熱力學(xué)第六章

1、第六章第六章 熱力循環(huán)熱力循環(huán) 6 熱力循環(huán)熱力循環(huán) 本章基本要求本章基本要求 u熟練掌握水蒸氣熟練掌握水蒸氣朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)、 再熱循環(huán)再熱循環(huán)以及以及熱電循環(huán)熱電循環(huán)的組成、熱效率的組成、熱效率 計(jì)算及提高熱效率的方法和途徑計(jì)算及提高熱效率的方法和途徑; u掌握蒸氣壓縮制冷循環(huán)及其熱力分析；掌握蒸氣壓縮制冷循環(huán)及其熱力分析； u熟悉空氣壓縮制冷循環(huán)及其熱力分析；熟悉空氣壓縮制冷循環(huán)及其熱力分析； u了解制冷劑的性質(zhì)、其他相關(guān)制冷循環(huán)了解制冷劑的性質(zhì)、其他相關(guān)制冷循環(huán) 的原理及特點(diǎn)。的原理及特點(diǎn)。 本本 章章 重重 點(diǎn)點(diǎn) 1 1、熟悉朗、熟悉朗肯循環(huán)肯循環(huán)圖示圖示與與計(jì)算計(jì)

2、算 2、朗朗肯循環(huán)肯循環(huán)與與卡諾循環(huán)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 4、再熱再熱、回?zé)嵩砑坝?jì)算回?zé)嵩砑坝?jì)算 熱力循環(huán)的定義熱力循環(huán)的定義 使工質(zhì)經(jīng)歷一系列的狀態(tài)變化，又重新恢使工質(zhì)經(jīng)歷一系列的狀態(tài)變化，又重新恢 復(fù)到初始狀態(tài)的復(fù)到初始狀態(tài)的封閉過(guò)程封閉過(guò)程，叫做叫做熱力循環(huán)熱力循環(huán)，或或 簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)。循環(huán)。 特性特性：一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值一切狀態(tài)參數(shù)恢復(fù)原值，即d0 x 熱力循環(huán)的目的熱力循環(huán)的目的 為了使連續(xù)做功成為可能，必須在工質(zhì)為了使連續(xù)做功成為可能，必須在工質(zhì) 膨脹做功之后，再經(jīng)歷某種壓縮過(guò)程使它恢膨脹做功之后，再經(jīng)歷某種壓縮過(guò)程使它恢

3、 復(fù)到初始狀態(tài)，以便重新進(jìn)行膨脹做功的過(guò)復(fù)到初始狀態(tài)，以便重新進(jìn)行膨脹做功的過(guò) 程。這樣一來(lái)，工質(zhì)就可以周而復(fù)始連續(xù)不程。這樣一來(lái)，工質(zhì)就可以周而復(fù)始連續(xù)不 斷地把斷地把熱量熱量轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)楣Α?熱力循環(huán)：熱力循環(huán)：以獲得以獲得功功為目的。為目的。 熱力循環(huán)分類(lèi)熱力循環(huán)分類(lèi) 一、一、動(dòng)力循環(huán)動(dòng)力循環(huán) 熱能熱能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為機(jī)械能機(jī)械能的循環(huán)的循環(huán)(正向循環(huán)正向循環(huán)) l 輸出凈功；輸出凈功； l 在在p-v圖及圖及T-s圖上順時(shí)針進(jìn)行；圖上順時(shí)針進(jìn)行； l 膨脹線在壓縮線上方；吸熱線在放熱線上方；膨脹線在壓縮線上方；吸熱線在放熱線上方； QWQW 動(dòng)力循環(huán)動(dòng)力循環(huán)熱效率熱效率 熱機(jī)熱機(jī) 高溫?zé)?/p>

4、源高溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?Q1 Q2 W0 0 1 t W Q 收 益 代 價(jià) 為了表達(dá)循環(huán)對(duì)熱能利用的程為了表達(dá)循環(huán)對(duì)熱能利用的程 度，通常把轉(zhuǎn)變?yōu)槎龋ǔ０艳D(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)功循環(huán)功的熱量與的熱量與 工質(zhì)由高溫?zé)嵩次氲臒崃恐茸鞴べ|(zhì)由高溫?zé)嵩次氲臒崃恐茸?為衡量循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，稱(chēng)為為衡量循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)，稱(chēng)為熱熱 效率效率, ,以以 表示，即表示，即 t 122 11 11 QQQ QQ (thermalefficiency) 二、廣義熱泵循環(huán)二、廣義熱泵循環(huán) 機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為熱能熱能的循環(huán)的循環(huán)( (逆向循環(huán)逆向循環(huán)) ) 一般地講一般地講：1、輸入凈功；輸入凈功； 2、在狀

