工程热力学第11讲-第6章热力循环

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1、工程热力学第十讲山东大学机械工程学院过程装备与控制工程研究所过程装备与控制工程专业本讲内容6热力循环1动力循环2制冷循环3热泵供热循环4气体液化循环学习要求1熟练掌握朗肯循环、回热循环、再热循环以及热电循环的组成。2会利用蒸汽图表对循环进行热力分析和计算。3掌握提高蒸汽动力循环热效率的方法和途径。熟悉热电联供循环。掌握空气和蒸汽压缩制冷循环的组成。掌握制冷系数的计算及提高制冷系数的方法和途径。了解制冷剂的热力学要求和环保要求。了解吸收制冷、蒸汽喷射制冷、热泵、空调原理。掌握气体液化循环的原理和特点。§6-1动力循环动力循环动力循环：工质连续不断地将从高温热源取得的热量的一部分转换成对外的净功

2、。研究目的：合理安排循环，提高热效率。动力循环的分类：按工质蒸汽动力循环：外燃机空气为主的燃气按理想气体处理水蒸气等实际气体气体动力循环：内燃机正向卡诺循环—理想可逆热机循环循环示意图4-1绝热压缩过程，对内作功1-2定温吸热过程，q1=T1(s2-s1)2-3绝热膨胀过程，对外作功3-4定温放热过程，q2=T2(s2-s1)气体卡诺循环工质：气体效率：最高效率缺点：定温吸热和定温放热两个过程在实际上难以实现；在p-v图上，气体定温线与绝热线的斜率相差不大，所以每次完成的功较小。蒸汽动力循环蒸汽动力循环：以蒸汽为工质，在湿蒸汽区，可以克服气体卡诺循环的两个缺点。实际生产中不采用蒸汽卡诺循环。

3、原因：湿蒸汽的绝热压缩难以实现，缺少压缩汽水混合物的合适设备；定熵膨胀的末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利；蒸汽比容比水大上千倍，压缩时设备庞大，耗功也大；由于上限温度受限于临界温度，温差不可能很大，因此热效率不高，每循环完成的功也不大。朗肯蒸气动力循环系统四个主要装置：锅炉、汽轮机、凝汽器、给水泵锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器1342pvs膨胀p放热s压缩p吸热4123朗肯循环与卡诺循环比较sT64211098753q2相同；q1卡诺>q1朗肯卡诺>朗肯；等温吸热4’1难实现11点x太小,不利于汽机强度；12-9两相区难压缩；wnet卡诺小卡诺>朗肯；wnet卡诺

4、1112对比同温限1234’对比5678对比9-10-11-12朗肯循环T-s和h-s图4321Tshs1324朗肯循环功和热的计算汽轮机作功凝汽器中的定压放热水泵绝热压缩耗功锅炉中的定压吸热hs1324朗肯循环热效率的计算一般很小，占0.8~1%，忽略泵功hs1324实际蒸汽动力循环分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：给水泵不可逆(34’)汽机不可逆(12’)汽机汽门节流(1’1)蒸汽管道摩擦降压，蒸汽管道散热(1’’1’)实际蒸汽动力循环分析方法热一律：热效率分析法热二律：1熵分析法2Ex分析法√√实际蒸汽动力循环热效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功，可逆循环效率

5、汽机不可逆膨胀，汽机相对内效率管道和节流，管道效率锅炉散热和排烟，锅炉效率整个实际蒸汽动力循环热效率整个电厂热效率机械效率电机效率热效率整个电厂热效率如何提高朗肯循环的热效率？影响热效率的参数？s654321Tp1,t1,p2蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1,p2不变，p1↑sT654321缺点：对强度要求高x2↓不利于汽轮机安全一般要求出口干度大于0.85~0.88优点：T1↑ηt↑v2’↓，汽轮机出口尺寸小蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响p1,p2不变，t1↑缺点：对耐热和强度要求高v2’↑，汽轮机出口尺寸变大目前最高初温一般在550℃左右优点：T1↑ηt↑v2’↑，利于汽轮机安全sT6

6、54321乏汽压力对朗肯循环热效率的影响t1,p1不变，p2↓缺点：p2↓受环境限制现在大型机组p2为3.5~5kPa，相应的饱和温度约为27~33℃，已接近可能达到的最低限度。冬天热效率高优点：T2↓ηt↑sT654321提高循环热效率的途径改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环改变循环形式热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC-CC…...朗肯循环的改进朗肯循环热效率有限：乏汽的压力和温度受限于环境，降低的可能很小。提高初始压力虽然可以提高朗肯循环的效率，但是由于乏汽干度下降，对汽轮机的运行会产生不利后果。提高蒸汽进入汽轮机的初温又会对锅

7、炉、管道、阀门的材质、强度提出更高的要求。存在两个温差吸热造成朗肯循环效率变低。朗肯循环的改进：回热循环、再热循环等。蒸汽回热循环抽汽式回热抽汽去凝汽器冷凝水表面式回热器抽汽冷凝水给水混合式回热器蒸汽回热循环热力过程(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg由于T-s图上各点质量不同，面积不再直接代表热和功蒸汽回热循环抽汽量计算(1-)kgkg65as43211kgTa