第十四讲：蒸汽动力循环(1)

1、工程热力学工程热力学动力循环研究目的动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功。研究目的：合理安排循环过程，提高热效率。卡诺循环的效率是最高的？如何实现卡诺循环呢？可以利用相变过程进行定温吸热和定温放热。工程热力学工程热力学蒸汽卡诺循环的缺陷sT1324对于气液两相的3-4绝热压缩过程难以实现；上限温度T1受Tc影响，即使实现了卡诺循环，其热效率也不会高由于膨胀出口2点的干度太小，不利于动力机的安全运转。工程热力学工程热力学第十四讲：蒸汽动力循环Vapor Power Cycles工程热力学工程热力学蒸汽动力循环本章基本要求 熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循

2、环以及热电循环的组成、热效率计算及提高蒸汽动力循环效率的方法和途径。本章重点熟悉朗肯循环图示与计算朗肯循环与卡诺循环蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响再热、回热原理及计算工程热力学工程热力学蒸汽动力装置的发展工程热力学工程热力学蒸汽动力循环水蒸气：火力发电、核电水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂低沸点工质：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：以获得功为目的动力循环：以获得功为目的工程热力学工程热力学火电厂系统图工程热力学工程热力学 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 给水泵给水泵朗肯循环Rankine Cycle水蒸气动力循环系

3、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工程热力学工程热力学水蒸气动力循环的几个关键部件锅炉锅炉汽轮机汽轮机凝汽器和冷却塔凝汽器和冷却塔工程热力学工程热力学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朗肯循环朗肯循环1234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 吸热吸热工程热力学工程热力学1342pv朗肯循环pv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

4、给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热工程热力学工程热力学4321Tshs1324郎肯循环T-s和h-s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 吸热吸热工程热力学工程热力学hs1324朗肯循环功和热的计算 汽轮机作功：汽轮机作功：2121 ,hhws凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：322hhq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：411hhq工程热力学工程热力学hs1324朗肯循环热效率的计算 ,1 2,3 4nett11sswwwqq一

5、般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh工程热力学工程热力学工程上常用汽耗率工程上常用汽耗率, 反映装置经济性，设备尺寸反映装置经济性，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 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kgnet3600dw汽耗率(Steam Rate)的概念netw的单位是的单位是kJ/kg1kW=1 kJ/snet3600360013600kgkgkgkgdkJkJkWhkJwhhsh工程热力学工程热力学朗肯循环与卡诺循环比较sT6421 41098753q2相同；相同； q1卡诺卡诺 q1朗肯朗肯 卡诺卡诺 朗肯朗肯

6、； 等温吸热等温吸热41难实现难实现11点点x太小太小,不利于汽机强度；不利于汽机强度； 12-9两相区难压缩；两相区难压缩； 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工程热力学工程热力学sp1 t1 p2654321如何提高朗肯循环的热效率1213thhhh影响热效率的参数？影响热效率的参数？THow can we increase the efficiency of the Rankine cycle工程热力学工程热力学sT654321 1 6 5 4 2蒸汽初压对朗肯循

7、环热效率的影响t1 , p2不变不变，p1优点：优点： ，汽轮机出口尺寸小汽轮机出口尺寸小1Tt2v缺点：缺点： 对强度要求高对强度要求高 不不利于汽轮机利于汽轮机安全。一般要求出口干安全。一般要求出口干度大于度大于0.85 0.882x工程热力学工程热力学sT654321 1 2蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点：优点： ，有利于汽机安全。有利于汽机安全。1Tt2x缺点：缺点： 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550左右左右 汽机出口尺寸大汽机出口尺寸大2vp1 , p2不变不变，t1工程热力学工程热力学sT654321 2乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优

8、点：优点： 2Tt缺点：缺点：受环境温度限制，现在受环境温度限制，现在大型机组大型机组p2为为0.00350.005MPa，相，相应的饱和温度约为应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上可，已接近事实上可能达到的最低限度。冬能达到的最低限度。冬天热效率高天热效率高p1 , t1不变不变，p2 4 3工程热力学工程热力学实际蒸汽动力循环分析sT532 241114非理想因素：非理想因素：给水泵不可逆给水泵不可逆( 3 4 )汽机不可逆汽机不可逆( 1 2 )汽机汽门节流汽机汽门节流( 1 1 ) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道摩擦降压，散热压，散热(11) 工程热力学工程热力学实际蒸汽动力循环分析方法

9、热一律：热效率分析法热一律：热效率分析法热二律：熵分析法热二律：熵分析法 Ex分析法分析法工程热力学工程热力学实际蒸汽动力循环热效率法sT532 241114忽略泵功忽略泵功43hh可逆循环效率可逆循环效率12t13hhhh汽机相对内效率汽机相对内效率12oi12hhhh管道和节流，管管道和节流，管道效率道效率13tu13hhhh锅炉散热和排锅炉散热和排烟，锅炉效率烟，锅炉效率13Bfhhq工程热力学工程热力学整个实际蒸汽动力循环热效率sT532 241114netfwq收益循环净功代价燃料热量12fhhq13tu13hhhh13Bfhhq12oi13B()()/hhhh12oi12hhhh12Boi13tu()()/hhhh12t13hhhh12Boitu13()()hhhhtBoitu 工程热力学工程热力学整个电厂热效率sT532 241114gfwq电厂收益电功代价燃料热量机械效率机械效率Mnetww机械电机效率电机效率gMww电机tBoitu netfwqMfwq电机netfwq机械电机tBoitu 机械电机工程热力学工程热力学1、熟悉朗肯熟悉朗肯循环图示与计算循环图示与计算2、朗肯循环与卡诺循环朗肯循环与卡诺循环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小小 结结 Summary工程热力学工程热力学提高循环热效率的途径改变