工程热力学第10章动力循环

1、第十章第十章 动动 力力 循循 环环 本章基本要求本章基本要求 熟练掌握水蒸气朗肯循环、回熟练掌握水蒸气朗肯循环、回 热循环、再热循环以及热电循热循环、再热循环以及热电循 环的组成、热效率计算及提高环的组成、热效率计算及提高 热效率的方法和途径。热效率的方法和途径。 本本 章章 重重 点点 1 1。熟悉朗。熟悉朗肯循环肯循环图示图示与与计算计算 2、朗朗肯循环肯循环与与卡诺循环卡诺循环 3、蒸汽参数蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响对朗肯循环热效率的影响 4、再热再热、回热原理及计算回热原理及计算 动力循环研究目的和分类动力循环研究目的和分类 动力循环：动力循环：工质连续不断地将从高温热源取工质连

2、续不断地将从高温热源取 得的得的热量热量的一部分转换成对外的的一部分转换成对外的净功净功 按工质按工质 气体动力循环气体动力循环：内燃机：内燃机 蒸汽动力循环蒸汽动力循环：外燃机：外燃机 空气为主的燃气空气为主的燃气 按按理想气体理想气体处理处理 水蒸气等水蒸气等 实际气体实际气体 研究目的：研究目的：合理安排循环，提高热效率合理安排循环，提高热效率 水蒸气：水蒸气：火力发电、核电火力发电、核电 低沸点工质：低沸点工质：氨、氟里昂氨、氟里昂 太阳能、余热、地热发电太阳能、余热、地热发电 动力循环：动力循环：以获得功为目的以获得功为目的 热机：热机：将热能转换为机械能的将热能转换为机械能的 设备

3、。设备。 热机的工作循环称为动力循环热机的工作循环称为动力循环。 动力循环：蒸汽动力循环动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环燃气动力循环 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵 10-1 朗肯循环朗肯循环 水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 水蒸气动力循环系统的简化水蒸气动力循环系统的简化 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 郎肯循环郎肯循环 1 2 3 4 简化（理想化）：简化（理想化）： 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放

4、热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压缩 41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 1 3 4 2 p v 郎肯循环郎肯循环pv图图 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压缩 41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 4 32 1 T s h s 1 3 24 郎肯循环郎肯循环Ts和和hs图图 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 h s 1 3 24 郎肯循环功和热的郎肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功： 2121 , hhws 凝汽器中的定压放热量：凝汽

5、器中的定压放热量： 322 hhq 水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功： 3443 , hhws 锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量： 411 hhq h s 1 3 24 郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 ,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 朗肯循环朗肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较 s T 6 4 2 1 4 109 87 5 3 q2相同；相同； q1卡诺 卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺 卡诺 朗肯朗肯； ； 等温等温 吸热吸热41难实现难实现 11点点x太小太小,不利于不利

6、于 汽机强度；汽机强度； 12-9两两 相区难压缩；相区难压缩； wnet卡诺 卡诺小 小 卡诺 卡诺 朗肯朗肯； ； wnet卡诺 卡诺 wnet 朗肯朗肯 1112 对比同温限对比同温限1234 对比对比5678 对比对比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环肯循环的热效率的热效率 12 13 t hh hh 影 响 热 效 率影 响 热 效 率 的参数？的参数？ T s T 6 5 4 3 2 1 1 6 5 4 2 蒸汽初压对朗蒸汽初压对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响 t1 , p2不变不变，p1 优点：优点： ，汽轮机

7、出口汽轮机出口 尺寸小尺寸小 1 Tt 2 v 缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不不利于汽利于汽 轮机安全。一般轮机安全。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 蒸汽初温对朗蒸汽初温对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响 优点：优点： ，有利于汽机有利于汽机 安全。安全。 1 Tt 2 x 缺点：缺点： 对耐热及强度要对耐热及强度要 求高，目前最高求高，目前最高 初温一般在初温一般在550 左右左右 汽机出口汽机出口 尺寸大尺寸大 2 v p1 , p2不变不变，t1 s T 6 5 4 3 2 1 2 乏汽压力乏汽压

