《化工热力学第六章蒸汽动力循环和制冷循环》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工热力学第六章蒸汽动力循环和制冷循环（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/10/18,第七章,蒸汽动力循环和制冷循环,2019/10/18,第七章内容,7.1 蒸汽动力循环 7.1.1 Rankine(朗肯)循环 7.1.2 Rankine循环的改进 7.2 气体绝热膨胀制冷原理 7.2.1 节流膨胀 7.2.2 对外作功的绝热膨胀 7.3 制冷循环 7.3.1 蒸汽压缩制冷循环 7.3.2 吸收制冷循环,工作原理 循环中工质状态变化 能量转换计算 循环过程热力学分析,2019/10/18,前言,循环： 体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。 蒸汽动力循环： 是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备
2、是各种热机。 产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂 冷冻循环： 是将热连续地由低温处输送到高温处的过程，其主要设备是热泵。 耗功的过程。 -100 以上为普冷， -100 以下为深冷。,2019/10/18,前言,如何将1atm 300atm? 需要压缩机，消耗动力。,中国60年代，15001800度电/吨NH3。 中国70年代，仅1030度电/吨NH3。 这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。,蒸汽动力循环的作用：,电,高温热源,废热锅炉，产生高压蒸汽,压缩机 (氢循环压缩机),透平机,2019/10/18,流体通过压缩机、膨胀机,7.1 蒸汽动力循环,稳定流动体系的热力学第一定理：, u20
3、，g Z0，若绝热过程Q=0 Ws= H= H2-H1,高压高温蒸汽带动透平产生轴功。 （流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量，称为轴功Ws。）,2019/10/18,7.1 蒸汽动力循环,3 4水在水泵中被压缩升压。 4 1 进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后。 1 2 进入透平机膨胀作功。 2 3 作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一个循环。,蒸汽动力循环原理,蒸汽动力循环主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。,2019/10/18,锅炉,水泵,原理,水压缩,水加热至过热蒸汽,蒸汽作功,蒸汽冷凝 成水,理想Rankine循环,等S膨胀,等S压缩,等压吸热,
4、相变,3 4 饱和水可逆绝热压缩过程。（等S） 4 1 高压水等压升温和汽化，等压吸热过程 1 2 过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。（等S） 2 3 湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。,7.1.1 Rankine (朗肯)循环,2019/10/18,卡诺循环的缺点,锅炉加热,4,1,2,3,透平机后的乏气, 汽+液,汽+液,泵,冷凝器,透平机,缺点之二: 对于泵易产生气缚 现象,缺点之一: 透平机要求干度X0. 9 但2点的X0.88 易损坏叶片,结论:卡诺循环不适合变热为功!,2019/10/18,（1）工质进汽轮机状态不同,（2）膨胀过程不同,郎肯循环与卡诺循环的区别,（3）工质出冷凝器状
5、态不同,（4）压缩过程不同,（5）工作介质吸热过程不同,郎肯循环：饱和水,郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽略掉工作介质水的摩擦与散热，可简化为可逆过程。,郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着等压线变化,卡诺循环：湿蒸汽,卡诺循环：等熵过程,卡诺循环：气液共存,卡诺循环：等熵过程,卡诺循环：等温过程,郎肯循环：干蒸汽,郎肯循环：不可逆绝热过程,2019/10/18,WS可逆绝热膨胀功,Q1,Q2,WP可逆绝热压缩功,稳流体系,理想Rankine循环,2019/10/18,WS 膨胀功,Q1,Q2,WP压缩功,a,b,Q2,WN,Q1,Q1=面积1ba41,Q2=面积2ba32,2019/10/18,Ql
6、越大， Q2越小，做的净功WN就越大。 Ql受锅炉中金属材料的极限的限制，约550600oC。 Q2受为环境温度的限制。,净功WN= IQ1（面积1ba41）-Q2（面积2ba32）I =面积12341,a,b,理想Rankine循环,WN,2019/10/18,用T-S图表示热和功,T-S图 ：温-熵图,T-S图的用处： (1)体系可逆地从状态A到状态B,在T-S图上曲线AB下的面积就等于体系在该过程中的热效应，一目了然。,2019/10/18,用T-S图表示热和功,(2)容易计算热机循环时的效率,热机所作的功W为闭合曲线ABCDA所围的面积。,图中ABCDA表示任一可逆循环。ABC是吸热过
7、程，所吸之热等于ABC曲线下的面积；,CDA是放热过程，所放之热等于CDA曲线下的面积。,2019/10/18,T-S 图：既显示体系所吸取或释放的热量；又显示体系所作的功。,p-V 图：只能显示所作的功。,用T-S图表示热和功的优点,2019/10/18,理想Rankine循环的热效率 和气耗率SSC,2、气耗率SSC：Specific Steam Consumption 作出1kW.h净功消耗的蒸气公斤数。,评价动力循环的指标：热效率和气耗率。,1、热效率： 循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比,2019/10/18,1,2,3,4,实际Rankine循环,2,4,2 2,4 4,1
