傳統能源利用熱機及其熱力循環傳統能源的利用方法傳統能源是指煤、石油和天然氣。這些化石能源的利用方法主要有直接使用和能量形式的轉化使用兩種方式。在能量形式轉化方式上，主要是采取氣體動力循環和蒸汽動力循環兩類熱力過程。蒸汽輪機發電鍋爐汽輪機發電機給水泵凝汽器1234柴油機

活塞式汽車發動機構造火花塞2-氣缸蓋3-出水口4-氣缸5-活塞6-水套7-水泵8-活塞銷9-進水口10-連桿11-飛輪12-曲軸13-機油管14-曲軸箱15-機油泵16-曲軸正時齒輪17-凸輪正時齒輪18-凸輪軸19-排氣管20-進氣管21-進氣門22排氣門23-化油器汽油機動力循環按工質空氣為主的燃氣按理想氣體處理蒸汽動力循環：外燃機水蒸氣等實際氣體氣體動力循環：內燃機，燃氣輪機氣體動力循環分類按結構活塞式葉輪式小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船移動電站汽油機點燃式，壓燃式汽車，摩托，小型輪船按燃料航空，大型輪船，移動電站柴油機煤油機航空按點燃方式：按沖程數：二沖程，四沖程航空發動機（葉輪式燃氣循環）活塞動力循環特點四沖程高速柴油機為例（混合加熱循環）（壓燃式）四沖程柴油機工作原理空氣、油廢氣吸氣壓縮，噴油燃燒膨脹作功排氣四沖程高速柴油機工作過程(P-V圖)1230—1

吸空氣pV一般n=1.34~1.37柴油自燃t=335℃p02’01—2’

多變壓縮p2’=3~5MPat2’=600~800℃2’

噴柴油2

開始燃燒2—3

迅速燃燒，近似Vp↑5~9MPa453—4

邊噴油，邊膨脹123pVp01’2’0t4可達1700~1800℃4

停止噴柴油4—5

多變膨脹V近似膨脹pp5=0.3~0.5MPat5500℃5—1’

開閥排氣，降壓1’—0

活塞推排氣,完成循環四沖程高速柴油機123451.

工質pVp01’2’0工質數量不變定比熱理想氣體(空氣)P-V圖p-v圖2.

0-1和1’-0抵消開口閉口循環3.排氣向外界放熱(定容)4.燃燒外界加熱5.

多變絕熱6.

不可逆可逆混合加熱理想循環1235pp01’2’012345pv1234512345pvTs分析循環吸熱量，放熱量，熱效率和功混合加熱理想循環的計算12345Ts吸熱量放熱量(取絕對值）熱效率柴油機與汽油機動力循環12345pv1234pv柴油機，壓燃式汽油機，點燃式定容加熱循環（OTTO循環)12341234pvTs定容加熱循環的計算1234Ts吸熱量放熱量(取絕對值）熱效率定容加熱循環的計算1234Ts熱效率高速柴油機與低速柴油機循環圖示12345pv1234pv柴油機，壓燃式高增壓低速柴油機壓燃式定壓加熱循環（Diesel循環)1234pv1234Ts定壓加熱循環的計算1234Ts吸熱量放熱量(取絕對值）熱效率定義幾個指標性參數12345pv壓縮比定容增壓比定壓預脹比反映氣缸容積反映供油規律理想混合加熱循環的計算12345Ts熱效率理想混合加熱循環的計算12345Ts熱效率各因素對混合加熱循環的影響1、當

、不變受氣缸材料限制一般柴油機潛艇用氦氣，k=1.66各因素對混合加熱循環的影響2、當不變12345pv定容加熱循環的計算汽油易爆燃一般汽油機一般柴油機效率高于汽油機的效率但汽油機小巧活塞式內燃機循環比較比較的條件壓縮比吸熱量反映氣缸結構尺寸、工藝材料反映作功量（馬力）最高壓力反映材料耐壓、壁厚、成本最高溫度反映材料耐溫比較的對象：混合加熱，定容加熱，定壓加熱ε和q1相同Ts平均溫度法3m4m123v4v3p4p

pmax和Tmax相同Ts相等12v342m2ppmax和q1相同3p4mTs2p3m12v4v3v4p2m？？和相同，圖示大小燃氣輪機裝置循環

勃雷頓循環（BraytonCycle）用途：

航空發動機尖峰電站移動電站大型輪船航空發動機尖峰電站或移動電站理想化：燃氣輪機裝置簡介1234壓氣機燃氣輪機燃料1）工質：數量不變，定比熱理想氣體2）閉口循環3）可逆過程燃燒室燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環

