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1、工程热力学 第六章 动力装置循环,第六章 动力装置循环,内容要求 掌握蒸汽动力装置的理想循环朗肯循环； 掌握再热循环，回热循环； 了解活塞式内燃机循环； 了解燃气轮机装置的理想循环。,热能动力装置（热力发动机）： 将热能转变为机械能的设备。,动力循环：,蒸汽动力循环 气体动力循环,比较,水蒸气,燃料燃烧后的燃气,锅炉,汽缸,廉价燃料,汽油，柴油，煤气,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， 原因，及改进措施。,方法和步骤：,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 可能措施，以指导实际循环的改善。,分析动力循环的目的： 在热力学基本
2、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 和途径。,61 蒸汽动力装置循环,6-1-1 蒸汽动力装置的理想循环朗肯循环,1. 组成： 水泵，锅炉，汽轮机和冷凝器等四个主要设备。,2. 工作过程：,（4）水在给水泵中的可逆绝热压缩过程,4点5点6点1点： 未饱和水饱和水干饱和蒸汽过热蒸汽,（2）过热水蒸气在汽轮机中可逆绝热膨胀过程,1点 2点：过热蒸汽 湿蒸汽,（3）蒸汽在冷凝器中定压定温放热过程,2点3点：湿蒸汽饱和水,3点4点：饱和水未饱和水,（1）水在锅炉中的可逆定压加热过程,3. p-v图 ,T-s 图表示,6-1-2 朗肯循环的净功和热效率,（1）汽轮机：新蒸汽
3、在汽轮机可逆绝热膨胀作功,（2）冷凝器：乏汽在冷凝器中向冷却水放热,（3）水泵：凝结水流经水泵，水泵消耗功量,1. 朗肯循环的净功,1kg工质,循环净功：,循环净热：,（4）锅炉：未饱和水在锅炉中定压吸热,2. 朗肯循环的热效率,wp,3-4=h4-h3=0,h4=h3,6-1-3 蒸汽参数对朗肯循环热效率的影响,吸热平均温度 放热平均温度,1. 蒸汽初温T1的影响：,（1）保持 p1 , p2不变，提高初温 T1T1；,（2）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；,（3）干度增大， 有利于汽轮机安全工作；,（4）锅炉过热器， 汽轮机的高压部分， 金属耐热及强度要求高。
4、（t1 最高 550C）,2. 蒸汽初压 p1的影响,（1）保持T1， p2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， 热效率提高；,（3）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 叶片，影响寿命并使 汽轮机摩擦加大。 要求干度：0.860.88,3. 乏汽压力p2的影响,（1）保持 p1 , T1 不变，降低 p2p2 ;,（2）吸热平均温度变化较小，放热平均温度降低， 热效率增大；,（3）p2 降低受冷凝器冷却介质温度的影响， 不能任意降低。,一般: P2 最低0.0035-0.005MPa 相应的饱和温度27-33,在不同初，终参数
5、下朗肯循环的热效率,P2=0.05bar, t1=435C时,P1=35bar, P2=0.05bar时,P1=35bar, t1=435C时,改变蒸汽参数： 尽可能提高蒸汽的初压和初温， 并降低乏汽压力。,改进朗肯循环： 如：再热循环，回热循环， 热电联供循环等。,6-1-4 再热循环,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 压，以提高循环热效率，且不使汽轮机排汽干度 过低，在朗肯循环基础上引入蒸汽中间再过热方法。,1. 一次再热循环装置的系统图及T-s图,2. 朗肯循环和一次再热循环Ts图比较,3. 再热对热效率的影响及中间压力,（1）再热对热效率的影响,一次再热吸收的
6、总热量：,对外放热：,热效率：,中间最佳压力应能够同时 提高排汽干度和循环热效率。,（2）中间再热压力,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， pm一般为初压p1的20%30%。 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：,1. 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， 减轻湿蒸汽对冲击和侵蚀，增加了汽轮机工作 的安全性。,2. 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 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 一般小于2
7、级。,初压低于10Mpa时，一般不采用再热循环； 初压在13Mpa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。,1.某蒸汽动力装置采用一次再热循环，汽轮机入 口压力为17MPa，温度为540C，膨胀到4MPa 时进行再热，再热器出口温度为540C，排汽 压力为0.008 MPa， 试确定乏气干度和循环热 效率，并与相同初， 终状态参数的朗肯循环 进行比较。,例题,例题,在朗肯循环中，蒸汽进入汽轮机的压力 P1=13.5MPa, 初温度t1=550C，乏气压力为0.004MPa，求循环净功，加热量、热效率、 汽耗率蒸汽动力装置输出k.h(3600kJ)功 量所消耗的蒸汽量 及汽轮
8、机出口干度。,例题,. 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力 P1=13.5MPa,初温度t1=550C，乏气压力为 0.004MPa当蒸汽在汽轮机中膨胀至MPa时， 再加热到t1, 形成一次热循环。求循环净功， 加热量、热效率、 汽耗率及汽轮机出口干度。,6-1-5 回热循环,1. 回热循环的目的,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， 从而提高热效率。,回热： 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 仅避免抽汽的冷源损失，锅炉的给水温度也同 时提高。,2. 回热装置系统图及T-s图,3. 抽汽量及热效率,（1） 抽汽量,不考虑回热加热器中的散热损失， kg抽汽放出的热量=（1- ）kg凝结水吸收的热量。,热平衡方程：,抽汽量,（2）热效率,吸收热量：,放出热量：,热效率：,工质在汽轮机中作功：,4. 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。,（2）采用回热后，每kg蒸汽在汽轮机中作功量减少。,（3）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 的 0.65 - 0.75 倍。,（4）回热循环的投资情况分析。,小型火力发电厂：回热级数 1-3 级； 大中型火力发电厂：回热级数 4-8 级。,