热力学第六章

1、第六章第六章 热力循环热力循环 6 热力循环热力循环 本章基本要求本章基本要求 u熟练掌握水蒸气熟练掌握水蒸气朗肯循环朗肯循环、回热循环回热循环、 再热循环再热循环以及以及热电循环热电循环的组成、热效率的组成、热效率 计算及提高热效率的方法和途径计算及提高热效率的方法和途径; u掌握蒸气压缩制冷循环及其热力分析；掌握蒸气压缩制冷循环及其热力分析； u熟悉空气压缩制冷循环及其热力分析；熟悉空气压缩制冷循环及其热力分析； u了解制冷剂的性质、其他相关制冷循环了解制冷剂的性质、其他相关制冷循环 的原理及特点。的原理及特点。 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

2、算 2、朗朗肯循环肯循环与与卡诺循环卡诺循环 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数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 热力循环的定义热力循环的定义 使工质经历一系列的状态变化，又重新恢使工质经历一系列的状态变化，又重新恢 复到初始状态的复到初始状态的封闭过程封闭过程，叫做叫做热力循环热力循环，或或 简称简称循环。循环。 特性特性：一切状态参数恢复原值一切状态参数恢复原值，即d0 x 热力循环的目的热力循环的目的 为了使连续做功成为可能，必须在工质为了使连续做功成为可能，必须在工质 膨胀做功之后，再经历某种压缩过程使它恢膨胀做功之后，再经历某种压缩过程使它恢

3、 复到初始状态，以便重新进行膨胀做功的过复到初始状态，以便重新进行膨胀做功的过 程。这样一来，工质就可以周而复始连续不程。这样一来，工质就可以周而复始连续不 断地把断地把热量热量转变为转变为功功。 热力循环：热力循环：以获得以获得功功为目的。为目的。 热力循环分类热力循环分类 一、一、动力循环动力循环 热能热能转化为转化为机械能机械能的循环的循环(正向循环正向循环) l 输出净功；输出净功； l 在在p-v图及图及T-s图上顺时针进行；图上顺时针进行； l 膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方；膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方； QWQW 动力循环动力循环热效率热效率 热机热机 高温热

4、源高温热源 低温热源低温热源 Q1 Q2 W0 0 1 t W Q 收 益 代 价 为了表达循环对热能利用的程为了表达循环对热能利用的程 度，通常把转变为度，通常把转变为循环功循环功的热量与的热量与 工质由高温热源吸入的热量之比作工质由高温热源吸入的热量之比作 为衡量循环经济性的指标，称为为衡量循环经济性的指标，称为热热 效率效率, ,以以 表示，即表示，即 t 122 11 11 QQQ QQ (thermalefficiency) 二、广义热泵循环二、广义热泵循环 机械能机械能转化为转化为热能热能的循环的循环( (逆向循环逆向循环) ) 一般地讲一般地讲：1、输入净功；输入净功； 2、在状

5、态参数图逆时针运行；在状态参数图逆时针运行； 3、吸热小于放热。吸热小于放热。 A.A.制冷循环制冷循环维持低温热源的维持低温热源的低温低温； 二、广义热泵循环二、广义热泵循环 机械能机械能转化为转化为热能热能的循环的循环( (逆向循环逆向循环) ) 根据逆向循环的目的不同，可分为：根据逆向循环的目的不同，可分为： (refrigerationcycle) T0 T2 R Q1 Q2 W0 22 c 0 002 2 1 1 QT T WTT T 1 c 可大于，小于，或等于 B.B.热泵循环热泵循环( (供暖循环供暖循环) )维持高温热源的维持高温热源的高温高温。 二、广义热泵循环二、广义热泵

6、循环 机械能机械能转化为转化为热能热能的循环的循环( (逆向循环逆向循环) ) (heat-pumpcycle) T1 T0 R Q1 Q2 W0 11 0 010 1 1 1 w QT T WTT T 1 w 三种热力三种热力循环关系循环关系 T0 T2 T1 制冷制冷 制热制热 T s T1 T2 动力动力 环境温度环境温度 热力循环其它分类热力循环其它分类 1. 按工质按工质 气体动力循环气体动力循环：空气为主的燃气空气为主的燃气 蒸汽动力循环蒸汽动力循环：以以水蒸气为主水蒸气为主 如燃气轮机等，按如燃气轮机等，按理想气体理想气体处理处理 如蒸汽轮机等，如蒸汽轮机等，按按实际气体实际气体

