化工热力学蒸汽动力循环

7.3蒸汽动力循环当前第1页\共有36页\编于星期日\20点理想化的汽油内燃机循环过程吸气过程(A--B)压缩冲程(B--C绝热压缩)点燃过程(C--D等体过程),做功过程(D--E绝热膨胀过程)排气过程(E--B--A)当前第2页\共有36页\编于星期日\20点锅炉冷凝器透平水泵Ws，pumpWs，turQHQL1234热机简单的工作原理当前第3页\共有36页\编于星期日\20点7.3.1Rankine循环及其热力学效率郎肯循环理想郎肯循环非理想郎肯循环区别在于：压缩与膨胀过程的可逆与否。1）理想郎肯循环工作原理：它与卡诺循环的主要区别：当前第4页\共有36页\编于星期日\20点A）加热步骤1-2不是可逆的，水在汽化后继续加热，使之成为过热蒸汽，这样在进入透平膨胀后不致产生过多的饱和水，并可以提高做功能力。朗肯循环在T-S上是如何表示的：B）冷凝步骤3-4也不是可逆的，该步进行3完全的冷凝，这样进入水泵时全部是饱和液体水。当前第5页\共有36页\编于星期日\20点ASTP1P21243TLTHQHQL65出来的乏气有三种形式：过热蒸汽饱和蒸汽、湿蒸汽注意：在计算轴功时，要根据乏气的具体形式计算焓值。理想朗肯循环对外作出的净功应由T-S图上1-2-3-4-1所示的面积表示。2）非理想郎肯循环当前第6页\共有36页\编于星期日\20点3）基本计算：围绕热机的计算不外求功、吸热、效率。各过程的功和热的效应只等于状态间焓值的变化。A）1-2是工质加热过程，加入热量（WS=0）Q吸=H2-H1B）2-3：是工质绝热可逆膨胀做功WS=ΔH=H3-H2C）3-4：是乏气的冷凝，放出热量（WS=0）Q放=H4-H3D）4-1：将冷凝水绝热可逆压缩，需要轴功（Q=0）常将两式联立求状态1点焓值。E）热机效率当前第7页\共有36页\编于星期日\20点F)汽耗率SSC(specificsteamconsumption)G）对非理想朗肯循环-------由等熵效率求作出单位净功所消耗的蒸汽量当前第8页\共有36页\编于星期日\20点例：某蒸汽动力循环装置产生的过热蒸汽压力为8600kPa、温度为500oC。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饱和液态水，然后泵入锅炉。试求：

a）理想的郎肯循环的热效率；b）已知透平和水泵的等熵膨胀效率都为0.75，求实际动力循环的热效率c）设计要求实际动力循环输出的轴功率为80000kw，求蒸汽流量以及锅炉和冷凝器的传热速率。当前第9页\共有36页\编于星期日\20点解题要点：1）画过程的T-S图2）判断乏汽的状态点Sg大于S3？3）求干度4）求3点的焓值5）求可逆轴功6）求锅炉吸收的热量，需确立状态1的焓值7）求热机效率8）根据理想轴功和等熵效率，求实际轴功9）根据实际轴功确定3’、1’点的焓值10）求实际锅炉吸收的热和向冷凝器放出的热11）根据实际设计要求的轴功计算蒸汽的循环流量12）求锅炉和冷凝器的传热速率当前第10页\共有36页\编于星期日\20点7.3.2蒸汽参数对热效率的影响1）提高蒸汽的过热温度2）提高蒸汽的压力,降低乏气压力(背压)：3）采用再热循环；（提高干度的措施）再热循环是指工作介质分次加热，逐级膨胀的循环过程。ASTP1P21243TLTHQHQL65当前第11页\共有36页\编于星期日\20点4）回热循环预热锅炉给水：利用蒸汽动力装置系统以外的废热从本系统中的透平机抽出一部分蒸汽来预热冷凝水，叫回热循环。多级回热：从透平机中抽取几种不同的压力的蒸汽来预热。当前第12页\共有36页\编于星期日\20点7.4制冷<制得

