8Chapter8动力循环.ppt

单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,*,Chapter 8,动力循环,概述,一、循环的种类与目的,(,一,),正循环,(,又称热机循环、顺时针循环,),正循环是指借助于工质将高温热源的部分热能，连续不断地转变为机械能的循环。如：,1.,蒸汽轮机循环,;,2.,燃气动力循环,(,气体动力循环,),(1),燃气轮机循环,;,(2),内燃机循环,:,柴油机,(Diesel,狄塞尔,),循环,;,汽油机循环,(Otto Cycle);,混合循环,正循环在状态参数坐标图上是一条沿顺时针方向进行的封闭曲线。,(,二,),逆循环,(,又称制冷循环、逆时针循环,),借助外界提供的能量而将低温物体的热能移至高温物体的循环称逆循环。,逆循环按其目的的不同,又可分为制冷循环和热泵循环两大类。逆循环在状态参数坐标图上是一条沿逆时针方向进行的封闭曲线。,1,*,Chapter 8,动力循环,概述,二、目前人类获得电能、机械能的主要途径,如：水力能、风能、潮汐能、太阳能、地热能、燃料的化学能、核能,三、燃料的化学能转化为电能的一般途径,2,*,Chapter8,动力循环,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,一、,Rankine,循环装置的基本构成,二、理想,Rankine,循环过程在,T,-,s,图的表示及与卡诺循环的区别,3,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,三、简单,Rankine,循环过程中各状态点的,h,、,s,的处理,(,一,),蒸汽过热器出口或透平入口,(,点,4),由,p,1,、,t,4,h,4,、,s,4,(,二,),透平出口或冷凝器入口,(5,7,7,),1.,理想,Rankine,循环,(1),乏汽为过热蒸汽时,(,5,),由,p,2,s,5,=,s,4,h,5,(2),乏汽为湿蒸汽时,(5),由,p,2,h,g,(,h,7,),h,l,(,h,6,),s,g,(,s,7,),s,l,(,s,6,),s,5,=,s,4,x,5,=(,s,4,s,6,)/(,s,7,s,6,),h,5,=,h,7,x,5,+,h,6,(1,x,5,),2.,实际,Rankine,循环,(7,或,7,),(1),乏汽为过热蒸汽时,(7,),若已知,T,7,、,p,2,h,7,思考,:,(1),点,5,、,7,为什么不采用,T,5,、,T,7,而要用,s,5,、,x,7,?,(2),点,5,、,7,既可用,s,5,、,s,7,或,T,5,、,T,7,?,已知等熵效率也称内效率,s,由,4,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,三、简单,Rankine,循环过程中各状态点的,h,、,s,的处理,(2),乏汽为湿蒸汽时,(,7,),若已知,x,7,、,p,2,h,7,、,h,6,h,7,=,h,7,x,7,+,h,6,(1,x,7,),(,三,),冷凝器出口或泵入口,(6),一般为饱和水,其值即,p,2,下的,h,l,(,h,6,),(,四,),泵出口或锅炉入口,(1),由,w,p,=,h,1,h,6,=,v,6,(,p,1,p,2,),p,kPa,已知等熵效率也称内效率,s,由,思考,:,x,7,如何测量,?,5,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,四、简单,Rankine,循环的热力计算,以,1kg,蒸汽为计算基准,(,一,),透平作功,(45,4,7,4,7,),w,s(R,),=,h,5,h,4,(kJ/kg)(45,),w,s(ac,),=,h,7,h,4,(kJ/kg)(4,7,),w,s(ac,),=,h,7,h,4,(kJ/kg)(4,7,),(,二,),冷凝器负荷,(56,7,6,7,6,),q,0,=,h,6,h,5,、,q,0,=,h,6,h,7,、,q,0,=,h,6,h,7,kJ/kg,(,三,),泵耗功,(61),w,p,=,h,1,h,6,=,v,6,(,p,1,p,2,)kJ/kg,(,四,),工质在锅炉与过热器中的吸热量,(14),q,h,=,h,4,h,1,kJ/kg,(,五,),循环净功,w,N,=,w,si,=,q,i,kJ/kg,6,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,四、简单,Rankine,循环的热力计算,(,六,),循环热效率,1.,定义,工质从锅炉所吸收的热量中转化为功的分率,2.,计算式,=,w,N,/,q,h,w,s,/,q,h,（,8-1a,）,(,七,),循环汽耗率（,Specific Steam Consumption,）,1.,定义,输出,1kW,h,的净功所消耗的蒸汽量,2.,计算式,S,SC,=,3600/(,w,N,),3600/(,w,s,)kg/(kW,h),（,8-2a,）,S,SC,=m,/,N,kg/(kW,h),（,8-2b,）,m,蒸汽循环量,kg/h;,N,循环输出净功率,kW,说明：,w,N,m,/3600=,N,3600/(,w,N,)=,m,/,N,(,八,),循环热耗率（,q,）,1.,定义,输出,1kW,h,的净功所吸收（消耗）的热量,2.,计算式,q,=,S,SC,q,h,kJ/(kW,h),7,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,例题,8-1(,P113115),某一凝汽式蒸汽轮机按朗肯循环工作,锅炉压力为,4MPa,冷凝器工作压力为,5kPa,。