7、处理处理 2.按燃料燃按燃料燃 烧方式分烧方式分 内燃式内燃式：燃料在内部燃烧，燃气即工质，燃料在内部燃烧，燃气即工质， 如内燃机、如内燃机、燃气轮机燃气轮机等。等。 外燃式外燃式：燃料在外部燃烧，燃烧放出的热燃料在外部燃烧，燃烧放出的热 量通过间壁传给工质。如汽轮机量通过间壁传给工质。如汽轮机 6 热力循环热力循环 6.1蒸汽动力循环蒸汽动力循环 蒸汽及蒸汽动力装置蒸汽及蒸汽动力装置(steampowerplant) 1 1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，1919 世纪后期蒸汽动力装置的大量使用，促世纪后期蒸汽动力装置的大量使用，促 使生产力飞速发展，促使

8、资本主义诞生。使生产力飞速发展，促使资本主义诞生。 2 2）目前世界约）目前世界约75%75%电力、国内电力、国内78%78%电力来自电力来自 火电厂火电厂，绝大部分来自，绝大部分来自蒸汽动力蒸汽动力。 3 3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。 蒸汽卡诺循环蒸汽卡诺循环 u卡诺循环是相同条件下效率最高的循环。卡诺循环是相同条件下效率最高的循环。 u若以若以气体做工质气体做工质，则：，则： 定温吸热定温吸热和和定温放热定温放热两个过程难以实现；两个过程难以实现； 定温线与绝热线斜率相差不大，故每

9、循环完成的功小。定温线与绝热线斜率相差不大，故每循环完成的功小。 蒸汽卡诺循环蒸汽卡诺循环 u 蒸气为工质蒸气为工质可以克服上述两个缺点，在湿蒸气区，工可以克服上述两个缺点，在湿蒸气区，工 质的质的定压过程定压过程就是就是定温过程定温过程，可以实现卡诺循环可以实现卡诺循环。定。定 温线与绝热线斜率相差较大，每循环获得的功较多。温线与绝热线斜率相差较大，每循环获得的功较多。 但实际生产中并不采用蒸气卡诺循环。原因：但实际生产中并不采用蒸气卡诺循环。原因： 1.1. 因缺少压缩因缺少压缩水气混合物水气混合物( (两相物质两相物质) )的合适设备，故的合适设备，故绝绝 热压缩热压缩过程难以实现；过程

10、难以实现； 2.2. 定熵膨胀定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利；末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利； 3.3. 蒸气比体积蒸气比体积比水大上千倍，压缩时设备庞大，耗功也比水大上千倍，压缩时设备庞大，耗功也 大；大； 4.4. 蒸汽卡诺循环仅限于蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸气区湿蒸气区，上限温度受制于临界，上限温度受制于临界 温度，热效率不高，每循环完成的功也不大。温度，热效率不高，每循环完成的功也不大。 蒸汽卡诺循环蒸汽卡诺循环 为克服蒸汽卡诺为克服蒸汽卡诺 循环的缺陷，工循环的缺陷，工 程实际中学常用程实际中学常用 朗肯循环朗肯循环 朗肯循环朗肯循环 四个主要装置：四个主要装置： 锅

11、炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵 朗肯循环朗肯循环(RankineCycle) u 朗肯循环系统工作原理朗肯循环系统工作原理 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 蒸汽过蒸汽过 热器热器 蒸汽电厂示意图蒸汽电厂示意图 二、蒸汽动力循环系统的简化二、蒸汽动力循环系统的简化(理想化理想化) 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 B B T T C C P P 锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝凝 汽汽 器器 S过热器过热器 1

12、2 3 4 朗肯循环朗肯循环(RankineCycle) 朗肯循环朗肯循环 p-v 和和T-s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 5 6 1 3 4 2 p v 5 6 过冷水过冷水饱和水饱和水 饱和水饱和水饱和汽饱和汽 饱和汽饱和汽过热汽过热汽 过热汽膨胀做功过热汽膨胀做功 乏汽凝结为水乏汽凝结为水 冷凝水升压冷凝水升压 泵入汽锅泵入汽锅 朗肯循环朗肯循环p-v 、T-s和和h-s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 朗肯循环

