第六章—热力循环

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1、6热力循环●工质从某一状态出发，经历一系列过程之后又回复到初始状态，这些过程的综合即为热力循环。●工程上通过特定的热力循环将一种形式的能量转换成另外一种形式的能量——实现能量的转换。●热力循环的分类◆是否可逆◆循环方向——正循环和逆循环◆能量转换形式——如逆向循环又分为制冷循环和热泵循环◆工质种类——蒸汽循环和其它气体循环◆燃料燃烧方式——内燃式和外燃式6.1蒸汽动力循环蒸汽动力循环是正循环，是以蒸汽为工质，将蒸汽的热能在动力装置中转换为机械功的循环。这里主要介绍：蒸汽的卡诺循环、朗肯循环、优化的朗肯循环（朗肯循环的改进）、热电联供循环。6.1.1蒸汽卡

2、诺循环●在确定温度之间工作的热力循环，以卡诺循环效率最高。●但是以远离液态的气体作工质，定温吸热、定温放热两个过程实际上难以实现。●而且，在p-v图上，气体的等温线和绝热线斜率相差不大，造成4个过程线所围面积小，循环完成的功较小。●以湿蒸汽为工质，可克服气体的缺点◆湿蒸汽区（气液混合物），工质的定压过程就是等温过程，可进行定温吸热、放热。例如水在锅炉内的汽化和在冷凝器内的冷凝。◆等温线和绝热线斜率相差较大，获得较多功。●实际生产中并不采用蒸汽卡诺循环◆卡诺循环的4个过程，前3个过程可近似实现，但绝热压缩（c－5）过程较难实现，因为这一过程中工质为汽液混合物，缺少

3、合适的设备；◆定熵膨胀末期，蒸汽湿度较大，对汽轮机工作不利；◆蒸汽的比体积比水大上千倍，压缩时体积变化大——设备庞大，功耗大；◆蒸汽卡诺循环仅限于湿蒸汽区，上限温度受限于临界温度（374.15℃），因此热效率不高，每循环完成的功也不大。6.1.2朗肯循环6.1.2.1工作原理水蒸汽动力循环系统朗肯循环12汽轮机s膨胀23凝汽器p放热34给水泵s压缩41锅炉p吸热朗肯循环的p－v和T－s图●朗肯循环与水蒸汽卡诺循环的不同◆乏汽的凝结是完全的◆冷凝水以泵送入锅炉，不是用压缩机◆增加了过热器◆乏汽干度提高了6.1.2.2朗肯循环的热效率●定压吸热过程的吸热量●

4、循环热效率●净功●水泵定熵压缩的耗功●凝汽器定压放热过程的放热量●汽轮机定熵膨胀过程的技术功●循环热效率也可用平均温度表示吸热温度放热温度工程上常用汽耗率，反映装置经济性和设备的尺寸汽耗率d：蒸汽动力装置每输出1kWh（3600kJ）功量所消耗的蒸汽量。汽耗率（SteamRate）能量守恒（不考虑损失）：为电功率，kW为汽耗量，kg/h6.1.2.3蒸汽参数对循环热效率的影响它取决于：h1：入口蒸汽焓（过热蒸汽）p1，t1h2：乏汽焓p2h3：冷凝水焓p2——朗肯循环热效率取决于p1，t1，p2朗肯循环热效率●蒸汽压力p1t1,p2不变，p1优点：，汽轮机出口尺

5、寸小缺点：对强度要求高；，不利于汽轮机安全。一般要求乏汽干度不低于0.9。●蒸汽初始温度t1◆在p1，p2不变的前提下，提高t1，效率提高◆乏汽干度提高，有利于汽轮机安全◆t1升高，对耐热及强度要求高，受限于过热器材料和汽轮机前几级叶片材料。目前蒸气初温一般在550℃左右。●乏汽压力p2◆在p1，t1不变的前提下，降低p2，效率提高◆p2降低，干度下降◆乏汽压力取决于冷凝器的冷凝温度，受环境温度限制，现在大型机组p2为0.0035~0.005MPa，相应的饱和温度约为27~33℃，已接近事实上可能达到的最低限度。国产锅炉、汽轮机发电机组的初参数简表低参数中参数高

6、参数超高参数亚临界参数汽轮机进汽压力（MPa）1.33.59.013.516.5汽轮机进汽温度℃340435535550，535550，535发电功率kW1500～30006000～250005～10万12.5万，20万20万，30万，60万6.1.2.4实际循环●朗肯循环是理想的可逆循环●实际蒸汽动力装置中的各个过程均是不可逆过程◆流体流动存在阻力，非定压◆工质吸热、放热过程存在温差◆管道对外散热◆经过汽轮机膨胀，蒸汽与叶片存在摩擦●实际循环的效率低于理想朗肯循环效率●按理想情况考虑，根据具体不可逆情况修正●汽轮机内有摩擦损耗的情况实际功可逆功汽轮机相对内效率

7、汽轮机将功输送给发电机的时候，轴承等处会有摩擦损失，从而存在机械效率。则汽轮机输出的有效功燃料在锅炉中由化学能转化为热能q1也存在损失，则锅炉效率汽轮机的总热效率汽轮机输出的有效功实际循环还存在管道效率、汽轮机绝对内效率、冷凝器效率、发电机效率等。汽轮机功率计算在设计计算时，若蒸汽消耗量D，kg/h则理想循环功率有效输出功率实际蒸汽动力循环热效率例1：某远洋轮采用蒸汽动力装置作为动力，该装置以朗肯循环运行。若蒸汽初态为p1=6MPa，t1=560℃，冷凝器内蒸汽压力p2=0.006MPa。（1）求蒸汽在汽轮机出口干度；（2）若不计水泵耗功，求该装置的热效率

8、ηt；（3）若该装置的