工程热力学 第十章 动力循环

1、工程热力学 第十章 动力循环第1页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三本章基本要求熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径。第2页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三本 章 重 点1。熟悉朗肯循环图示与计算2、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4、再热、回热原理及计算第3页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三动力循环研究目的和分类动力循环：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按工质气体动力循环：内燃机蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体

2、处理水蒸气等实际气体研究目的：合理安排循环，提高热效率第4页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电动力循环：以获得功为目的第5页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三热机：将热能转换为机械能的 设备。热机的工作循环称为动力循环。动力循环：蒸汽动力循环 燃气动力循环第6页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三 四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵10-1 朗肯循环水蒸气动力循环系统 锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器第7页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三水蒸气

3、动力循环系统的简化锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器郎肯循环1234简化（理想化）：12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热第8页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三1342pv郎肯循环pv图12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热第9页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs图12 汽轮机 s 膨胀23 凝汽器 p 放热34 给水泵 s 压缩41 锅炉 p 吸热第10页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三hs1324

4、郎肯循环功和热的计算 汽轮机作功：凝汽器中的定压放热量：水泵绝热压缩耗功：锅炉中的定压吸热量：第11页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三hs1324郎肯循环热效率的计算 一般很小，占0.81%，忽略泵功 第12页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三朗肯循环与卡诺循环比较sT64211098753 q2相同； q1卡诺 q1朗肯 卡诺 朗肯； 等温吸热41难实现 11点x太小,不利于汽机强度； 12-9两相区难压缩； wnet卡诺小 卡诺 朗肯； wnet卡诺 wnet 朗肯1112对比同温限1234对比5678对比9-10-11-12第13页，共33页，2

5、022年，5月20日，4点19分，星期三sp1, t1, p2654321如何提高朗肯循环的热效率影响热效率的参数？T第14页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三sT654321蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1 , p2不变，p1优点： ，汽轮机出口尺寸小缺点： 对强度要求高 不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85 0.88第15页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三sT654321蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点： ，有利于汽机安全。缺点： 对耐热及强度要求高，目前最高初温一般在550左右 汽机出口尺寸大p1 , p2不变，t1第16页，共33

6、页，2022年，5月20日，4点19分，星期三sT654321乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优点： 缺点：受环境温度限制，现在大型机组p2为0.00350.005MPa，相应的饱和温度约为27 33 ，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高p1 , t1不变，p2第17页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三Ts65431b10-2 蒸汽再热循环(reheat)第18页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三Ts65431b蒸汽再热循环的热效率 再热循环本身不一定提高循环热效率 与再热压力有关 x2降低,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再

7、热可使热效率提高23.5。第19页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三蒸汽再热循环的实践 再热压力 pb=pa0.20.3p1 p113.5MPa，一次再热 超临界机组， t1600，p125MPa，二次再热第20页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三Ts65431b蒸汽再热循环的定量计算吸热量：放热量：净功（忽略泵功）：热效率：第21页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三蒸汽再热循环实体照片第22页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三10-3 蒸汽回热循环(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝

8、水给水混合式回热器抽汽式回热第23页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三蒸汽抽汽回热循环(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功第24页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三抽汽回热循环的抽汽量计算(1- )kg kg65as43211kgTa kg4(1- )kg51kg以混合式回热器为例热一律忽略泵功第25页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三抽汽回热循环热效率的计算(1- )kg kg65as43211kgT吸热量：放热量：净功：热效率：第26页，共3

9、3页，2022年，5月20日，4点19分，星期三为什么抽汽回热热效率提高？(1- )kg kg65as43211kgT教材P.256推导简单朗肯循环：物理意义： kg工质100%利用 1- kg工质效率未变第27页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三蒸汽抽汽回热循环的特点小型火力发电厂回热级数一般为13级，中大型火力发电厂一般为 48级。优点 提高热效率 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面 可兼作除氧器缺点 循环比功减小，汽耗率增加 增加设备复杂性 回热器投资缺点第28页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三提高循环热效率的途径

10、改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环改变循环形式热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC-CC.第29页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三10-4 热电联产(供)循环用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。背压式机组(背压0.1MPa)热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？第30页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三背压式热电联产(供)循环背压式缺点： 热电互相影响 供热参数单一清华北门外2台背压式，5000kW电负荷第31页，共33页，2022年，5月20日，4点19分，星期三抽汽调节式热电联产(供)循环 抽汽式热电联供循环, 可以自动调