13、朗肯循环 T- -s 图中各点状态图中各点状态 4 32 1 T s 5 6 1 1 点点：主蒸汽主蒸汽( (汽轮机汽轮机 入口，入口，过热蒸汽过热蒸汽) ) 2 2 点点：乏汽乏汽( (汽轮机汽轮机 出口，湿出口，湿饱和蒸汽饱和蒸汽) ) 3 3 点点：冷凝水冷凝水( (冷凝器冷凝器 出口，出口，饱和水饱和水) ) 4 4 点点：给水给水( (水泵出水泵出 口，口，未饱和水未饱和水) ) 朗肯循环与水蒸气卡诺循环的区别朗肯循环与水蒸气卡诺循环的区别 1.1.乏汽的凝结是完全的乏汽的凝结是完全的(23)(23)； 2.2.冷凝水由冷凝水由泵泵泵入锅炉，简化了泵入锅炉，简化了 设备，但增加了水的

14、定压加热设备，但增加了水的定压加热 过程过程(45)(45)，降低了平均吸热，降低了平均吸热 温度，从而降低了温度，从而降低了热效率热效率； 3.3.增加了增加了过热器过热器，蒸汽在过热器，蒸汽在过热器 中的吸热过程中的吸热过程(61)(61)也是定压也是定压 过程，提高了平均吸热温度，过程，提高了平均吸热温度， 从而提高了乏气的从而提高了乏气的干度干度x，提高，提高 了循环效率，也了循环效率，也改善了汽轮机改善了汽轮机 的工作条件的工作条件。 v 1 3 4 2 p 5 6 郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 2. 定熵膨胀定熵膨胀过程过程(12)中工质中工质(或汽轮机或汽轮机)做功做

15、功： 12tT whh 1. 锅炉中的锅炉中的定压吸热定压吸热过程过程(4561)吸入的热量：吸入的热量： 114 qhh 查查h- -s图图 郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 4.4. 水泵水泵绝热压缩绝热压缩( (定熵定熵) )过程过程耗功耗功(34)： 3.3. 凝汽器中的凝汽器中的定压过程定压过程放热量放热量(23)： 322 hhq 43tp whh 4312 ()() tp wv ppv pp 又又水的压缩过程水的压缩过程可视为可视为定容压缩定容压缩过程，故过程，故 泵功泵功与与汽轮机功汽轮机功相比相比 很小，可忽略，即很小，可忽略，即 43 hh 其中其中v 为为3 3点

16、饱和水点饱和水 比容比容, ,查查附表附表1313或或1414 郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 0 t 1 w q 整个循环整个循环中工质完成的中工质完成的净功净功 循环热效率循环热效率 0tTtp www 124312 hhhhhh 1212 1413 hhhh hhhh 郎肯循环热效率的郎肯循环热效率的计算计算 2 t 1 1 T T 其中其中 1 1 1 2 2 2 Q T S Q T S 用于比较用于比较 各循环的各循环的 热效率时热效率时 非常方便非常方便s T 1 T 2 T 23 4 对对任意可逆循环任意可逆循环，也可用，也可用平均吸热温度平均吸热温度和和平均放热平均放

17、热 温度温度表示循环的热效率，即转化为工作在表示循环的热效率，即转化为工作在 间的间的 卡诺循环热效率卡诺循环热效率 12 TT和 工程上常用工程上常用汽耗率汽耗率反映装置反映装置经济性经济性或或设备尺寸设备尺寸 汽耗率汽耗率：蒸汽动力装置每输出蒸汽动力装置每输出1kW.h(3600kJ)功量所功量所 消耗的蒸汽量消耗的蒸汽量kg 012 36003600 kg/(kW h)d whh 汽耗率汽耗率(SteamRate)的概念的概念 0 w 的单位是的单位是kJ/kg，1kW=1kJ/s 0 36003600 1 3600 kgkgkgkg d kJkJ kWhkJw hh s h 汽耗率汽耗

18、率(SteamRate)的概念的概念 在在功率一定功率一定的条件下，的条件下，汽耗率汽耗率反应了反应了 循环中各循环中各设备尺寸的大小设备尺寸的大小。汽耗率大，各。汽耗率大，各 设备尺寸大，投资大，效率低。故汽耗率设备尺寸大，投资大，效率低。故汽耗率 是动力装置的是动力装置的经济指标经济指标之一。之一。 例例1 1：知朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压：知朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压 p1 1=5MPa,=5MPa, 初温初温 t1 1=500=500，乏汽压力，乏汽压力 p2 2=5kPa=5kPa，不计水泵功耗。要，不计水泵功耗。要 求：求：将朗肯循环表示在将朗肯循环表示在T- -s图上

