第6章-热力循环-2007级

1、哈尔滨第三发电厂哈尔滨第三发电厂火电厂系统图火电厂系统图蒸汽动力循环系统的简化蒸汽动力循环系统的简化四个主要设备：四个主要设备： 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 凝汽器凝汽器 给水泵给水泵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1234动画演示6.1 蒸汽卡诺循环蒸汽卡诺循环1、理论上可以实现、理论上可以实现2、实际中无法采用、实际中无法采用原因：原因：（1）受临界温度限制，）受临界温度限制， T1不高，故不高，故并不高并不高sT4231T1T2Tc（2）3-4：压缩汽水混合：压缩汽水混合物困难。物困难。（3）2点：湿度太大，侵点：湿度太大，侵蚀汽轮机叶片。蚀汽轮机叶片。6.2 朗肯循

2、环朗肯循环锅炉锅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1234将卡诺循环的将卡诺循环的2 2个定温个定温过程改为定压过程：过程改为定压过程：4321Ts56一、工作原理一、工作原理过热器过热器6二、朗肯循环热效率二、朗肯循环热效率汽轮机作功：汽轮机作功：2121 ,hhws凝汽器定压放热量：凝汽器定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：水泵绝热压缩耗功：3443 ,hhws锅炉中吸热量：锅炉中吸热量：411hhq,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh4321Ts56q1q2w3-4w1-2用平均吸、放热温

3、度表示的朗肯循环热效率用平均吸、放热温度表示的朗肯循环热效率3(4)21Ts56q1q2w1211qqqqwt121qq121TT121TT 1 1、蒸汽初压的影响、蒸汽初压的影响t1 , p2不变不变，p1不利之处不利之处： 对强度要求高对强度要求高x2 : 不不利于汽轮机利于汽轮机安全。一般要求出口安全。一般要求出口干度大于干度大于0.85 0.88 1 6 5 4 2sT64321T1好处：好处： ，汽机出口尺寸汽机出口尺寸1Tt2v121TTt2 2、蒸汽初温的影响、蒸汽初温的影响 1 2p1 , p2不变不变，t1sT654312好处：好处： ：有利于汽机安全有利于汽机安全1Tt2x

4、121TTt不利之处：不利之处： 对耐热及强度要求高，对耐热及强度要求高，目前最高初温：目前最高初温：550v2 ：汽机出口尺寸：汽机出口尺寸3 3、乏汽压力（背压）、乏汽压力（背压）的影响的影响影响影响： 2Tt限制：限制：环境温度环境温度现在大型机组的现在大型机组的p2为为0.0035 0.005MPa，相相应的应的ts 为为27 33 ，已达，已达最低限度。最低限度。p1 , t1不变不变，p2sT654312 2 4 3四、实际循环四、实际循环1、实际循环：、实际循环：实际蒸汽动力循环中，各过实际蒸汽动力循环中，各过程都是不可逆的，以汽轮机为例：程都是不可逆的，以汽轮机为例：sT654

5、3212actsh2p12act1p2 h0 h2act2、实际循环的热效率、实际循环的热效率sh2p12act1p2 h0 hact(1) 相对内效率：相对内效率：0hhactT理论功实际功(2) 循环内效率：循环内效率：tTTactiqhqh1013、其它性能参数、其它性能参数轴承摩擦损失，用轴承摩擦损失，用机械效率机械效率 m表示，则表示，则汽轮机输汽轮机输出的有效功（轴功）出的有效功（轴功）：0hhwmTactms有效功率有效功率： ，D为蒸汽耗量为蒸汽耗量0hDPmTs理想输出轴功率理想输出轴功率：00hDP理想耗汽率理想耗汽率：0001hPDd有效功耗汽率有效功耗汽率：mTsedP

