第十四講：蒸汽動(dòng)力循環(huán)(1)

1、工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)動(dòng)力循環(huán)研究目的動(dòng)力循環(huán)：工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈〉玫臒崃康囊徊糠洲D(zhuǎn)換成對(duì)外的凈功。研究目的：合理安排循環(huán)過(guò)程，提高熱效率?？ㄖZ循環(huán)的效率是最高的？如何實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)呢？可以利用相變過(guò)程進(jìn)行定溫吸熱和定溫放熱。工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)蒸汽卡諾循環(huán)的缺陷sT1324對(duì)于氣液兩相的3-4絕熱壓縮過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)；上限溫度T1受Tc影響，即使實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，其熱效率也不會(huì)高由于膨脹出口2點(diǎn)的干度太小，不利于動(dòng)力機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)第十四講：蒸汽動(dòng)力循環(huán)Vapor Power Cycles工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)蒸汽動(dòng)力循環(huán)本章基本要求 熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)、再熱循

2、環(huán)以及熱電循環(huán)的組成、熱效率計(jì)算及提高蒸汽動(dòng)力循環(huán)效率的方法和途徑。本章重點(diǎn)熟悉朗肯循環(huán)圖示與計(jì)算朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響再熱、回?zé)嵩砑坝?jì)算工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)蒸汽動(dòng)力裝置的發(fā)展工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)蒸汽動(dòng)力循環(huán)水蒸氣：火力發(fā)電、核電水蒸氣：火力發(fā)電、核電低沸點(diǎn)工質(zhì)：氨、氟里昂低沸點(diǎn)工質(zhì)：氨、氟里昂太陽(yáng)能、余熱、地?zé)岚l(fā)電太陽(yáng)能、余熱、地?zé)岚l(fā)電動(dòng)力循環(huán)：以獲得功為目的動(dòng)力循環(huán)：以獲得功為目的工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)火電廠(chǎng)系統(tǒng)圖工程熱力學(xué)工程熱力學(xué) 四個(gè)主要裝置：四個(gè)主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵朗肯循環(huán)Rankine Cycle水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系

3、統(tǒng)水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝汽器凝汽器工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)水蒸氣動(dòng)力循環(huán)的幾個(gè)關(guān)鍵部件鍋爐鍋爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)凝汽器和冷卻塔凝汽器和冷卻塔工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化水蒸氣動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝汽器凝汽器朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)1234簡(jiǎn)化（理想化）：簡(jiǎn)化（理想化）：12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)1342pv朗肯循環(huán)pv圖12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵

4、給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)4321Tshs1324郎肯循環(huán)T-s和h-s圖12 汽輪機(jī)汽輪機(jī) s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)hs1324朗肯循環(huán)功和熱的計(jì)算 汽輪機(jī)作功：汽輪機(jī)作功：2121 ,hhws凝汽器中的定壓放熱量：凝汽器中的定壓放熱量：322hhq水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功：3443 ,hhws鍋爐中的定壓吸熱量：鍋爐中的定壓吸熱量：411hhq工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)hs1324朗肯循環(huán)熱效率的計(jì)算 ,1 2,3 4nett11sswwwqq一

5、般很小，一般很小，占占0.81%，忽略泵功忽略泵功 1213thhhh工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)工程上常用汽耗率工程上常用汽耗率, 反映裝置經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備尺寸反映裝置經(jīng)濟(jì)性，設(shè)備尺寸汽耗率：汽耗率：蒸汽動(dòng)力裝置每輸出蒸汽動(dòng)力裝置每輸出1kW.h 功量所消耗的蒸汽量功量所消耗的蒸汽量kgnet3600dw汽耗率(Steam Rate)的概念netw的單位是的單位是kJ/kg1kW=1 kJ/snet3600360013600kgkgkgkgdkJkJkWhkJwhhsh工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT6421 41098753q2相同；相同； q1卡諾卡諾 q1朗肯朗肯 卡諾卡諾 朗肯朗肯