19、，并求循环净功、加热图上，并求循环净功、加热 量、循环热效率及汽耗率。量、循环热效率及汽耗率。 应用举例应用举例 4 32 1 T s 5 6 解：解：朗肯循环朗肯循环T- -s图如图示：图如图示： 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 汽轮机入口蒸汽为汽轮机入口蒸汽为过热蒸汽过热蒸汽， 由由p1 1=5MPa,=5MPa,t1 1=500=500查查( (附表附表1515或或 h- -s图图) )得得 例例1 1：知朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压：知朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的初压 p1 1=5MPa,=5MPa, 初温初温 t1 1=500=500，乏汽压力，

20、乏汽压力 p2 2=5kPa=5kPa，不计水泵功耗。要，不计水泵功耗。要 求：求：将朗肯循环表示在将朗肯循环表示在T- -s图上，并求循环净功、加热图上，并求循环净功、加热 量、循环热效率及汽耗率。量、循环热效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 汽轮机出口蒸汽（乏汽）为汽轮机出口蒸汽（乏汽）为 湿饱和蒸汽湿饱和蒸汽，由，由 p2 2=5kPa =5kPa 确定确定 h2 2： 方法一：方法一：查查h- -s图图得得 2 21 2130hkJ kg ss 例例1 1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机

21、初压 p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温 t1 1=500=500， 乏汽压力乏汽压力 p2 2=5kPa=5kPa，不计水泵功耗。要求：，不计水泵功耗。要求：将朗肯循环表示在将朗肯循环表示在T- - s图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 方法二：方法二： 2 : hhx hh ss x ss 湿蒸气干度 对对2 2点对应的点对应的湿饱和蒸气湿饱和蒸气 由由p2 2=5kPa=5kPa查查( (附表附表1414) )，得，得 137

22、.77kJ/kg;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 3 3 0.0010052vvm kg 例例1 1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压 p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温 t1 1=500=500， 乏汽压力乏汽压力 p2 2=5kPa=5kPa，不计水泵功耗。要求：，不计水泵功耗。要求：将朗肯循环表示在将朗肯循环表示在T- - s图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 121 3432.2kJ/kg;6.9

23、735kJ/(kg.K)hss 2 6.97350.4763 0.8203 8.39650.4763 ss x ss 137.77kJ/kg;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 2 137.770.82032561.6 137.77 2126.0kJ kg hhx hh 例例1 1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压 p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温 t1 1=500=500， 乏汽压力乏汽压力 p2 2=5kPa=5kPa，不计水泵功耗。要求：，不计水泵功耗。要求：将朗肯循环表示在将朗肯循环表示在

24、T- - s图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 3 3点对应的是点对应的是饱和水，饱和水， 由由p2 2=5kPa=5kPa查查( (附表附表1414) )，得，得 137.77kJ/kg;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 3 3 0.0010052vvm kg 3 137.72kJ/kgh h 3 0.4763kJ/(kg.K)s s 43 0.4763kJ/(kg.K)

25、ss 41 5MPapp 4 4点对应的是点对应的是未饱和水，未饱和水， 43 137.72hhkJ kg 2 2126.0kJ kgh 例例1 1：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压：朗肯循环，蒸汽进入汽轮机初压 p1 1=5MPa,=5MPa,初温初温 t1 1=500=500， 乏汽压力乏汽压力 p2 2=5kPa=5kPa，不计水泵功耗。要求：，不计水泵功耗。要求：将朗肯循环表示在将朗肯循环表示在T- - s图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。图上，并求循环净功、加热量、循环热效率及汽耗率。 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 137.77kJ/kg

26、;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 3 3 0.0010052vvm kg 3 137.72kJ/kgh h 3 0.4763kJ/(kg.K)s s 43 0.4763kJ/(kg.K)ss 41 5MPapp 循环净功为：循环净功为： 43 137.72hhkJ kg 012 3432.22126.01306.2whhkJ kg 2 2126.0kJ kgh 加热量为：加热量为： 11413 3432.2 137.723294.48qhhhhkJ kg 放热量为：放热量为： 223 2126.0 137.721988.28q

27、hhkJ kg 0 t 1 1306.2 0.396 3294.48 w q 0 36003600 =2.76 kg/(kW h) 1306.2 d w p1 t1 p2 蒸汽参数对朗蒸汽参数对朗肯循环肯循环热效率的影响热效率的影响 12 13 t hh hh 影响热效率的参数？影响热效率的参数？ 4 32 1 T s 5 6 汽轮机入口蒸汽轮机入口蒸 汽焓汽焓h1 1, ,取决取决 于于p1 1、T1 1 汽轮机出口乏汽汽轮机出口乏汽( (饱和水饱和水 蒸气蒸气) )焓焓h2 2，取决于，取决于p2 2 冷凝水冷凝水( (饱和水饱和水) ) 焓焓h3 3取决于取决于p2 2 s T 6 5