——布雷頓循環pvTs12341234布雷登循環的計算Ts1234吸熱量：放熱量：熱效率：布雷頓循環熱效率的計算Ts1234熱效率：熱效率表達式似乎與卡諾循環一樣布雷頓循環熱效率的計算Ts1234熱效率：定義：循環增壓比布雷頓循環凈功的計算Ts1234定義：循環增溫比對凈功的影響Ts12343’4’當不變不變但T3受材料耐熱限制對凈功的影響Ts當不變太大太小存在最佳，使最大最佳增壓比（w凈）的求解Ts令最大循環凈功燃氣輪機的實際循環Ts1234壓氣機：不可逆絕熱壓縮燃氣輪機：不可逆絕熱膨脹2’4’定義：壓氣機絕熱效率燃氣輪機相對內效率燃氣輪機的實際循環的凈功Ts12342’4’凈功吸熱量燃氣輪機的實際循環的熱效率Ts12342’4’熱效率影響燃氣機實際循環熱效率的因素··一定，·一定，有最佳

·右移和的關系>地面上，尺寸次要，省燃料，取空中，尺寸重要，取提高受材料耐熱限制取最佳有無其它途徑提高布雷頓循環熱效率的其他途徑2若使T4T4在500oC以上134Ts不可能如果T4>T2預熱空氣，回熱一、回熱布雷頓循環回熱示意圖1234壓氣機燃氣輪機燃燒室回熱器4R2A壓氣機間冷的圖示1234燃氣輪機燃燒室間冷器5壓氣機62’間冷＋回熱示意圖134燃氣輪機燃燒室間冷器5壓氣機62’回熱器4R2R間冷＋回熱在Ts圖上的表示2134Ts2’654R2R結論：再熱示意圖1234’壓氣機燃氣輪機燃燒室1燃燒室23’5再熱＋回熱示意圖1234’壓氣機燃氣輪機燃燒室2回熱器燃燒室14R2R53’再熱＋回熱在Ts圖上的表示213Ts3’4’4結論：54R2R再熱+間冷+回熱示意圖1234壓氣機燃氣輪機燃燒室2回熱器間冷器燃燒室12R4R結論：再熱+間冷+回熱的Ts圖示3Ts2142R4R無窮多級的極限情況2134Ts兩個等溫過程兩個等壓過程+回熱概括性卡諾循環級數越多，越復雜，造價越高，一般2~3級斯特林（Stirling)循環1816年提出，近20年才實施冷氣室熱氣室加熱器冷卻器AB回熱器1-2T

壓縮2-3V

吸熱3-4T

膨脹4-1V

放熱斯特林循環圖示12341234pvTs概括性卡諾循環核潛艇，制冷氣體動力循環燃氣輪機循環：理想循環和實際循環的計算和比較活塞式內燃機循環：(特點、計算、比較)提高熱效率的手段：回熱間冷+回熱再熱+回熱動力循環問題討論動力循環的一般規律:任何動力循環都是以消耗熱能為代價以作功為目的升壓是前提加熱是手段作功是目的放熱是必須順序不可變步驟不可缺按工質氣體動力循環：內燃機、燃氣輪機蒸汽動力循環：外燃機空氣為主的燃氣按理想氣體處理水蒸氣等實際氣體蒸汽動力循環水蒸氣：火力發電、核電低沸點工質：氨、氟里昂太陽能、余熱、地熱發電

四個主要裝置：

鍋爐

汽輪機

凝汽器

給水泵朗肯循環水蒸汽動力循環系統

鍋爐汽輪機發電機給水泵凝汽器水蒸氣動力循環系統的簡化鍋爐汽輪機發電機給水泵凝汽器朗肯循環1234簡化（理想化）：12汽輪機s

膨脹23凝汽器p

放熱34給水泵s

壓縮41

鍋爐p

吸熱1342pv朗肯循環pv圖12汽輪機s

膨脹23凝汽器p

放熱34給水泵s

壓縮41

鍋爐p

吸熱4321Tshs1324朗肯循環T-s和h-s圖12汽輪機s

膨脹23凝汽器p

放熱34給水泵s

壓縮41

鍋爐p

吸熱hs1324朗肯循環熱效率的計算

一般很小，占0.8~1%，忽略泵功

汽耗率的概念工程上常用汽耗率：反映裝置經濟性，設備尺寸汽耗率：蒸汽動力裝置每輸出1kW.h功所消耗的蒸汽量kgsp1t1p2654321如何提高朗肯循環的熱效率影響熱效率的參數？TsT6543211.蒸汽初壓對朗肯循環熱效率的影響t1,p2不變，p1優點：

，汽輪機出口尺寸小缺點：

對強度要求高

不利于汽輪機安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88sT6543212.蒸汽初溫對朗肯循環熱效率的影響優點：