,进入透平机的是饱和蒸汽,;,进入透平机的是,773K,的过热蒸汽。试求上述两种情况下理想朗肯循环的热效率、汽耗率和热耗率,并比较计算结果。,解：体系,循环工质即水蒸汽，基准,1kg,蒸汽,(,一,),作出过程示意,T,-,s,图,由水蒸汽表查出图中对应各点的,h,、,s,值列表如下：,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(0.4761),/,3,2801,6.070,1,4,3445,7.087,/,5,2561,8.393,1,6,?,(7.087),?,7,?,(6.070),?,8,137.83,0.4761,0,v,8,=0.0010053m,3,/kg,8,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,1,点的焓,h,1,的计算,:,w,P,=,h,1,h,8,=,v,8,(,p,1,p,2,),h,1,=,v,8,(,p,1,p,2,)+,h,8,=0.0010053(,4000,5,)+137.83=141.85 kJ/kg,7,点干度,x,7,的计算,:,s,7,=,s,3,=,s,5,x,7,+,s,8,(1,x,7,),x,7,=(,s,3,s,8,)/(,s,5,s,8,)=(6.070,0.4761)/(8.393,0.4761)=0.7066,7,点焓,h,7,的计算,:,h,7,=,h,5,x,7,+,h,8,(1,x,7,)=2561,0.7066+137.83(1,0.7066)=1850.0kJ/kg,6,点干度,x,6,的计算,:,s,6,=,s,4,=,s,5,x,6,+,s,8,(1,x,6,),x,6,=(,s,4,s,8,)/(,s,5,s,8,)=(7.087,0.4761)/(8.393,0.4761)=0.8350,6,点焓,h,6,的计算,:,h,6,=,h,5,x,6,+,h,8,(1,x,6,)=2561,0.8350+137.83(1,0.8350)=2161.3kJ/kg,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(0.4761),/,3,2801,6.070,1,4,3445,7.087,/,5,2561,8.393,1,6,?,(7.087),?,7,?,(6.070),?,8,137.83,0.4761,0,v,8,=0.0010053m,3,/kg,9,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,(,二,),计算,1,进入透平的是饱和蒸汽时,(1),工质吸热量,q,h,:,q,h,=,h,3,h,1,=2801,141.85=2659.2 (kJ/kg),(2),汽轮机作出的功,:,W,s(R,),=,h,7,h,3,=1850.0,2801=,951(kJ/kg),(3),泵功,:,w,P,=,h,1,h,4,=141.85,137.83=4.0(kJ/kg),(4),循环热效率,:,=,w,N,/,q,h,=(951,4.0)/2659.2=35.61%,(5),汽耗率,:,S,SC,=3600/(,w,N,)=3600/947=3.80 kg/(kW,h),(6),热耗率,:,q,=,S,SC,q,h,=3.80,2659.2=10105.0 kJ/(,kW,h,),点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(141.85),(0.4761),/,3,2801,6.070,1,4,3445,7.087,/,5,2561,8.393,1,6,?,(2161.3),(7.087),0.8350,7,?,(1850.0),(6.070),0.7066,8,137.83,0.4761,0,v,8,=0.0010053m,3,/kg,10,8.1,蒸汽动力基本循环,朗肯循环,(,二,),计算,2,进入透平的是过热蒸汽时,(1),工质吸热量,q,h,:,q,h,=,h,4,h,1,=3445,141.85=3303.2 (kJ/kg),(2),汽轮机作出的功,:,W,s(R,),=,h,6,h,4,=2161.3,3445=,1283.7,(kJ/kg),(3),泵功,:,w,P,=,h,1,h,4,=141.85,137.83=4.0(kJ/kg),(4),循环热效率,:,=,w,N,/,q,h,=(1283.7,4.0)/3303.2=38.74%,(5),汽耗率,:,S,SC,=3600/(,w,N,)=3600/1279.7=2.81 kg/(kW,h),(6),热耗率,:,q,=,S,SC,q,h,=2.81,3303.2=9282.0 kJ/(,kW,h,),结论,:,过热蒸汽优于饱和蒸汽,!,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(141.85),(0.4761),/,3,2801,6.070,1,4,3445,7.087,/,5,2561,8.393,1,6,?,(2161.3),(7.087),0.8350,7,?,(1850.0),(6.070),0.7066,8,137.83,0.4761,0,v,8,=0.0010053m,3,/kg,11,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,一,、,提高蒸汽的初参数即温度和压力,1.,原理,:,缩小工质与燃气之间的传热温差即缩小了传热推动力,2.,限制,:,锅炉材质,目前蒸汽最高温度很少超过,600,，压力提高会使乏汽干度下降，故压力一般不单独提高，通常乏汽干度,88%,3.,分析举例,12,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,一、提高蒸汽的初参数即温度和压力,二、提高冷却、冷凝器效率及尽可能降低冷却水的温度,1.,目的,:,尽可能降低乏汽压力,2.,原理,（,1,）提高冷凝器效率可缩小工质与冷却水之间的传热温差即缩小了传热推动力；,（,2,）降低冷却水的温度可在传热推动力不变的情况下降低乏汽压力,2.,限制,（,1,）冷凝器效率提高受冷凝器传热面积的限制即冷凝器投资的限制；,（,2,）冷却水的温度的降低主要受季节和地理位置的限制,三、利用其它低温余热预热锅炉给水即提高锅炉进口的水温,原理：缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差,13,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,四、采用回热循环,1.,原理,:,缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差,2.,种类,:,（,1,）开式回热循环；,如：,P121,，,图,8-9,思考题,:,抽出的加热蒸汽,y,kg,受什么因素限制,?,过大会带大什么影响,?,14,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,四、采用回热循环,2.,种类,:,（,2,）闭式回热循环,锅炉；,蒸汽过热器；,蒸汽轮机；,冷凝器；,闭式预热器；,水泵；,目前,低压机组多采用,35,级回热抽汽,高压机组多采用,79,级回热抽汽,15,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,五、采用再热循环,1.,原理,:,缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差,2.,循环过程示意图,3.,循环热效率,再热压力一般选,2030%,p,1,效率提高,2.54.5%;,当,p,1,10MPa,时,一般不采用中间再热,;,当,p,1,在,13MPa,p,c,(22.05MPa),时,一般采用一级中间再热,;,当,p,1,p,c,时,才采用两级再热。,16,五、采用再热循环,例,8-3,某蒸汽动力装置,锅炉,p,1,=,10,4,kPa,凝汽器,p,2,=,4,kPa,。,773K,过热蒸汽入高压透平等熵膨胀到刚好为饱和状态,此饱和蒸汽由再热器加热到,773K,后进入低压透平等熵膨胀到冷凝压力,假设水泵加压也为等熵过程。,(,1,),如,10,4,kPa,、,773K,的过热蒸汽按理想朗肯循环工作,一次膨胀到冷凝压力,;(,2,),如题中所给的条件以再热循环工作。试求两种情况下的热效率、排汽的干度和汽耗率。,解：以工质水为热力系，,1kg,蒸汽为计算基准,由题意作出循环过程的,T-s,图如图,8-8,所示,由题给条件查附录一水蒸汽表得图中所需各点的焓、熵值，列于表,8-2,表,8-2,T-s,图对应状态点的参数,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(0.4225),/,4,3372,6.595,/,4,?,（,6.595,）,1,5,?,（,6.595,）,?,6,121.42,0.4225,0,7,2554,8.473,1,10,3479.3,7.774,/,10,?,(7.774),?,v,6,=0.0010041m,3,/kg,17,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,五、采用再热循环,例,8-3,点,1,的焓,h,1,的计算,w,p,=,h,6,1,=,h,1,h,6,=,v,6,(,p,1,p,2,),10,3,h,1,=,h,6,+,v,6,(,p,1,p,2,),10,3,=121.42+0.0010041(10,4,4)=131.46 