第10章-动力循环

第十章动力循环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，而内燃机、燃气机的工作循环属于后一种。一、引言二、蒸汽动力循环——朗肯循环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１２３４PumpCondenserBoilerTurbineWturb,outqoutqinWpump,in2.简单蒸汽动力装置系统图1）朗肯循环的组成定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩2）朗肯循环的计算吸热量放热量汽轮机作功水泵耗功循环热效率循环净功１234sT3.朗肯循环的组成及计算锅炉4.工作流程及热力过程发电机汽轮机2给水泵1343’省煤器5思路：从卡诺循环热效率的公式中我们可以受到启发：在T2不变的情况下，要提高ηC

，须提高T1。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能提高热效率，我们引入平均吸热温度的概念。三、提高朗肯循环热效率的途径1.何为平均吸热温度Tm1

？工质在锅炉中吸热量除以工质熵的变化。即引入平均吸热温度后，朗肯循环热效率即表示为：Tm1s54321T9763’2.提高朗肯循环热效率的基本途径（提高Tm1或是降低T2）1）提高Tm1的方法Tm1P1不变直接提高T1Tm1T1不变提高P1sT54321Tm1P1不变T1优点：x2’>x21’2’T1不变P1Tm1缺点：x2’<x2sT4321'554’1’2’Ts543122’3’通常，在发电厂往往是同时提高初参数的压力及温度，即↑P1

、↑T1→

Tm1↑。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。当然这将给锅炉的材料有较高的要求。2)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。目前一般冷凝水出口绝对压力为3~4kpa,对应饱和温度为28℃左右（接近环境温度）。如图，T2↓到T2’也可以提高热效率第二节回热循环与再热循环提高η的方法）２A1531、回热循环系统示意流程图BoilerTurbinePumpCondenserOpenFWHFWH=Feedwaterheaterqinqout46Pumpwturb,out一、回热循环(regenerative)2.回热循环计算用图抽汽式回热12361kgA5αkg(1-α)kg锅炉回热器汽轮机412A4s3651kgkgkgT3.混合式回热器能量分析能量平衡方程抽汽率抽汽式回热12361kgA5αkg(1-α)kg锅炉回热器汽轮机4抽汽冷凝水给水混合式回热器h4h5hA12Ａ4Ts3651kgkgkg吸热量放热量汽轮机作功水泵耗功循环热效率4.回热循环的能量分析循环净功例汽轮机初参数终参数：抽气压力：求：带和不带回热循环的热效率

解

则由由12ATs361kgkgkg54

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3~8级。如不采用回热措施而书上例10-1采用了两级抽汽回热热效率提高第三节再热循环157H.PL.P893BoilerReheaterLow-PturbineHigh-PturbinePumpCondenserqinqout蒸汽再热循环系统示意图wturb,outwpump,in1、蒸汽再热循环的T-s图和h-s图186792hh8h1h7h9h2p1pRHp2x2x9x=1st11875329sT2、蒸汽再热循环的计算吸热量放热量汽轮机作功水泵耗功循环热效率循环净功187539sT第四节热电循环为了充分利用热能，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，这种作法称为热电联供，这种既发电又供热的电厂习惯上称为热电厂。2.调节抽汽式汽轮机的热电联供循环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50%，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。1234UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeatexchanger一、背压式汽轮机热电循环1.流程图及T-S图T183543’2’28’7S12'3’4给水泵热用户汽轮机过热器锅炉吸热量发电量T183543’2’28’7S2.能量分析发电效率热利用率优点：背压式热电循环热效率比朗肯循环低，但热利用率为100%存在的问题：热负荷与电负荷不能与热电机组机组完全匹配。放热量

S12’233’457α1-αT二、调节抽气式汽轮机热电循环1.流程图及T-S图373’126过热器汽轮机

发电机

锅炉

冷凝器

加热器

水泵1

水泵212’23’3热用户72.能量分析

S16233’457α1-αTh3’可由下式确定。1）热效率2）热能利用率调节抽气式汽轮机热电循环解决了热负荷与电负荷不匹配的问题。通过调节α的值即可满足热与电的不匹配问题。显然：当α=1时，相当于背压热电循环。当α=0时，相当于纯发电的