第九章動力循環(huán)

第九章動力循環(huán)第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點工質：氨、氟里昂太陽能、余熱、地熱發(fā)電動力循環(huán)：以獲得功為目的第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月朗肯循環(huán)的提出與卡諾循環(huán)sT64211098753

卡諾最大；

等溫吸熱4’1難實現(xiàn)11點x太小,不利于汽機強度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

由于溫差小，所以效率不會很高，且乏汽干度過小，

卡諾<

朗肯；went卡諾<wnet朗肯1112在溫限1234’對比5678對比9-10-11-12第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

四個主要裝置：

鍋爐

汽輪機

凝汽器

給水泵§10-1

BasicPowerCycleusingWaterVapor-

RankineCycle

基本蒸汽動力循環(huán)---朗肯循環(huán)1.水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)

鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鍋爐汽輪機發(fā)電機給水泵凝汽器朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：1

2汽輪機s膨脹2

3凝汽器p放熱3

4給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月RANKINECYCLE

第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月RANKINECYCLE

1

2Saturatedorsuperheatedsteamenterstheturbineatstate1,whereitexpandsisentropicallytotheexitpressureatstate2.2

3Thesteamisthencondensedatconstantpressureandtemperaturetoasaturatedliquid,state3.Theheatremovedfromthesteaminthecondenseristypicallytransferredtothecoolingwater.3

4

Thesaturatedliquidthenflowsthroughthepumpwhichincreasesthepressuretotheboilerpressure(state4).4

1thewaterisfirstheatedtothesaturationtemperature,boiledandtypicallysuperheatedtostate1.Thenthewholecycleisrepeated.

第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1342pv(1)朗肯循環(huán)p-v圖1

2汽輪機s膨脹2

3凝汽器p放熱3

4給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月4321Tshs1324(2)朗肯循環(huán)T-s和h-s圖1

2汽輪機s膨脹2

3凝汽器p放熱3

4給水泵s壓縮41鍋爐p吸熱第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月hs13242.朗肯循環(huán)功和熱的計算

汽輪機作功：凝汽器中的定壓放熱量：水泵絕熱壓縮耗功：鍋爐中的定壓吸熱量：第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月hs1324朗肯循環(huán)熱效率的計算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753

卡諾最大；

等溫吸熱4’1難實現(xiàn)11點x太小,不利于汽機強度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小

由于溫差小，所以效率不會很高，且乏汽干度過小，

卡諾<

朗肯；went卡諾<wnet朗肯1112在溫限1234’對比5678對比9-10-11-12第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sp1t1p26543213.如何提高朗肯循環(huán)的熱效率影響熱效率的參數(shù)？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecycle第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sT654321A.蒸汽初壓對朗肯循環(huán)熱效率的影響t1,p2不變，p1優(yōu)點：

，汽輪機出口尺寸小缺點：

對強度要求高

不利于汽輪機安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sT654321B.蒸汽初溫對朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點：

，有利于汽機安全。缺點：

對耐熱及強度要求高，目前初溫一般在550℃左右汽機出口尺寸大p1,p2不變，t1第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月sT654321C.乏汽壓力對朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點：

缺點：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機組p2為0.0035~0.005MPa，相應的飽和溫度約為27~33℃，已接近事實上可能達到的最低限度。冬天熱效率高p1,t1不變，p2第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月§10-2蒸汽回熱循環(huán)與再熱循環(huán)(regenerative

cycleandreheatcycle)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回熱器抽汽冷凝水給水混合式回熱器抽汽式回熱FeedwaterheaterOpenFeedwaterheaterClosedFeedwaterheater1.蒸汽回熱循環(huán)(regenerative)第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)蒸汽抽汽回熱循環(huán)(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg由于T-s圖上各點質量不同，面積不再直接代表熱和功第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)抽汽回熱循環(huán)的抽汽量計算(1-

)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-

)kg51kg以混合式回熱器為例熱一律忽略泵功第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)抽汽回熱循環(huán)熱效率的計算(1-

)kg

kg65as43211kgT吸熱量：放熱量：凈功：熱效率：第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么抽汽回熱熱效率提高？(1-