6、Dd0例例1例例1 我国我国300MW汽轮发电机组：新蒸汽汽轮发电机组：新蒸汽p1=17MPa，t1=550，汽轮机背压汽轮机背压p2=5kPa。求：汽轮机求：汽轮机wT、给水泵给水泵 wP、循环热效率循环热效率t、和和理论耗汽率理论耗汽率d0（1）按朗肯循环，）按朗肯循环，（2）实际循环，汽轮机相对内效率为）实际循环，汽轮机相对内效率为0.9。解解 思路：思路：（1）在在h-s图上，画出汽轮机过程线；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）确定各设备进出口状态，利用图表查出所需参数，本题：出所需参数，本题：hsh2p12act1p2 h0 h2act4321Ts进口进

7、口p1, t1，查出查出h1; 出口：从出口：从1点做垂线交点做垂线交p2于于2点，查出点，查出h2，x2实际出口：沿实际出口：沿p2线往上量取线往上量取 h =(1-0.9) h0 找到找到2act点，查出点，查出h2act汽轮机：汽轮机：水泵：水泵：进口进口3：饱和水，：饱和水， p2饱和水和饱和水和h3和和s3 出口出口4：过冷水，：过冷水，p4=p1和和s3查出查出h4（1）按朗肯循环）按朗肯循环sh2p12act1p2 h0 h2act汽轮机：汽轮机：wT =h1-h2=1448 kJ/kg给水泵：给水泵：wP =h4-h3=17.1 kJ/kg水在锅炉中吸热：水在锅炉中吸热：q1=

8、 h1-h4 =3271.2 kJ/kg循环热效率：循环热效率：t =wnet /q1=(h1-h2- wP) /q1=0.442理论耗汽率：理论耗汽率：d0 =1/(h1-h2)=6.8410-7 kg/J（2）按实际循环）按实际循环汽轮机相对内效率为汽轮机相对内效率为0.9:计算同上，计算同上，只要只要把把 h2换成换成h2act即可。即可。讨论：讨论：若忽略水泵功：若忽略水泵功：t =wnet /q1=(h1-h2) /q1=0.445，误差很小。误差很小。sh2p12act1p2 h0 h2act1 1、提高、提高P P1 1可以提高热效率，但可以提高热效率，但x2下降对汽下降对汽轮机

9、不利，限制了轮机不利，限制了P P1 1的提高；的提高；2 2、定压吸、放热的传热温差大，导致朗肯、定压吸、放热的传热温差大，导致朗肯循环的热效率不高。循环的热效率不高。Ts65431ba21234再热ba1、蒸汽再热循环、蒸汽再热循环(reheat)再热再热循环汽轮机循环汽轮机吸热量：吸热量： 114abqhhhh放热量：放热量：223qhh净功（忽略泵功）：净功（忽略泵功）： net12bawhhhh热效率：热效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh结果：（结果：（1）再热使）再热使 t 提高；提高；（2）x2Ts6531b2a说明：说明： 选择合适的再热

10、压力，一次中间再热可使热效率提选择合适的再热压力，一次中间再热可使热效率提高高25 排汽干度排汽干度x2提高，为提高初压创造了条件提高，为提高初压创造了条件 再热压力再热压力 pb=pa 0.20.3p1 我国我国100300MW机组：机组： p113.5MPa，采用一次采用一次再热。再热。超临界机组，超临界机组， t1600，p125MPa，采用采用二次二次再热再热 p1缺点缺点回热级数回热级数小型火力发电厂：小型火力发电厂：13级级中大型火力电厂：中大型火力电厂：48级级6.4 6.4 热电联供循环热电联供循环HLQQ 冷凝器中冷凝器中Q QL L得以利用；得以利用； 排气压力受供热温度影

