第十章-動(dòng)力循環(huán)

1、Microsoft Office Word 2003 (2).lnk第十章第十章 動(dòng)動(dòng) 力力 循循 環(huán)環(huán) 將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備叫熱力原動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備叫熱力原動(dòng)機(jī)熱機(jī)。熱機(jī)的工作熱機(jī)。熱機(jī)的工作循環(huán)稱為動(dòng)力循環(huán)。據(jù)工質(zhì)的不同動(dòng)力循環(huán)可分為蒸汽動(dòng)力循環(huán)和燃循環(huán)稱為動(dòng)力循環(huán)。據(jù)工質(zhì)的不同動(dòng)力循環(huán)可分為蒸汽動(dòng)力循環(huán)和燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)兩大類。蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)的工作循環(huán)屬于前一種，而內(nèi)燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)兩大類。蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)的工作循環(huán)屬于前一種，而內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)的工作循環(huán)屬于后一種。機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)的工作循環(huán)屬于后一種。一、引言一、引言二、蒸汽動(dòng)力循環(huán)二、蒸汽動(dòng)力循環(huán)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 熱力學(xué)第二定律告訴我

2、們，工作于兩個(gè)熱源間的熱力循環(huán)以熱力學(xué)第二定律告訴我們，工作于兩個(gè)熱源間的熱力循環(huán)以卡諾循環(huán)的熱效率最高。但是由于卡諾循環(huán)需要兩個(gè)等溫吸熱過卡諾循環(huán)的熱效率最高。但是由于卡諾循環(huán)需要兩個(gè)等溫吸熱過程，而等溫吸熱過程在實(shí)際上是很難以實(shí)現(xiàn)的（如工質(zhì)在高溫?zé)岢?，而等溫吸熱過程在實(shí)際上是很難以實(shí)現(xiàn)的（如工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰岬倪^程中，工質(zhì)的溫度總是越來越高的），因此實(shí)際應(yīng)用源吸熱的過程中，工質(zhì)的溫度總是越來越高的），因此實(shí)際應(yīng)用中都不采用卡諾循環(huán)，而是采用朗肯循環(huán)。中都不采用卡諾循環(huán)，而是采用朗肯循環(huán)。 1.簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置流程圖簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置流程圖PumpPumpCondenserCondenserB

3、oilerBoilerTurbineTurbineWWturb,outturb,outq qoutoutq qininWWpump,inpump,in2.簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置系統(tǒng)圖簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置系統(tǒng)圖1 1）朗肯循環(huán)的組成）朗肯循環(huán)的組成 定壓吸熱、定熵膨脹、定壓放熱、定熵壓縮定壓吸熱、定熵膨脹、定壓放熱、定熵壓縮2 2）朗肯循環(huán)的計(jì)算）朗肯循環(huán)的計(jì)算吸熱量吸熱量放熱量放熱量汽輪機(jī)作功汽輪機(jī)作功水泵耗功水泵耗功循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率114qhh223qhh12Twhh43pwhh01423123411413()()()()twhhhhhhhhqhhhh循環(huán)凈功循環(huán)凈功012TPwqqww2 23

4、34 4s sT T3.朗肯循環(huán)的組成及計(jì)算朗肯循環(huán)的組成及計(jì)算汽輪機(jī)汽輪機(jī)2 2鍋鍋爐爐給水泵給水泵1 13 34 43省煤器省煤器4.4.工作流程及熱力過程工作流程及熱力過程發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)5 5思路：從卡諾循環(huán)熱效率的公式思路：從卡諾循環(huán)熱效率的公式 中我們可以受到中我們可以受到啟發(fā)：在啟發(fā)：在T T2 2不變的情況下，要提高不變的情況下，要提高C ，須提高，須提高T T1 1。蒸汽動(dòng)力循。蒸汽動(dòng)力循環(huán)吸熱溫度是變化的，為了說明朗肯循環(huán)在提高熱源溫度是也環(huán)吸熱溫度是變化的，為了說明朗肯循環(huán)在提高熱源溫度是也能提高熱效率，我們引入平均吸熱溫度的概念。能提高熱效率，我們引入平均吸熱溫度的概念。2

5、11cTT 三、提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑三、提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑211TmTT 1. 1.何為平均吸熱溫度何為平均吸熱溫度 Tm1 ？工質(zhì)在鍋爐中吸熱量除以工質(zhì)工質(zhì)在鍋爐中吸熱量除以工質(zhì)熵的變化。即熵的變化。即引入平均吸熱溫度后，朗肯引入平均吸熱溫度后，朗肯循環(huán)熱效率即表示為：循環(huán)熱效率即表示為：13113mTdsTssT Tm1m1s s5 54 43 32 21 1T T9 97 76 632. 提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑提高朗肯循環(huán)熱效率的基本途徑（提高（提高Tm1或是降低或是降低T2）1）提高）提高Tm1的方法的方法T Tm1m1P1不變不變 直接提高直接提高T1T Tm1m1T

