工程热力学蒸汽动力循环课件

第七章第七章 蒸汽动力循环蒸汽动力循环第一篇第一篇 工程热力学工程热力学107 蒸汽动力循环-SCH第七章 蒸汽动力循环第一篇 工程热力学107 蒸汽动力循本章主要内容本章主要内容n朗肯循环朗肯循环n再热循环再热循环n回热循环回热循环n热电合供循环热电合供循环F目的与要求目的与要求:掌握各种循环的掌握各种循环的意义、构成意义、构成、热经济性热经济性(热效率等热效率等)计算计算及影响因素及影响因素，提高循环热效率的提高循环热效率的措施措施等内容。等内容。2本章主要内容朗肯循环目的与要求:2卡诺循环的工程指导意义卡诺循环的工程指导意义从理论上确定了通过热机循环从理论上确定了通过热机循环从理论上确定了通过热机循环从理论上确定了通过热机循环实现热能转变为机械能的条件实现热能转变为机械能的条件实现热能转变为机械能的条件实现热能转变为机械能的条件及及及及给定温度范围内循环热效率给定温度范围内循环热效率给定温度范围内循环热效率给定温度范围内循环热效率的最高极限值的最高极限值的最高极限值的最高极限值，并指出了提高，并指出了提高，并指出了提高，并指出了提高热机效率的方向和途径，为度热机效率的方向和途径，为度热机效率的方向和途径，为度热机效率的方向和途径，为度量实际热机循环的热力学完善量实际热机循环的热力学完善量实际热机循环的热力学完善量实际热机循环的热力学完善程度提供了标准。程度提供了标准。程度提供了标准。程度提供了标准。对于任意复杂循环，可利用相对于任意复杂循环，可利用相对于任意复杂循环，可利用相对于任意复杂循环，可利用相应的应的应的应的等效卡诺循环等效卡诺循环等效卡诺循环等效卡诺循环（即平均温（即平均温（即平均温（即平均温度法）来分析其热经济性。度法）来分析其热经济性。度法）来分析其热经济性。度法）来分析其热经济性。3卡诺循环的工程指导意义从理论上确定了通过热机循环实现热能转变任意循环任意循环t 的分析方法的分析方法平均温度法平均温度法对于实际的热机循环，在可能的条件下，尽对于实际的热机循环，在可能的条件下，尽对于实际的热机循环，在可能的条件下，尽对于实际的热机循环，在可能的条件下，尽量量量量提高工质的平均吸热温度、降低工质的平提高工质的平均吸热温度、降低工质的平提高工质的平均吸热温度、降低工质的平提高工质的平均吸热温度、降低工质的平均放热温度均放热温度均放热温度均放热温度，是提高循环热效率的根本途径。，是提高循环热效率的根本途径。，是提高循环热效率的根本途径。，是提高循环热效率的根本途径。n 任意循环任意循环abcdabcd的的等效等效卡诺循环卡诺循环为为ABCDABCD：循环：循环热效率应相等。热效率应相等。T Ts sTm1Tm2a ab bc cd dA AB BD DC Cs s1 1s s2 24任意循环t 的分析方法平均温度法对于实际的热机循环，在 以水蒸气为工质的卡诺循环能否实现呢以水蒸气为工质的卡诺循环能否实现呢以水蒸气为工质的卡诺循环能否实现呢以水蒸气为工质的卡诺循环能否实现呢？F此循环缺点：此循环缺点：（1 1 1 1）加热温度）加热温度）加热温度）加热温度T T T T1 1 1 1受临界温度（受临界温度（受临界温度（受临界温度（374374374374）限制，不能太高。）限制，不能太高。）限制，不能太高。）限制，不能太高。（2 2 2 2）放热温度）放热温度）放热温度）放热温度T T T T2 2 2 2受环境温度及汽轮机排汽干度（受环境温度及汽轮机排汽干度（受环境温度及汽轮机排汽干度（受环境温度及汽轮机排汽干度（x x x x2 2 2 20.85-0.85-0.85-0.85-0.880.880.880.88）的限制，不能太低。）的限制，不能太低。）的限制，不能太低。）的限制，不能太低。（3 3 3 3）从凝汽器出来的）从凝汽器出来的）从凝汽器出来的）从凝汽器出来的3 3 3 3点状态为湿蒸汽，压缩这样的汽水点状态为湿蒸汽，压缩这样的汽水点状态为湿蒸汽，压缩这样的汽水点状态为湿蒸汽，压缩这样的汽水两相混合物所需压缩机尺寸庞大，耗功量也很多，且工作两相混合物所需压缩机尺寸庞大，耗功量也很多，且工作两相混合物所需压缩机尺寸庞大，耗功量也很多，且工作两相混合物所需压缩机尺寸庞大，耗功量也很多，且工作极不稳定，所以实现极不稳定，所以实现极不稳定，所以实现极不稳定，所以实现3-43-43-43-4的压缩过程不易。的压缩过程不易。