第十章-动力循环

1、Microsoft Office Word 2003 (2).lnk第十章第十章 动动 力力 循循 环环 将热能转化为机械能的设备叫热力原动机将热能转化为机械能的设备叫热力原动机热机。热机的工作热机。热机的工作循环称为动力循环。据工质的不同动力循环可分为蒸汽动力循环和燃循环称为动力循环。据工质的不同动力循环可分为蒸汽动力循环和燃气动力循环两大类。蒸汽机、汽轮机的工作循环属于前一种，而内燃气动力循环两大类。蒸汽机、汽轮机的工作循环属于前一种，而内燃机、燃气机的工作循环属于后一种。机、燃气机的工作循环属于后一种。一、引言一、引言二、蒸汽动力循环二、蒸汽动力循环朗肯循环朗肯循环 热力学第二定律告诉我

2、们，工作于两个热源间的热力循环以热力学第二定律告诉我们，工作于两个热源间的热力循环以卡诺循环的热效率最高。但是由于卡诺循环需要两个等温吸热过卡诺循环的热效率最高。但是由于卡诺循环需要两个等温吸热过程，而等温吸热过程在实际上是很难以实现的（如工质在高温热程，而等温吸热过程在实际上是很难以实现的（如工质在高温热源吸热的过程中，工质的温度总是越来越高的），因此实际应用源吸热的过程中，工质的温度总是越来越高的），因此实际应用中都不采用卡诺循环，而是采用朗肯循环。中都不采用卡诺循环，而是采用朗肯循环。 1.简单蒸汽动力装置流程图简单蒸汽动力装置流程图PumpPumpCondenserCondenserB

3、oilerBoilerTurbineTurbineWWturb,outturb,outq qoutoutq qininWWpump,inpump,in2.简单蒸汽动力装置系统图简单蒸汽动力装置系统图1 1）朗肯循环的组成）朗肯循环的组成 定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩2 2）朗肯循环的计算）朗肯循环的计算吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率114qhh223qhh12Twhh43pwhh01423123411413()()()()twhhhhhhhhqhhhh循环净功循环净功012TPwqqww2 23

4、34 4s sT T3.朗肯循环的组成及计算朗肯循环的组成及计算汽轮机汽轮机2 2锅锅炉炉给水泵给水泵1 13 34 43省煤器省煤器4.4.工作流程及热力过程工作流程及热力过程发电机发电机5 5思路：从卡诺循环热效率的公式思路：从卡诺循环热效率的公式 中我们可以受到中我们可以受到启发：在启发：在T T2 2不变的情况下，要提高不变的情况下，要提高C ，须提高，须提高T T1 1。蒸汽动力循。蒸汽动力循环吸热温度是变化的，为了说明朗肯循环在提高热源温度是也环吸热温度是变化的，为了说明朗肯循环在提高热源温度是也能提高热效率，我们引入平均吸热温度的概念。能提高热效率，我们引入平均吸热温度的概念。2

5、11cTT 三、提高朗肯循环热效率的途径三、提高朗肯循环热效率的途径211TmTT 1. 1.何为平均吸热温度何为平均吸热温度 Tm1 ？工质在锅炉中吸热量除以工质工质在锅炉中吸热量除以工质熵的变化。即熵的变化。即引入平均吸热温度后，朗肯引入平均吸热温度后，朗肯循环热效率即表示为：循环热效率即表示为：13113mTdsTssT Tm1m1s s5 54 43 32 21 1T T9 97 76 632. 提高朗肯循环热效率的基本途径提高朗肯循环热效率的基本途径（提高（提高Tm1或是降低或是降低T2）1）提高）提高Tm1的方法的方法T Tm1m1P1不变不变 直接提高直接提高T1T Tm1m1T

6、1不变不变 提高提高P1s sT T5 54 43 32 21 1TmTm1 1P P1 1不变不变 T T1 1优点：优点：x2x2x2x21122T1不变不变 P1Tm1缺点：缺点：x2x2s sT T4 43 32 21 15544112T Ts s5 54 43 31 12 22 23 3通常，在实际中是同时提高初参数的压力及温度，即通常，在实际中是同时提高初参数的压力及温度，即 P1 、 T1 T m1 。因此，在现代化大电厂运行的发。因此，在现代化大电厂运行的发电机组，锅炉的出口蒸汽的参数，都是高温高压的。电机组，锅炉的出口蒸汽的参数，都是高温高压的。当然这将给锅炉的材料有较高的要

7、求。当然这将给锅炉的材料有较高的要求。2) 降低排气温度（即降低排气温度（即T2）T2的降低受冷凝器中冷却水的温度的限制。的降低受冷凝器中冷却水的温度的限制。 目前一般出口压力在目前一般出口压力在34kpa,对应饱和温度对应饱和温度为为28左右（接近环境温度）。左右（接近环境温度）。如图，如图，T2 到到T2也可以提高热效率也可以提高热效率第二节第二节 回热循环与再热循环提高回热循环与再热循环提高的方法）的方法）A A1 15 53 3BoilerBoilerTurbineTurbinePumpPumpCondenserCondenserOpenOpenFWHFWHFWH=Feedwater