6、； 等溫吸熱等溫吸熱41難實(shí)現(xiàn)難實(shí)現(xiàn)11點(diǎn)點(diǎn)x太小太小,不利于汽機(jī)強(qiáng)度；不利于汽機(jī)強(qiáng)度； 12-9兩相區(qū)難壓縮；兩相區(qū)難壓縮； wnet卡諾卡諾小小 卡諾卡諾 朗肯朗肯； wnet卡諾卡諾 wnet 朗肯朗肯1112對(duì)比同溫限對(duì)比同溫限1234對(duì)比對(duì)比5678對(duì)比對(duì)比9-10-11-12工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)sp1 t1 p2654321如何提高朗肯循環(huán)的熱效率1213thhhh影響熱效率的參數(shù)？影響熱效率的參數(shù)？THow can we increase the efficiency of the Rankine cycle工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)sT654321 1 6 5 4 2蒸汽初壓對(duì)朗肯循

7、環(huán)熱效率的影響t1 , p2不變不變，p1優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： ，汽輪機(jī)出口尺寸小汽輪機(jī)出口尺寸小1Tt2v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對(duì)強(qiáng)度要求高對(duì)強(qiáng)度要求高 不不利于汽輪機(jī)利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口干安全。一般要求出口干度大于度大于0.85 0.882x工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)sT654321 1 2蒸汽初溫對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： ，有利于汽機(jī)安全。有利于汽機(jī)安全。1Tt2x缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對(duì)耐熱及強(qiáng)度要求高，對(duì)耐熱及強(qiáng)度要求高，目前初溫一般在目前初溫一般在550左右左右 汽機(jī)出口尺寸大汽機(jī)出口尺寸大2vp1 , p2不變不變，t1工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)sT654321 2乏汽壓力對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響優(yōu)

8、點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 2Tt缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組大型機(jī)組p2為為0.00350.005MPa，相，相應(yīng)的飽和溫度約為應(yīng)的飽和溫度約為27 33 ，已接近事實(shí)上可，已接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低限度。冬能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高天熱效率高p1 , t1不變不變，p2 4 3工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析sT532 241114非理想因素：非理想因素：給水泵不可逆給水泵不可逆( 3 4 )汽機(jī)不可逆汽機(jī)不可逆( 1 2 )汽機(jī)汽門(mén)節(jié)流汽機(jī)汽門(mén)節(jié)流( 1 1 ) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道摩擦降壓，散熱壓，散熱(11) 工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析方法

9、熱一律：熱效率分析法熱一律：熱效率分析法熱二律：熵分析法熱二律：熵分析法 Ex分析法分析法工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率法sT532 241114忽略泵功忽略泵功43hh可逆循環(huán)效率可逆循環(huán)效率12t13hhhh汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率12oi12hhhh管道和節(jié)流，管管道和節(jié)流，管道效率道效率13tu13hhhh鍋爐散熱和排鍋爐散熱和排煙，鍋爐效率煙，鍋爐效率13Bfhhq工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)整個(gè)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率sT532 241114netfwq收益循環(huán)凈功代價(jià)燃料熱量12fhhq13tu13hhhh13Bfhhq12oi13B()()/hhhh12oi12hhhh12Boi13tu()()/hhhh12t13hhhh12Boitu13()()hhhhtBoitu 工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)整個(gè)電廠(chǎng)熱效率sT532 241114gfwq電廠(chǎng)收益電功代價(jià)燃料熱量機(jī)械效率機(jī)械效率Mnetww機(jī)械電機(jī)效率電機(jī)效率gMww電機(jī)tBoitu netfwqMfwq電機(jī)netfwq機(jī)械電機(jī)tBoitu 機(jī)械電機(jī)工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)1、熟悉朗肯熟悉朗肯循環(huán)圖示與計(jì)算循環(huán)圖示與計(jì)算2、朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)3、蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響小小 結(jié)結(jié) Summary工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)提高循環(huán)熱效率的途徑改變