第九章动力循环

第九章动力循环第一页，共五十二页，2022年，8月28日水蒸气：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：以获得功为目的第二页，共五十二页，2022年，8月28日朗肯循环的提出与卡诺循环sT64211098753卡诺最大；

等温吸热4’1难实现11点x太小,不利于汽机强度；

12-9两相区难压缩；

wnet卡诺小由于温差小，所以效率不会很高，且乏汽干度过小，卡诺<朗肯；went卡诺<wnet朗肯1112在温限1234’对比5678对比9-10-11-12第三页，共五十二页，2022年，8月28日

四个主要装置：

锅炉

汽轮机

凝汽器

给水泵§10-1

BasicPowerCycleusingWaterVapor-

RankineCycle

基本蒸汽动力循环---朗肯循环1.水蒸气动力循环系统

锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器第四页，共五十二页，2022年，8月28日锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器朗肯循环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吸热第五页，共五十二页，2022年，8月28日RANKINECYCLE

第六页，共五十二页，2022年，8月28日RANKINECYCLE

12Saturatedorsuperheatedsteamenterstheturbineatstate1,whereitexpandsisentropicallytotheexitpressureatstate2.23Thesteamisthencondensedatconstantpressureandtemperaturetoasaturatedliquid,state3.Theheatremovedfromthesteaminthecondenseristypicallytransferredtothecoolingwater.34

Thesaturatedliquidthenflowsthroughthepumpwhichincreasesthepressuretotheboilerpressure(state4).41thewaterisfirstheatedtothesaturationtemperature,boiledandtypicallysuperheatedtostate1.Thenthewholecycleisrepeated.

第七页，共五十二页，2022年，8月28日1342pv(1)朗肯循环p-v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吸热第八页，共五十二页，2022年，8月28日4321Tshs1324(2)朗肯循环T-s和h-s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吸热第九页，共五十二页，2022年，8月28日hs13242.朗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：第十页，共五十二页，2022年，8月28日hs1324朗肯循环热效率的计算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

第十一页，共五十二页，2022年，8月28日朗肯循环与卡诺循环比较sT64211098753卡诺最大；

等温吸热4’1难实现11点x太小,不利于汽机强度；

12-9两相区难压缩；

wnet卡诺小由于温差小，所以效率不会很高，且乏汽干度过小，卡诺<朗肯；went卡诺<wnet朗肯1112在温限1234’对比5678对比9-10-11-12第十二页，共五十二页，2022年，8月28日sp1t1p26543213.如何提高朗肯循环的热效率影响热效率的参数？THowcanweincreasetheefficiencyoftheRankinecycle第十三页，共五十二页，2022年，8月28日sT654321A.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第十四页，共五十二页，2022年，8月28日sT654321B.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，目前初温一般在550℃左右汽机出口尺寸大p1,p2不变，t1第十五页，共五十二页，2022年，8月28日sT654321C.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0.0035~0.005MPa，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第十六页，共五十二页，2022年，8月28日§10-2蒸汽回热循环与再热循环(regenerative

cycleandreheatcycle)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器抽汽式回热FeedwaterheaterOpenFeedwaterheaterClosedFeedwaterheater1.蒸汽回热循环(regenerative)第十七页，共五十二页，2022年，8月28日(1)蒸汽抽汽回热循环(1-)kgkg65as43211kgTakg4(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十八页，共五十二页，2022年，8月28日(2)抽汽回热循环的抽汽量计算(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg以混合式回热器为例热一律忽略泵功第十九页，共五十二页，2022年，8月28日(2)抽汽回热循环热效率的计算(1-)kgkg65as43211kgT吸热量：放热量：净功：热效率：第二十页，共五十二页，2022年，8月28日为什么抽汽回热热效率提高？(1-)kgkg65as43211kgT教材P.256推导简单朗肯循环：物理意义：kg工质100%利用1-kg工质效率未变第二十一页，共五十二页，2022年，8月28日小结: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1～3级中大型火力发电厂一般为4～8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>缺点第二十二页，共五十二页，2022年，8月28日Ts65431b2.蒸汽再热循环(reheatcycle)Whensteamleavestheturbine,itistypicallywet.Thepresenseofwatercauseserosionoftheturbineblades.Topreventthis,steamisextractedfromhighpressureturbine(state2),andthenitisreheatedintheboiler(state2')andsentbacktothelowpressureturbine.