8、heaterFWH=Feedwater heaterq qininq qoutout4 46 6PumpPumpwwturb,outturb,out一、一、 回热循环回热循环(regenerative)1 12 2A A4 4T Ts s3 36 65 51kg1kgkgkg(1)kgkg抽汽式回热抽汽式回热1 12 23 36 61kg1kgA A5 5kgkg(1-(1- ) ) kgkg锅炉锅炉回热器回热器汽轮机汽轮机4 43. 混合式回热器能量分析混合式回热器能量分析45(1)Ahhh544Ahhhh抽汽式回热抽汽式回热1 12 23 36 61kg1kgA A5 5kgkg(1-(1

9、- ) ) kgkg锅炉锅炉回热器回热器汽轮机汽轮机4 4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h h4 4h h5 5h hA A1 12 24 4T Ts s3 36 65 51kg1kgkgkg(1)kgkg吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率116qhh2231qhh 121TAAwhhhh 43651pwhhhh01twq4.4.回热循环的能量分析回热循环的能量分析循环净功循环净功012TPwqqww例例 汽轮机初参数汽轮机初参数 5501011tMpap终参数：终参数：215kpap 抽气压力：抽气压力：0.8MpaApT求

10、：带和不带回热循环的热效率求：带和不带回热循环的热效率 解解 则则544721 1380.2174kg2820 138Ahhhh2sAp2820kJ/kgAh Ap5721kJ/kgh 由由2p43137.8kJ/kghh2s1p1t13495kJ/kgh 2p22070kJ/kgh 由由1 12 2A AT Ts s3 36 61kg1kgkgkg(1)kgkg54T%1 . 3TT 可见从理论上，回热次数越多，热效率越高，但实际上次数越可见从理论上，回热次数越多，热效率越高，但实际上次数越多，装置越复杂，投资越高，相对收益越小。因此一般采用多，装置越复杂，投资越高，相对收益越小。因此一般采

11、用3838级。级。1215()(1)()(34952820)(10.2174)(28202070)45.5%3495721AAThhhhhh如不采用回热措施如不采用回热措施%4 .421383495207039753121hhhhT而书上例而书上例10-110-1采用了两级抽汽回热采用了两级抽汽回热%2 .46T热效率提高热效率提高157H.PL.P893BoilerReheaterLow-P turbineHigh-P turbinePumpCondenserqinqoutwturb,outwpump,in1 18 86 67 79 92 2h hh h8 8h h1 1h h7 7h h9

12、 9h h2 2p p1 1p p RHRHp p2 2x x2 2x x9 9x x=1=1s st t1 11 18 87 75 53 32 29 9s sT T吸热量吸热量放热量放热量汽轮机作功汽轮机作功水泵耗功水泵耗功循环热效率循环热效率 11587qhhhh293qhh 1789Twhhhh53pwhh01twq循环净功循环净功012TPwqqww1 18 87 75 53 39 9s sT T 为了充分利用热能，工程上常将发电厂作了功的蒸汽的余热来为了充分利用热能，工程上常将发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为满足热用户的需要，这种作法称为热电联供热电联供，这种

13、既发电又供热，这种既发电又供热的电厂习惯上称为的电厂习惯上称为热电厂热电厂。2. 抽汽式汽轮机的热电联供循环抽汽式汽轮机的热电联供循环热电联供循环分两种类型：热电联供循环分两种类型：1. 背压式汽轮机的热电联供循环背压式汽轮机的热电联供循环 单纯的朗肯循环用于发电时，热效率最高为单纯的朗肯循环用于发电时，热效率最高为40%左右，即吸热最终左右，即吸热最终只有只有40%的转换的转换成了电能。而在冷凝器放走的热量大约由的转换的转换成了电能。而在冷凝器放走的热量大约由50%，另，另10%则是辅机耗掉了。如果将冷凝器放掉的热量用于采暖或生产用气等，则是辅机耗掉了。如果将冷凝器放掉的热量用于采暖或生产用

14、气等，则热能的利用率将大大提高，同时免去了小型锅炉房的重新建设。则热能的利用率将大大提高，同时免去了小型锅炉房的重新建设。 1234UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeat exchanger1.1.流程图及流程图及T-ST-S图图T T1 18 83 35432287S1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉吸热量吸热量发电量发电量113:1783451qFhh012:123451wFhh111120qqqqwkT T1 18 83 35432287S2. 能量分析能量分析01wq发电效率发电效率223:23872qFhh热利用率热

15、利用率优点：背压式热电循环热效率比朗肯循环低，但热利用率为优点：背压式热电循环热效率比朗肯循环低，但热利用率为100%100%存在的问题：热负荷与电负荷不能完全匹配。存在的问题：热负荷与电负荷不能完全匹配。放热量放热量 S S1 1222 23 3334 45 57 71-1-T3 37 7331 12 26 6过热器汽轮机 发电机 锅炉 冷凝器 加热器 水泵1 1 水泵2 21 1222 2333 3热用户72. 能量分析能量分析 S S1 16 62 23 3334 45 57 71-1-T16621713()(1)()()(1)()hhhhhhhh7333()(1)()hhhhh h3 3 可由下式确定确定。可由下式确定确定。1662671713()(1)()()()(1)()hhhhhhkhhhh1 1）热效率）热效率2 2）热能利用率）热能利用率解决了热负荷与电负荷不匹配的问题。通过调解决了热负荷与电负荷不匹配的问题。通过调节节的值即可满足热与电的不匹配问题。的值即可满足热与电的不匹配问题。显然：显然： 当当=1=1时，相当于背压热电循环。时，相当于背压热电循环。 当当=0=0时，相当于纯发电的朗肯循环。时，相当于纯发电的朗肯