1、Chapter 9 Vapor Power Cycle 蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)o9.1 Basic Power Cycle using Water Vapor-Rankine Cycle (基本蒸汽動力循環(huán)基本蒸汽動力循環(huán)-朗肯循環(huán)朗肯循環(huán))o9.2 The Diesel Cycle (狄塞爾循環(huán)狄塞爾循環(huán))o9.3 燃氣輪機裝置循環(huán)燃氣輪機裝置循環(huán)水蒸氣：水蒸氣：火力發(fā)電、核電火力發(fā)電、核電低沸點工質(zhì)：低沸點工質(zhì)：氨、氟里昂氨、氟里昂太陽能、余熱、地熱發(fā)電太陽能、余熱、地熱發(fā)電動力循環(huán)：動力循環(huán)：以獲得功為目的以獲得功為目的朗肯循環(huán)的提出與卡諾循環(huán)朗肯循環(huán)的提出與卡諾循環(huán)sT6421 41

2、098753 卡諾卡諾最大；最大； l等溫吸熱等溫吸熱41難實現(xiàn)難實現(xiàn)11點點x太小太小,不利于汽不利于汽機強度；機強度； 12-9兩相區(qū)難壓縮；兩相區(qū)難壓縮； wnet卡諾卡諾小小 由于溫差小，所以由于溫差小，所以效率不會很高，且乏汽效率不會很高，且乏汽干度過小，干度過小， 卡諾卡諾 朗肯朗肯；l went卡諾卡諾 wnet 朗肯朗肯1112在溫限在溫限1234對比對比5678對比對比9-10-11-12 四個主要裝置：四個主要裝置： 鍋爐鍋爐 汽輪機汽輪機 凝汽器凝汽器 給水泵給水泵10-1 Basic Power Cycle using Water Vapor- Rankine Cycl

3、e 基本蒸汽動力循環(huán)基本蒸汽動力循環(huán)-朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)1.水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng)水蒸氣動力循環(huán)系統(tǒng) 鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝汽器凝汽器鍋鍋爐爐汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機給水泵給水泵凝汽器凝汽器朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：簡化（理想化）：12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱RANKINE CYCLE RANKINE CYCLE o 12 Saturated or superheated steam enters the turbine at state 1, where it ex

4、pands isentropically to the exit pressure at state 2. o 23 The steam is then condensed at constant pressure and temperature to a saturated liquid, state 3.The heat removed from the steam in the condenser is typically transferred to the cooling water.o 34 The saturated liquid then flows through the p

5、ump which increases the pressure to the boiler pressure (state 4). o 41 the water is first heated to the saturation temperature, boiled and typically superheated to state 1. Then the whole cycle is repeated.1342pv(1)(1)朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)p-vp-v圖圖12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱432

6、1Tshs1324(2) (2) 朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)T-sT-s和和h-sh-s圖圖12 汽輪機汽輪機 s 膨脹膨脹23 凝汽器凝汽器 p 放熱放熱34 給水泵給水泵 s 壓縮壓縮41 鍋爐鍋爐 p 吸熱吸熱hs13242. 朗肯循環(huán)功和熱的朗肯循環(huán)功和熱的計算計算 汽輪機作功：汽輪機作功：2121 ,hhws凝汽器中的定壓放熱量：凝汽器中的定壓放熱量：322hhq水泵絕熱壓縮耗功：水泵絕熱壓縮耗功：3443 ,hhws鍋爐中的定壓吸熱量：鍋爐中的定壓吸熱量：411hhqhs1324朗肯循環(huán)熱效率的朗肯循環(huán)熱效率的計算計算 ,1 2,3 4nett11sswwwqq一般很小一般很小，占，占0.8

7、1%，忽略，忽略泵功泵功 1213thhhh朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較與卡諾循環(huán)比較sT6421 41098753 卡諾卡諾最大；最大； l等溫吸熱等溫吸熱41難實現(xiàn)難實現(xiàn)11點點x太小太小,不利于汽不利于汽機強度；機強度； 12-9兩相區(qū)難壓縮；兩相區(qū)難壓縮； wnet卡諾卡諾小小 由于溫差小，所以由于溫差小，所以效率不會很高，且乏汽效率不會很高，且乏汽干度過小，干度過小， 卡諾卡諾 朗肯朗肯；l went卡諾卡諾缺點缺點Ts65431ba22. 2. 蒸汽再熱循環(huán)蒸汽再熱循環(huán) (reheat cycle)(reheat cycle)1234再熱baWhen steam leaves t

8、he turbine, it is typically wet. The presense of water causes erosion of the turbine blades. To prevent this, steam is extracted from high pressure turbine (state 2), and then it is reheated in the boiler (state 2) and sent back to the low pressure turbine. Ts65431ba2蒸汽再熱循環(huán)的熱效率蒸汽再熱循環(huán)的熱效率l 再熱循環(huán)本身再熱循環(huán)

9、本身不一定不一定提高循環(huán)熱效率提高循環(huán)熱效率l 與再熱壓力有關與再熱壓力有關l x2降低降低,給提高初壓給提高初壓創(chuàng)造了條件，選取再熱創(chuàng)造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用壓力合適，一般采用一一次再熱可使熱效率提高次再熱可使熱效率提高2 23.53.5。蒸汽再熱循環(huán)的實踐蒸汽再熱循環(huán)的實踐 再熱壓力再熱壓力 pb=pa 0.20.3p1 p113.5MPa，一次，一次再熱再熱 超臨界機組，超臨界機組， t1600，p125MPa， 二次二次再熱再熱Ts65431ba2蒸汽再熱循環(huán)的蒸汽再熱循環(huán)的定量計算定量計算吸熱量：吸熱量： 114abqhhhh放熱量放熱量：223qhh凈功（忽略泵功）：凈

