第6章 热力循环.ppt

第六章热力循环,发电厂,锅炉,蒸汽动力循环系统的简化,四个主要设备：锅炉汽轮机凝汽器给水泵,6.1蒸汽卡诺循环,1、理论上可以实现,2、实际中无法采用,原因：,（1）受临界温度限制，T1不高，故并不高,（2）3-4：压缩汽水混合物困难。,（3）2点：湿度太大，侵蚀汽轮机叶片。,6.2朗肯循环,将卡诺循环的2个定温过程改为定压过程：,一、工作原理,朗肯循环,二、朗肯循环热效率,汽轮机作功：,凝汽器定压放热量：,水泵绝热压缩耗功：,锅炉中吸热量：,用平均吸、放热温度表示的朗肯循环热效率,三、蒸汽参数对热效率的影响,1、蒸汽初压的影响,2、蒸汽初温的影响,3、乏汽压力（背压）的影响,限制：环境温度现在大型机组的p2为0.00350.005MPa，相应的ts为2733，已达最低限度。,四、实际循环,1、实际循环：实际蒸汽动力循环中，各过程都是不可逆的，以汽轮机为例：,2、实际循环的热效率,(1)汽轮机相对内效率：,(2)循环热效率：,(3)装置热效率：,3、其它性能参数,轴承摩擦损失，用机械效率m表示，则汽轮机输出的有效功（轴功）：,有效功率：，D为蒸汽耗量，t/h,理想输出轴功率：,理想汽耗率：,有效功汽耗率：,例1,例1我国300MW汽轮发电机组：新蒸汽p1=17MPa，t1=550，汽轮机背压p2=5kPa。求：汽轮机wT、给水泵wP、循环热效率t、和理论耗汽率d0（1）按朗肯循环，（2）实际循环，汽轮机相对内效率为0.9。,解思路：（1）在h-s图上，画出汽轮机过程线；（2）确定各设备进出口状态，利用图表查出所需参数，本题：h,s,h,2,p1,2act,1,p2,h0,h2act,进口p1,t1，查出h1;出口：从1点做垂线交p2于2点，查出h2，x2实际出口：沿p2线往上量取h=(1-0.9)h0找到2act点，查出h2act,汽轮机：,水泵：进口3：饱和水，p2饱和水和h3和s3出口4：过冷水，p4=p1和s3查出h4,（1）按朗肯循环,汽轮机：wT=h1-h2=1448kJ/kg给水泵：wP=h4-h3=17.1kJ/kg水在锅炉中吸热：q1=h1-h4=3271.2kJ/kg循环热效率：t=wnet/q1=(h1-h2-wP)/q1=0.442理论耗汽率：d0=1/(h1-h2)=6.8410-7kg/J,（2）按实际循环,汽轮机相对内效率为0.9:计算同上，只要把h2换成h2act即可。,讨论：若忽略水泵功：t=wnet/q1=(h1-h2)/q1=0.445，误差很小。,朗肯循环存在的问题,1、提高p1可以提高热效率，但x2下降对汽轮机不利，限制了p1的提高；,2、定压吸、放热的传热温差大，导致朗肯循环的热效率不高。,6.3朗肯循环的改进,1、蒸汽再热循环(reheat),再热循环的计算,吸热量：,放热量：,净功（忽略泵功）：,热效率：,结果：（1）再热使t提高；,说明：,选择合适的再热压力，一次中间再热可使热效率提高25,排汽干度x2提高，为提高初压创造了条件,再热压力pb=pa0.20.3p1,我国100300MW机组：p113.5MPa，采用一次再热。超临界机组，t1600，p125MPa，采用二次再热,p1缺点,6.4热电联供循环,冷凝器中QL得以利用；排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,大于大气压；热电循环效率=循环热效率+提供热用户的热量/输入的总热量：,（1）背压式汽轮机热电联供循环,(能量利用系数),（2）抽气式汽轮机热电联供循环,特点：工质部分供热，部分作功供热量与乏汽无关,制冷循环,制冷循环：利用机械功使热量从低温高温的过程。利用制冷循环达到两种目的：1）制冷使指定的空间保持低于环境的温度，热量从低温空间转移到高温环境。夏天的房间、冰箱。制冷机2）加热使指定的空间保持高于环境的温度，热量从低温环境转移到高温空间。冬天的房间。热泵,夏天,低温房间,高温环境,热量,制冷机,冬天,高温房间,低温环境,热量,热泵,6.5制冷（热泵)循环,一、引言,1、逆向卡诺循环,（1）制冷（要q2）,制冷系数：,（2）热泵（要q1）,2、COP与EER,COP(Coefficientofperformance),EER(energyefficiencyratio),注：有效输入功率包括：压缩机、风扇、泵、控制和安全装置等的输入功率总和。,能效比：,性能系数：,GB/T7725-2004房间空气调节器：,3.9能效比(EER)：空调器进行制冷运行时，制冷量与有效输入功率之比，其值用WW表示。