6、1不變不變 提高提高P1s sT T5 54 43 32 21 1TmTm1 1P P1 1不變不變 T T1 1優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：x2x2x2x21122T1不變不變 P1Tm1缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：x2x2s sT T4 43 32 21 15544112T Ts s5 54 43 31 12 22 23 3通常，在實(shí)際中是同時(shí)提高初參數(shù)的壓力及溫度，即通常，在實(shí)際中是同時(shí)提高初參數(shù)的壓力及溫度，即 P1 、 T1 T m1 。因此，在現(xiàn)代化大電廠運(yùn)行的發(fā)。因此，在現(xiàn)代化大電廠運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組，鍋爐的出口蒸汽的參數(shù)，都是高溫高壓的。電機(jī)組，鍋爐的出口蒸汽的參數(shù)，都是高溫高壓的。當(dāng)然這將給鍋爐的材料有較高的要

7、求。當(dāng)然這將給鍋爐的材料有較高的要求。2) 降低排氣溫度（即降低排氣溫度（即T2）T2的降低受冷凝器中冷卻水的溫度的限制。的降低受冷凝器中冷卻水的溫度的限制。 目前一般出口壓力在目前一般出口壓力在34kpa,對(duì)應(yīng)飽和溫度對(duì)應(yīng)飽和溫度為為28左右（接近環(huán)境溫度）。左右（接近環(huán)境溫度）。如圖，如圖，T2 到到T2也可以提高熱效率也可以提高熱效率第二節(jié)第二節(jié) 回?zé)嵫h(huán)與再熱循環(huán)提高回?zé)嵫h(huán)與再熱循環(huán)提高的方法）的方法）A A1 15 53 3BoilerBoilerTurbineTurbinePumpPumpCondenserCondenserOpenOpenFWHFWHFWH=Feedwater

8、heaterFWH=Feedwater heaterq qininq qoutout4 46 6PumpPumpwwturb,outturb,out一、一、 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)(regenerative)1 12 2A A4 4T Ts s3 36 65 51kg1kgkgkg(1)kgkg抽汽式回?zé)岢槠交責(zé)? 12 23 36 61kg1kgA A5 5kgkg(1-(1- ) ) kgkg鍋爐鍋爐回?zé)崞骰責(zé)崞髌啓C(jī)汽輪機(jī)4 43. 混合式回?zé)崞髂芰糠治龌旌鲜交責(zé)崞髂芰糠治?5(1)Ahhh544Ahhhh抽汽式回?zé)岢槠交責(zé)? 12 23 36 61kg1kgA A5 5kgkg(1-(1

9、- ) ) kgkg鍋爐鍋爐回?zé)崞骰責(zé)崞髌啓C(jī)汽輪機(jī)4 4抽汽抽汽冷凝水冷凝水給水給水混合式回?zé)崞骰旌鲜交責(zé)崞鱤 h4 4h h5 5h hA A1 12 24 4T Ts s3 36 65 51kg1kgkgkg(1)kgkg吸熱量吸熱量放熱量放熱量汽輪機(jī)作功汽輪機(jī)作功水泵耗功水泵耗功循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率116qhh2231qhh 121TAAwhhhh 43651pwhhhh01twq4.4.回?zé)嵫h(huán)的能量分析回?zé)嵫h(huán)的能量分析循環(huán)凈功循環(huán)凈功012TPwqqww例例 汽輪機(jī)初參數(shù)汽輪機(jī)初參數(shù) 5501011tMpap終參數(shù)：終參數(shù)：215kpap 抽氣壓力：抽氣壓力：0.8MpaApT求

10、：帶和不帶回?zé)嵫h(huán)的熱效率求：帶和不帶回?zé)嵫h(huán)的熱效率 解解 則則544721 1380.2174kg2820 138Ahhhh2sAp2820kJ/kgAh Ap5721kJ/kgh 由由2p43137.8kJ/kghh2s1p1t13495kJ/kgh 2p22070kJ/kgh 由由1 12 2A AT Ts s3 36 61kg1kgkgkg(1)kgkg54T%1 . 3TT 可見從理論上，回?zé)岽螖?shù)越多，熱效率越高，但實(shí)際上次數(shù)越可見從理論上，回?zé)岽螖?shù)越多，熱效率越高，但實(shí)際上次數(shù)越多，裝置越復(fù)雜，投資越高，相對(duì)收益越小。因此一般采用多，裝置越復(fù)雜，投資越高，相對(duì)收益越小。因此一般采

