工程热力学课件第6章热力循环

1、第六章 热力循环,哈尔滨第三发电厂,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

2、）的影响,限制：环境温度 现在大型机组的p2为0.0035 0.005MPa，相应的ts 为27 33 ，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、

3、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=1448 kJ/kg 给水泵

4、：wP =h4-h3=17.1 kJ/kg 水在锅炉中吸热：q1= h1-h4 =3271.2 kJ/kg 循环热效率：t =wnet /q1=(h1-h2- wP) /q1=0.442 理论耗汽率：d0 =1/(h1-h2)=6.8410-7 kg/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

5、朗肯循环的改进,1、蒸汽再热循环(reheat),再热循环汽轮机,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=pa 0.20.3p1,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, p110MPa，一般不采用再热。,例2 已知新蒸汽p1，t1，汽轮机排汽背压p2，再热压力pb 。求：循环t、终湿度，并与朗肯循环比较。,p1，t1 确定点1 h1，s1,

6、pb，s1 确定点b hb,pb，ta =t1确定点a ha,Sa,p2，Sa确定点2 x2,由p2查饱和水h h3,终湿度 y2=1-x2,2、回热循环 (regenerative),回热循环计算,忽略泵功：h4=h3,净功：,热效率：,朗肯循环热效率：,回热循环计算,原因： 表面理解：kg: 100%利用；(1-)kg: 效率未变。 根本原因：提高锅炉给水温度，传热温差，不可逆损失,回热循环的特点,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,6.4 热电联供循环,

7、 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,作 业,思考题：14 习 题：1、2、5,P165：,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,1、COP (Coefficient of performance),2、EER (energy efficiency ratio

8、),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/T 7725-2004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 W W 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 W W 表示。,3、制冷能力、冷吨、匹,1、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）,2、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

9、=334 kJ/kg,1 RT = 3.86 kJ/s,1 US RT=3.517 kJ/s （1 美吨=2000 磅=0.9072 吨）,3、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=735 3.4=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，

10、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； 定化热; 可逆,23：等压冷却 向环境放热，T,34：绝热膨胀 T T1 （冷库）,41：等压吸热 T T1,P-v图和T-s图,1 2 绝热压缩,2 3 等压冷却,3 4 绝热膨胀,4 1 等压吸热,逆勃雷登循环,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=m q2小, 应用：飞机空调、环境试验,三、蒸

11、汽压缩制冷循环,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,主要供暖方式,热用户,不同供热方式能量利用系数,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,5、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 Q0为制冷量。,吸收式制冷循环特点、应用,可用0.5 0.7bar（表压）的