5、態(tài)參數(shù)圖逆時(shí)針運(yùn)行；在狀態(tài)參數(shù)圖逆時(shí)針運(yùn)行； 3、吸熱小于放熱。吸熱小于放熱。 A.A.制冷循環(huán)制冷循環(huán)維持低溫?zé)嵩吹木S持低溫?zé)嵩吹牡蜏氐蜏兀?二、廣義熱泵循環(huán)二、廣義熱泵循環(huán) 機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為熱能熱能的循環(huán)的循環(huán)( (逆向循環(huán)逆向循環(huán)) ) 根據(jù)逆向循環(huán)的目的不同，可分為：根據(jù)逆向循環(huán)的目的不同，可分為： (refrigerationcycle) T0 T2 R Q1 Q2 W0 22 c 0 002 2 1 1 QT T WTT T 1 c 可大于，小于，或等于 B.B.熱泵循環(huán)熱泵循環(huán)( (供暖循環(huán)供暖循環(huán)) )維持高溫?zé)嵩吹木S持高溫?zé)嵩吹母邷馗邷亍?二、廣義熱泵循環(huán)二、廣義熱泵

6、循環(huán) 機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為熱能熱能的循環(huán)的循環(huán)( (逆向循環(huán)逆向循環(huán)) ) (heat-pumpcycle) T1 T0 R Q1 Q2 W0 11 0 010 1 1 1 w QT T WTT T 1 w 三種熱力三種熱力循環(huán)關(guān)系循環(huán)關(guān)系 T0 T2 T1 制冷制冷 制熱制熱 T s T1 T2 動(dòng)力動(dòng)力 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 熱力循環(huán)其它分類(lèi)熱力循環(huán)其它分類(lèi) 1. 按工質(zhì)按工質(zhì) 氣體動(dòng)力循環(huán)氣體動(dòng)力循環(huán)：空氣為主的燃?xì)饪諝鉃橹鞯娜細(xì)?蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)：以以水蒸氣為主水蒸氣為主 如燃?xì)廨啓C(jī)等，按如燃?xì)廨啓C(jī)等，按理想氣體理想氣體處理處理 如蒸汽輪機(jī)等，如蒸汽輪機(jī)等，按按實(shí)際氣體實(shí)際氣體

7、處理處理 2.按燃料燃按燃料燃 燒方式分燒方式分 內(nèi)燃式內(nèi)燃式：燃料在內(nèi)部燃燒，燃?xì)饧垂べ|(zhì)，燃料在內(nèi)部燃燒，燃?xì)饧垂べ|(zhì)， 如內(nèi)燃機(jī)、如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)等。等。 外燃式外燃式：燃料在外部燃燒，燃燒放出的熱燃料在外部燃燒，燃燒放出的熱 量通過(guò)間壁傳給工質(zhì)。如汽輪機(jī)量通過(guò)間壁傳給工質(zhì)。如汽輪機(jī) 6 熱力循環(huán)熱力循環(huán) 6.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán) 蒸汽及蒸汽動(dòng)力裝置蒸汽及蒸汽動(dòng)力裝置(steampowerplant) 1 1）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，）蒸汽是歷史上最早廣泛使用的工質(zhì)，1919 世紀(jì)后期蒸汽動(dòng)力裝置的大量使用，促世紀(jì)后期蒸汽動(dòng)力裝置的大量使用，促 使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，促使

8、資本主義誕生。使生產(chǎn)力飛速發(fā)展，促使資本主義誕生。 2 2）目前世界約）目前世界約75%75%電力、國(guó)內(nèi)電力、國(guó)內(nèi)78%78%電力來(lái)自電力來(lái)自 火電廠火電廠，絕大部分來(lái)自，絕大部分來(lái)自蒸汽動(dòng)力蒸汽動(dòng)力。 3 3）蒸汽動(dòng)力裝置可利用各種燃料。）蒸汽動(dòng)力裝置可利用各種燃料。 4 4）蒸汽是無(wú)污染、價(jià)廉、易得的工質(zhì)。）蒸汽是無(wú)污染、價(jià)廉、易得的工質(zhì)。 蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán) u卡諾循環(huán)是相同條件下效率最高的循環(huán)?？ㄖZ循環(huán)是相同條件下效率最高的循環(huán)。 u若以若以氣體做工質(zhì)氣體做工質(zhì)，則：，則： 定溫吸熱定溫吸熱和和定溫放熱定溫放熱兩個(gè)過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)；兩個(gè)過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)； 定溫線與絕熱線斜率相差不大，故每