8、2，4 4理想朗肯循环（等熵） 1 2，4 4实际朗肯循环（不等熵）,实际上，工质在汽轮机和水泵中不可能是完全可逆的，即不可能作等熵膨胀或等熵压缩。,这个不可逆性可用等熵效率s来表示。,等熵效率s的定义：“对膨胀作功过程，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做功量之比。,2019/10/18,1,2,3,4,2,4,等熵效率s,实际Rankine循环的热效率,实际Rankine循环,2019/10/18,Q2（放热）,Q1吸热,实际Rankine循环,2019/10/18,实际与理想Rankine循环的比较,2019/10/18,例1：（p.176例题7-1 ）某蒸汽动力装置按理想Ranki
9、ne循环工作, 锅炉压力为40105Pa, 产生440的过热蒸汽, 乏气压力为0.04105Pa, 蒸汽流量为60T/hr, 试求: (1)过热蒸汽每小时从锅炉中的吸热量与乏气每小时在冷凝器中放出的热量和乏气的湿度 (2) 汽轮机作出的理论功率与泵消耗的理论功率. (3) 循环的热效率和气耗率,6）气耗率SSC =3600/-WN,Q2（放热）,Q1 吸热,2019/10/18,状态点1：根据P1,T1 值查蒸汽表直接得H1,S1,1,2,3,4,5,各状态点的焓值如何确定？,P1,P2,状态点3：根据P3=P2，且是饱和点，查蒸汽表直接得H3, S3和V3,状态点4：根据S4=S3, 得S4
10、； 根据P4=P1和 得H4,状态点2：根据P2和S2=S1可得H2 注意：状态点2是湿蒸汽H2= xH2g+（1-x) H2L,2019/10/18,2点(湿蒸汽),1点(过热蒸汽）,2019/10/18,3点(饱和液体),4点(未饱和水),5点(饱和水),2019/10/18,计算：1）过热蒸汽每小时从锅炉中的吸热量Q1,2）乏气每小时在冷凝器中放出的热量Q2,3）乏气的湿度,4）汽轮机作出的理论功率PT,1-X=1-0.805=0.195,2019/10/18,5）泵消耗的理论功率NP.,6）循环的理论热效率,7）气耗率SSC,2019/10/18,例2 有一理想Rankine(朗肯)循
11、环，在40bar和0.08bar的压力之间操作，锅炉产生的是 400的过热蒸气，冷凝器所用的冷却水的温度为25。求1）Q1，Q2；2）透平作的理论功和水泵消耗的理论功，3）热效率，气耗率SSC，并试对此循环作热力学分析。,1,2,3,4,5,气耗率SSC =3600/WN =3.29 （Kg.kw-1.h-1）,=36%,2019/10/18,例3： 同例2，但透平机的等熵效率为0.85。,1,2,3,4,2,5,=30.6%,SSC =3600/WN =3.871 （Kg.kw-1.h-1）,由上式计算出H2 其它计算同例1,2019/10/18,提高循环的热效率的措施,(1)提高蒸气过热温
12、度,提高蒸气过热温度的影响,2019/10/18,提高循环的热效率的措施,(2)提高蒸汽压力,2019/10/18,提高循环的热效率的措施,(3)降低乏气压力（背压）,1、降低背压时所增加的功比增加的热量大，因而提高了整个循环的热效率。,2、降低背压会降低乏气的干度，应注意。,2019/10/18,7.1.2 Rankine循环的改进,1、回热循环：,1,6,1Kg,1-,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,回热 加热器,水泵,2,2,1-,5,6,1Kg,抽出部分蒸汽Kg到回热加热器,2019/10/18,回热循环与Rankine循环比较,优点： (1)提高了水在锅炉中吸热的
13、温位，从而增加了蒸汽有效能量，做功本领变大。 (2)整个循环的工质只有一部分通过冷凝器排往自然环境的有效能减少。 (3)减少锅炉热负荷和冷凝器换热面积，节省金属材料。,缺点： 1）中压蒸气和水在水加热器中不可逆混合，损失了部分有效能。 2）设备增加。,总之，利大于弊！,现代蒸汽动力循环普遍采用这种方式。根据需要，可分为多次。,2019/10/18,回热循环的计算,计算关键：利用质量平衡和能量平衡计算抽气量。,例题6-3,2019/10/18,(2)热电循环,i) 汽轮机排汽压力大于大气压力; ii)排汽的参数根据用户需要而定，由供热温度决定。 由于排汽经冷凝器放热直接用于供热，所以汽轮机排汽压
14、力与供热温度相适应，无法单独调节。,A 背压式汽轮机联合供电供热循环,7.1.2 Rankine循环的改进,2019/10/18,2,1,3,4,T,S,泵,锅炉,1,2,3,4,透平机,qH,qL,Ws,Wp,A 背压式汽轮机联合供电供热循环,2019/10/18,用热效率和能量利用系数同时评价,A 背压式汽轮机联合供电供热循环,2019/10/18,特点： 冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质（不一定是冷却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用； 排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,大于大气压力； 热电循环效率 =循环热效率+提供热用户的热量/输入的总热量。,A 背压式汽轮机联
15、合供电供热循环,2019/10/18,类似于回热循环; 克服背压式汽轮机受供热温度的限制问题; 通过控制抽气量来调节供热和供电两方面 的要求。,B 抽汽式汽轮机联合供电供热循环,2019/10/18,1,2,3,4,5,6,2,透平机,锅炉,泵,泵,Ws,Q2,Wp1,Wp2,1-,Feedwater heater,qH,qL,T,S,1,2,2,3,4,5,6,1-,B 抽汽式汽轮机联合供电供热循环,2019/10/18,制冷循环,制冷循环：利用机械功使热量从低温高温的过程。 利用制冷循环达到两种目的： 1）制冷 使指定的空间保持低于环境的温度，热量从低温空间转移到高温环境。夏天的房间、冰箱。 制冷机 2）加热 使指定的空间保持高于环境的温度，热量从低温环境转移到高温空间。冬天的房间。 热泵,2019/10/18,夏天,低温房间,高温环境,热量,制冷机,2019/10/18,冬天,高温房间,低温环境,热量,热泵,2019/10/18,7.2 & 7.3 制冷循环及原理,2019/10/18,7.2节流膨胀与作外功的绝热膨胀,制冷原理：高