，有利于汽機安全。缺點：

對耐熱及強度要求高，目前初溫一般在550℃左右汽機出口尺寸大p1,p2不變，t1sT6543213.乏汽壓力對朗肯循環熱效率的影響優點：

缺點：受環境溫度限制，現在大型機組p2為0.0035~0.005MPa，相應的飽和溫度約為27~33℃

，已接近事實上可能達到的最低限度。冬天熱效率高p1,t1不變，p2蒸汽動力循環冷卻水系統蒸汽動力循環冷卻水系統實體國產鍋爐、汽輪機發電機組的初參數簡表實際蒸汽動力循環分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：給水泵不可逆(34’)汽機不可逆(12’)汽機汽門節流(1’

1

)

蒸汽管道摩擦降壓，散熱(1’’1’)

有摩阻的實際循環sT5322’4’14忽略泵功可逆朗肯循環效率汽機相對內效率提高循環熱效率的途徑改變循環參數提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環形式回熱循環再熱循環聯合循環熱電聯產燃氣-蒸汽聯合循環新型動力循環IGCCPFBC-CC…...Ts65431b蒸汽再熱循環(reheat)Ts65431b蒸汽再熱循環的熱效率

再熱循環本身不一定提高循環熱效率

與再熱壓力有關

x2降低,給提高初壓創造了條件，選取再熱壓力合適，一般采用一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。cd蒸汽再熱循環的實踐

再熱壓力

pb=pa0.2~0.3p1

p1<10MPa，一般不采用再熱

我國常見機組，10、12.5、20、30萬機組，p1>13.5MPa，一次再熱

超臨界機組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱Ts65431b蒸汽再熱循環的定量計算吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：蒸汽回熱循環(regenerative)抽汽去凝汽器冷凝水表面式回熱器抽汽冷凝水給水混合式回熱器抽汽式回熱蒸汽抽汽回熱循環(1-)kg

kg65as43211kgTa

kg4(1-)kg51kg由于T-s圖上各點質量不同，面積不再直接代表熱和功抽汽回熱熱效率提高(1-)kg

kg65as43211kgT簡單朗肯循環：物理意義：

kg工質100%利用

1-kg工質效率未變蒸汽抽汽回熱循環的特點小型火力發電廠回熱級數一般為1～3級中大型火力發電廠一般為4～8級。優點提高熱效率減小汽輪機低壓缸尺寸，末級葉片變短減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面可兼作除氧器缺點循環比功減小，汽耗率增加增加設備復雜性回熱器投資>缺點提高循環熱效率的途徑改變循環參數提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環形式回熱循環再熱循環聯合循環熱電聯產燃氣-蒸汽聯合循環新型動力循環IGCCPFBC-CC…...熱電聯產(供)循環用發電廠作了功的蒸汽的余熱來滿足熱用戶的需要，這種作法稱為熱電聯(產)供。背壓式機組(背壓>0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力循環的水？背壓式熱電聯產(供)循環背壓式缺點：

熱電互相影響

供熱參數單一抽汽調節式熱電聯產(供)循環

抽汽式熱電聯供循環,可以自動調節熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。熱電聯產(供)循環的經濟性評價

只采用熱效率顯然不夠全面

能量利用系數，但未考慮熱和電的品位不同

熱電聯產、集中供熱是發展方向，經濟環保現代新型動力循環蒸汽電站提高電廠供電效率的措施：提高初參數，向亞臨界和超臨界發展；采用大功率機組，降低廠用電率；采用熱電聯供。火電廠發展現狀占總裝機容量的80%左右，效率37~40%；

耗煤占總產量30%，油占10%左右；

提高供電效率和改善環境有重要意義。燃氣-蒸汽聯合循環燃氣輪機的發展熱力參數與單機容量逐步提高，達W>200MW，熱效率35~41%；可靠性95~98.5%，可作為基本負荷電站；聯合循環的現實可行性燃氣輪機排氣溫度t4=400~600℃；大功率機組排氣量300kg/s以上；利用排氣能量加熱蒸汽輪機給水(取代鍋爐)，大大提高供電效率，極限效率(燒氣)約58%。燃氣

蒸汽聯合循環燃氣蒸汽聯合循環Ts燃氣輪機循環蒸汽輪機循環燃氣蒸汽聯合循環法國GECAlsthom公司的聯合循環電站燃氣輪機：227.2MW蒸汽輪機：128.3MW燃料：天然氣熱效率：54.5%制冷循環概述?制冷（熱泵)循環輸入功量（或其他代價），從低溫熱源取熱?動力循環

輸入熱,通過循環輸出功

?

