a kg (1- )kg
4
抽汽量的计算
T
1
1kg
6
kg
a
5
4
(1- )kg
3
2
1kg 5
a kg (1- )kg
4
以混合式回热器为例 热一律
ha 1 h4 1 h5
h5 h4
ha h4
忽略泵功 s
h5 h3
ha h3
抽汽回热循环热效率
T
1
1kg 6 kg
a
4 5 (1- )kg
给水泵
水蒸气动力循环系统的简化
简化（理想化）：
汽轮机
12 汽轮机 s 膨胀
锅 炉
23 凝汽器 p 放热
发电机
34 给水泵 s 压缩
凝汽器 41 锅炉 p 吸热
给水泵
朗肯循环
朗肯循环图
p
4
1
3
2
v
12 汽轮机 s 膨胀 23 凝汽器 p 放热 34 给水泵 s 压缩 41 锅炉 p 吸热
朗肯循环图
研究目的：合理安排循环，提高热效率
按工质
燃气动力循环：内燃机，如汽油机、柴油机等
理想气体
空气为主的燃气
蒸汽动力循环：外燃机，如蒸汽机、汽轮机
实际气体
水蒸气、氨、氟利昂等
动力循环的分类
按结构
活塞式 piston engine 汽车，摩托，小型轮船
叶轮式
Gas turbine cycle
航空，大型轮船，移动电站 联合循环的顶循环
s
提高循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式
联合循环
提高初温度
提高初压力
降低乏汽压力
再热循环 Reheat
回热循环 Regenerative
热电联产 Cogenerat PFBC-CC
…...
极限回热循环
1 1kg
4
T
5
2
4
3
3
极限回热循环与同温度范围内的卡诺循环热效率相等 实际上无法实现： 1.蒸汽速度很高，零温差传热无法实现 2.膨胀做功后蒸汽干度过低，影响汽轮机正常工作。
小型火力发电厂回热级数一般为1～3级，中大型火力发 电厂一般为 4～8级。
蒸汽再热循环
T 5
4 3
1a
6 b
2
s
1
再 热
4
b 2
a
3
蒸汽再热循环的热效率
T
5 4 3
1a
6 b
2
• 再热循环本身不一定 提高循环热效率
• 与再热压力有关 • x2降低,给提高初压创 造了条件，选取再热压 力合适，一般采用一次 再热可使热效率提高2 ％～4％。
•
只采用热效率
t
wnet显然不够全面 q1
• 能量利用系数 K ，但未考虑热和电的品位不同
K
已被利用的能量 工质从热源得到的能量
q供热＋wnet q1
• Ex经济学评价
内燃机循环
燃气动力循环
燃气轮机循环 内燃机循环
点燃式（汽油机） 压燃式（柴油机）
定定混 容压合 加加加 热热热 循循循 环环环
定容加热循环（Otto循环）
v2
混合加热循环
吸热量 q1 cv T2' T2 cp T3 T2'
放热量 q2 cv T4 T1
热效率
t
w q1
q1 q2 q1
1 q2 q1
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k(
1)
其中定义 压缩比 v1
定压预胀比 v3
v2
v2
定容升压比
p2'
p2
燃气轮机循环
1
1
k 1
p2 p1
k
2
4
1
s
定义压比： p2
p1
t 1
1
k 1
k
提高Brayton循环热效率的途径
改变循环参数 改变循环形式
t 1
1
k 1
k
再热 回热 多级压缩，中间冷却
回热
2A
回热器 2
3
4R 燃烧室
压气机
燃气轮机
4 1
再热
燃烧室1
3
3’
2
燃烧室2
5
1 压气机
燃气轮机 4’
循环热效率比朗肯循环热效率有所降低 利用了乏汽的热量，热能利用率比高，经
济性好。 不需要凝汽器，简化了系统设备 供热与供电相互牵制，难以同时满足供热
与供电的需求 供热参数单一
调节抽汽式热电循环
抽汽式热电联 供循环, 可以自动 调节热、电供应比 例，以满足不同用 户的需要。
热电循环的经济性评价
