工程热力学第10章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十章 蒸汽动力装置循环,Vapor power cycles,10-1 简单蒸汽动力装置循环-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,1,讲授：,第十章 蒸汽动力装置循环,10-1 简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,2,本章基本要求:,熟练掌握,水蒸汽,朗肯循环,、,回热循环,、,再热循环,;,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；,3,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。,热机的工作循环称为,动力循环,分类,按工质,气体动力循环：,蒸汽动力循环：,工质：空气，理想气体,工质：水蒸汽，实际气体,活塞式,研究目的：,以,获得功,为目的。,合理安排循环，,提高热效率,。,内燃机,外燃机,叶轮式,4,1、四个主要装置：,锅炉,汽轮机,凝汽器,给水泵,10-1 蒸汽动力基本循环朗肯循环,一、装置和流程,锅,炉,汽轮机,发电机,给水泵,凝汽器,5,2、流程,简化（理想化）：两个定压过程和两个定熵过程,1,2,汽轮机，过热水蒸气,s,膨胀,3,3,给水泵，凝结水,s,压缩,3,4,5,1,锅炉，水,p,吸热,变为过热水蒸气,凝汽器,发电机,锅,炉,汽轮机,给水泵,1,2,3,4,3,5,2,3,凝汽器，湿蒸汽,p T,放热,6,讲授：,10-1 提高蒸汽动力循环热效率的途径,10-2 再热循环,10-3 回热循环,复习：,10-1,水蒸气朗肯循环原理,第十九次课,第十章 蒸汽动力装置循环,9,2.水蒸气朗肯循环,1）流程图,2）,p-v,，,T-s,及,h-s,图,10,二、朗肯循环的能量分析及热效率,1kg水蒸汽，汽轮机作功：,凝汽器中的定压放热量：,水泵绝热压缩耗功：,锅炉中的定压吸热量：,h,s,3,2,1,3,5,4,整个装置作热力系统：,11,郎肯循环热效率的计算,水泵耗功一般很小，占,0.8,1%,，忽略泵功,h,s,3,2,1,3,5,4,12,s,p,1,t,1,p,2,5,4,3,3,2,1,三、如何提高朗,肯循环,的热效率,影响热效率的参数？,T,13,讲授：,10-1 提高蒸汽动力循环热效率的途径,10-2 再热循环,10-3 回热循环,复习：,10-1,水蒸气朗肯循环原理,第十九次课,第十章 蒸汽动力装置循环,14,朗肯循环与卡诺循环比较,卡诺循环热效率：,提高动力循环热效率的基本途径：,提高热源温度与降低冷源温度,。,以等效卡诺循环代替朗肯循环,工质在锅炉中的吸热量等效为：,q,1,=面积3451673=等效矩形面积98679,15,提高蒸汽动力循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度,t,1,提高初压力,p,1,降低排汽压力,p,2,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,朗肯循环,16,1、,蒸汽初压,p,1,对朗肯循环热效率的影响,t,1,p,2,不变,，,p,1,优点：,，,汽轮机出口尺寸小。,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,0.88,。,循环平均温差增大。,17,s,T,6,5,4,3,2,1,2、,蒸汽初温t,1,对朗肯循环热效率的影响,优点,：,，,有利于汽机安全。,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。,p,1,p,2,不变,，t,1,增加循环的高温加热段，循环温差增大,18,s,T,6,5,4,3,2,1,3、,排汽压力（背压）,p,2,对朗肯循环热效率的影响,优点：,缺点：,受环境温度限制（,t,2,t,0,），现在大型机组,p,2,为,34KPa,，,相应的饱和温度约为,24 29,，已接近事实上可能达到的最低限度。一般冬天热效率高。,p,1,t,1,不变,，p,2,增加循环平均温差。,19,假定某朗肯循环的蒸汽参数为：,试计算当,（1）初态焓值及循环的加热量；,（2）凝结水泵耗功量及进出口水的温差；,（3）汽轮机做功量及循环净功；,（4）汽轮机的排气干度；,（5）循环热效率。,例题,1:,20,解：由,h-s,图，,2,3 凝汽器，湿蒸汽,p T,放热,（1）初态焓值及循环的加热量；,循环的加热量,且，3点为饱和水态，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）,21,（1）循环的加热量：,锅炉入口的焓值：,（2）,凝结水泵耗功量,进出口水的温差：,由于水的压缩性很小，水在经过水泵定熵加热后，温度升高极小，所以进出口水的温差近似为零。,22,1,2,汽轮机，过热水蒸汽,s,膨胀,（4）汽轮机的排气干度,（3）汽轮机的做功量和循环净功,循环净功,23,（5）循环热效率,24,例2,一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14,MPa,（,p,1,），循环最高温度为（t,1,）540,，和循环最低压力为,（,p,2,）,5,KPa,下运行。若忽略水泵耗功，试求（1）平均放热温度，（2）平均吸热温度，（3）利用平均吸热温度和平均放热温度计算循环效率。