11、排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高响，较郎肯循环排气压力高, ,大于大气压；大于大气压； 热电循环效率热电循环效率 = = 循环热循环热效率效率+ +提供热用户的热量提供热用户的热量/ /输输入的总热量：入的总热量：QLQH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1234热用户热用户载热剂载热剂WS（1 1）背压式汽轮机热电联供循环）背压式汽轮机热电联供循环（2 2）抽气式汽轮机）抽气式汽轮机热电联供热电联供循环循环shHHHHHwHHQHHQ32212671)1 (n特点：特点：n工质部分供热，部分作功工质部分供热，部分作功n供热量与乏汽无关供热量与乏汽无关1冷凝器

12、冷凝器汽轮机汽轮机热用户热用户锅炉锅炉水泵水泵水泵水泵加热器加热器345672(1-)kgQHWsQhHhsQQw z能量利用系数能量利用系数: :(热电循环效率热电循环效率)思考题：思考题：14 题题习习 题：题：1、5题题P176：一、引言一、引言1、逆向卡诺循环逆向卡诺循环（1）制冷（要）制冷（要q2）222C1202qqTwqqTT制冷系数：制冷系数：（2）热泵（要）热泵（要q1）供热系数：供热系数：111C1210qqTwqqTTT0环境环境T2冷库冷库q1q2wTsT2T02、COP与与EERT0环境环境T2冷库冷库q1q2w1、在额定工况下进行制冷运行时：2、在额定工况下进行热泵

13、制热运行时：W/WEER2有效输入功率qEER (energy efficiency ratio )对于空气调节器：对于空气调节器：COP (Coefficient of performance)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 (EER)： 性能系数 (COP)：W/WCOP1有效输入功率q3 3、制冷能力、冷吨、匹、制冷能力、冷吨、匹1、制冷量：、制冷量：制冷设备单位时间内从冷库取走的热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。表示设备制冷能力的大小。单位：单位：W（kW, kJ/s）2、冷吨（、冷吨（RT）：）：1吨吨

14、0 饱和水在饱和水在24小时内小时内被冷冻成被冷冻成0的冰所需冷量。的冰所需冷量。商业上，大型机组商业上，大型机组水的凝结（熔化）热水的凝结（熔化）热: r =334 kJ/kg1 RT = 3.86 kJ/s1 US RT=3.517 kJ/s （1 美吨美吨=2000 磅磅=0.9072 吨吨）3、匹（、匹（HP）匹匹: 空调商家的惯用、非法单位空调商家的惯用、非法单位“匹匹”指的是电器消耗功率：指的是电器消耗功率：1匹匹=1马力马力=735W，并不指制冷量，并不指制冷量空调输入空调输入1匹电功率产生的制冷量为：匹电功率产生的制冷量为： 735WEER日本规定最小日本规定最小EER为为3.

15、4， 1匹匹=735 3.4=2499W举例：举例：KFR-23GW ：制冷量制冷量2300W， 小小1匹匹KFR-25GW ：制冷量制冷量2500W， 1匹匹KFR-35GW ：制冷量制冷量3500W， 1.5匹匹制冷量在制冷量在4800-5100W之间，均约为之间，均约为2匹匹制冷量在制冷量在5800-6200W之间，均约为之间，均约为2.5匹匹制冷量在制冷量在6800-7200W之间，均约为之间，均约为3匹匹4、制冷循环种类、制冷循环种类 空气压缩制冷空气压缩制冷 压缩制冷压缩制冷 蒸汽压缩制冷蒸汽压缩制冷 吸收式制冷吸收式制冷制冷循环制冷循环 吸附式制冷吸附式制冷 蒸汽喷射制冷蒸汽喷射

16、制冷 半导体制冷半导体制冷 热声制冷热声制冷二、二、空气压缩制冷循环空气压缩制冷循环冷却水冷却水膨胀机膨胀机压缩机压缩机冷藏室冷藏室冷却器冷却器3214工质：工质：空气空气12：绝热压缩：绝热压缩：p，T理想化处理：理想化处理：理气；理气； 定化热定化热; 可逆可逆23：等压冷却等压冷却 向环境放热，向环境放热，T34：绝热膨胀绝热膨胀 T T1 （冷库）冷库）41：等压吸热等压吸热 T T1P-v图和图和T-s图图1 2 绝热压缩绝热压缩2 3 等压冷却等压冷却3 4 绝热膨胀绝热膨胀4 1 等压吸热等压吸热 pv3214TsT2T01234逆勃雷登循环逆勃雷登循环2212p14p23p14