kJ/kg,（,1,）一次膨胀至冷凝压力,s,5,=,s,4,=,x,5,s,7,+(1,x,5,),s,6,6.595,8.473,x,5,+0.4225(1,x,5,),x,5,=0.7668,h,5,=,x,5,h,7,+(1,x,5,),h,6,=25540.7668+121.42(1,0.7668)=1986.8 kJ/kg,w,N,=(,h,5,h,4,)+(,h,1,h,6,)=(1986.8,3372)+(131.46,121.42)=,1375.1 kJ/kg,q,h,=,h,4,h,1,=3372,131.46=3240.5 kJ/kg,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(0.4225),/,4,3372,6.595,/,4,?,（,6.595,）,1,5,?,（,6.595,）,?,6,121.42,0.4225,0,7,2554,8.473,1,10,3479.3,7.774,/,10,?,(7.774),?,v,6,=0.0010041m,3,/kg,18,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,五、采用再热循环,例,8-3,（,2,）采用再热循环,因,4,点的蒸汽为饱和蒸汽,根据,s,4,=,s,4,=6.596kJ/(kg,K),查得对应的,h,4,=2777 kJ/kg,压力,p,中,=975kPa.,。然后由,p,中,=975kPa.,、,T,=773K,查得,10,点的焓,h,10,=3479.3 kJ/kg,、,s,10,=7.774kJ/(kg,K),s,10,=,s,10,=,x,10,s,7,+(1,x,10,),s,6,7.774,8.473,x,10,+0.4225(1,x,10,),x,10,=0.9132,h,10,=,x,10,h,7,+(1,x,10,),h,6,=25540.9132+121.42(1,0.9132)=2342.8 kJ/kg,w,N,=,w,s,1,+,w,s,2,+,w,p,=(,h,4,h,4,)+(,h,10,h,10,)+(,h,1,h,6,)=,=,1721.5 kJ/kg,q,Rh,=,h,10,h,4,=3479.3,2777=702.3 kJ/kg,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(,131.46,),(0.4225),/,4,3372,6.595,/,4,?,（,6.595,）,1,5,?,(,1986.8,),（,6.595,）,?,6,121.42,0.4225,0,7,2554,8.473,1,10,3479.3,7.774,/,10,?,(7.774),?,v,6,=0.0010041m,3,/kg,19,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,五、采用再热循环,例,8-3,上述结果比较如下：,（,1,）一次膨胀至冷凝压力,I,=42.44,；,x,=0.7668,；,S,sc,=2.62kg/,（,kW,h,）,（,2,）有再热循环,I,=43.66,；,x,=0.9132,；,S,sc,=2.09kg/,（,kW,h,）,由上述对比数据可知,采用再热循环后不仅热效率有所提高,更为显著的是排汽干度增大,汽耗率下降,因而现在的蒸汽动力循环都采用再热循环。,点,h,kJ/kg,s,kJ/(kg,K,),x,1,?,(,131.46,),(0.4225),/,4,3372,6.595,/,4,?,(,2777,),（,6.595,）,1,5,?,(,1986.8,),（,6.595,）,?,6,121.42,0.4225,0,7,2554,8.473,1,10,3479.3,7.774,/,10,?,(,2342.8,),(7.774),?,v,6,=0.0010041m,3,/kg,20,8.2,提高,Rankine,循环热效率的措施,六、热电联合循环,原理,:,通过提高乏汽的压力有效利用乏汽的冷凝热,21,8.3,燃气动力循环,一、内燃机循环,(,一,),定容加热循环,(,奥托循环,)Otto,于,1876,年发明,(,二,),定压加热循环,(,狄塞尔循环,)Diesel,发明,(,三,),混合加热循环,22,8.3,燃气动力循环,二、燃气轮机循环,(,一,),燃气轮机循环的基本构成,(,二,),燃气轮机循环的,p,-,v,图,(,三,),燃气轮机循环的主要用途,用于机车、飞机、舰船上，以及作为固定动力厂的备用装置。,23,