第九章动力循环

1、Chapter 9 Vapor Power Cycle 蒸汽动力循环蒸汽动力循环o9.1 Basic Power Cycle using Water Vapor-Rankine Cycle (基本蒸汽动力循环基本蒸汽动力循环-朗肯循环朗肯循环)o9.2 The Diesel Cycle (狄塞尔循环狄塞尔循环)o9.3 燃气轮机装置循环燃气轮机装置循环水蒸气：水蒸气：火力发电、核电火力发电、核电低沸点工质：低沸点工质：氨、氟里昂氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电太阳能、余热、地热发电动力循环：动力循环：以获得功为目的以获得功为目的朗肯循环的提出与卡诺循环朗肯循环的提出与卡诺循环sT6421 41

2、098753 卡诺卡诺最大；最大； l等温吸热等温吸热41难实现难实现11点点x太小太小,不利于汽不利于汽机强度；机强度； 12-9两相区难压缩；两相区难压缩； wnet卡诺卡诺小小 由于温差小，所以由于温差小，所以效率不会很高，且乏汽效率不会很高，且乏汽干度过小，干度过小， 卡诺卡诺 朗肯朗肯；l went卡诺卡诺 wnet 朗肯朗肯1112在温限在温限1234对比对比5678对比对比9-10-11-12 四个主要装置：四个主要装置： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵10-1 Basic Power Cycle using Water Vapor- Rankine Cycl

3、e 基本蒸汽动力循环基本蒸汽动力循环-朗肯循环朗肯循环1.水蒸气动力循环系统水蒸气动力循环系统 锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器锅锅炉炉汽轮机汽轮机发电机发电机给水泵给水泵凝汽器凝汽器朗肯循环朗肯循环1234简化（理想化）：简化（理想化）：12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热RANKINE CYCLE RANKINE CYCLE o12 Saturated or superheated steam enters the turbine at state 1, where it exp

4、ands isentropically to the exit pressure at state 2. o23 The steam is then condensed at constant pressure and temperature to a saturated liquid, state 3.The heat removed from the steam in the condenser is typically transferred to the cooling water.o34 The saturated liquid then flows through the pump

5、 which increases the pressure to the boiler pressure (state 4). o41 the water is first heated to the saturation temperature, boiled and typically superheated to state 1. Then the whole cycle is repeated.1342pv(1)(1)朗肯循环朗肯循环p-vp-v图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热4321Tsh

6、s1324(2) (2) 朗肯循环朗肯循环T-sT-s和和h-sh-s图图12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀23 凝汽器凝汽器 p 放热放热34 给水泵给水泵 s 压缩压缩41 锅炉锅炉 p 吸热吸热hs13242. 朗肯循环功和热的朗肯循环功和热的计算计算 汽轮机作功：汽轮机作功：2121 ,hhws凝汽器中的定压放热量：凝汽器中的定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443 ,hhws锅炉中的定压吸热量：锅炉中的定压吸热量：411hhqhs1324朗肯循环热效率的朗肯循环热效率的计算计算 ,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小一般很小，占，占0.81%，忽

7、略，忽略泵功泵功 1213thhhh朗肯循环朗肯循环与卡诺循环比较与卡诺循环比较sT6421 41098753 卡诺卡诺最大最大； l等温吸热等温吸热41难实现难实现11点点x太小太小,不利于汽机强度；不利于汽机强度； 12-9两相区难压缩；两相区难压缩； wnet卡诺卡诺小小 由于温差小，所以效率由于温差小，所以效率不会很高，且乏汽干度过小，不会很高，且乏汽干度过小， 卡诺卡诺 朗肯朗肯；l went卡诺卡诺缺点缺点Ts65431ba22. 2. 蒸汽再热循环蒸汽再热循环 (reheat cycle)(reheat cycle)1234再热baWhen steam leaves the tu

8、rbine, it is typically wet. The presense of water causes erosion of the turbine blades. To prevent this, steam is extracted from high pressure turbine (state 2), and then it is reheated in the boiler (state 2) and sent back to the low pressure turbine. Ts65431ba2蒸汽再热循环的热效率蒸汽再热循环的热效率l 再热循环本身再热循环本身不一定

9、不一定提高循环热效率提高循环热效率l 与再热压力有关与再热压力有关l x2降低降低,给提高初压给提高初压创造了条件，选取再热创造了条件，选取再热压力合适，一般采用压力合适，一般采用一一次再热可使热效率提高次再热可使热效率提高2 23.53.5。蒸汽再热循环的实践蒸汽再热循环的实践 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再热再热 超临界机组，超临界机组， t1600，p125MPa， 二次二次再热再热Ts65431ba2蒸汽再热循环的蒸汽再热循环的定量计算定量计算吸热量：吸热量： 114abqhhhh放热量放热量：223qhh净功（忽略泵功）：净功（忽略泵

