工程热力学第10章

1、1,第十章 蒸汽动力装置循环,Vapor power cycles,10-1 简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环,10-2 再热循环,10-3 回热循环,*10-4 热电合供,*10-5 燃气-蒸汽联合循环,2,讲授： 第十章 蒸汽动力装置循环 10-1 简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,3,本章基本要求:,熟练掌握 水蒸汽朗肯循环、回热循环、再热循环; 热效率计算及提高热效率的方法和途径。,本章重点:,1、熟悉朗肯循环图示与计算； 2、朗肯循环与卡诺循环； 3、蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响； 4、再热、回热原理及计算；,4,动力循环研究目的和分类,动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一

2、部分转换成对外的净功。热机的工作循环称为动力循环,分类 按工质,气体动力循环：,蒸汽动力循环：,工质：空气，理想气体,工质：水蒸汽，实际气体,活塞式,研究目的：以获得功为目的。 合理安排循环，提高热效率。,内燃机,外燃机,叶轮式,5,1、四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵,10-1 蒸汽动力基本循环朗肯循环,一、装置和流程,6,2、流程,简化（理想化）：两个定压过程和两个定熵过程,凝汽器,发电机,7,1,3,3,2,p,v,水蒸气朗肯循环p-v图,4,5,8,3,2,T,s,h,s,3,2,郎肯循环T-s图和h-s图,9,讲授：,10-1 提高蒸汽动力循环热效率的途径 10-2 再热

3、循环 10-3 回热循环,复习： 10-1 水蒸气朗肯循环原理,第十九次课 第十章 蒸汽动力装置循环,10,2. 水蒸气朗肯循环 1）流程图,2）p-v，T-s及h-s图,11,二、朗肯循环的能量分析及热效率,1kg水蒸汽，汽轮机作功：,凝汽器中的定压放热量：,水泵绝热压缩耗功：,锅炉中的定压吸热量：,整个装置作热力系统：,12,郎肯循环热效率的计算,水泵耗功一般很小，占0.81%，忽略泵功,13,s,p1, t1, p2,5,4,3,3,2,1,三、如何提高朗肯循环的热效率,影响热效率的参数？,T,14,讲授：,10-1 提高蒸汽动力循环热效率的途径 10-2 再热循环 10-3 回热循环,

4、复习： 10-1 水蒸气朗肯循环原理,第十九次课 第十章 蒸汽动力装置循环,15,朗肯循环与卡诺循环比较,卡诺循环热效率：,提高动力循环热效率的基本途径： 提高热源温度与降低冷源温度。,以等效卡诺循环代替朗肯循环,工质在锅炉中的吸热量等效为： q1=面积3451673=等效矩形面积98679,16,提高蒸汽动力循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度 t1,提高初压力 p1,降低排汽压力 p2,改变循环形式,回热循环,再热循环,改变循环形式,热电联产,燃气-蒸汽联合循环,新型动力循环,朗肯循环,17,1、蒸汽初压p1对朗肯循环热效率的影响,循环平均温差增大。,18,s,T,6,5,4,3,2

5、,1,2、蒸汽初温t1对朗肯循环热效率的影响,增加循环的高温加热段，循环温差增大,19,s,T,6,5,4,3,2,1,3、排汽压力（背压）p2对朗肯循环热效率的影响,缺点： 受环境温度限制（t2t0），现在大型机组p2为34KPa，相应的饱和温度约为24 29 ，已接近事实上可能达到的最低限度。一般冬天热效率高。,增加循环平均温差。,20,假定某朗肯循环的蒸汽参数为：,试计算当,（1）初态焓值及循环的加热量； （2）凝结水泵耗功量及进出口水的温差； （3）汽轮机做功量及循环净功； （4）汽轮机的排气干度； （5）循环热效率。,例题1:,21,解：由h-s图，,（1）初态焓值及循环的加热量；,

6、循环的加热量,且，3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）,22,（1）循环的加热量：,锅炉入口的焓值：,（2）凝结水泵耗功量,进出口水的温差：,由于水的压缩性很小，水在经过水泵定熵加热后，温度升高极小，所以进出口水的温差近似为零。,23,（4）汽轮机的排气干度,（3）汽轮机的做功量和循环净功,循环净功,24,（5）循环热效率,25,例2,一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14MPa（p1），循环最高温度为（t1）540，和循环最低压力为（p2）5KPa下运行。若忽略水泵耗功，试求（1）平均放热温度，（2）平均吸热温度，（3）利用平均吸热温度和平均放热温度计算循环效率。

