1、工程热力学与传热学工程热力学与传热学 工程热力学工程热力学 第六章第六章 动力装置循环动力装置循环第六章第六章 动力装置循环动力装置循环内容要求内容要求v掌握蒸汽动力装置的理想循环掌握蒸汽动力装置的理想循环朗肯循环；朗肯循环；v掌握再热循环，回热循环；掌握再热循环，回热循环；v了解活塞式内燃机循环；了解活塞式内燃机循环；v了解燃气轮机装置的理想循环。了解燃气轮机装置的理想循环。热能动力装置（热力发动机）：热能动力装置（热力发动机）：将热能转变为机械能的设备。将热能转变为机械能的设备。动力循环：动力循环：蒸汽动力循环蒸汽动力循环气体动力循环气体动力循环比较比较工质工质设备设备燃料燃料热力过程和循
2、环热力过程和循环水蒸气水蒸气燃料燃烧后的燃气燃料燃烧后的燃气锅炉锅炉汽缸汽缸廉价燃料廉价燃料汽油，柴油，煤气汽油，柴油，煤气然后：分析实际循环与理论循环的偏离然后：分析实际循环与理论循环的偏离 程度，找出实际损失的部位，大小，程度，找出实际损失的部位，大小，原因，及改进措施。原因，及改进措施。方法和步骤：方法和步骤：首先：把实际问题抽象为可逆理论循环；首先：把实际问题抽象为可逆理论循环；分析找出热效率及提高该循环热效率的分析找出热效率及提高该循环热效率的 可能措施，以指导实际循环的改善。可能措施，以指导实际循环的改善。分析动力循环的目的：分析动力循环的目的：在热力学基本定律的基础上分析动力循环
3、在热力学基本定律的基础上分析动力循环 能量转换的经济性，寻求提高经济性的方法能量转换的经济性，寻求提高经济性的方法 和途径。和途径。61 61 蒸汽动力装置循环蒸汽动力装置循环 6-1-1 蒸汽动力装置的理想循环蒸汽动力装置的理想循环朗肯循环朗肯循环 1.组成：组成：水泵，锅炉，汽轮机和冷凝器等四个主要设备。水泵，锅炉，汽轮机和冷凝器等四个主要设备。2.工作过程：工作过程：过热器过热器134 锅炉锅炉给水泵给水泵汽轮机汽轮机发发电电机机冷冷凝凝器器26冷却水冷却水（4 4）水在给水泵中的可逆绝热压缩过程水在给水泵中的可逆绝热压缩过程 4点点5点点6点点1点：点：未饱和水未饱和水饱和水饱和水干饱
4、和蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽（2 2）过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程1点点 2点：过热蒸汽点：过热蒸汽 湿蒸汽湿蒸汽（3 3）蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程2点点3点：湿蒸汽点：湿蒸汽饱和水饱和水 3点点4点：饱和水点：饱和水未饱和水未饱和水（1 1）水在锅炉中的可逆定压加热过程水在锅炉中的可逆定压加热过程 3.p-v图图,T-s 图表示图表示vp0165432TS314 5 6 2 0 6-1-2 6-1-2 朗肯循环的净功和热效率朗肯循环的净功和热效率（1）汽轮机：新蒸汽在汽轮机可逆绝热膨胀作功）汽轮机：新蒸汽在汽
5、轮机可逆绝热膨胀作功2121,hhws（2）冷凝器：乏汽在冷凝器中向冷却水放热）冷凝器：乏汽在冷凝器中向冷却水放热322hhq（3）水泵：凝结水流经水泵，水泵消耗功量）水泵：凝结水流经水泵，水泵消耗功量3443,hhwp 1.朗肯循环的净功朗肯循环的净功1kg工质工质 循环净功：循环净功：)()(342143,21,hhhhwwwpsnet循环净热：循环净热：)()(32414321hhhhqqqnet31211211hhhhqqqqwnett（4）锅炉：未饱和水在锅炉中定压吸热）锅炉：未饱和水在锅炉中定压吸热411hhq 2.朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率wp,3-4=h4-h3=0h4=
6、h3 6-1-3 6-1-3 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响3121hhhht1231211TThhhht)(),(),(232112111pfhptpfhtpfh1T2Ts吸热平均温度吸热平均温度放热平均温度放热平均温度1T2TT S314 5 6 2 0p1p2 1.蒸汽初温蒸汽初温T1的影响：的影响：（1）保持）保持 p1,p2不变，提高初温不变，提高初温 T1T1；（2）朗肯循环的平均吸热温度增加，）朗肯循环的平均吸热温度增加，平均放热温度不变，热效率增大；平均放热温度不变，热效率增大；（3）干度增大，）干度增大，有利于汽轮机安全工作；有利于汽轮机安全工作