3.10性能系数(COP)：空调器进行热泵制热运行时，制热量与有效输入功率之比，其值用WW表示。,3、制冷能力、冷吨、匹,制冷量：制冷设备单位时间内从冷库取走的热量。表示设备制冷能力的大小。单位：W（kW,kJ/s）,冷吨（RT）：1吨0饱和水在24小时内被冷冻成0的冰所需冷量。商业上，大型机组,水的凝结（熔化）热:r=334kJ/kg,1RT=3.86kJ/s,1USRT=3.517kJ/s（1美吨=2000磅=0.9072吨）,匹（HP）,匹:空调商家惯用、非法定单位,“匹”指的是电器消耗功率：1匹=1马力=735W，并不指制冷量,空调输入1匹电功率产生的制冷量为：735WEER日本规定最小EER为3.4，1匹=7353.4=2499W,举例：KFR-23GW：制冷量2300W，小1匹KFR-25GW：制冷量2500W，1匹KFR-35GW：制冷量3500W，1.5匹制冷量在4800-5100W之间，均约为2匹制冷量在5800-6200W之间，均约为2.5匹制冷量在6800-7200W之间，均约为3匹,4、制冷循环种类,二、空气压缩制冷循环,工质：空气,12：绝热压缩：p，T,理想化处理：理气；定比热;可逆,23：等压冷却向环境放热，T,34：绝热膨胀TT1（冷库）,41：等压吸热TT1,P-v图和T-s图,12绝热压缩,23等压冷却,34绝热膨胀,41等压吸热,制冷系数,T,s,1,2,3,4,空气压缩制冷循环特点,优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。容获得，无成本,缺点：1.无法实现定T，C,3.活塞式流量m小，制冷量Q2=mq2小,应用：飞机空调、环境试验,三、蒸汽压缩制冷循环,蒸汽压缩制冷循环是由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器组成。制冷循环的工质采用低沸点物质作为制冷剂。如：氟里昂R22（CHClF2）的Tb=-40.80，N2的Tb=-195.75利用制冷剂在冷凝器中的液化和在蒸发器中的汽化，实现在高温下排热，低温下吸热过程。,q0,q2,冰箱冷冻室提供q0,通过冰箱散热片向周围环境排出q2,理想制冷循环(可逆制冷)即为逆卡诺循环。四个可逆过程构成：,1-2：绝热可逆压缩,从T1升温至T2，等熵过程，消耗外功WS2-3：等温可逆放热(q2）；3-4：绝热可逆膨胀，从T2降温至T1，等熵过程，对外作功4-1：等温可逆吸热(q0）,S,T,3,2,1,4,T1,T2,1、逆向卡诺循环,压缩机,蒸发器,节流阀,冷凝器,WS,q0,q2,逆向Carnot循环,逆卡诺循环的缺点：（1）12的过程会形成液滴，在压缩机的气缸中产生“液击”现象，容易损坏机器；（2）实际过程难以接近四个可逆过程；问题：如何改进？,1、逆向卡诺循环,2、蒸汽压缩制冷循环,蒸汽压缩制冷循环由四步构成：12低压蒸汽的压缩24高压蒸汽的冷却冷凝45高压液体的节流膨胀，P，T51低压液体的蒸发,蒸汽压缩制冷循环对逆卡诺循环的改进：1）把绝热可逆压缩过程12安排在过热蒸汽区，使湿蒸汽变为干气。即“干法操作”。2）把原等熵膨胀过程改为45的等焓节流膨胀过程，节流阀的设备简单、操作易行。,T1=T5=蒸发温度,T3=T4=冷凝温度,节流膨胀（等H）,等S膨胀,蒸汽压缩制冷循环的工质,一般用低沸点工质，如氟利昂、氨等。,蒸汽压缩制冷循环的计算,蒸发器中吸热量：,冷凝器中放热量：,制冷系数：,两个定压，热与功均与焓有关,lgp-h图及计算,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,高压液过冷措施,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,5,4,不变,4,5,1、过冷1，q2：氨机0.4%；氟机0.8%2、过冷造价：t=35,压缩机吸气过热措施,1,2,3,4,5,5,4,1,目的：防液击、防气蚀过热度一般取：t=35,四、热泵,制冷系数,制热系数,热泵lnp-h图及计算,T,s,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,五、吸收式制冷循环,1、吸收式制冷原理,2、吸收式制冷工质,常用的工质对:,3、吸收式制冷流程,4、吸收式制冷循环的评价指标,热量利用系数：,吸收式制冷装置热量利用系数较小。但装置的构造简单，造价低廉，可利用余热。,式中，Qa为加热蒸气发生器所需的热量