化工热力学 ch6-1 蒸汽动力循环与制冷循环ppt课件

1、化工热力学化学化工学院主讲：戚玉华第三节：蒸汽动力循环第三节：蒸汽动力循环 本节内容：1、卡诺循环过程及能量分析2、郎肯循环过程及能量分析重点掌握：1、循环的各过程中任务介质形状的变化2、各过程的特点及各过程对外传热和作功的计算3、热效率的计算 瓦特 17361819 萨迪.卡诺1796 1832请同窗们课下查阅有关蒸汽机开展的资料 一、卡诺循环简单的蒸汽动力循环安装及T-S图上的卡诺循环任务介质(简称工质):目前，广泛运用的蒸汽动力安装的是水。过程：水在锅炉中产生高压蒸汽；高压蒸汽在透平中进展膨胀对外产功；透平排出的废气(称乏汽)经冷凝器冷凝后，由水泵送回锅炉。 水泵2341Ws,PumpW

2、S，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析锅炉boiler步骤1-2：安装： 锅炉工量变化： 水由饱和液体变成饱和蒸汽。过程特点： 恒温可逆膨胀过程。在TS图表示： 程度线。传热： 作轴功：1212)(hhSSTqHH水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLSWqhSTTLTH43210SWVdp 能量分析Turbie 透平机步骤2-3安装： 透平机工量变化： 饱和蒸汽变成湿蒸汽形状。过程特点： 可逆绝热膨胀过程，即等熵过程。在TS图表示：垂直于S轴的线段。传热： 零 作轴功：32,hhhWTurSSWqh水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅

3、炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析Condenser 冷凝器步骤34安装： 冷凝器工量变化： 湿蒸汽冷凝，终点4的湿度大于3。过程特点： 等温可逆紧缩过程。在TS图上表示： 程度线传热： 作轴功： 零3434)(hhhSSTqLLSWqh水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLSTTLTH4321能量分析Pump 水泵步骤4-1安装： 水泵工量变化： 由湿蒸汽变为饱和液体。过程的特点： 可逆绝热膨胀过程(等熵过程)在T-S图表示： 垂直于S轴的线段。传热： 零。作轴功： SWqh14,hhhWPumpS水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器q

4、LSTTLTH4321循环过程作的净功为：过程与环境交换的热为：根据热力学第一定律，循环过程的 故： 结论一：整个动力安装产出的净功透平产生的功和水泵耗费的功的代数和等于锅炉吸收的热和冷凝器排放的热的代数值之和。NWq0hNWqhTurSPumpSNWWW,能量分析HLqqqHLHLHLHLHHNTTSSTSSTqqqqqqW111)()(123465STTLTH4321结论二：卡诺热机的效率与任务介质的性质无关，只与高温热源的温度TH和低温热源的温度TL有关。热效率：任务介质在整个循环中对外所作净功与外界所加 给任务介质的热量之比。卡诺热机的热效率为：曾经证明卡诺循环是任务于一样温度的热源间

5、效率最高的循环。但它却不能付之实际。缘由：因此卡诺热机是一个理想的、不能实现的热机，但其效率可以为实践热机效率提供一个作比较用的最高规范。STTLTH43211点3对应于透平出口点，湿蒸汽中所含的饱和水较多将使透平发生浸蚀景象。实际阐明，透平带水不得超越10。2点4也在两相区(此点为水泵入口)显然，汽水混合物不能用泵送入锅炉。二、郎肯(Rankie)循环 郎肯循环安装及T-S图朗肯循环与卡诺循环主要的区别有两点：1加热步骤1-2，水在汽化后继续加热，使之成为过热蒸汽；2冷凝步骤3-4进展完全的冷凝。过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLST4321能量分析锅炉bo

6、iler步骤l一2安装： 锅炉+过热器工量变化： 过冷水被加热到沸点，然后汽化，最后再由饱和蒸汽变成温度较高的过热蒸汽过程特点： 恒压作轴功： 零传热：12hhhqHST4321过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLSWqh能量分析Turbie 透平机步骤2-3安装： 透平工量变化： 过热蒸汽变为湿蒸汽。但湿的乏汽含水量不太高。过程特点： 绝热可逆膨胀等熵过程。传热： 零作功： 32,hhhWTurs过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLST4321SWqh能量分析Condenser 冷凝器 步骤34安装： 冷凝器工量变化： 由湿蒸汽

7、 变为饱和液体过程特点： 恒压、恒温作轴功： 零传热： 34hhhqLST4321过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLSWqh能量分析Pump 水泵步骤4-l：安装; 水泵工量变化： 饱和液体变为过冷液体。过程特点： 可逆、绝热紧缩过程传热： 零作轴功：把水看作是不可紧缩流体，那么：14,hhhWPumps41,14PPvvdPWPPumpPs过热器水泵2341Ws,PumpWS，Tur透平锅 炉qH冷凝器qLST4321SWqh能量分析理想朗肯循环的热效率：蒸汽动力循环中，水泵的耗功量远小于汽轮机的作功量。热效率可近似为：热效率的高低可以反映出不同安装输出一样