7、,26,解：由h-s图，,初态焓值及循环的加热量；,t2即为平均放热温度,27,平均吸热温度：,3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）,28,循环热效率,29,作业,习题： P345, NO.10-3,30,31,提高蒸汽动力循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度 t1,提高初压力 p1,降低排汽压力 p2,改变循环形式,回热循环,再热循环,改变循环形式,热电联产,燃气-蒸汽联合循环,新型动力循环,郎肯循环,32,10-2 再热循环（reheat cycle）,一 再热的目的：克服汽轮机尾部蒸汽湿度太大造成的危害。,再热循环：将汽轮机高压段中膨胀到一定压力的蒸汽重新引到锅炉的

8、中间加热器(称为再热器)加热升温， 然后再送入汽轮机使之继续膨胀作功。,33,再热循环（reheat cycle）,一、设备流程及T-s图,34,二、再热对循环效率的影响 忽略泵功：,其他影响： x末上升（根本目的）； 中间压力p6在（20%30%）p1,对热效率提高作用大； 含湿量d0下降； 复杂化，投资上升。,ht,？,热效率：,35,一、抽汽回热循环（regenerative cycle with steam extraction）,回热器两种方式,1. 混合式,10-3 回热循环,目的：提高等效卡诺循环的平均吸热温度,36,2. 间壁式,37,目的：提高等效卡诺循环的平均吸热温度,一、

9、抽气式回热循环,热效率：,38,蒸汽抽汽回热循环的特点,小型火力发电厂回热级数一般为13级； 中大型火力发电厂一般为 48级。,优点： 提高热效率； 减小汽轮机低压缸尺寸，末级叶片变短； 减小凝汽器尺寸，减小锅炉受热面； 可兼作除氧器。,缺点： 循环比功减小，汽耗率增加； 增加设备复杂性； 回热器投资大；,缺点,39,二、回热循环计算 1. 抽汽量,忽略泵功,2. 回热器(regenerator)R 熵方程：,热平衡方程：,4,40,3. 循环热效率,讨论： 1）抽汽回热t 上升； 2）抽汽级数越多t 越高 ，若级数趋向无穷， t =1？,41,思考：1）抽汽回热循环,否,2）回热器是间壁式，

10、怎么求？,3）回热器中过程不可逆，为什么 循环t 上升？,42,例A466266再热回热循环循环理论热效率,例A460200二级抽汽回热抽汽量，循环内部热效率，（研究生）,43,作业,采用再热循环和回热循环的主要目的？,答：再热循环：提高乏气干度，同时提高热效率。 回热循环：提高等效卡诺循环的平均吸热温度，同时提高热效率。,44,其他学习资料,45,10-4 热电合供（power-and-heating plant cycle）,一、背压式设备流程及T-s图,特点发电量受热负荷制约。,46,二、抽汽凝汽式设备流程及T-s图,特点热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。,47,三、热量

11、利用系数,循环热量利用系数,循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性, 循环热效率,热电厂热量利用系数,48,10-5 燃气-蒸汽联合循环,燃-蒸联合循环 （combination steam turbine-gas turbine cycle）,燃气-蒸汽联合循环型式之一 （无补燃）,燃气-蒸汽联合循环型式之二 （补燃式）,49,50,燃气-蒸汽联合循环型式之三热电合供,下一章,51,蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant) 1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展， 促使资本主义诞

12、生。 2）目前世界约75%电力、国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。 3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。,10-1 简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,一、概述,52,1. 水蒸气的卡诺循环,水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 1）温限小 2）膨胀末端x太小 3）压缩两相物质的困难,实际并不实行 卡诺循环,二、朗肯循环 (Rankine cycle),53,2. 水蒸气朗肯循环 1）流程图,2）p-v，T-s及h-s图,54,3）朗肯循环的热效率,?,?,?,55,若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则,4）耗汽率(steam rate)及耗汽量 理想耗汽

13、率(ideal steam rate) d0 装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量,耗汽量,56,三、初参数对朗肯循环热效率的影响 1. 初温t1,或 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21,57,2. 初压力 p1,但 x2下降且 p太高造成强度问题,58,3. 背压 p2,但受制于环境温度，不能任意,降低,同时，x2下降 。,讨论： 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？,例A466167英,例A466167中,59,四、有摩阻的实际朗肯循环 1. T-s图及h-s图,忽略水泵功：,60,2. 不可逆性衡量 a）汽轮机内部相对效率T（简称汽机效率）,近代大功率汽轮机T 在0.92左右,设计中，选定T 按,（h1h2理想绝热焓降（ideal entha