,25,解：由,h-s,图，,初态焓值及循环的加热量；,t,2,即为平均放热温度,2,3 凝汽器，湿蒸汽,p T,放热,26,平均吸热温度：,3点为饱和水态,，查饱和水与饱和水蒸汽表（按压力排列）,27,循环热效率,28,作业,习题：,P345,NO.10-3,29,30,提高蒸汽动力循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度,t,1,提高初压力,p,1,降低排汽压力,p,2,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,郎肯循环,31,10-2 再热循环,（reheat cycle）,一 再热的目的：,克服,汽轮机尾部蒸汽湿度太大造成的危害。,再热循环：,将汽轮机高压段中膨胀到,一定压力的蒸汽重新引到锅炉,的中间加热器(称为再热器)加热升温，然后再送入汽轮机使之继续膨胀作功。,T,s,5,4,3,1,6,1,2,6,1,2,32,再热循环（reheat cycle）,一、设备流程及,T,-,s,图,33,二、再热对循环效率的影响,忽略泵功：,其他影响：,x,末,上升,（根本目的）,；,中间压力,p,6,在（,20%,30%,）,p,1,对热效率提高作用大；,含湿量,d,0,下降；,复杂化，投资上升。,h,t,？,热效率：,34,一、抽汽回热循环,（,regenerative cycle with steam extraction,）,回热器两种方式,1.混合式,10-3 回热循环,目的：,提高等效卡诺循环的平均吸热温度,35,2.间壁式,36,目的：,提高,等效卡诺循环的,平均吸热温度,一、抽气式回热循环,热效率：,37,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；,回热器投资大；,缺点,38,二、回热循环计算,1.抽汽量,忽略泵功,2.回热器(regenerator),R,熵方程：,热平衡方程：,4,4,0,1,0,1,39,3.循环热效率,讨论：,1）抽汽回热,t,上升；,2）抽汽级数越多,t,越高，若级数趋向无穷，,t,=1？,40,思考：1）抽汽回热循环,否,2）回热器是间壁式，,怎么求？,3）回热器中过程不可逆，为什么,循环,t,上升？,41,例A466266,再热回热循环循环理论热效率,例A460200,二级抽汽回热抽汽量，循环内部热效率,，（研究生）,42,作业,采用再热循环和回热循环的,主要目的,？,答：,再热循环：提高乏气干度，同时提高热效率。,回热循环：,提高等效卡诺循环的平均吸热温度，,同时提高热效率。,43,其他学习资料,44,10-4,热电合供（power-and-heating plant cycle）,一、,背压式,设备流程及,T,-,s,图,特点发电量受热负荷制约。,45,二、,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。,46,三、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,47,10-5,燃气-蒸汽联合循环,燃-蒸联合循环,（combination steam turbine-gas turbine cycle）,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）,48,49,燃气-蒸汽联合循环型式之三热电合供,下一章,50,蒸汽及蒸汽动力装置,(steam power plant),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、价廉、易得的工质。,10-1,简单蒸汽动力装置循环朗肯循环,一、概述,51,1.,水蒸气的卡诺循环,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,二、朗肯循环(Rankine cycle),52,2.水蒸气朗肯循环,1）流程图,2）,p-v,，,T-s,及,h-s,图,53,3）朗肯循环的热效率,?,?,?,54,若忽略水泵功，同时近似取,h,4,h,3,，则,4）耗汽率(steam rate)及耗汽量,理想耗汽率(ideal steam rate),d,0,装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量,耗汽量,55,三、初参数对朗肯循环热效率的影响,1.,初温,t,1,或 循环1,t,2,t,3561,t,=循环123561+循环11,t,2,t,21,56,2.,初压力,p,1,但,x,2,下降且,p,太高造成强度问题,57,3.,背压,p,2,但受制于环境温度，不能任意,降低,同时，,x,2,下降。,讨论：,我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？,例A466167,英,例A466167中,58,四、有摩阻的实际朗肯循环,1.,T-s,图及,h-s,图,忽略水泵功：,59,2.不可逆性衡量,a）汽轮机,内部相对效率,T,（简称汽机效率）,近代大功率汽轮机,T,在0.92左右,设计中，选定,T,按,（,h,1,h,2,理想绝热焓降（ideal enthalpy drop;,isentropic enthalpy drop）,h,2act,的确定方法：,运行中，测出,p,2,及,x,2,，按,h,x,=,x,2,h,+(1,-,x,2,),h,60,c）装置,有效热效率,e,P,e,有效轴功率,m,机械效率,3.,实际内部耗汽率,d,i,和耗汽量,D,i,b）装置,内部热效率,（internal thermal efficiency）,忽略水泵功：,考虑机械损失,实际内部功率,例A466155,例A460299,61,