10、功（忽略泵功）： net12bawhhhh熱效率：熱效率：net12t,RH114()()()()baabwhhhhqhhhh10-3 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán)1234給水泵熱用戶汽輪機過熱器鍋爐用發(fā)電廠作了功的蒸用發(fā)電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法戶的需要，這種作法稱為稱為熱電聯(lián)熱電聯(lián)( (產(chǎn)產(chǎn)) )供供。背壓式機組背壓式機組( (背壓背壓0.1MPa)0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力熱器而不直接用熱力循環(huán)的水？循環(huán)的水？Cogeneration背壓式背壓式缺點缺點：l 熱電互相影響熱電互相影響l 供熱參數(shù)單一供

11、熱參數(shù)單一抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)( (供供) )循環(huán)循環(huán)過熱器汽輪機發(fā)電機鍋爐冷卻水冷凝器加熱器水泵 1水泵 2調(diào)節(jié)閥 抽汽式熱電聯(lián)供抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán)循環(huán), , 可以自動調(diào)節(jié)可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應比例，以熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。滿足不同用戶的需要。熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)( (供供) )循環(huán)的經(jīng)濟性評價循環(huán)的經(jīng)濟性評價net1qwKq供熱已被利用的能量工質(zhì)從熱源得到的能量nett1wql 只采用熱效率只采用熱效率 顯然不夠全面顯然不夠全面l 能量利用系數(shù)能量利用系數(shù)，但未考慮熱和電的品位不同，但未考慮熱和電的品位不同l Ex經(jīng)濟學評價經(jīng)濟學評價l 熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展

12、方向，經(jīng)濟環(huán)保熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟環(huán)保Utilization factor1、熟悉熟悉朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)圖示圖示與與計算計算2、朗肯循環(huán)朗肯循環(huán)與與卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)3、蒸汽參數(shù)蒸汽參數(shù)對朗肯循環(huán)熱效率的影響對朗肯循環(huán)熱效率的影響4、再熱再熱、回熱原理及計算回熱原理及計算 小小 結結 Summary1.The Otto Cycle (奧托循環(huán)）奧托循環(huán)） (1). Actual cycle (實際循環(huán)實際循環(huán)) The Otto cycle is an idealization of a set of processes used by spark ignition internal

13、 combustion engines (2-stroke or 4-stroke cycles). 10-4 Internal combustion engines (內(nèi)燃機內(nèi)燃機)0 1 :吸入空氣; 1 2:壓縮過程; 2 3:噴油燃燒過程; 3 4:噴油燃燒過程;4 5:膨脹過程; 5 1 : 排氣過程; 1 0:排出剩余的廢氣OttoOtto循環(huán)循環(huán) a) ingest a mixture of fuel and air, b) compress it, c) cause it to react, thus effectively adding heat through conver

14、ting chemical energy into thermal energy, d) expand the combustion products, and then e) eject the combustion products and replace them with a new charge of fuel and air. (2) Otto(2) Otto循環(huán)的簡化循環(huán)的簡化_ _ We model all of these happenings by a thermodynamic cycle consisting of a set of processes all acti

15、ng on a fixed mass of air contained in a piston-cylinder arrangement. The exhaust and intake processes are replaced by constant-volume cooling.） 1 2:壓縮過程;2 3:噴油燃燒過程;4 5:膨脹過程; 5 1 : 排氣過程; 1 - 2 Compress mixture quasi-statically and adiabatically 2 - 3 Ignite and burn mixture at constant volume (heat

16、is added)3 (4)- 5 Expand mixture quasi-statically and adiabatically5 - 1 Cool mixture at constant volumeRepresentation of the thermodynamic cycle.(3) Thermal Efficiency of Otto Cycle ( (奧托循環(huán)的熱效率奧托循環(huán)的熱效率) ) 12314121111ktTTTTqq提高循環(huán)的壓縮比提高循環(huán)的壓縮比提高循環(huán)的最高溫度提高循環(huán)的最高溫度 2.The Diesel Cycle ( (狄塞爾循環(huán)狄塞爾循環(huán)) ) The

17、diesel internal combustion engine differs from the gasoline powered Otto cycle by using a higher compression of the fuel to ignite the fuel rather than using a spark plug (compression ignition rather than spark ignition) Thermal Efficiency of Disel Cycle狄塞爾循環(huán)的熱效率：狄塞爾循環(huán)的熱效率： ) 1(11)()(1134231512TTTTT

18、Tqqtl 提高循環(huán)的壓縮比提高循環(huán)的壓縮比l 降低循環(huán)的預脹比降低循環(huán)的預脹比 l 提高循環(huán)的最高溫度提高循環(huán)的最高溫度 3. The Dual Cycle ( (混合加熱循環(huán)混合加熱循環(huán) ) ) 其中其中,1-2是定熵壓縮過程是定熵壓縮過程, 2-3是可逆定容加熱過程是可逆定容加熱過程, 3-4是可逆定壓加熱過程是可逆定壓加熱過程, 4-5是定熵膨脹過程是定熵膨脹過程, 5-1是可逆定容放熱過程是可逆定容放熱過程.幾個定義：幾個定義：壓縮比壓縮比: 定容升壓比定容升壓比: 定壓預脹比定壓預脹比: 混合加熱循環(huán)的熱效率混合加熱循環(huán)的熱效率: :提高熱效率方法：提高熱效率方法：提高循環(huán)的壓縮比提高循環(huán)的壓縮比 降低循環(huán)的預脹比降低循環(huán)的預脹比 提高循環(huán)的最高溫度提高循環(huán)的最高溫度 由上面的三個定義,得: 討論: 隨 , , 的升高而升高; 隨 的升高而降低.(1)具