17、2314COP()()()11qqwqqc TTc TTc TTTTTT制冷系数制冷系数Ts1234113322114432223214141111kkkkpTTpTppTTTTTTTTTTTTT1122111111kkkkTpTp空气压缩制冷循环特点空气压缩制冷循环特点 优点：优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。工质无毒，无味，不怕泄漏。 缺点：缺点：1. 无法实现定无法实现定T ， C2. q2=cp(T1-T4)，空气空气cp很小，很小， (T1-T4)不能太大，不能太大， q2 很小。很小。 若若(T1-T4)3. 活塞式流量活塞式流量m小，制冷量小，制冷量Q2=m q2小小三、蒸汽压缩制

18、冷循环三、蒸汽压缩制冷循环冷却水冷却水膨胀机膨胀机压缩机压缩机冷藏室冷藏室冷却器冷却器3214动画演示蒸汽压缩制冷循环的工质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。一般用低沸点工质，如氟利昂、氨等。问题：问题：能否用水做工质？能否用水做工质？工质工质 沸点沸点(1atm)水水100R22- 40.8 R134a氨氨(R17)- 26.1 - 33.5 制冷剂制冷剂蒸汽压缩制冷循环的计算蒸汽压缩制冷循环的计算Ts12345蒸发器中吸热量：蒸发器中吸热量： 21514qhhhh冷凝器中放热量：冷凝器中放热量： 124qhh制冷系数制冷系数：21414212241421()()qhh

19、hhqqqhhhhhhw两个等压，热与功均与焓有关两个等压，热与功均与焓有关 lgp -h图图lgp-h图及计算图及计算Ts12345lnph123452q1qw21514qhhhh124qhh21421qhhwhh过冷措施过冷措施Ts12345lgph12345215qhh21421qhhwhh5421whh不变不变45124qhh工程上常用工程上常用四、热泵四、热泵2qw制冷制冷系数系数制热制热系数系数11qw12qqwwwq2q1wT2T0制冷制冷q2q1wT0T1热泵热泵热泵热泵lnlnp p- -h h图及计算图及计算Ts12345lgph123452q1qw21514qhhhh12

20、4qhh12421qhhwhh主要供暖方式主要供暖方式热热用户用户燃煤、燃气燃煤、燃气锅炉锅炉集中供热集中供热直接电采暖直接电采暖（蓄热锅炉、（蓄热锅炉、地板辐射、地板辐射、电热膜）电热膜）热泵（空气热泵（空气源、水源）源、水源）不同供热方式不同供热方式能量利用系数能量利用系数电电100%电厂电厂发电发电33%损失损失67%房间房间33%热能热能100%效率效率70%房间房间70%损失损失30%锅炉锅炉 热泵热泵 COP=3热泵热泵 100%发电发电33%损失损失67%环境环境66%房间房间99%电厂电厂供热供热方式方式化学能化学能 五、吸收式制冷循环五、吸收式制冷循环1 1、吸收式制冷原理、吸收式制冷原理溴化锂溴化锂-水水Q2、吸收式制冷工质吸收式制冷工质制冷剂（低沸点）制冷剂（低沸点）吸收剂（高沸点）吸收剂（高沸点）二元溶液二元溶液工质对工质对常用的工质对常用的工质对:制冷剂制冷剂 吸收剂吸收剂水水 H2O 溴化锂溴化锂LiBr氨氨 NH3 水水H2O3、吸收式制冷流程吸收式制冷流程QkQ0QgQa制冷剂循环制冷剂循环吸收剂循环，代