的压缩过程不易。的压缩过程不易。由于以上三点原因，此循环热效率并不高，且由于以上三点原因，此循环热效率并不高，且由于以上三点原因，此循环热效率并不高，且由于以上三点原因，此循环热效率并不高，且不利于汽轮机的安全运行，故实际并不采用。不利于汽轮机的安全运行，故实际并不采用。不利于汽轮机的安全运行，故实际并不采用。不利于汽轮机的安全运行，故实际并不采用。5 以水蒸气为工质的卡诺循环能否实现呢？此循环缺点：（1一、装置系统组成及一、装置系统组成及T-sT-s图：图：7-17-1 朗肯循环朗肯循环蒸汽动力装置的基本循环蒸汽动力装置的基本循环蒸汽动力装置的基本循环蒸汽动力装置的基本循环6一、装置系统组成及T-s图：7-1 朗肯循环蒸汽动力装 四个工作过程：四个工作过程：4-1 4-1定压定压吸热过程（吸热过程（锅炉：锅炉：BoilerBoiler）1-2 1-2绝热绝热膨胀过程（膨胀过程（汽轮机：汽轮机：TurbineTurbine）2-3 2-3定压定压放热过程（放热过程（凝汽器：凝汽器：CondenserCondenser）3-4 3-4绝热绝热压缩过程（压缩过程（给水泵：给水泵：PumpPump）7-17-1 朗肯循环朗肯循环7 四个工作过程：7-1 朗肯循环7二、朗肯循环的热经济指标：二、朗肯循环的热经济指标：在水泵在水泵绝热压缩耗功绝热压缩耗功：循环净功：循环净功：循环净功：循环净功：循环热效率：循环热效率：1.1.循环热效率：循环热效率：在锅炉在锅炉定定压吸热：压吸热：在凝汽器在凝汽器定压放热：定压放热：在汽轮机在汽轮机绝热膨胀作功：绝热膨胀作功：8二、朗肯循环的热经济指标：在水泵绝热压缩耗功：循环净功：循环水水水水泵泵泵泵耗耗耗耗功功功功很很很很少少少少，约约约约占占占占汽汽汽汽轮轮轮轮机机机机轴轴轴轴功功功功的的的的2%2%2%2%，可可可可忽略，即认为：忽略，即认为：忽略，即认为：忽略，即认为：注意不计泵功时：注意不计泵功时：h4=h3=h2则朗肯循环的热效率可近似地表示为：则朗肯循环的热效率可近似地表示为：则朗肯循环的热效率可近似地表示为：则朗肯循环的热效率可近似地表示为：式中，式中，式中，式中，h h h h1 1 1 1、h h h h2 2 2 2及及及及h h h h2 2 2 2由由由由p p p p1 1 1 1、t t t t1 1 1 1及及及及p p p p2 2 2 2在水蒸气在水蒸气在水蒸气在水蒸气图表中查取。图表中查取。图表中查取。图表中查取。hsx=1p1t11p229水泵耗功很少，约占汽轮机轴功的2%，可忽略，即认为：注意不计2.2.汽耗率：汽耗率：表示每产生表示每产生1kwh(1kwh(即即3600kJ)3600kJ)的功的功所消耗的蒸汽量所消耗的蒸汽量(kg)(kg)，用符号，用符号d d表示表示.3.3.热耗率：热耗率：表示每产生表示每产生1kwh(1kwh(即即3600kJ)3600kJ)的功所的功所消耗的热量消耗的热量(kJ)(kJ)，用符号，用符号q qt t表示表示.kg/kWh kg/kWh kg/kWh kg/kWh kJ/kWh kJ/kWh kJ/kWh kJ/kWh 102.汽耗率：表示每产生1kwh(即3600kJ)的功所消耗朗肯循环朗肯循环11朗肯循环117-2 7-2 蒸汽参数对循环热效率的影响蒸汽参数对循环热效率的影响hsx=1p1t11p22127-2 蒸汽参数对循环热效率的影响hsx=1p1t11p22 设设初初压压p p1 1constconst，排排汽压力汽压力p p2 2const.const.一、蒸汽初温对热效率的一、蒸汽初温对热效率的影响：影响：（1 1 1 1）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变，）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变，）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变，）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变，则朗肯循环的热效率得到提高；则朗肯循环的热效率得到提高；则朗肯循环的热效率得到提高；则朗肯循环的热效率得到提高；（2 2 2 2）排汽干度增加，即）排汽干度增加，即）排汽干度增加，即）排汽干度增加，即x x x x2 2 2 2xxxx2 2 2 2，这有利于改善汽轮机叶，这有利于改善汽轮机叶，这有利于改善汽轮机叶，这有利于改善汽轮机叶片的工作条件。