9、循環(huán)完成的功小。定溫線與絕熱線斜率相差不大，故每循環(huán)完成的功小。 蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán) u 蒸氣為工質(zhì)蒸氣為工質(zhì)可以克服上述兩個(gè)缺點(diǎn)，在濕蒸氣區(qū)，工可以克服上述兩個(gè)缺點(diǎn)，在濕蒸氣區(qū)，工 質(zhì)的質(zhì)的定壓過(guò)程定壓過(guò)程就是就是定溫過(guò)程定溫過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)。定。定 溫線與絕熱線斜率相差較大，每循環(huán)獲得的功較多。溫線與絕熱線斜率相差較大，每循環(huán)獲得的功較多。 但實(shí)際生產(chǎn)中并不采用蒸氣卡諾循環(huán)。原因：但實(shí)際生產(chǎn)中并不采用蒸氣卡諾循環(huán)。原因： 1.1. 因缺少壓縮因缺少壓縮水氣混合物水氣混合物( (兩相物質(zhì)兩相物質(zhì)) )的合適設(shè)備，故的合適設(shè)備，故絕絕 熱壓縮熱壓縮過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)；過(guò)程

10、難以實(shí)現(xiàn)； 2.2. 定熵膨脹定熵膨脹末期，蒸汽濕度較大，對(duì)汽輪機(jī)工作不利；末期，蒸汽濕度較大，對(duì)汽輪機(jī)工作不利； 3.3. 蒸氣比體積蒸氣比體積比水大上千倍，壓縮時(shí)設(shè)備龐大，耗功也比水大上千倍，壓縮時(shí)設(shè)備龐大，耗功也 大；大； 4.4. 蒸汽卡諾循環(huán)僅限于蒸汽卡諾循環(huán)僅限于濕蒸氣區(qū)濕蒸氣區(qū)，上限溫度受制于臨界，上限溫度受制于臨界 溫度，熱效率不高，每循環(huán)完成的功也不大。溫度，熱效率不高，每循環(huán)完成的功也不大。 蒸汽卡諾循環(huán)蒸汽卡諾循環(huán) 為克服蒸汽卡諾為克服蒸汽卡諾 循環(huán)的缺陷，工循環(huán)的缺陷，工 程實(shí)際中學(xué)常用程實(shí)際中學(xué)常用 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) 四個(gè)主要裝置：四個(gè)主要裝置： 鍋

11、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)朗肯循環(huán)(RankineCycle) u 朗肯循環(huán)系統(tǒng)工作原理朗肯循環(huán)系統(tǒng)工作原理 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 蒸汽過(guò)蒸汽過(guò) 熱器熱器 蒸汽電廠示意圖蒸汽電廠示意圖 二、蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化二、蒸汽動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化(理想化理想化) 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 B B T T C C P P 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 凝凝 汽汽 器器 S過(guò)熱器過(guò)熱器 1

12、2 3 4 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)(RankineCycle) 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán) p-v 和和T-s圖圖 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 4 32 1 T s 5 6 1 3 4 2 p v 5 6 過(guò)冷水過(guò)冷水飽和水飽和水 飽和水飽和水飽和汽飽和汽 飽和汽飽和汽過(guò)熱汽過(guò)熱汽 過(guò)熱汽膨脹做功過(guò)熱汽膨脹做功 乏汽凝結(jié)為水乏汽凝結(jié)為水 冷凝水升壓冷凝水升壓 泵入汽鍋泵入汽鍋 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)p-v 、T-s和和h-s圖圖 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 朗肯循環(huán)

13、朗肯循環(huán) T- -s 圖中各點(diǎn)狀態(tài)圖中各點(diǎn)狀態(tài) 4 32 1 T s 5 6 1 1 點(diǎn)點(diǎn)：主蒸汽主蒸汽( (汽輪機(jī)汽輪機(jī) 入口，入口，過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽) ) 2 2 點(diǎn)點(diǎn)：乏汽乏汽( (汽輪機(jī)汽輪機(jī) 出口，濕出口，濕飽和蒸汽飽和蒸汽) ) 3 3 點(diǎn)點(diǎn)：冷凝水冷凝水( (冷凝器冷凝器 出口，出口，飽和水飽和水) ) 4 4 點(diǎn)點(diǎn)：給水給水( (水泵出水泵出 口，口，未飽和水未飽和水) ) 朗肯循環(huán)與水蒸氣卡諾循環(huán)的區(qū)別朗肯循環(huán)與水蒸氣卡諾循環(huán)的區(qū)別 1.1.乏汽的凝結(jié)是完全的乏汽的凝結(jié)是完全的(23)(23)； 2.2.冷凝水由冷凝水由泵泵泵入鍋爐，簡(jiǎn)化了泵入鍋爐，簡(jiǎn)化了 設(shè)備，但增加了水的