间冷器 回热器 燃烧室1 3
2 4R 2R
燃烧室2
压气机 1
燃气轮机 4
工程热力学
Engineering Thermodynamics
动力循环
蒸汽动力基本循环 回热循环和再热循环 热电循环 内燃机循环 燃气轮机循环
动力循环研究目的和分类
热机（热力原动机）：将热能转化为机械能的设备 动力循环：热机的工作循环 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
研究内容和研究方法
研究内容：两类动力循环的构成、特点以及提高动力 循环热力性能的途径。
实际动力循环非常复杂
不可逆，多变指数变化，燃烧等
工程热力学研究方法，先对实际动力循环进行抽 象和理想化，形成各种理想循环进行分析，最后 进行修正。
朗肯循环
水蒸气动力循环系统
汽轮机 锅 炉
发电机
凝汽器
四个主要装置： 锅炉 汽轮机 凝汽器 给水泵
热电循环
背压式机组(背压>0.1MPa)
过热器
1 汽轮机
锅炉
4
给水泵
3
2' 热用户
用发电厂作了功 的蒸汽的余热来 满足热用户的需 要，这种作法称 为热电联(产)供。
热能利用率
• 热能利用率 K
已被利用的能量 K 工质从热源得到的能量 q供热＋wnet 1
q1
实际K值约为0.65～0.7
背压式热电循环的特点
吸热量：
q1,RG h1 h5 h1 ha'
放热量：
q2,RG 1 h2 h2'
3
2
净功：wRG h1 ha
s
1 ha h2
热效率：
t,RG
h1
ha
1 ha
h1 ha'
h2
为什么抽汽回热热效率提高
T
1kg
6
kg
5
4
(1- )kg
3
1
t,RG 1
1 6
2 s
抽汽式回热循环
1 1kg
a2
αkg
6
3
5
4
(1-α)kg
抽汽 冷凝水
去凝汽器 表面式回热器
给水
抽汽 冷凝水
抽汽式回热
混合式回热器
抽汽回热循环
T
1
1kg
6
kg
a
5
4
(1- )kg
3
2
1 1kg
a2
αkg
6
3
5
4
(1-α)kg
s
由于T-s图上各点质量不同，
面积不再直接代表热和功
1kg
5
简单燃气轮机定压加热循环——Brayton循环
Brayton循环热效率 T
3
t
1 T4 T1 T3 T2
1
T1
T4 T1
T2
T3 T2
1
1
因为：1－2，3－4为定熵过程
k 1
k 1
所以：T3 T4
p3 p4
k
p2 p1
k
T2 T1
t
1 T1 T2
1 1 T2 T1
蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响
t1 , p2不变，p1
T
5'
5
4'
4 3
1' 1 6'
6
2' 2
s
优点：
• T1 t
v •
，汽轮机出口尺寸
小 2'
缺点： • 对强度要求高
x •全。一2' 般不要利求于出汽口轮干机度安大
于0.86~ 0.88
蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响
p1 , p2不变，t1
优点：
Otto循环效率
吸热量 q1 cv T3 T2
放热量 q2 cv T4 T1
热效率
t
w q1
q1 q2 q1
1
q2 q1
1
T4
T1
1
T1
T4 T1
1
因1－2，3－T3 4为T2定熵过T2 程 TT32，有1
T2 T1
v1 v2
k 1
T3 T4
T
3
2
4
1
s
t
1 T1 T2
s
蒸汽再热循环的热效率
T
5 4 3
1a
6 b
2
吸热量：
q1 h1 h4 ha hb
放热量：
q2 h2 h3 净功（忽略泵功）：
wnet h1 hb ha h2
s
热效率：
t,RH
wnet q1
(h1 hb ) (ha (h1 h4 ) (ha
h2 ) hb )
多级压缩，中间冷却
间冷器 5
2 3
6