8、力对朗对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响 优点：优点： 2 Tt 缺点：缺点： 受环境温度限制，受环境温度限制， 现在大型机组现在大型机组p2为为 0.00350.005MPa， 相应的饱和温度约为相应的饱和温度约为 27 33 ，已接近事，已接近事 实上可能达到的最低实上可能达到的最低 限度。冬天热效率高限度。冬天热效率高 p1 , t1不变不变，p2 4 3 T s 6 5 4 3 1 b a 2 10-2 蒸汽再热循环蒸汽再热循环(reheat) 1 2 3 4 再 热 b a T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再热循环的热效率蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身再热循环本

9、身不一不一 定定提高循环热效率提高循环热效率 与再热压力有关与再热压力有关 x2降低降低,给提高初给提高初 压创造了条件，选压创造了条件，选 取再热压力合适，取再热压力合适， 一般采用一般采用一次再热一次再热 可使热效率提高可使热效率提高2 2 3.53.5。 蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再热再热 超临界机组，超临界机组， t1600，p125MPa，二，二 次次再热再热 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算定量计算 吸热量：吸热量： 114ab qhhhh 放热量：

10、放热量： 223 qhh 净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）： net12ba whhhh 热效率：热效率： net12 t,RH 114 ()() ()() ba ab whhhh qhhhh 蒸汽再热蒸汽再热循环实体照片循环实体照片 10-3 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(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 表面式回热器表面式回热器 抽汽抽汽 冷凝水冷凝水 给水给水 混合式回热器混合式回热器 抽汽式回热抽汽式回热 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环 (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图上各点质图上各点质 量不同，面积不再量不同，面积不再 直接代表热和功直接代表热和功 抽汽抽汽回热循环的抽汽量回热循环的抽汽量计算计算 (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 抽汽抽汽回热循环热效率的回热循环热效率的计算计算 (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 为什么抽汽为什么抽汽回热热效率提高？回热热效率提高？ (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热循环的特点回热循环的特点 小型火力发电厂回热级数一般为小型火力发电厂回热级数一般为13级，级， 中大型火力发电厂一般为中大型火力发电厂一般为 48级。级。 优点优点 l 提高热效率提高热效率 l 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 l 减小凝汽器尺

13、寸，减小锅炉受热面减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 l 可兼作除氧器可兼作除氧器 缺点缺点 l 循环比功减小，汽耗率增加循环比功减小，汽耗率增加 l 增加设备复杂性增加设备复杂性 l 回热器投资回热器投资 缺点缺点 提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径 改变循环参数 提高初温度提高初温度 提高初压力提高初压力 降低乏汽压力降低乏汽压力 改变循环形式 回热循环回热循环 再热循环再热循环 改变循环形式 热电联产热电联产 燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环 新型动力循环新型动力循环 IGCC PFBC-CC . 10-4 热电联产热电联产(供供)循环循环 1 2 3 4给水泵 热用户 汽轮机 过热

14、器 锅炉 用发电厂作了功用发电厂作了功 的蒸汽的余热来的蒸汽的余热来 满足热用户的需满足热用户的需 要，这种作法称要，这种作法称 为为热电联热电联( (产产) )供供。 热用户为什么要热用户为什么要 用换热器而不直用换热器而不直 接用热力循环的接用热力循环的 水？水？ 背压式背压式热电联产热电联产(供供)循环循环 1 2 3 4给水泵 热用户 汽轮机 过热器 锅炉 背压式背压式缺点缺点： 热电互相影响热电互相影响 供热参数单一供热参数单一 清华北门外清华北门外2 2台台 背压式背压式， 5000kW5000kW电负荷电负荷 抽汽调节式抽汽调节式热电联产热电联产(供供)循环循环 过热器汽轮机 发电机 锅炉 冷却水 冷凝器 加热器水泵 1水泵 2 调节阀 抽汽式热电联抽汽式热电联 供循环供循环, , 可以自动可以自动 调节热、电供应比调节热、电