熱能動力裝置循環(huán)

1、第六章、動力裝置循環(huán),熱能動力裝置 ：將熱能轉換為機械能的設備，也稱為熱力發(fā)動機，簡稱熱機。,動力裝置循環(huán)（簡稱動力循環(huán)或熱機循環(huán)）：,蒸汽動力裝置循環(huán)：以蒸汽為工質(zhì)的熱機的工作循環(huán) （如蒸汽機、蒸汽輪機等）。 氣體動力裝置循環(huán)：以氣體為工質(zhì)的熱機的工作循環(huán) （如內(nèi)燃機、燃氣輪機等）。,研究熱機循環(huán)的目的：分析其熱能利用的經(jīng)濟性（即熱效率）、影響熱效

2、率的因素、尋找提高熱效率的途徑。,6-1 蒸汽動力循環(huán),1.簡單的蒸汽動力裝置,1.鍋爐，boiler，加熱2.過熱器，super heater,加熱,3.汽輪機，turbine，做功，Wt,4.凝汽器，condenser，放熱，q2,5.給水泵，pump，增壓，耗功，Wp,q1,6-1 蒸汽動力循環(huán),2.水蒸氣的卡諾循環(huán),能量的實際利用率低，T1受到水蒸氣臨界溫度 (374.15°C)的限制。熱量從爐膛(1500 

3、6;C)傳到低于374.15°C的工質(zhì)，做功能力損失大；濕蒸汽的膨脹于汽輪機不利。濕蒸汽的壓縮不易實現(xiàn)。,因此，實際的蒸汽動力循環(huán)加熱到過熱蒸汽區(qū)，冷卻到飽和水狀態(tài),3.朗肯循環(huán),1~2汽輪機中絕熱膨脹過程,2~2`凝汽器中的定壓放熱過程,2`~3給水泵中的絕熱壓縮過程,3~1鍋爐中的定壓加熱過程,一、循環(huán)效率,循環(huán)功：,循環(huán)熱效率,由于水泵功和汽輪機功相比很小，粗略計算中可以忽略不計，即：,則：,稱為理論熱效率,一、循環(huán)

4、效率,若考慮汽輪機的不可逆性，則：,實際循環(huán)的熱效率為：,同樣，水泵耗功也多于理論耗功：,一、循環(huán)效率,水泵的效率：,汽輪機的相對內(nèi)效率：,實際效率：,二、技術指標,汽耗率：汽輪機發(fā)出單位功率所需要消耗的蒸汽流量，d。如果汽輪機每小時消耗的蒸汽流量為D kg/h，發(fā)出的功率為N0 kW，則：,理論汽耗率為：,實際上每kg工質(zhì)在汽輪機內(nèi)所作的功為：,則實際的汽輪機功率：,實際的汽耗率為：,二、技術指標,軸功率：考慮機械摩擦等損失，汽輪機軸

5、上輸出的實際功率。,有效功汽耗率：,二、技術指標,熱耗率：機組發(fā)出1kW.h的功所要消耗的熱量q，kJ/kW.h。,蒸汽流量D kg/h，機組功率N0 kW，每kW.h所需要消耗的蒸汽流量為d0 kg/kW.h，單位質(zhì)量蒸汽的循環(huán)吸熱量為q1kJ/kg，則郎肯循環(huán)的熱耗率為：,煤耗率：機組發(fā)出1kW.h的功所要消耗的標準煤量b，kg/kW.h。,標準煤的低位發(fā)熱量位29307.6kJ/kg，則：,二、技術指標,如果略去水泵功wp，則：,

6、由于：,因此：,4.蒸汽初參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響,循環(huán)熱效率：,(1)蒸汽初溫的影響,初溫提高可以提高循環(huán)的熱效率，并提高乏汽干度，對汽輪機運行有利，但受到材料耐溫性能的限制。,(2)汽輪機背壓的影響,限制：尾部傳熱溫壓減小，則傳熱面積增大，投資增大；Ts2必須高于環(huán)境溫度。,(3)初壓的影響,提高初壓，可以提高平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)熱效率，但卻使乏汽干度降低，對汽輪機運行不利。,5.再熱循環(huán),目的：提高循環(huán)的熱效率；提高乏