Tlow

保持

－100℃

普通制冷

深冷

当前第13页\共有36页\编于星期日\20点制冷的应用气体液化制冷低温反应食品储存结晶分离润滑油净化气温调节当前第14页\共有36页\编于星期日\20点消耗外功型消耗内能型制冷蒸气压缩制冷空气压缩制冷蒸汽喷射制冷吸收制冷制冷的常见类型当前第15页\共有36页\编于星期日\20点7.4.1理想的制冷循环：TL,PL,GTH,PH,GTL,PL,湿气QH冷凝器蒸发器压缩机膨胀机Ws，QL1234TL,PL,L当前第16页\共有36页\编于星期日\20点ASTP1P21243TLTHQHQL65衡量制冷机效能的参数称制冷系数ε，其定义为：在低温下吸收的热消耗的净功QL----制冷量，它表示制冷机的制冷能力当前第17页\共有36页\编于星期日\20点冷凝、冷却器蒸发器压缩机节流阀ABCD7.4.2蒸汽压缩制冷循环当前第18页\共有36页\编于星期日\20点ASTP1P21243TLTHQHQ0基本计算：1)冷冻量：单位质量工质（制冷剂）在蒸发器中蒸发所吸收的热量2)压缩机消耗的轴功：当前第19页\共有36页\编于星期日\20点3)制冷系数：消耗单位数量的功所能获得的冷冻量4)循环速率：表示制冷剂每小时的循环量，等于总的冷冻能力与冷冻量之比，即Q0—冷冻能力，即制冷剂在蒸发器吸收的总热量q0—表示冷冻量，即单位质量制冷剂在蒸发器中吸收的热量当前第20页\共有36页\编于星期日\20点制冷剂所消耗的单位理论功率例：某空调装置的制冷能力为4.18×104KJ.h-1,采用氨蒸汽压缩制冷循环。夏天室内温度维持在15℃，冷却水温度为35℃。蒸发器与冷凝器的传热温差均为5℃。已知压缩机的等熵效率为0.8.试求(A)逆卡诺循环的制冷系数；(B)假定压缩为等熵过程，工质的循环速率、压缩功率、冷凝器放热量和制冷系数。(C)压缩为非等熵过程时的上述各参数。当前第21页\共有36页\编于星期日\20点当前第22页\共有36页\编于星期日\20点当前第23页\共有36页\编于星期日\20点当前第24页\共有36页\编于星期日\20点当前第25页\共有36页\编于星期日\20点7.4.3吸收式制冷循环与蒸汽压缩的区别：不是靠压缩气体变为TH、PH气体，而是利用低温热源（乏气热量、余热、废热、不能做功的热源），使氨水中的氨在较高的压力下汽化，此时的氨气较从蒸发器中出的氨气有较高的PH、TH，这样，再在冷凝器中冷却向高温热源放热。工作原理：1234576QLQH1---吸收器2---氨水泵3---解吸器4---减压阀5---冷凝器6---节流阀7---蒸发器当前第26页\共有36页\编于星期日\20点优点：利用低温热源、余热、废热、太阳能等。吸收式制冷装置运行的经济指标称为热力系数：Q0——吸收式制冷装置的制冷量Q——解吸器中提供的热量7.4.4喷射式制冷循环当前第27页\共有36页\编于星期日\20点工作蒸汽锅炉供给的压力较高的水蒸汽拉瓦尔喷管:绝热膨胀不断从蒸发器中抽汽蒸发器压力升高到冷凝压力ASTP1P21243TLTHQHQ0当前第28页\共有36页\编于星期日\20点7.4.5提高制冷效率：1）采用多级制冷ASTP1P21243TLTHQHQ065P3当前第29页\共有36页\编于星期日\20点特点：⑴使用两种或两种以上的制冷剂⑵各自构成独立的制冷循环⑶低温度级的蒸发器是更低温度级的冷器2)复迭式制冷目的：为了获得更低的制冷温度当前第30页\共有36页\编于星期日\20点3）降低冷凝温度，提高蒸发温度，均可提高制冷量——提高制冷系数。降低冷凝温度ASTP1P2124’3TLT3QHQ0T3’3’P32’4当前第31页\共有36页\编于星期日\20点提高蒸发温度4）降低制冷工质的过冷温度ASTP1P21243T4QHQ0T4’4’P31’STP1P21243QHQ04’3’当前第32页\共有36页\编于星期日\20点7.4.6热泵以精馏系统为例：常见精馏塔热泵的三种形式：热泵的工作原理与制冷机完全相同，制冷机的工作目的是制冷；热泵的工作目的是制热，它是一种节能设备——以消耗少量机械能为代价回收里利用低温热能，相当于一种能源采掘机，它以消耗一部分高质量的能量（机械能、电能、高温热能）为代价，通过热力循环，把自然环境介质（水、空气、土壤）中或生产排放的余热中储存的能量加以挖掘，进行利用。1）在闭式热泵流程中：2）开式热泵A型3）开式热泵B型当前第33页\共有36页\编于星期日\20点1）在闭式热泵流程中：制冷循环介质冷凝器与精馏塔底再沸器结合成一个设备，在这个换热设备中，塔顶产物放热冷凝而塔底液体吸热蒸发。闭式热泵的特点是塔内物料与制热循环系统的介质是闭隔的两者自成系统，无物料上的接触和沟通。PLTLgPHTHgPLTLL当前第34页\共有36页\编于星期日\20点2）精馏塔开式热泵A型：以乙烯为例，塔顶流出为乙烯，而制热循环中的介质也是乙烯，即是同一物料将它们沟通起来。PH