)kg

kg65as43211kgT教材P.256推導簡單朗肯循環(huán)：

物理意義：

kg工質100%利用1-

kg工質效率未變第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月小結:蒸汽抽汽回熱循環(huán)的特點小型火力發(fā)電廠回熱級數(shù)一般為1～3級中大型火力發(fā)電廠一般為4～8級。優(yōu)點

提高熱效率減小汽輪機低壓缸尺寸，末級葉片變短減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面可兼作除氧器缺點

循環(huán)比功減小，汽耗率增加增加設備復雜性回熱器投資>缺點第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Ts65431b2.蒸汽再熱循環(huán)(reheatcycle)Whensteamleavestheturbine,itistypicallywet.Thepresenseofwatercauseserosionoftheturbineblades.Topreventthis,steamisextractedfromhighpressureturbine(state2),andthenitisreheatedintheboiler(state2')andsentbacktothelowpressureturbine.

第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的熱效率

再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率

與再熱壓力有關

x2降低,給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月蒸汽再熱循環(huán)的實踐

再熱壓力

pb=pa

0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機組，10、12.5、20、30萬機組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的定量計算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月§10-3熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(lián)(產(chǎn))供。背壓式機組(背壓>0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力循環(huán)的水？Cogeneration背壓式缺點：

熱電互相影響

供熱參數(shù)單一第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)

抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán),可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)的經(jīng)濟性評價只采用熱效率顯然不夠全面

能量利用系數(shù)，但未考慮熱和電的品位不同

Ex經(jīng)濟學評價

熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟環(huán)保Utilizationfactor第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1、熟悉朗肯循環(huán)圖示與計算2、朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)3、蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響4、再熱、回熱原理及計算

小結Summary第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1.TheOttoCycle(奧托循環(huán)）

(1).Actualcycle(實際循環(huán))

TheOttocycleisanidealizationofasetofprocessesusedbysparkignitioninternalcombustionengines(2-strokeor4-strokecycles).

§10-4Internalcombustionengines

(內(nèi)燃機)第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月0

1‘:吸入空氣;1'

2:壓縮過程;2

3:噴油燃燒過程;34:噴油燃燒過程;4

5:膨脹過程;5

1'':排氣過程;1''

0:排出剩余的廢氣

第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Otto循環(huán)a)ingestamixtureoffuelandair,b)compressit,c)causeittoreact,thuseffectivelyaddingheatthroughconvertingchemicalenergyintothermalenergy,d)expandthecombustionproducts,andthene)ejectthecombustionproductsandreplacethemwithanewchargeoffuelandair.

第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)Otto循環(huán)的簡化_Wemodelallofthesehappeningsbyathermodynamiccycleconsistingofasetofprocessesallactingonafixedmassofaircontainedinapiston-cylinderarrangement.Theexhaustandintakeprocessesarereplacedbyconstant-volumecooling.）

第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

1'

2:壓縮過程;2

3:噴油燃燒過程;4

5:膨脹過程;5

1'':排氣過程;

第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1’-2Compressmixturequasi-staticallyandadiabatically2-3Igniteandburnmixtureatconstantvolume(heatisadded)3(4)-5Expandmixturequasi-staticallyandadiabatically5-1’’CoolmixtureatconstantvolumeRepresentationofthethermodynamiccycle.第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)ThermalEfficiencyofOttoCycle(奧托循環(huán)的熱效率)提高循環(huán)的壓縮比提高循環(huán)的最高溫度

第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.TheDieselCycle(狄塞爾循環(huán))

ThedieselinternalcombustionenginediffersfromthegasolinepoweredOttocyclebyusingahighercompressionofthefueltoignitethefuelratherthanusingasparkplug("compressionignition"ratherthan"sparkignition")第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月ThermalEfficiencyofDiselCycle狄塞爾循環(huán)的熱效率：

提高循環(huán)的壓縮比降低循環(huán)的預脹比提高循環(huán)的最高溫度第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.TheDualCycle(混合加熱循環(huán))第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

其中,1-2是定熵壓縮過程,2-3是可逆定容加熱過程,3-4是可逆定壓加熱過程,4-5是定熵膨脹過程,5-1是可逆定容放熱過程.第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月幾個定義：

壓縮比:定容升壓比:

定壓預脹比::

混合加熱循環(huán)的熱效率:

第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月提高熱效率方法：提高循環(huán)的壓縮比降低循環(huán)的預脹比