10、功）： net12bawhhhh热效率：热效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh10-3 热电联产热电联产(供供)循环循环1234给水泵热用户汽轮机过热器锅炉用发电厂作了功的蒸汽的余用发电厂作了功的蒸汽的余热来满足热用户的需要，这热来满足热用户的需要，这种作法称为种作法称为热电联热电联( (产产) )供供。背压式机组背压式机组( (背压背压0.1MPa)0.1MPa)热用户为什么要用换热器而热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？不直接用热力循环的水？Cogeneration背压式背压式缺点缺点：l 热电互相影响热电互相影响l 供热参数单一供热参数单一

11、抽汽调节式热电联产抽汽调节式热电联产( (供供) )循环循环过热器汽轮机发电机锅炉冷却水冷凝器加热器水泵 1水泵 2调节阀 抽汽式热电联供循环抽汽式热电联供循环, , 可以自动调节热、电供应比例，可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。以满足不同用户的需要。热电联产热电联产( (供供) )循环的经济性评价循环的经济性评价net1qwKq供热已被利用的能量工质从热源得到的能量nett1wql 只采用热效率只采用热效率 显然不够全面显然不够全面l 能量利用系数能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同，但未考虑热和电的品位不同l Ex经济学评价经济学评价l 热电联产、集中供热是发展方向，经济

12、环保热电联产、集中供热是发展方向，经济环保Utilization factor1.1. 熟悉熟悉朗肯循环朗肯循环图示图示与与计算计算2. 朗肯循环朗肯循环与与卡诺循环卡诺循环3.3. 蒸汽参数蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响对朗肯循环热效率的影响4. 再热再热、回热原理及计算回热原理及计算 小小 结结 Summary1.The Otto Cycle (奥托循环）奥托循环） (1) Actual cycle (实际循环实际循环) The Otto cycle is an idealization of a set of processes used by spark ignition intern

13、al combustion engines (2-stroke or 4-stroke cycles). 10-4 Internal combustion engines (内燃机内燃机)0 1 :吸入空气; 1 2:压缩过程; 2 3:喷油燃烧过程; 3 4: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OttoOtto循环循环 a) ingest a mixture of fuel and air, b) compress it, c) cause it to react, thus effectively adding heat through conv

14、erting chemical energy into thermal energy, d) expand the combustion products, and then e) eject the combustion products and replace them with a new charge of fuel and air. (2) Otto(2) Otto循环的简化循环的简化_ _ We model all of these happenings by a thermodynamic cycle consisting of a set of processes all ac

15、ting on a fixed mass of air contained in a piston-cylinder arrangement. The exhaust and intake processes are replaced by constant-volume cooling.） 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; 1 - 2 Compress mixture quasi-statically and adiabatically 2 - 3 Ignite and burn mixture at constant volume (hea

16、t is added)3 (4)- 5 Expand mixture quasi-statically and adiabatically5 - 1 Cool mixture at constant volumeRepresentation of the thermodynamic cycle.(3) Thermal Efficiency of Otto Cycle ( (奥托循环的热效率奥托循环的热效率) ) 12314121111ktTTTTqq提高循环的压缩比提高循环的压缩比提高循环的最高温度提高循环的最高温度 2.The Diesel Cycle ( (狄塞尔循环狄塞尔循环) ) Th

17、e diesel internal combustion engine differs from the gasoline powered Otto cycle by using a higher compression of the fuel to ignite the fuel rather than using a spark plug (compression ignition rather than spark ignition) Thermal Efficiency of Disel Cycle狄塞尔循环的热效率：狄塞尔循环的热效率： ) 1(11)()(1134231512TTT

18、TTTqqtl 提高循环的压缩比提高循环的压缩比l 降低循环的预胀比降低循环的预胀比 l 提高循环的最高温度提高循环的最高温度 3. The Dual Cycle ( (混合加热循环混合加热循环 ) ) 其中其中,1-2是定熵压缩过程是定熵压缩过程, 2-3是可逆定容加热过程是可逆定容加热过程, 3-4是可逆定压加热过程是可逆定压加热过程, 4-5是定熵膨胀过程是定熵膨胀过程, 5-1是可逆定容放热过程是可逆定容放热过程.几个定义：几个定义：压缩比压缩比: 定容升压比定容升压比: 定压预胀比定压预胀比: 混合加热循环的热效率混合加热循环的热效率: :提高热效率方法：提高热效率方法：提高循环的压缩比提高循环的压缩比 降低循环的预胀比降低循环的预胀比 提高循环的最高温度提高循环的最高温度 由上面的三个定义,得: 讨论: 随 , , 的升高而升高; 随 的升高而降低.(1)具