片的工作条件。片的工作条件。片的工作条件。受到的限制：受到的限制：初温的提高受到过热器金属材料耐高温初温的提高受到过热器金属材料耐高温初温的提高受到过热器金属材料耐高温初温的提高受到过热器金属材料耐高温性能的限制，故目前国产机组的初温一般在性能的限制，故目前国产机组的初温一般在性能的限制，故目前国产机组的初温一般在性能的限制，故目前国产机组的初温一般在560560560560左右左右左右左右l 提高提高t t1 1对对t t的影响：的影响：13 设初压p1const，排汽压力p2const.一 设设初初温温t t1 1constconst，排排汽压力汽压力p p2 2const.const.二、蒸汽初压对热效率的二、蒸汽初压对热效率的影响：影响：（1 1 1 1）提高初压使平均加热温度升高，而放热温度不变，）提高初压使平均加热温度升高，而放热温度不变，）提高初压使平均加热温度升高，而放热温度不变，）提高初压使平均加热温度升高，而放热温度不变，则朗肯循环的热效率得到提高；则朗肯循环的热效率得到提高；则朗肯循环的热效率得到提高；则朗肯循环的热效率得到提高；（2 2 2 2）x x x x2 2 2 2xxx0.1MPa)理论上，理论上，K=1K=1，但实际，但实际上，由于各种损失，一上，由于各种损失，一般般K=65%K=65%70%70%。l 优点优点：KKKK值较高；值较高；值较高；值较高；系统简单，投资费用低。系统简单，投资费用低。系统简单，投资费用低。系统简单，投资费用低。l 缺点缺点：t t t t有所降低；有所降低；有所降低；有所降低；供热、供电互相影响；供热、供电互相影响；供热、供电互相影响；供热、供电互相影响；供热参数单一。供热参数单一。供热参数单一。供热参数单一。l 应用：应用：热负荷较稳定，热负荷较稳定，热负荷较稳定，热负荷较稳定，且用汽量大的自备电厂。且用汽量大的自备电厂。且用汽量大的自备电厂。且用汽量大的自备电厂。331、背压式热电机组(p20.1MPa)理论上，K=1，但实2 2、调节抽汽式热电机组、调节抽汽式热电机组l 优点：优点：可同时满足供热、供可同时满足供热、供可同时满足供热、供可同时满足供热、供电的需要；电的需要；电的需要；电的需要；供热可满足不同压力供热可满足不同压力供热可满足不同压力供热可满足不同压力的需要；的需要；的需要；的需要；热效率比背压式高。热效率比背压式高。热效率比背压式高。热效率比背压式高。l 缺点：缺点：系统及运行较复杂；系统及运行较复杂；系统及运行较复杂；系统及运行较复杂；其能量利用系数比背其能量利用系数比背其能量利用系数比背其能量利用系数比背压式低。压式低。压式低。压式低。342、调节抽汽式热电机组 优点：34提高蒸汽动力循环热经济性的途径提高蒸汽动力循环热经济性的途径F改变蒸汽参数改变蒸汽参数提高蒸汽初温提高蒸汽初温提高蒸汽初压提高蒸汽初压降低乏汽压力降低乏汽压力F改变循环方式改变循环方式回热循环回热循环再热循环再热循环热电合供循环热电合供循环燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环 (P121.(P121.图图4-4-26)26)新型动力循环新型动力循环IGCC IGCC IGCC IGCC(P123.(P123.图图4-4-28)28)PCFB-CCPCFB-CCPCFB-CCPCFB-CC.F减少各种不可逆损失减少各种不可逆损失35提高蒸汽动力循环热经济性的途径改变蒸汽参数提高蒸汽初温提高蒸本章小结本章小结n朗肯循环的装置图、朗肯循环的装置图、T-s图及蒸汽参数对循环热图及蒸汽参数对循环热效率的影响；效率的影响；n再热的定义，采用再热的目的，再热循环的装再热的定义，采用再热的目的，再热循环的装置图及置图及T-s图；图；n抽汽回热的定义，回热循环的装置图及抽汽回热的定义，回热循环的装置图及T-s图，图，采用回热循环的意义；采用回热循环的意义；n热电合供循环的类型及经济性指标；热电合供循环的类型及经济性指标；n提高火电厂实际蒸汽动力循环热经济性的途径提高火电厂实际蒸汽动力循环热经济性的途径36本章小结朗肯循环的装置图、T-s图及蒸汽参数对循环热效率的影3737工程热力学复习要点工程热力学复习要点38工程热力学复习要点38（一）基本概念及热力学参数（一）基本概念及热力学参数1 