14、定壓加熱設(shè)備，但增加了水的定壓加熱 過(guò)程過(guò)程(45)(45)，降低了平均吸熱，降低了平均吸熱 溫度，從而降低了溫度，從而降低了熱效率熱效率； 3.3.增加了增加了過(guò)熱器過(guò)熱器，蒸汽在過(guò)熱器，蒸汽在過(guò)熱器 中的吸熱過(guò)程中的吸熱過(guò)程(61)(61)也是定壓也是定壓 過(guò)程，提高了平均吸熱溫度，過(guò)程，提高了平均吸熱溫度， 從而提高了乏氣的從而提高了乏氣的干度干度x，提高，提高 了循環(huán)效率，也了循環(huán)效率，也改善了汽輪機(jī)改善了汽輪機(jī) 的工作條件的工作條件。 v 1 3 4 2 p 5 6 郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計(jì)算計(jì)算 2. 定熵膨脹定熵膨脹過(guò)程過(guò)程(12)中工質(zhì)中工質(zhì)(或汽輪機(jī)或汽輪機(jī))做功做

15、功： 12tT whh 1. 鍋爐中的鍋爐中的定壓吸熱定壓吸熱過(guò)程過(guò)程(4561)吸入的熱量：吸入的熱量： 114 qhh 查查h- -s圖圖 郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計(jì)算計(jì)算 4.4. 水泵水泵絕熱壓縮絕熱壓縮( (定熵定熵) )過(guò)程過(guò)程耗功耗功(34)： 3.3. 凝汽器中的凝汽器中的定壓過(guò)程定壓過(guò)程放熱量放熱量(23)： 322 hhq 43tp whh 4312 ()() tp wv ppv pp 又又水的壓縮過(guò)程水的壓縮過(guò)程可視為可視為定容壓縮定容壓縮過(guò)程，故過(guò)程，故 泵功泵功與與汽輪機(jī)功汽輪機(jī)功相比相比 很小，可忽略，即很小，可忽略，即 43 hh 其中其中v 為為3 3點(diǎn)

16、飽和水點(diǎn)飽和水 比容比容, ,查查附表附表1313或或1414 郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計(jì)算計(jì)算 0 t 1 w q 整個(gè)循環(huán)整個(gè)循環(huán)中工質(zhì)完成的中工質(zhì)完成的凈功凈功 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 0tTtp www 124312 hhhhhh 1212 1413 hhhh hhhh 郎肯循環(huán)熱效率的郎肯循環(huán)熱效率的計(jì)算計(jì)算 2 t 1 1 T T 其中其中 1 1 1 2 2 2 Q T S Q T S 用于比較用于比較 各循環(huán)的各循環(huán)的 熱效率時(shí)熱效率時(shí) 非常方便非常方便s T 1 T 2 T 23 4 對(duì)對(duì)任意可逆循環(huán)任意可逆循環(huán)，也可用，也可用平均吸熱溫度平均吸熱溫度和和平均放熱平均放

17、熱 溫度溫度表示循環(huán)的熱效率，即轉(zhuǎn)化為工作在表示循環(huán)的熱效率，即轉(zhuǎn)化為工作在 間的間的 卡諾循環(huán)熱效率卡諾循環(huán)熱效率 12 TT和 工程上常用工程上常用汽耗率汽耗率反映裝置反映裝置經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性或或設(shè)備尺寸設(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(3600kJ)功量所功量所 消耗的蒸汽量消耗的蒸汽量kg 012 36003600 kg/(kW h)d whh 汽耗率汽耗率(SteamRate)的概念的概念 0 w 的單位是的單位是kJ/kg，1kW=1kJ/s 0 36003600 1 3600 kgkgkgkg d kJkJ kWhkJw hh s h 汽耗率汽耗

18、率(SteamRate)的概念的概念 在在功率一定功率一定的條件下，的條件下，汽耗率汽耗率反應(yīng)了反應(yīng)了 循環(huán)中各循環(huán)中各設(shè)備尺寸的大小設(shè)備尺寸的大小。汽耗率大，各。汽耗率大，各 設(shè)備尺寸大，投資大，效率低。故汽耗率設(shè)備尺寸大，投資大，效率低。故汽耗率 是動(dòng)力裝置的是動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。之一。 例例1 1：知朗肯循環(huán)中，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初壓：知朗肯循環(huán)中，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初壓 p1 1=5MPa,=5MPa, 初溫初溫 t1 1=500=500，乏汽壓力，乏汽壓力 p2 2=5kPa=5kPa，不計(jì)水泵功耗。要，不計(jì)水泵功耗。要 求：求：將朗肯循環(huán)表示在將朗肯循環(huán)表示在T- -s圖上

19、，并求循環(huán)凈功、加熱圖上，并求循環(huán)凈功、加熱 量、循環(huán)熱效率及汽耗率。量、循環(huán)熱效率及汽耗率。 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 4 32 1 T s 5 6 解：解：朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)T- -s圖如圖示：圖如圖示： 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 汽輪機(jī)入口蒸汽為汽輪機(jī)入口蒸汽為過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽， 由由p1 1=5MPa,=5MPa,t1 1=500=500查查( (附表附表1515或或 h- -s圖圖) )得得 例例1 1：知朗肯循環(huán)中，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初壓：知朗肯循環(huán)中，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初壓 p1 1=5MPa,=5MPa, 初溫初溫 t1 1=500=500，乏汽壓力，