7、；（4）锅炉过热器，）锅炉过热器，汽轮机的高压部分，汽轮机的高压部分，金属耐热及强度要求高。金属耐热及强度要求高。（t1 最高最高 550C）21ST134 5 6 2 0p1p2 2.蒸汽初压蒸汽初压 p1的影响的影响（1）保持）保持T1，p2不变，提高初压不变，提高初压p1 p 1；（2）可提高平均吸热温度，若平均放热温度不变，）可提高平均吸热温度，若平均放热温度不变，热效率提高；热效率提高；（3）干度降低，说明乏汽中水分增加，将会冲击）干度降低，说明乏汽中水分增加，将会冲击 和侵蚀汽轮机最后几级和侵蚀汽轮机最后几级 叶片，影响寿命并使叶片，影响寿命并使 汽轮机摩擦加大。汽轮机摩擦加大。要
8、求干度：要求干度：0.860.8821546p1ST134 5 6 2 0T1p1p2 3.乏汽压力乏汽压力p2的影响的影响（1）保持）保持 p1,T1 不变，降低不变，降低 p2p2;（2）吸热平均温度变化较小，放热平均温度降低，）吸热平均温度变化较小，放热平均温度降低，热效率增大；热效率增大；（3）p2 降低受冷凝器冷却介质温度的影响，降低受冷凝器冷却介质温度的影响，不能任意降低。不能任意降低。432p2 一般一般:P2 最低最低0.0035-0.005MPa相应的饱和温度相应的饱和温度27-33ST134 5 6 2 0T1p2p1在不同初，终参数下朗肯循环的热效率在不同初，终参数下朗肯
9、循环的热效率P2=0.05bar,t1=435C时时 P1152535507590t33.735.937.038.539.940.6P1=35bar,P2=0.05bar时时 t1300350400435450500t35.436.036.637.037.438.2P1=35bar,t1=435C时时P2 0.040.050.10.20.51t37.537.035.133.129.626.9要想提高蒸汽动力装置的热效率要想提高蒸汽动力装置的热效率结论结论 改变蒸汽参数：改变蒸汽参数：尽可能提高蒸汽的初压和初温，尽可能提高蒸汽的初压和初温，并降低乏汽压力。并降低乏汽压力。改进朗肯循环改进朗肯循环
10、：如：再热循环，回热循环，如：再热循环，回热循环，热电联供循环等。热电联供循环等。6-1-4 6-1-4 再热循环再热循环 再热循环的目的：再热循环的目的：在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初在初温不允许继续提高的情况下，为了提高初 压，以提高循环热效率，且压，以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度不使汽轮机排汽干度 过低过低，在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。，在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。ST134 5 6 2 0 2121546p1ST134 5 6 2 0T1p1T4123567120s Ts图图 1.一次再热循环装置的系统图及一次再热循环装置的系统图及T-s图图
11、一次再热循环一次再热循环 2.朗肯循环和一次再热循环朗肯循环和一次再热循环Ts图比较图比较T4123567120s 再热循环再热循环Ts图图T4123560s朗肯循环朗肯循环Ts图图 3.再热对热效率的影响及中间压力再热对热效率的影响及中间压力（1）再热对热效率的影响）再热对热效率的影响 一次再热吸收的总热量：一次再热吸收的总热量：)()(71411hhhhq 对外放热：对外放热：322hhq 热效率：热效率：)()()()()(7141327141hhhhhhhhhht 中间最佳压力应能够同时中间最佳压力应能够同时 提高排汽干度和循环热效率。提高排汽干度和循环热效率。（2）中间再热压力）中间
12、再热压力 分析再热压力过高或过低对循环的影响。分析再热压力过高或过低对循环的影响。根据已有的设计和运行经验，根据已有的设计和运行经验，pm一般为初压一般为初压p1的的20%30%。通常一次再热可使热效率提高通常一次再热可使热效率提高 2%3.5%。4.一次再热循环热经济性分析：一次再热循环热经济性分析：1.采用蒸汽中间再热后，汽轮机的排汽干度提高，采用蒸汽中间再热后，汽轮机的排汽干度提高，使汽轮机低压缸的蒸汽温度保持在允许温度内，使汽轮机低压缸的蒸汽温度保持在允许温度内，减轻湿蒸汽对冲击和侵蚀，增加了汽轮机工作减轻湿蒸汽对冲击和侵蚀，增加了汽轮机工作 的安全性。的安全性。2.在相同参数范围内，