28、4 3 2 1 蒸汽初压对蒸汽初压对朗肯循环朗肯循环热效率的影响热效率的影响 1 5 4 2 1. t1，p2不变，不变，p1 优点：优点： l ， l ，汽轮机出口尺汽轮机出口尺 寸小。寸小。 1 T t 2 v 缺点：缺点： l 对强度要求高，受温对强度要求高，受温 度度(材料耐热性材料耐热性)制约。制约。 l 不不利于汽轮机安利于汽轮机安 全。一般要求出口乏全。一般要求出口乏 汽干度大于汽干度大于0.90。 2 x 1 T 1 T 2 t 1 1 T T T 6 5 4 32 1 1 2 蒸汽初温对蒸汽初温对朗肯循环朗肯循环热效率的影响热效率的影响 优点：优点： l , l ，有利于汽机

29、安全。有利于汽机安全。 1 T t 2 x s 缺点：缺点： l 对耐热及强度要求高，对耐热及强度要求高， 目前初温一般在目前初温一般在600600 左右左右 l 汽机出口尺寸大汽机出口尺寸大 2 v 2. p1，p2不变，不变，t1 T1 1 T T1 1 T s T 6 5 4 3 2 1 2 乏汽压力乏汽压力对对朗肯循环朗肯循环热效率的影响热效率的影响 优点：优点： 2 T t 缺点：缺点： 排气压力的降低受环排气压力的降低受环 境温度限制，不能任意降境温度限制，不能任意降 低。现大型机组低。现大型机组p2为为 0.0030.005MPa，相应的，相应的 饱和温度约为饱和温度约为2433

30、， 已接近事实上可能达到的已接近事实上可能达到的 最低限度。冬天热效率高最低限度。冬天热效率高 p1,t1不变，不变，p2 4 3 蒸汽参数的影响归纳如下蒸汽参数的影响归纳如下: : (1)(1)提高蒸汽初参数提高蒸汽初参数 p p1 1，t t1 1, ,可以提高循环热效率（蒸可以提高循环热效率（蒸 汽温度提高汽温度提高5050，循环效率提高，循环效率提高2 2个百分点）个百分点）, ,现代现代 蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用蒸汽动力循环朝着高参数方向发展。我国目前采用 的的亚临界亚临界机组参数见表机组参数见表11.111.1。 低参数低参数中参数中参数高参数高参数超高参数超高

31、参数亚临界参数亚临界参数 初压初压/MPa 初温初温/ 发电功率发电功率/MW 13.516.5 340435535550,535550,535 1.5362550100125,200200,300,600 亚临界及以下参数的机组亚临界及以下参数的机组( (汽轮机进口参数汽轮机进口参数) ) 超临界参数机组(锅炉出口参数) 机组类型 蒸汽压 力MPa 蒸汽温度 电厂效率 % 供电煤耗 g/kWh 亚临界机组17.0540/54038324 超临界机组25.5567/56741300 高温超临界25.0600/60044278 超超临界机组30.0600/600/6004825

32、6 高温超超临界30.070057215 我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。我国超临界机组的参数尚未形成标准系列。 部分超临界机组经济性举例部分超临界机组经济性举例 电厂电厂 项目项目蒸汽参数蒸汽参数机组效率机组效率 ,%投运年份投运年份 丹麦丹麦 Vesk 电厂电厂 407MW25.1MPa,560 /560 45. 31992 法国法国 STAUD INGE 厂厂 550MW25MPa,540/560 42.51992 德国德国 ROSTOCK电厂电厂 559MW25MPa,540/560 42.51994 韩国韩国 500MW24MPa,538/538 41 石洞口二厂石洞口二厂60

33、0MW24.2MPa,538 /566 41.091992 日本松蒲电厂日本松蒲电厂1000 MW 25.2MPa,598 /596 441997 丹麦丹麦 Nordjylland 电厂电厂 410MW28.5MPa,580 /580 /580 471998 西门子设计西门子设计400-1000MW27.5MPa,589 /600 451999 欧洲欧洲 Future 33.5MPa,610 /630 502005 欧洲欧洲 Future 40.0MPa,700 /720 52-552015 平圩电厂平圩电厂 600MW(亚临界亚临界)17MPa,537/537 36.91989 (2)(2)