20、乏汽壓力 p2 2=5kPa=5kPa，不計(jì)水泵功耗。要，不計(jì)水泵功耗。要 求：求：將朗肯循環(huán)表示在將朗肯循環(huán)表示在T- -s圖上，并求循環(huán)凈功、加熱圖上，并求循環(huán)凈功、加熱 量、循環(huán)熱效率及汽耗率。量、循環(huán)熱效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 汽輪機(jī)出口蒸汽（乏汽）為汽輪機(jī)出口蒸汽（乏汽）為 濕飽和蒸汽濕飽和蒸汽，由，由 p2 2=5kPa =5kPa 確定確定 h2 2： 方法一：方法一：查查h- -s圖圖得得 2 21 2130hkJ kg ss 例例1 1：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)

21、初壓 p1 1=5MPa,=5MPa,初溫初溫 t1 1=500=500， 乏汽壓力乏汽壓力 p2 2=5kPa=5kPa，不計(jì)水泵功耗。要求：，不計(jì)水泵功耗。要求：將朗肯循環(huán)表示在將朗肯循環(huán)表示在T- - s圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 方法二：方法二： 2 : hhx hh ss x ss 濕蒸氣干度 對(duì)對(duì)2 2點(diǎn)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濕飽和蒸氣濕飽和蒸氣 由由p2 2=5kPa=5kPa查查( (附表附表1414) )，得，得 137

22、.77kJ/kg;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 3 3 0.0010052vvm kg 例例1 1：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓 p1 1=5MPa,=5MPa,初溫初溫 t1 1=500=500， 乏汽壓力乏汽壓力 p2 2=5kPa=5kPa，不計(jì)水泵功耗。要求：，不計(jì)水泵功耗。要求：將朗肯循環(huán)表示在將朗肯循環(huán)表示在T- - s圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 121 3432.2kJ/kg;6.9

23、735kJ/(kg.K)hss 2 6.97350.4763 0.8203 8.39650.4763 ss x ss 137.77kJ/kg;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 2 137.770.82032561.6 137.77 2126.0kJ kg hhx hh 例例1 1：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓 p1 1=5MPa,=5MPa,初溫初溫 t1 1=500=500， 乏汽壓力乏汽壓力 p2 2=5kPa=5kPa，不計(jì)水泵功耗。要求：，不計(jì)水泵功耗。要求：將朗肯循環(huán)表示在將朗肯循環(huán)表示在

24、T- - s圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。 4 32 1 T s 5 6 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 3 3點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是飽和水，飽和水， 由由p2 2=5kPa=5kPa查查( (附表附表1414) )，得，得 137.77kJ/kg;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 3 3 0.0010052vvm kg 3 137.72kJ/kgh h 3 0.4763kJ/(kg.K)s s 43 0.4763kJ/(kg.K)

25、ss 41 5MPapp 4 4點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是未飽和水，未飽和水， 43 137.72hhkJ kg 2 2126.0kJ kgh 例例1 1：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓：朗肯循環(huán)，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)初壓 p1 1=5MPa,=5MPa,初溫初溫 t1 1=500=500， 乏汽壓力乏汽壓力 p2 2=5kPa=5kPa，不計(jì)水泵功耗。要求：，不計(jì)水泵功耗。要求：將朗肯循環(huán)表示在將朗肯循環(huán)表示在T- - s圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。圖上，并求循環(huán)凈功、加熱量、循環(huán)熱效率及汽耗率。 11 3432.2kJ/kg;6.9735kJ/(kg.K)hs 137.77kJ/kg

26、;0.4763kJ/(kg.K) 2561.6kJ/kg;8.3965kJ/(kg.K) hs hs 3 3 0.0010052vvm kg 3 137.72kJ/kgh h 3 0.4763kJ/(kg.K)s s 43 0.4763kJ/(kg.K)ss 41 5MPapp 循環(huán)凈功為：循環(huán)凈功為： 43 137.72hhkJ kg 012 3432.22126.01306.2whhkJ kg 2 2126.0kJ kgh 加熱量為：加熱量為： 11413 3432.2 137.723294.48qhhhhkJ kg 放熱量為：放熱量為： 223 2126.0 137.721988.28q