11、用3838級(jí)。級(jí)。1215()(1)()(34952820)(10.2174)(28202070)45.5%3495721AAThhhhhh如不采用回?zé)岽胧┤绮徊捎没責(zé)岽胧?4 .421383495207039753121hhhhT而書上例而書上例10-110-1采用了兩級(jí)抽汽回?zé)岵捎昧藘杉?jí)抽汽回?zé)?2 .46T熱效率提高熱效率提高157H.PL.P893BoilerReheaterLow-P turbineHigh-P turbinePumpCondenserqinqoutwturb,outwpump,in1 18 86 67 79 92 2h hh h8 8h h1 1h h7 7h h9

12、 9h h2 2p p1 1p p RHRHp p2 2x x2 2x x9 9x x=1=1s st t1 11 18 87 75 53 32 29 9s sT T吸熱量吸熱量放熱量放熱量汽輪機(jī)作功汽輪機(jī)作功水泵耗功水泵耗功循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 11587qhhhh293qhh 1789Twhhhh53pwhh01twq循環(huán)凈功循環(huán)凈功012TPwqqww1 18 87 75 53 39 9s sT T 為了充分利用熱能，工程上常將發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來為了充分利用熱能，工程上常將發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(lián)供熱電聯(lián)供，這種

13、既發(fā)電又供熱，這種既發(fā)電又供熱的電廠習(xí)慣上稱為的電廠習(xí)慣上稱為熱電廠熱電廠。2. 抽汽式汽輪機(jī)的熱電聯(lián)供循環(huán)抽汽式汽輪機(jī)的熱電聯(lián)供循環(huán)熱電聯(lián)供循環(huán)分兩種類型：熱電聯(lián)供循環(huán)分兩種類型：1. 背壓式汽輪機(jī)的熱電聯(lián)供循環(huán)背壓式汽輪機(jī)的熱電聯(lián)供循環(huán) 單純的朗肯循環(huán)用于發(fā)電時(shí)，熱效率最高為單純的朗肯循環(huán)用于發(fā)電時(shí)，熱效率最高為40%左右，即吸熱最終左右，即吸熱最終只有只有40%的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換成了電能。而在冷凝器放走的熱量大約由的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換成了電能。而在冷凝器放走的熱量大約由50%，另，另10%則是輔機(jī)耗掉了。如果將冷凝器放掉的熱量用于采暖或生產(chǎn)用氣等，則是輔機(jī)耗掉了。如果將冷凝器放掉的熱量用于采暖或生產(chǎn)用

14、氣等，則熱能的利用率將大大提高，同時(shí)免去了小型鍋爐房的重新建設(shè)。則熱能的利用率將大大提高，同時(shí)免去了小型鍋爐房的重新建設(shè)。 1234UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeat exchanger1.1.流程圖及流程圖及T-ST-S圖圖T T1 18 83 35432287S1234給水泵熱用戶汽輪機(jī)過熱器鍋爐吸熱量吸熱量發(fā)電量發(fā)電量113:1783451qFhh012:123451wFhh111120qqqqwkT T1 18 83 35432287S2. 能量分析能量分析01wq發(fā)電效率發(fā)電效率223:23872qFhh熱利用率熱

15、利用率優(yōu)點(diǎn)：背壓式熱電循環(huán)熱效率比朗肯循環(huán)低，但熱利用率為優(yōu)點(diǎn)：背壓式熱電循環(huán)熱效率比朗肯循環(huán)低，但熱利用率為100%100%存在的問題：熱負(fù)荷與電負(fù)荷不能完全匹配。存在的問題：熱負(fù)荷與電負(fù)荷不能完全匹配。放熱量放熱量 S S1 1222 23 3334 45 57 71-1-T3 37 7331 12 26 6過熱器汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 鍋爐 冷凝器 加熱器 水泵1 1 水泵2 21 1222 2333 3熱用戶72. 能量分析能量分析 S S1 16 62 23 3334 45 57 71-1-T16621713()(1)()()(1)()hhhhhhhh7333()(1)()hhhhh h3 3 可由下式確定確定?？捎上率酱_定確定。1662671713()(1)()()()(1)()hhhhhhkhhhh1 1）熱效率）熱效率2 2）熱能利用率）熱能利用率解決了熱負(fù)荷與電負(fù)荷不匹配的問題。通過調(diào)解決了熱負(fù)荷與電負(fù)荷不匹配的問題。通過調(diào)節(jié)節(jié)的值即可滿足熱與電的不匹配問題。的值即可滿足熱與電的不匹配問題。顯然：顯然： 當(dāng)當(dāng)=1=1時(shí)，相當(dāng)于背壓熱電循環(huán)。時(shí)，相當(dāng)于背壓熱電循環(huán)。 當(dāng)當(dāng)=0=0時(shí)，相當(dāng)于純發(fā)電的朗肯循環(huán)。時(shí)，相當(dāng)于純發(fā)電的朗肯