熱泵循環輸入功量（或其他代價），向高溫熱用戶供熱—正循環—逆循環—逆循環制冷空調原理與裝置冷柜冰箱機組汽車空調機組冷熱兩用空調機組(a)夏季制冷循環(b)冬季熱泵循環

制冷與熱泵兩用裝置示意圖A四通換向閥，B毛細節流裝置，C壓縮機制冷制熱制冷循環和制冷系數CoefficientofPerformanceT0環境T2冷庫卡諾逆循環q1q2wTsT2T0T0不變,T2

εCT2不變,T0

εC熱泵循環和供熱系數CoefficientofPerformance卡諾逆循環wTsT2T0T1不變,T0

εCT0不變,T1

εCT1制冷能力和冷噸生產中常用制冷能力來衡量設備產冷量大小制冷能力：制冷設備單位時間內從冷庫取走的熱量(kJ/s)。商業上常用冷噸來表示。1冷噸：1噸0°C飽和水在24小時內被冷凍到0°C的冰所需冷量。水的凝結（熔化）熱

r=334kJ/kg1冷噸=3.86

kJ/s1美國冷噸=3.517

kJ/s制冷循環種類制冷循環壓縮制冷空氣壓縮制冷蒸氣壓縮制冷吸收式制冷吸附式制冷蒸汽噴射制冷半導體制冷熱聲制冷壓縮空氣制冷循環冷卻水膨脹機壓縮機冷藏室冷卻器3214一、壓縮空氣制冷循環概述四個主要部件；工質：空氣1

2

絕熱壓縮p

T2

3

等壓冷卻向環境放熱，T3

4

絕熱膨脹T<T1（冷庫）4

1

等壓吸熱T

T1理想化處理：①理氣；

②定化熱;

③

可逆；pv圖和Ts圖1

2

絕熱壓縮2

3

等壓冷卻3

4

絕熱膨脹4

1

等壓吸熱

pv3214TsT2T01234逆勃雷登循環sspp空氣壓縮制冷循環特點

優點：工質無毒，無味，不怕泄漏。

缺點：

1.無法實現T

，

<

C2.q2=cp(T1-T4)，空氣cp很小，(T1-T4)不能太大，q2

很小。若(T1-T4)3.活塞式流量m小，制冷量Q2=m

q2小，

使用葉輪式，再回熱則可用。回熱式空氣制冷循環回熱式空氣壓縮制冷裝置T2T01RTs2R53R41R2R134253R1空氣回熱制冷與非回熱的比較吸熱量（收益）：q2=cp(T1-T4)放熱量：q1=cp(T2-T3)

=cp(T2R-T5)非回熱回熱不變相同回熱＝

非回熱適用于小壓比大流量的葉輪式壓氣機空氣制冷系統T2T0Ts1R2R53R1342空氣壓縮制冷的根本缺陷1.無法實現T

，

低，經濟性差2.q2=cp(T1-T4)小，制冷能力q2

很小。

汽化潛熱大，制冷能力可能大

蒸氣在兩相區易實現T壓縮蒸汽制冷循環

水能用否？0°C以下凝固不能流動。一般用低沸點工質，如氟利昂、氨沸點：水100°CR22-40.8°CR134aTHR01-26.1°C-30.18°C空氣壓縮制冷循環裝置冷卻水膨脹機壓縮機冷藏室冷卻器3214壓縮蒸汽制冷空調裝置1-2：絕熱壓縮過程2-4：定壓放熱過程4-5：絕熱節流過程5-1：定壓吸熱過程45Ts1234567比較逆卡諾循環346773濕蒸氣壓縮“液擊”現象

12既安全，又增加了單位質量工質的制冷量71逆卡諾實際節流閥代替了膨脹機節流閥代替膨脹機分析Ts12345682.

少從冷庫取走熱量優點：1.

損失功量ab面積a84ba面積a86ba面積8468缺點：1.

省掉膨脹機，設備簡化；2.

膨脹閥開度，易調節蒸發溫度；84越陡越好利>弊過冷措施Ts12345lnph123455’4’不變4’5’工程上常用制冷劑的性質

蒸氣壓縮制冷，要盡可能利用工質兩相區，因此與工質性質密切相關。對熱物性要求：1.

沸點低，tb<10oC2.

壓力適中，蒸發器中稍大于大氣壓，冷凝器中不太高；3.

汽化潛熱大，大冷凍能力；4.T-S圖上下界線陡峭：上界陡峭，冷凍更接近定溫，下界線陡，節流損失小；5.

凝固點低，價廉，無毒，不腐蝕，不爆，性質穩定、油溶性、材料相容性、環境性能、安全性能好。發達國家HCFCs禁用時間表美國2003.1.1:作發泡劑用的HCFC-141b

將被禁用

2010.1.1:停止HCFC-22和142b的生產

2015.1.1:停止HCFC-123和124的生產

2020.1.1:HCFC-22和141b將被禁用

2030.1.1:HCFC-123和124將被禁用瑞士，意大利2000.1.1:HCFCs將被禁用德國2000.1.1:HCFC-22將被禁用瑞典，加拿大2010.1.1:HCFCs將被禁用發展中國家CFC&HCFC削減及禁用時間表1999.7.1CFC-11，12，113，114，115控制在