27、hhkJ kg 0 t 1 1306.2 0.396 3294.48 w q 0 36003600 =2.76 kg/(kW h) 1306.2 d w p1 t1 p2 蒸汽參數(shù)對(duì)朗蒸汽參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 12 13 t hh hh 影響熱效率的參數(shù)？影響熱效率的參數(shù)？ 4 32 1 T s 5 6 汽輪機(jī)入口蒸汽輪機(jī)入口蒸 汽焓汽焓h1 1, ,取決取決 于于p1 1、T1 1 汽輪機(jī)出口乏汽汽輪機(jī)出口乏汽( (飽和水飽和水 蒸氣蒸氣) )焓焓h2 2，取決于，取決于p2 2 冷凝水冷凝水( (飽和水飽和水) ) 焓焓h3 3取決于取決于p2 2 s T 6 5

28、4 3 2 1 蒸汽初壓對(duì)蒸汽初壓對(duì)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 1 5 4 2 1. t1，p2不變，不變，p1 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： l ， l ，汽輪機(jī)出口尺汽輪機(jī)出口尺 寸小。寸小。 1 T t 2 v 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： l 對(duì)強(qiáng)度要求高，受溫對(duì)強(qiáng)度要求高，受溫 度度(材料耐熱性材料耐熱性)制約。制約。 l 不不利于汽輪機(jī)安利于汽輪機(jī)安 全。一般要求出口乏全。一般要求出口乏 汽干度大于汽干度大于0.90。 2 x 1 T 1 T 2 t 1 1 T T T 6 5 4 32 1 1 2 蒸汽初溫對(duì)蒸汽初溫對(duì)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： l , l ，有利于汽機(jī)

29、安全。有利于汽機(jī)安全。 1 T t 2 x s 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： l 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600600 左右左右 l 汽機(jī)出口尺寸大汽機(jī)出口尺寸大 2 v 2. p1，p2不變，不變，t1 T1 1 T T1 1 T s T 6 5 4 3 2 1 2 乏汽壓力乏汽壓力對(duì)對(duì)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)熱效率的影響熱效率的影響 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 2 T t 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 排氣壓力的降低受環(huán)排氣壓力的降低受環(huán) 境溫度限制，不能任意降境溫度限制，不能任意降 低?，F(xiàn)大型機(jī)組低?，F(xiàn)大型機(jī)組p2為為 0.0030.005MPa，相應(yīng)的，相應(yīng)的 飽和溫度約為飽和溫度約為2433

30、， 已接近事實(shí)上可能達(dá)到的已接近事實(shí)上可能達(dá)到的 最低限度。冬天熱效率高最低限度。冬天熱效率高 p1,t1不變，不變，p2 4 3 蒸汽參數(shù)的影響歸納如下蒸汽參數(shù)的影響歸納如下: : (1)(1)提高蒸汽初參數(shù)提高蒸汽初參數(shù) p p1 1，t t1 1, ,可以提高循環(huán)熱效率（蒸可以提高循環(huán)熱效率（蒸 汽溫度提高汽溫度提高5050，循環(huán)效率提高，循環(huán)效率提高2 2個(gè)百分點(diǎn)）個(gè)百分點(diǎn)）, ,現(xiàn)代現(xiàn)代 蒸汽動(dòng)力循環(huán)朝著高參數(shù)方向發(fā)展。我國(guó)目前采用蒸汽動(dòng)力循環(huán)朝著高參數(shù)方向發(fā)展。我國(guó)目前采用 的的亞臨界亞臨界機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表11.111.1。 低參數(shù)低參數(shù)中參數(shù)中參數(shù)高參數(shù)高參數(shù)超高參數(shù)超高

31、參數(shù)亞臨界參數(shù)亞臨界參數(shù) 初壓初壓/MPa 初溫初溫/ 發(fā)電功率發(fā)電功率/MW 13.516.5 340435535550,535550,535 1.5362550100125,200200,300,600 亞臨界及以下參數(shù)的機(jī)組亞臨界及以下參數(shù)的機(jī)組( (汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)) ) 超臨界參數(shù)機(jī)組(鍋爐出口參數(shù)) 機(jī)組類(lèi)型 蒸汽壓 力MPa 蒸汽溫度 電廠效率 % 供電煤耗 g/kWh 亞臨界機(jī)組17.0540/54038324 超臨界機(jī)組25.5567/56741300 高溫超臨界25.0600/60044278 超超臨界機(jī)組30.0600/600/6004825

32、6 高溫超超臨界30.070057215 我國(guó)超臨界機(jī)組的參數(shù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)系列。我國(guó)超臨界機(jī)組的參數(shù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)系列。 部分超臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例部分超臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例 電廠電廠 項(xiàng)目項(xiàng)目蒸汽參數(shù)蒸汽參數(shù)機(jī)組效率機(jī)組效率 ,%投運(yùn)年份投運(yùn)年份 丹麥丹麥 Vesk 電廠電廠 407MW25.1MPa,560 /560 45. 31992 法國(guó)法國(guó) STAUD INGE 廠廠 550MW25MPa,540/560 42.51992 德國(guó)德國(guó) ROSTOCK電廠電廠 559MW25MPa,540/560 42.51994 韓國(guó)韓國(guó) 500MW24MPa,538/538 41 石洞口二廠石洞口二廠60