7、汽的干度，則汽輪機的相對內(nèi)效率和運行安全性提高。,6.回熱循環(huán),目的：提高吸熱平均溫度，從而提高循環(huán)熱效率,回熱：利用汽輪機抽汽來加熱鍋爐給水，提高吸熱過程起點的溫度。,(1)回熱系統(tǒng)(假設回熱加熱器為混合式)：,6.回熱循環(huán),平均吸熱溫度：無回熱時，吸熱從2`點到1點，回熱時，吸熱從01`點到1點，故平均吸熱溫度提高,6.回熱循環(huán),(2)回熱循環(huán)的熱效率：,渦輪功：,循環(huán)放熱量：,循環(huán)吸熱量：,6.回熱循環(huán),回熱循環(huán)熱效率：,郎肯循

8、環(huán)熱效率：,6.回熱循環(huán),(3)抽氣量的確定-熱量平衡,抽汽2從02點到02`點的放熱量=給水從2`點到02`點的吸熱量,抽汽1從01點到01`點的放熱量=給水從02`點到01`點的吸熱量,6.回熱循環(huán),(5)回熱循環(huán)的評價：設備復雜，循環(huán)汽耗率增加；循環(huán)熱效率提高；汽輪機低壓級流通部分更為合理，內(nèi)效率提高；鍋爐、凝汽器傳熱面積可以減??；現(xiàn)代電站蒸汽動力循環(huán)普遍采用回熱循環(huán)。,(4)回熱抽汽壓力的選取,回熱抽汽壓力的選取由多種

9、方法，比較簡單的是按照等溫差來選取，對于兩級抽汽：,7.熱電聯(lián)供循環(huán),1）背壓式汽輪機熱電聯(lián)供循環(huán),2）抽汽式汽輪機熱電聯(lián)供循環(huán),熱電聯(lián)供：用發(fā)電廠乏汽的余熱來滿足熱用戶的需要。（熱電廠）,能量利用系數(shù),兩個熱經(jīng)濟性指標：?t、K,燃氣輪機裝置,燃氣輪機定壓加熱理想循環(huán)分析,1）假定工質(zhì)是比熱容為定值的理想氣體，燃燒之前或之后成分不變，都當作是空氣；2）工質(zhì)經(jīng)歷的所有過程都是可逆過程；3）在壓氣機和燃氣輪機中皆為絕熱過程；4）工質(zhì)

10、在燃燒室中經(jīng)歷的燃燒過程視為定壓加熱過程；5）工質(zhì)向環(huán)境放熱是定壓放熱過程，而且放熱后，進入壓氣機入口，構成閉式循環(huán)。,燃氣輪機裝置理想循環(huán)的四個過程,1）絕熱壓縮過程（壓氣機）； 2）定壓加熱過程（燃燒室）； 3）絕熱膨脹過程（燃氣輪機）； 4）定壓放熱過程（環(huán)境大氣）。,燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環(huán),燃氣輪機裝置理想循環(huán)熱效率,循環(huán)中工質(zhì)的吸熱量為：,循環(huán)的熱效率為：,工質(zhì)對外界放出的熱量為：,燃氣輪機裝置理想循環(huán)熱效率,稱

11、為燃氣輪機的循環(huán)增壓比,則燃氣輪機熱效率可表示為：,根據(jù),而,燃氣輪機裝置實際循環(huán),理想過程：1-2，3-4,實際過程1-2′：壓氣機中的不可逆絕熱壓縮過程實際過程3-4′：燃氣輪機中的不可逆絕熱膨脹過程,燃氣輪機的相對內(nèi)效率,類似于汽輪機相對內(nèi)效率的定義,燃氣輪機裝置實際循環(huán)熱效率,壓氣機實際耗功：,燃氣輪機實際作功：,燃氣輪機裝置實際循環(huán)熱效率：,帶回熱的燃氣輪機裝置循環(huán),回熱目的：提高燃氣輪機裝置效率,極限回熱的情況,壓縮空氣在

12、回熱器中被加熱到等于燃氣輪機的排氣溫度，即T5=T4；燃氣輪機的排氣也被冷卻到壓氣機的出口溫度，即 T6=T2。極限回熱時循環(huán)的吸熱量和放熱量分別為：,回熱度的概念,回熱度表示在回熱器中實際傳遞的熱量與極限情況下傳遞的熱量之比。,燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán),燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)是以燃氣輪機裝置作為頂循環(huán)，蒸汽動力裝置作為底循環(huán)，分別有燃氣、水蒸氣兩種工質(zhì)作功的聯(lián)合循環(huán)。,燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱效率,關于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán),燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的凈發(fā)