25 5。 再熱壓力取得較高再熱壓力取得較高可提高熱效率，但可提高熱效率，但對對x2改善較少改善較少。c pb=pa 0.20.3p1蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)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，p12

17、5MPa，二，二次次再熱再熱蒸汽再熱蒸汽再熱循環(huán)實(shí)體照片循環(huán)實(shí)體照片8-58-5 熱電聯(lián)供熱電聯(lián)供 (產(chǎn)產(chǎn))循環(huán)循環(huán)1234給水泵熱用戶汽輪機(jī)過熱器鍋爐用發(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。背壓式汽輪機(jī)背壓式汽輪機(jī)( (背壓背壓0.1MPa) )背壓式背壓式熱電聯(lián)供熱電聯(lián)供 (產(chǎn)產(chǎn))循環(huán)循環(huán)1234給水泵熱用戶汽輪機(jī)過熱器鍋爐背壓式背壓式缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 熱電互相影響熱電互相影響抽汽調(diào)節(jié)式抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)供熱電聯(lián)供 (產(chǎn)產(chǎn))循循環(huán)環(huán) 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、電供應(yīng)比例，以滿足不同用例，以滿足不同用戶的需要。戶的需要。 熱電聯(lián)產(chǎn)、集中熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保經(jīng)濟(jì)環(huán)保. .1236745抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán)抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán)設(shè)備流程圖設(shè)備流程圖BTCSppC第八章第八章 完完提高循環(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