33、0MW24.2MPa,538 /566 41.091992 日本松蒲電廠日本松蒲電廠1000 MW 25.2MPa,598 /596 441997 丹麥丹麥 Nordjylland 電廠電廠 410MW28.5MPa,580 /580 /580 471998 西門(mén)子設(shè)計(jì)西門(mén)子設(shè)計(jì)400-1000MW27.5MPa,589 /600 451999 歐洲歐洲 Future 33.5MPa,610 /630 502005 歐洲歐洲 Future 40.0MPa,700 /720 52-552015 平圩電廠平圩電廠 600MW(亞臨界亞臨界)17MPa,537/537 36.91989 (2)(2)

34、降低乏氣壓力可以提高循環(huán)熱效率降低乏氣壓力可以提高循環(huán)熱效率( (乏氣壓力乏氣壓力 每降低每降低2kPa,2kPa,循環(huán)效率提高循環(huán)效率提高1 1個(gè)百分點(diǎn)個(gè)百分點(diǎn)) )。但乏。但乏 氣壓力受環(huán)境溫度限制。目前火力發(fā)電廠一般氣壓力受環(huán)境溫度限制。目前火力發(fā)電廠一般 在在0.004MPa0.006MPa0.004MPa0.006MPa的乏氣壓力下運(yùn)行。的乏氣壓力下運(yùn)行。 實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析 s T 5 32 2 4 1 1 1 4 非理想因素：非理想因素： 給水泵不可逆給水泵不可逆(34) 汽機(jī)不可逆汽機(jī)不可逆(12) 汽機(jī)汽門(mén)節(jié)流汽機(jī)汽門(mén)節(jié)流(11) 蒸汽管道摩擦降蒸汽管道

35、摩擦降 壓，散熱壓，散熱(11) 提高循環(huán)熱效率的途徑提高循環(huán)熱效率的途徑 改變循環(huán)參數(shù)改變循環(huán)參數(shù) 提高初溫度提高初溫度 提高初壓力提高初壓力 降低乏汽壓力降低乏汽壓力 改變循環(huán)形式改變循環(huán)形式 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 再熱循環(huán)再熱循環(huán) 聯(lián)合循環(huán)聯(lián)合循環(huán) 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn) 燃?xì)馊細(xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán) 新型動(dòng)力循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán) IGCC PFBC-CC . Reheat Regenerative Cogeneration 蒸汽回?zé)嵫h(huán)蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative) 3 2 T s 吸熱過(guò)程的三個(gè)階段吸熱過(guò)程的三個(gè)階段 4 預(yù)熱階段預(yù)熱階段 5 汽化階段汽化階段 1 過(guò)熱階段過(guò)熱階段

36、 溫度最低溫度最低 3(4) 2 T s 1 q 01 01 回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) 利用汽輪機(jī)抽汽加熱給水，消除朗肯循環(huán)中水在較低利用汽輪機(jī)抽汽加熱給水，消除朗肯循環(huán)中水在較低 溫度下吸熱的不利影響，以提高熱效率。溫度下吸熱的不利影響，以提高熱效率。 回?zé)嵫h(huán)的組成回?zé)嵫h(huán)的組成: 回?zé)嵫h(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)：回?zé)嵫h(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)： 1）可減少鍋爐受熱面，節(jié)省金屬材料；）可減少鍋爐受熱面，節(jié)省金屬材料； 2）汽耗率增大，使汽輪機(jī)高壓端的蒸汽流量增）汽耗率增大，使汽輪機(jī)高壓端的蒸汽流量增 大，而低壓端因抽汽使流量減小，這樣有利于解決大，而低壓端因抽汽使流量減小，這樣有利于解決 汽輪機(jī)通流部分的設(shè)計(jì)難題，提高單

37、機(jī)效率；汽輪機(jī)通流部分的設(shè)計(jì)難題，提高單機(jī)效率； 3）進(jìn)入冷凝器的乏汽量減小，可減少冷凝器的）進(jìn)入冷凝器的乏汽量減小，可減少冷凝器的 換熱面積，節(jié)省銅材。換熱面積，節(jié)省銅材。 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán) (1- )kg kg 6 5 7 s 4 32 1 1kg T 1 2 3 6 1kg 7 4 5 kg (1-)kg 7 kg 4 (1- )kg 5 1kg 由于由于T-s圖上各點(diǎn)質(zhì)圖上各點(diǎn)質(zhì) 量不同，面積不再量不同，面積不再 直接代表熱和功直接代表熱和功 抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的抽汽量回?zé)嵫h(huán)的抽汽量計(jì)算計(jì)算 (1- )kg kg 6 5 7 s 4 32 1 1kg T 7 kg 4

