工程热力学-第十章-动力循环

本章基本要求•熟练掌握水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成、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部分转换成对外的净功按工质气体动力循环：内燃机蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体研究目的：合理安排循环，提高热效率水蒸气：火力发电、核电低沸点工质：氨、氟里昂太阳能、余热、地热发电动力循环：以获得功为目的热机：将热能转换为机械能的设备。热机的工作循环称为动力循环。•动力循环：蒸汽动力循环•燃气动力循环四个主要装置：锅炉汽轮机凝汽器给水泵§10-1朗肯循环水蒸气动力循环系统锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器水蒸气动力循环系统的简化锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器郎肯循环1234简化（理想化）：12汽轮机s膨胀23凝汽器p放热34给水泵s压缩41锅炉p吸热1342pv郎肯循环pv图12汽轮机s膨胀23凝汽器p放热34给水泵s压缩41锅炉p吸热4321Tshs1324郎肯循环Ts和hs图12汽轮机s膨胀23凝汽器p放热34给水泵s压缩41锅炉p吸热hs1324郎肯循环功和热的计算汽轮机作功：2121,hhws凝汽器中的定压放热量：322hhq水泵绝热压缩耗功：3443,hhws锅炉中的定压吸热量：411hhqhs1324郎肯循环热效率的计算,12,34nett11ss一般很小，占0.8~1%，忽略泵功1213thhhh朗肯循环与卡诺循环比较sT6421'41098753q2相同；q1卡诺q1朗肯卡诺朗肯；等温吸热4’1难实现11点x太小,不利于汽机强度；12-9两相区难压缩；wnet卡诺小卡诺朗肯；wnet卡诺wnet朗肯1112对比同温限1234’对比5678对比9-10-11-12sp1,t1,p2654321如何提高朗肯循环的热效率1213thhhh影响热效率的参数？TsT654321'1'6'5'4'2蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1,p2不变，p1优点：••，汽轮机出口尺寸小1Tt2'v缺点：•对强度要求高•不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85~0.882'xsT654321'1'2蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点：••，有利于汽机安全。1Tt2'x缺点：•对耐热及强度要求高，目前最高初温一般在550℃左右•汽机出口尺寸大2'vp1,p2不变，t1sT654321'2乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优点：•2Tt缺点：•受环境温度限制，现在大型机组p2为0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度约为27~33℃，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高p1,t1不变，p2'4'3Ts65431ba2§10-2蒸汽再热循环(reheat)1234再热baTs65431ba2蒸汽再热循环的热效率再热循环本身不一定提高循环热效率与再热压力有关x2降低,给提高初压创造了条件，选取再热压力合适，一般采用一次再热可使热效率提高2％～3.5％。蒸汽再热循环的实践再热压力pb=pa0.2~0.3p1p110MPa，一般不采用再热我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p113.5MPa，一次再热超临界机组，t1600℃，p125MPa，二次再热Ts65431ba2蒸汽再热循环的定量计算吸热量：114abqhhhh放热量：223qhh净功（忽略泵功）：net12bawhhhh热效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh蒸汽再热循环实体照片§10-3蒸汽回热循环(regenerative)12361kga45αkg(1-α)kg抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器抽汽式回热蒸汽抽汽回热循环(1-)kgkg65as43211kgT12361kga45αkg(1-α)kgakg4(1-)kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功抽汽回热循环的抽汽量计算(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg以混合式回热器为例热一律a4511hhh忽略泵功54a4hhhh''a2'a2hhhh抽汽回热循环热效率的计算(1-)kgkg65as43211kgT吸热量：放热量：'1,RG151aqhhhh'2,RG221qhhRG1aa21whhhh净功：热效率：1aa2t,RG'1a1hhhhhh为什么抽汽回热热效率提高？(1-)kgkg65as43211kgT'22t,RG'121a11hhhhhh教材P.256推导'22t'121hhhh简单朗肯循环：1a01hht,RGt物理意义：kg工质100%利用1-kg工质效率未变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1～3级，中大型火力发电厂一般为4～8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回热器投资缺点提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力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IGCCPFBC-CC…...§10-4热电联产(供)循环12'34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热来满足热用户的需要，这种作法称为热电联(产)供。背压式机组(背压0.1MPa)热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？背压式热电联产(供)循环12'34给水泵热用户汽轮机过热器锅炉背压式缺点：热电互相影响供热参数单一清华北门外2台背压式，5000kW电负荷抽汽调节式热电联产(供)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,可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。热电联产(供)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nett1wq只采用热效率显然不够全面能量利用系数，但未考虑热和电的品位不同Ex经济学评价热电联产、集中供热是发展方向，经济环保