13、再热循环的有用功和热效率在相同参数范围内，再热循环的有用功和热效率 均高于朗肯循环的结果，即再热循环的热经济性均高于朗肯循环的结果，即再热循环的热经济性 高于朗肯循环。高于朗肯循环。3.目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数目前，高参数大功率汽轮发电机组的再热级数 一般小于一般小于2级。级。初压低于初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环；时，一般不采用再热循环；初压在初压在13Mpa临界压力以下时，采用一级再热；临界压力以下时，采用一级再热；超临界参数时，采用两级再热。超临界参数时，采用两级再热。1.某蒸汽动力装置采用一次再热循环，汽轮机入某蒸汽动力装置采用一次再热循环，汽轮机入口压力为口
14、压力为17MPa，温度为，温度为540C，膨胀到，膨胀到4MPa时进行再热，再热器出口温度为时进行再热，再热器出口温度为540C，排汽，排汽压力为压力为0.008 MPa，试确定乏气干度和循环热试确定乏气干度和循环热效率，并与相同初，效率，并与相同初，终状态参数的朗肯循环终状态参数的朗肯循环进行比较。进行比较。例题例题例题例题2.在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的压力在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的压力3.P1=13.5MPa,初温度初温度t1=550C，乏，乏气压力为气压力为0.004MPa，求循环净功，加热量、热效率、，求循环净功，加热量、热效率、4.汽耗率蒸汽动力装置输出汽耗率蒸汽动力装置输出
15、k.h(3600kJ)功功5.量所消耗的蒸汽量量所消耗的蒸汽量6.及汽轮机出口干度。及汽轮机出口干度。TS314 5 6 2 0例题例题.与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力 P1=13.5MPa,初温度初温度t1=550C，乏，乏气压力为气压力为 0.004MPa当蒸汽在汽轮机中膨胀至当蒸汽在汽轮机中膨胀至MPa时，时，再加热到再加热到t1,形成一次热循环。求循环净功，形成一次热循环。求循环净功，加热量、热效率、加热量、热效率、汽耗率及汽轮机出口干度。汽耗率及汽轮机出口干度。6-1-5 回热循环回热循环 1.回热循环的目的回热循环的目的 减少冷源损失，提高给水温度
16、，减少冷源损失，提高给水温度，提高朗肯循环的吸热平均温度，提高朗肯循环的吸热平均温度，从而提高热效率。从而提高热效率。回热：回热：将在汽轮机中做了部分功的蒸汽从汽轮机中将在汽轮机中做了部分功的蒸汽从汽轮机中 抽出来，用以加热进入锅炉前的给水，这样不抽出来，用以加热进入锅炉前的给水，这样不 仅避免抽汽的冷源损失，锅炉的给水温度也同仅避免抽汽的冷源损失，锅炉的给水温度也同 时提高。时提高。p11T2Tsp2 2.回热装置系统图及回热装置系统图及T-s图图sT185109462730T-s 图图kgkg(1-)kg 3.抽汽量及热效率抽汽量及热效率（1）抽汽量抽汽量不考虑回热加热器中的散热损失，不考
17、虑回热加热器中的散热损失，kg抽汽放出的热量抽汽放出的热量=（1-）kg凝结水吸收的热量。凝结水吸收的热量。794kg1 kg(1-)kg)()1()(4997hhhh 热平衡方程：热平衡方程：4749hhhh 抽汽量抽汽量3739hhhh43hh（2）热效率）热效率sT185109462730T-s 图图kgkg(1-)kg 吸收热量：吸收热量：1011hhq 放出热量：放出热量：)()1(322hhq913212)()1(11hhhhqqt 热效率：热效率：工质在汽轮机中作功：工质在汽轮机中作功：)()1()(2171hhhhw 4.回热循环的分析：回热循环的分析：（1）回热循环热效率高于同参数朗肯循环热效率。）回热循环热效率高于同参数朗肯循环热效率。（2）采用回热后，每）采用回热后，每kg蒸汽在汽轮机中作功量减少。蒸汽在汽轮机中作功量减少。（3）最佳的抽汽压力：）最佳的抽汽压力：最有利的给水温度为锅炉压力下饱和温度最有利的给水温度为锅炉压力下饱和温度 的的 0.65-0.75 倍。倍。（4）回热循环的投资情况分析。）回热循环的投资情况分析。小型火力发电厂：回热级数小型火力发电厂：回热级数 1-3 级；级；大中型火力发电厂：回热级数大中型火力发电厂：回热级数 4-8 级。级。