38、(1- )kg 5 1kg 以混合式回?zé)崞鳛槔曰旌鲜交責(zé)崞鳛槔?熱一律熱一律 745 11hhh 54 74 hh hh 抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的回?zé)嵫h(huán)熱效率的計(jì)算計(jì)算 (1- )kg kg 6 5 7 s 4 32 1 1kg T 吸熱量：吸熱量： 115 qhh 017 72 1 tp whh hhw 凈功：凈功： 熱效率：熱效率： 0 t 1 w q 為什么抽汽為什么抽汽回?zé)釤嵝侍岣?？回?zé)釤嵝侍岣撸?(1- )kg kg 6 5 7 s 4 32 1 1kg T 23 t 1317 1 1 hh hhhh 若忽略泵功若忽略泵功 22 t 12 1 hh hh 簡(jiǎn)單朗肯循環(huán)：簡(jiǎn)單朗

39、肯循環(huán)： 1a 0 1 hh tt 物理意義物理意義： kgkg工質(zhì)工質(zhì)100%利用利用 1- 1- kg kg工質(zhì)效率未變工質(zhì)效率未變 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn) 小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為13級(jí)級(jí) 中大型火力發(fā)電廠一般為中大型火力發(fā)電廠一般為48級(jí)。級(jí)。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) l 提高熱效率提高熱效率 l 減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)葉片變短減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)葉片變短 l 減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面 l 可兼作除氧器可兼作除氧器 缺點(diǎn)缺點(diǎn) l 循環(huán)比功減小，汽耗率增加循環(huán)比功減小，汽耗率增加 l 增加設(shè)備復(fù)雜性增加

40、設(shè)備復(fù)雜性 l 回?zé)崞魍顿Y回?zé)崞魍顿Y 缺點(diǎn)缺點(diǎn) T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽蒸汽再熱循環(huán)再熱循環(huán)(reheat) 1 2 3 4 再 熱 b a T s 6 5 4 3 1 b a 2 蒸汽再熱循環(huán)的蒸汽再熱循環(huán)的熱效率熱效率 再熱循環(huán)本身再熱循環(huán)本身不一不一 定定提高循環(huán)熱效率提高循環(huán)熱效率 與再熱壓力有關(guān)與再熱壓力有關(guān) x2降低降低,給提高初給提高初 壓創(chuàng)造了條件，選壓創(chuàng)造了條件，選 取再熱壓力合適，取再熱壓力合適， 一般采用一般采用一次再熱一次再熱 可使熱效率提高可使熱效率提高2 2 3.53.5。 蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐 再熱壓力再熱壓力pb=pa 0.2

41、0.3p1 p113.5MPa，一次，一次再熱再熱 超臨界機(jī)組，超臨界機(jī)組，t1600，p125MPa， 二次二次再熱再熱 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1 2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機(jī) 過(guò)熱器 鍋爐 用發(fā)電廠作了功用發(fā)電廠作了功 的蒸汽的余熱來(lái)的蒸汽的余熱來(lái) 滿足熱用戶的需滿足熱用戶的需 要，這種作法稱(chēng)要，這種作法稱(chēng) 為為熱電聯(lián)熱電聯(lián)( (產(chǎn)產(chǎn)) )供供。 背壓式機(jī)組背壓式機(jī)組( (背壓背壓0.1MPa) ) 熱用戶為什么要熱用戶為什么要 用換熱器而不直用換熱器而不直 接用熱力循環(huán)的接用熱力循環(huán)的 水？水？ Cogeneration 背壓式背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1

42、2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機(jī) 過(guò)熱器 鍋爐 背壓式背壓式缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 熱電互相影響熱電互相影響 供熱參數(shù)單一供熱參數(shù)單一 抽汽調(diào)節(jié)式抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 過(guò)熱器汽輪機(jī) 發(fā)電機(jī) 鍋爐 冷卻水 冷凝器 加熱器水泵 1水泵 2 調(diào)節(jié)閥 抽汽式熱電聯(lián)抽汽式熱電聯(lián) 供循環(huán)供循環(huán), , 可以自動(dòng)可以自動(dòng) 調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比 例，以滿足不同用例，以滿足不同用 戶的需要。戶的需要。 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 0 1 qw K q 供熱 已被利用的能量 工質(zhì)從熱源得到的能量 0 t 1 w q 只采用熱效率只采用熱效率 顯然不夠全面顯然不夠全面 能量利用系數(shù)能量利用系數(shù)，但未考慮熱和電的品位不同，但未考慮熱和電的品位不同 Ex經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià) 熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保 Utilizationfactor 1、熟悉熟悉郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)圖示圖示與與計(jì)算計(jì)算 2、郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)與與