1、状态参数：、状态参数：、状态参数：、状态参数：（1 1 1 1）温度：）温度：）温度：）温度：T=t+273 KT=t+273 KT=t+273 KT=t+273 K（2 2 2 2）压力：）压力：）压力：）压力：（3 3 3 3）比体积：）比体积：）比体积：）比体积：v=V/m mv=V/m mv=V/m mv=V/m m3 3 3 3/kg /kg /kg /kg （v=1v=1v=1v=1）（4 4 4 4）热力学能：）热力学能：）热力学能：）热力学能：u=f(T,v)kJ/kgu=f(T,v)kJ/kgu=f(T,v)kJ/kgu=f(T,v)kJ/kg（5 5 5 5）焓：）焓：）焓：）焓：h=u+pv kJ/kg h=u+pv kJ/kg h=u+pv kJ/kg h=u+pv kJ/kg （物理意义！）（物理意义！）（物理意义！）（物理意义！）（6 6 6 6）熵：）熵：）熵：）熵：ds=ds=ds=ds=q/T kJ/(kg.K)q/T kJ/(kg.K)q/T kJ/(kg.K)q/T kJ/(kg.K)可逆过程可逆过程可逆过程可逆过程2 2、过程参数：、过程参数：、过程参数：、过程参数：39（一）基本概念及热力学参数1、状态参数：（3）比体积：v=V（二）热力学基本定律（二）热力学基本定律1 1 1 1、热力学第一定律：、热力学第一定律：、热力学第一定律：、热力学第一定律：（实质及数学表达式）（实质及数学表达式）（实质及数学表达式）（实质及数学表达式）2 2 2 2、热力学第二定律：、热力学第二定律：、热力学第二定律：、热力学第二定律：（实质及文字表述）（实质及文字表述）（实质及文字表述）（实质及文字表述）40（二）热力学基本定律1、热力学第一定律：（实质及数学表达式）（三）工质的热力性质（三）工质的热力性质1 1 1 1、理想气体：、理想气体：、理想气体：、理想气体：2 2 2 2、水蒸气：、水蒸气：、水蒸气：、水蒸气：41（三）工质的热力性质1、理想气体：2、水蒸气：41（四）热力过程及热力循环（四）热力过程及热力循环1 1 1 1、四个基本热力过程：、四个基本热力过程：、四个基本热力过程：、四个基本热力过程：2 2 2 2、水蒸气在喷管中的流动过程：、水蒸气在喷管中的流动过程：、水蒸气在喷管中的流动过程：、水蒸气在喷管中的流动过程：42（四）热力过程及热力循环1、四个基本热力过程：2、水蒸气在喷（四）热力过程及热力循环（四）热力过程及热力循环3 3 3 3、蒸汽动力循环：、蒸汽动力循环：、蒸汽动力循环：、蒸汽动力循环：（1 1 1 1）卡诺循环：）卡诺循环：）卡诺循环：）卡诺循环：T-sT-sT-sT-s图及热效率计算（图及热效率计算（图及热效率计算（图及热效率计算（t,ct,ct,ct,c=1-=1-=1-=1-T T T T2 2 2 2/T T T T1 1 1 1)；（2 2 2 2）朗肯循环：装置图及）朗肯循环：装置图及）朗肯循环：装置图及）朗肯循环：装置图及T-sT-sT-sT-s图、热经济性指标、蒸汽参数图、热经济性指标、蒸汽参数图、热经济性指标、蒸汽参数图、热经济性指标、蒸汽参数对循环热效率的影响；对循环热效率的影响；对循环热效率的影响；对循环热效率的影响；（3 3 3 3）再热循环：装置图及）再热循环：装置图及）再热循环：装置图及）再热循环：装置图及T-sT-sT-sT-s图、再热的目的；图、再热的目的；图、再热的目的；图、再热的目的；（4 4 4 4）回热循环：装置图及）回热循环：装置图及）回热循环：装置图及）回热循环：装置图及T-sT-sT-sT-s图、回热的意义；图、回热的意义；图、回热的意义；图、回热的意义；（5 5 5 5）热电合供循环：供热方式及经济性指标（）热电合供循环：供热方式及经济性指标（）热电合供循环：供热方式及经济性指标（）热电合供循环：供热方式及经济性指标（t t t t及及及及K K K K）.43（四）热力过程及热力循环3、蒸汽动力循环：（1）卡诺循环：T再热循环再热循环44再热循环44回热循环回热循环45回热循环45增压循环流化床联合循环增压循环流化床联合循环(PCFB-CC)(PCFB-CC)系统图系统图46增压循环流化床联合循环(PCFB-CC)系统图46