第二十三页，共五十二页，2022年，8月28日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，一般采用一次再热可使热效率提高2％～3.5％。第二十四页，共五十二页，2022年，8月28日蒸汽再热循环的实践

再热压力

pb=pa0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再热

我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热

超临界机组，t1>600℃，p1>25MPa，二次再热第二十五页，共五十二页，2022年，8月28日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：第二十六页，共五十二页，2022年，8月28日§10-3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？Cogeneration背压式缺点：

热电互相影响

供热参数单一第二十七页，共五十二页，2022年，8月28日抽汽调节式热电联产(供)循环

抽汽式热电联供循环,可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。第二十八页，共五十二页，2022年，8月28日热电联产(供)循环的经济性评价只采用热效率显然不够全面

能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同

Ex经济学评价

热电联产、集中供热是发展方向，经济环保Utilizationfactor第二十九页，共五十二页，2022年，8月28日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

小结Summary第三十页，共五十二页，2022年，8月28日1.TheOttoCycle(奥托循环）

(1).Actualcycle(实际循环)

TheOttocycleisanidealizationofasetofprocessesusedbysparkignitioninternalcombustionengines(2-strokeor4-strokecycles).

§10-4Internalcombustionengines

(内燃机)第三十一页，共五十二页，2022年，8月28日0

1‘:吸入空气;1'

2:压缩过程;2

3:喷油燃烧过程;34:喷油燃烧过程;4

5:膨胀过程;5

1'':排气过程;1''

0:排出剩余的废气

第三十二页，共五十二页，2022年，8月28日Otto循环a)ingestamixtureoffuelandair,b)compressit,c)causeittoreact,thuseffectivelyaddingheatthroughconvertingchemicalenergyintothermalenergy,d)expandthecombustionproducts,andthene)ejectthecombustionproductsandreplacethemwithanewchargeoffuelandair.

第三十三页，共五十二页，2022年，8月28日(2)Otto循环的简化_Wemodelallofthesehappeningsbyathermodynamiccycleconsistingofasetofprocessesallactingonafixedmassofaircontainedinapiston-cylinderarrangement.Theexhaustandintakeprocessesarereplacedbyconstant-volumecooling.）

第三十四页，共五十二页，2022年，8月28日

1'

2:压缩过程;2

3:喷油燃烧过程;4

5:膨胀过程;5

1'':排气过程;

第三十五页，共五十二页，2022年，8月28日1’-2Compressmixturequasi-staticallyandadiabatically2-3Igniteandburnmixtureatconstantvolume(heatisadded)3(4)-5Expandmixturequasi-staticallyandadiabatically5-1’’CoolmixtureatconstantvolumeRepresentationofthethermodynamiccycle.第三十六页，共五十二页，2022年，8月28日(3)ThermalEfficiencyofOttoCycle(奥托循环的热效率)提高循环的压缩比提高循环的最高温度

第三十七页，共五十二页，2022年，8月28日2.TheDieselCycle(狄塞尔循环)

ThedieselinternalcombustionenginediffersfromthegasolinepoweredOttocyclebyusingahighercompressionofthefueltoignitethefuelratherthanusingasparkplug("compressionignition"ratherthan"sparkignition")第三十八页，共五十二页，2022年，8月28日第三十九页，共五十二页，2022年，8月28日第四十页，共五十二页，2022年，8月28日ThermalEfficiencyofDiselCycle狄塞尔循环的热效率：

提高循环的压缩比降低循环的预胀比提高循环的最高温度第四十一页，共五十二页，2022年，8月28日3.TheDualCycle(混合加热循环)第四十二页，共五十二页，2022年，8月28日

其中,1-2是定熵压缩过程,2-3是可逆定容加热过程,3-4是可逆定压加热过程,4-5是定熵膨胀过程,5-1是可逆定容放热过程.第四十三页，共五十二页，2022年，8月28日几个定义：

压缩比:定容升压比:

定压预胀比::

混合加热循环的热效率:

第四十四页，共五十二页，2022年，8月28日提高热效率方法：提高循环的压缩比降低循环的预胀比