8、功量时所耗费的能量的多少，它是评价蒸汽动力安装的一个重要目的。 21,2341s Turs PumpHWWhhhhqhh23,21s TurHWhhqhh实践的郎肯循环1蒸汽经过透平机的绝热膨胀实践上不是等熵的，而是向着墒添加的方向偏移，用23线表示。 蒸汽经过透平机膨胀，实践做出的功应为h2 h3，它小于等熵膨胀的功h2 h3。两者之比称为透平机的等熵效率。 2水泵的耗功量远小于透平机的做功量，可不思索不可逆的影响。 实践朗肯循环的热效率: 2341232121hhhhhhhhhh2323sssWhhWhh不可3/ST4321例：某蒸汽动力安装产生的过热蒸汽压力为8600kPa、温度为500

9、。此蒸汽进入透平绝热膨胀作功，透平排出的乏汽压力为10kPa。乏汽进入冷凝器全部冷凝成为饱和液态水，然后泵入锅炉。试求： (a)理想的朗肯循环的热效率； (b)知透平和水泵的等熵效率都为0.75，试求在上述条件下实践动力循环的热效率； (c)设计要务虚际动力循环输出的轴功率为80000kw，试求蒸汽流量以及锅炉和冷凝器的传热速率。 3/ST4321解：a从附表(水蒸汽表)可查得8600kPa500的过热蒸汽的焓值和熵值为： 12.9 .3390kgkJh1126858. 6KkgkJs3/ST4321过热蒸汽在透平中膨胀为等熵过程，膨胀终点3 的熵为 :点3为湿蒸汽形状，查饱和蒸汽压表，压力为

10、10kPa, 饱和温度为45.83度，这时： 11236858. 6KkgkJsslgsxxss)1 (33311.6493. 0KkgkJsl183.191kgkJhl3/ST4321由此可得：那么：透平膨胀产生的轴功为： 111502. 8KkgkJsg17 .2584kgkJhg80467. 03x13333 .2117)80467. 01 (83.19180467. 07 .2584)1 (kgkJxhxhhlg132,3 .21179 .3390)(kgkJhhshWTurs3/ST4321冷凝过程传热量为：(负号表示任务介质放热)水泵的可逆轴功为：由P1=8600kPa, P2=1

11、0kPa 查饱和水蒸汽表得： 1483.191kgkJhhl15 .19253 .211783.19134kgkJhhqL)(414,PPvWPumps133410010. 1kgmv11333414,676. 810676. 810)108600(1001. 1)(kgkJkgJPPvWPumps3/ST4321根据热力学第一定律， 那么有：锅炉吸热量为：郎肯循环提供得净功为透平产功和水泵耗功得代数和，即： 或者根据 也可计算出WN.郎肯循环的效率为： 1,415 .200676. 883.191kgkJWhhPumps1124 .31905 .2009 .3390kgkJhhqH1,9 .

12、1264676. 86 .1273kgkJWWWTursPumpSNLHNqqW3965. 04 .31909 .1264HNqW3/ST4321b知透平的 为0.75，那么透平产功为：冷凝器放出的热量为： 水泵耗功为： s12 .9556 .127375. 0)(,kgkJshhWTurs1),(57.1175. 08676. 075. 014,kgkJhhWPumpRSWPumpS1,414 .20357.1183.191kgkJWhhPumpS1237 .24352 .9559 .3390kgkJhhh13487.22437 .243583.191kgkJhhqL3/ST4321锅炉吸收

13、的热为： 过程产功:或： 实践循环的热效率：显然，此效率低于理想朗肯循环的效率。这是由于透平不可逆操作所致。水泵耗功要比透平产功小得多，因此水泵对效率的影响并不重要。 1125 .31874 .2039 .3390kgkJhhqH136.94387.22435 .3187kgkJqqWLHNTurSPumpSNWWW,2960. 05 .318736.943HNqW3/ST4321c设计要求循环提供的轴功率为80000kW, 那么蒸汽的流量应为: QH和QL分别为锅炉和冷凝器的传热速率，显然QH+QL=80000kW136.9438000080000779.84skgmNW11190233)87.2243(779.842702335 .3187779.84skgqmQskgqmQLLHH 工质的焓值的计算方法如下：形状点2 根据P2、t2 值可查得h2、S2值；形状点3 S3=S2，查P3下的饱和液体和饱和气体的焓hl 、hg 熵sl 、 sg,根据S3= Slx+Sg(1-x) ,h3= hlx+hg(1-x)可得h3；形状点4 P4=P3，查P4下的饱和液体可得h4、V4 、S4值；形状点1, P1=P2，S1=S4，根据P1、S1可查得 h1值，或者将液体水的比容当作常数，由 h1=h4-Ws,pump=h4+V(P1-P4) 计算。ST432