工程热力学第10章

?★水蒸汽动力装置，如国际先进的蒸汽电厂的热效率仅仅40左右，燃料发热量中约50%在冷凝器中被冷却水带走，所以解决能源危机的一个有效途径是革冷凝器的命——撤销冷凝器，提高热效率！？★蒸汽动力装置朗肯循环热效率较低，利用制冷循环创造人造低温环境，实现作功和制冷双赢！第10章开篇第十章蒸汽动力装置循环Vaporpowercycles2本章学习目标2.指出摩阻对水蒸气朗肯循环的影响并进行计算；3.描述蒸汽动力装置再热循环的构成、画出循环p-v图和T-s图，分析再热对循环的影响；5.分析讨论提高蒸汽动力装置循环经济性指标的热力学措施。1.描述水蒸气朗肯循环的构成，画出水蒸气朗肯循环p-v图和T-s图，计算循环参数、耗气率和热效率。4.说明并分析计算蒸汽动力装置抽汽回热循环的实施及构成，画出循环p-v图和T-s图，计算抽汽量和抽汽回热循环其它参数；6.复述讨论提高蒸汽装置能量综合利用的途径和原理。10-1蒸汽动力装置的朗肯循环10-2再热循环10-3回热循环10-4热电合供10-5燃气-蒸汽联合循环本章教学内容教学参考资料：工程热力学(第五版)410-1蒸汽动力装置的朗肯循环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、廉价、易得的工质。一、蒸汽动力装置(steampowerplant)概述和简化蒸汽电厂示意图6.蒸汽动力装置工作流程和简化6...1234p11234p1.p2p21.水蒸气的卡诺循环二、朗肯循环(Rankinecycle)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....ss72.水蒸气朗肯循环1）流程图2）p-v及T-s图..123456..p112465.p1bap2.3...ss.....8???3）朗肯循环的热效率net2t111wqqqnet1243whhhh32322TTchhqps32Tss411hhq1243net2t11141hhhhwqqqhhnett,Tt,Pt,T1212pwhhcTTt,P43whh9t,Pt,Tww若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则1212t1312'hhhhhhhh4）耗汽率(steamrate)及耗汽量理想耗汽率(idealsteamrate)d0—装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量0121dhhkg/J耗汽量nett,Tww工程上kg/kWh000DdPWP0,10三、初参数对朗肯循环热效率的影响1.初温t112TT或循环1T2T3561T=循环123561+循环11T2T21tt11221t123561TTt..1T2T不变1T2T1T1T但循环123561平均吸热温度高于循环11T2T21，而放热温度相同。....112.初压力p1但x2下降且p太高造成强度问题.....t12TT不变12...2b3b4b3.背压p21T但受制于环境温度，不能任意降低226kPa,36.17C;4kPa,28.95Cssptpt同时，x2下降。t讨论：我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有影响吗？例A4661672T基本不变例A46615513.123465p1.....2act4act四、有摩阻的实际朗肯循环1.T–s图及h-s图忽略水泵功：113qhht不变22act2'qhh...142.不可逆性衡量a）汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）t,Tact12actTt,T12whhwhh近代大功率汽轮机ηT在0.92左右设计中，选定ηT按2act1T122T121hhhhhhhh1–h2—理想绝热焓降（idealenthalpydrop;isentropicenthalpydrop）h2act的确定方法：运行中，测出p2及x2，按hx=x2h″+(1-x2)h′15c）装置有效热效率ηeeeTmt1PqPe—有效轴功率，ηm—机械效率3.实际内部耗汽率di和耗汽量Di012i12act12act12T11dhhdhhhhhhb）装置内部热效率（internalthermalefficiency）忽略水泵功：net,acti1wq考虑机械损失iiiDdP实际内部功率t,Tact1wq12act12'hhhhT1212'hhhhTt1610-2再热循环（reheatcycle）一、再热循环设备流程及T-s图...p1pb....问题的由来17？二、再热对循环效率的影响忽略泵功：net12bawhhhhηt113abqhhhhnet12t113baabwhhhhqhhhh取决于再热压力的选择！18..p1pbpb’a’b’2’其他影响：x末上升（根本目的）；d0下降；系统复杂化，投资上升。再热压力过低再热压力过高Tm2不变，Tm1下降，ηt↓Tm2不变，Tm1上升，ηt↑，但x2改善不大。..与原循环相比与原循环相比Tm1Tm2T’m1T”m1........一、抽汽回热循环概述（regenerativecyclewithsteamextraction，regenerativecyclewithfeed-waterheater）约500K（227℃）随π变约850K（580℃）约36℃（6kPa）不能如燃气轮机装置般回热10-3回热循环（regenerativecycle）20.1-αkgαkg0101’...蒸汽动力装置循环回热的两种方式混合式.1kg1-αkg...21间壁式工程多采用间壁式，热力学分析两者相似。22四、回热循环计算1.抽汽量40101'10hhh忽略泵功'24hh01'2'012'hhhh2.回热器(regenerator)R熵方程：g01'012'1Ssss0gITS??能量方程：2'0101'fgCV10sssSSs233.循环分析net1010121whhhh101012nett1101'1hhhhwqhhnet121011whhhh'0111hhq'2221hhq22'2t1101'111hhqqhhTm1Tm2T’m1Tm2不变，Tm1上升，抽汽回热循环与原循环相比ηt↑。忽略水泵功24?.1-αkg0101’....1kg1-αkg......?1）抽汽级数越多ηt越高，若级数趋向无穷，ηt=1思考：？101'111101'hhqTsss2）抽汽回热循环2t11TT222'2222'qhhTsss2t11QQ222'22111101'111TssTSTSTss211TTαkg2s11TT25例A466266例A460200例A4602994）回热器是间壁式，α怎么求？3）回热器中过程不可逆，为什么循环ηt上升？2610-4热电合供（power-and-heatingplantcycle）一、背压式设备流程及T-s图特点—发电量受热负荷制约。27二、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。28三、热量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利用的热量燃料的总释热量已利用的热量工质从热源吸收的热量2910-5燃气-蒸汽联合循环燃-蒸联合循环（combinationsteamturbine-gasturbinecycle）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）3051t231faQQQ31燃气-蒸汽联合循环型式之三——热电合供下一章