34、降低乏气压力可以提高循环热效率降低乏气压力可以提高循环热效率( (乏气压力乏气压力 每降低每降低2kPa,2kPa,循环效率提高循环效率提高1 1个百分点个百分点) )。但乏。但乏 气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般气压力受环境温度限制。目前火力发电厂一般 在在0.004MPa0.006MPa0.004MPa0.006MPa的乏气压力下运行。的乏气压力下运行。 实际蒸汽动力循环分析实际蒸汽动力循环分析 s T 5 32 2 4 1 1 1 4 非理想因素：非理想因素： 给水泵不可逆给水泵不可逆(34) 汽机不可逆汽机不可逆(12) 汽机汽门节流汽机汽门节流(11) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道

35、摩擦降 压，散热压，散热(11) 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 改变循环形式改变循环形式 回热循环回热循环 再热循环再热循环 联合循环联合循环 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 . Reheat Regenerative Cogeneration 蒸汽回热循环蒸汽回热循环(regenerative) 3 2 T s 吸热过程的三个阶段吸热过程的三个阶段 4 预热阶段预热阶段 5 汽化阶段汽化阶段 1 过热阶段过热阶段

36、 温度最低温度最低 3(4) 2 T s 1 q 01 01 回热循环回热循环 利用汽轮机抽汽加热给水，消除朗肯循环中水在较低利用汽轮机抽汽加热给水，消除朗肯循环中水在较低 温度下吸热的不利影响，以提高热效率。温度下吸热的不利影响，以提高热效率。 回热循环的组成回热循环的组成: 回热循环的主要优点：回热循环的主要优点： 1）可减少锅炉受热面，节省金属材料；）可减少锅炉受热面，节省金属材料； 2）汽耗率增大，使汽轮机高压端的蒸汽流量增）汽耗率增大，使汽轮机高压端的蒸汽流量增 大，而低压端因抽汽使流量减小，这样有利于解决大，而低压端因抽汽使流量减小，这样有利于解决 汽轮机通流部分的设计难题，提高单

37、机效率；汽轮机通流部分的设计难题，提高单机效率； 3）进入冷凝器的乏汽量减小，可减少冷凝器的）进入冷凝器的乏汽量减小，可减少冷凝器的 换热面积，节省铜材。换热面积，节省铜材。 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回热循环回热循环 (1- )kg kg 6 5 7 s 4 32 1 1kg T 1 2 3 6 1kg 7 4 5 kg (1-)kg 7 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 7 s 4 32 1 1kg T 7 kg 4

38、(1- )kg 5 1kg 以混合式回热器为例以混合式回热器为例 热一律热一律 745 11hhh 54 74 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 7 s 4 32 1 1kg T 吸热量：吸热量： 115 qhh 017 72 1 tp whh hhw 净功：净功： 热效率：热效率： 0 t 1 w q 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 7 s 4 32 1 1kg T 23 t 1317 1 1 hh hhhh 若忽略泵功若忽略泵功 22 t 12 1 hh hh 简单朗肯循环：简单朗

39、肯循环： 1a 0 1 hh tt 物理意义物理意义： kgkg工质工质100%利用利用 1- 1- kg kg工质效率未变工质效率未变 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

40、设备复杂性 l 回热器投资回热器投资 缺点缺点 T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽蒸汽再热循环再热循环(reheat) 1 2 3 4 再 热 b a T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的热效率热效率 再热循环本身再热循环本身不一不一 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 0.2

41、0.3p1 p113.5MPa，一次，一次再热再热 超临界机组，超临界机组，t1600，p125MPa， 二次二次再热再热 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 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。 背压式机组背压式机组( (背压背压0.1MPa) ) 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？ Cogeneration 背压式背压式热电联产热电联产(供供)循环循环 1

42、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 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、电供应比 例，以满足不同用例，以满足不同用 户的需要。户的需要。 热电联产热电联产(供供)循环循环的经济性评价的经济性评价 0 1 qw K q 供热 已被利用的能量 工质从热源得到的能量 0 t 1 w q 只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面 能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同 Ex经济学评价经济学评价 热电联产、集中供热是发展方向，经济环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保 Utilizationfactor 1、熟悉熟悉郎肯循环郎肯循环图示图示与与计算计算 2、郎肯循环郎肯循环与与