第十章 动力循环

第十章动力循环,动力循环及其研究目的,动力循环：将热能转换为机械能的设备叫做热力原动机，简称热机。热机的工作循环称为动力循环。,研究目的：合理安排循环，提高热效率,本章重点,熟悉朗肯循环流程图及其能量分析、热效率计算蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响,提高热效率的方法和途径。回热、再热循环原理及热效率计算热电循环原理内燃机、燃气轮机循环原理及其能量分析、热效率计算,10.1蒸汽动力基本循环朗肯循环,1、装置与流程,(1)四个主要设备：,(2),(3)p-v图,(4)T-S图,（5）焓熵图,2、,（1）,（2）,（3）取锅炉为控制体,（4）,（6）朗肯循环热效率,3、提高朗肯循环热效率的基本途径,提高蒸汽初压力,，热效率,提高蒸汽初温,（P187）,(2),但终压的数值取决于冷却水的温度，并不能任意降低。,10.2回热循环与再热循环,1、抽汽回热循环,3、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,5、蒸汽再热循环实体照片,2、再热循环,低压汽轮机,高压汽轮机,目的：克服汽轮机尾部蒸汽湿度过大造成的危害。,再热后的蒸汽称为再热蒸汽，它的温度和压力分别称为再热温度和再热压力。再热温度往往与初温相同。,工作原理,2、再热循环,低压汽轮机,高压汽轮机,相当于在朗肯循环的基础上增加了新的循环：,一般而言，采用一次再热循环以后，循环热效率可提高2%4%左右。实际应用的再热次数一般不超过两次。,或,目前超高压以上（如蒸汽初压13MPa、24MPa或更高）的大型发电厂几乎毫无例外地采用再热循环。我国制造的超临界压力100万kW的汽轮发电机组即为一次中间再热式的，进汽初参数为27.46MPa、605，再热参数为5.94MPa、603。,现代蒸汽动力厂循环，即使采用超高蒸汽参数、回热、再热等措施，其热效率仍不超过50%。,为了能有效的利用火力发电厂的“废热”,热电循环,1、定义,11.3热电循环,为了供热，热电厂需装设背压式或调节抽汽式汽轮机。,背压式热电循环,调节抽汽式热电循环,1、背压式热电循环,与朗肯循环相比，热效率降低，但乏汽的热量得到了充分利用。,背压式缺点：热电互相影响供热参数单一,背压式优点：热能利用率很高不需要凝汽器，使设备简化。,调节抽汽式热电循环。,2、调节抽汽式热电循环,主要优点：,10.4内燃机循环,内燃机循环,燃气轮机循环,内燃机的燃烧过程在热机的气缸中进行。,燃气轮机的燃烧过程在热机之外的燃烧室中进行。,（2）活塞式内燃机按燃烧方式的不同，分为：,（或称柴油机）,即空气和燃料的混合物在气缸内被压缩后，用电子火化塞点燃。,即空气在气缸内被压缩后，喷入燃料，利用被压缩的高温空气的温度直接将燃料点着燃烧。,（3）从热力过程的角度来分：,（1）,1、定容加热循环,（吸气过程中，气阀节流，略低于大气压力）,（由于排气阀的阻力，排气压力略高于大气压力）,（1）,（2）,（3）,定熵膨胀做功,称为压缩比，1,表示工质在燃烧前被压缩的程度。,但是，因为压缩比并不能任意提高，压缩比越大，压缩终了温度过高，易爆燃，对活塞和气缸造成危害。,定容燃烧汽油柴油机压缩比的提高受到限制，因而限制了其热效率的提高。,压缩比，,发展了空气和燃料分别压缩的压燃式内燃机（柴油机）。,以柴油为燃料，定压加热理想循环是柴油机实际工作循环的理想化，常称狄塞尔（Diesel）循环,实际工作原理图,吸气冲程0-1；,压缩冲程1-2；（空气被绝热压缩到燃料的着火点以上）,燃烧过程2-3；由装在气缸顶部的喷嘴将燃料喷入汽缸，燃料的微粒遇到空气着火燃烧。随着活塞的移动，燃料不断喷入、不断燃烧，这一燃烧过程2-3的压力基本保持不变。,2、定压加热循环,实际循环工作原理,工作过程3-4；燃料喷射停止后，燃烧随即结束，这时活塞靠高温高压燃烧产物的绝热膨胀而继续被推向右方而形成工作过程3-4；,排气过程4-0；排气阀们打开，废气迅速排出，最后活塞反向移动，继续将废气排出，排气过程为4-0，从而完成一个实际循环。,（2）汽油机实际循环理想化,（3）能量分析及热效率的计算,（3）能量分析及热效率的计算,3、混合加热循环,10.5燃气轮机循环,1、简单燃气轮机定压加热循环（布雷顿