第七章-蒸汽動(dòng)力循環(huán)

2023/2/4第七章蒸汽動(dòng)力循環(huán)§7.1.1Rankine(朗肯)循環(huán)§7.1.2Rankine循環(huán)的改進(jìn)2023/2/4前言循環(huán)：體系從初態(tài)開始，經(jīng)歷一系列的中間狀態(tài)，又重新回到初態(tài)，此封閉的熱力學(xué)過程稱為循環(huán)。蒸汽動(dòng)力循環(huán)：是以水蒸汽為工質(zhì)，將熱連續(xù)地轉(zhuǎn)變成功的過程，其主要設(shè)備是各種熱機(jī)。產(chǎn)功的過程。如火力發(fā)電廠，大型化工廠2023/2/4前言如何將1atm300atm?需要壓縮機(jī)，消耗動(dòng)力。中國60年代，1500~1800度電/噸NH3。中國70年代，僅10~30度電/噸NH3。這是由于透平機(jī)直接帶動(dòng)壓縮機(jī)的緣故。電高溫?zé)嵩磸U熱鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽壓縮機(jī)(氫循環(huán)壓縮機(jī))透平機(jī)2023/2/4流體通過壓縮機(jī)、膨脹機(jī)§7.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)穩(wěn)定流動(dòng)體系的熱力學(xué)第一定理：

∵

u2≈0，gZ≈0，若絕熱過程Q=0Ws=H=H2-H1高壓高溫蒸汽帶動(dòng)透平產(chǎn)生軸功。（流體通過機(jī)械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與環(huán)境所交換的能量，稱為軸功Ws。）2023/2/4鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過熱器2341§7.1蒸汽動(dòng)力循環(huán)34水在水泵中被壓縮升壓。41

進(jìn)入鍋爐被加熱汽化，直至成為過熱蒸汽后。12進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功。23作功后的低壓濕蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一個(gè)循環(huán)。蒸汽動(dòng)力循環(huán)原理蒸汽動(dòng)力循環(huán)主要由水泵、鍋爐、透平機(jī)和冷凝器組成。2023/2/4鍋爐水泵冷凝器透平機(jī)2413原理水壓縮水加熱至過熱蒸汽蒸汽作功蒸汽冷凝成水理想Rankine循環(huán)123TS4等S膨脹等S壓縮等壓吸熱相變34飽和水可逆絕熱壓縮過程。（等S）41高壓水等壓升溫和汽化，等壓吸熱過程12過熱蒸汽可逆絕熱膨脹過程。（等S）23濕蒸汽等壓等溫可逆冷卻為飽和水（相變）?！?.1.1Rankine(朗肯)循環(huán)2023/2/4卡諾循環(huán)的缺點(diǎn)TS鍋爐加熱4123透平機(jī)后的乏氣,汽+液汽+液泵冷凝器透平機(jī)缺點(diǎn)之二:對于泵易產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象缺點(diǎn)之一:透平機(jī)要求干度X>0.9但2點(diǎn)的X<0.88易損壞葉片結(jié)論:卡諾循環(huán)不適合變熱為功!2023/2/4（1）工質(zhì)進(jìn)汽輪機(jī)狀態(tài)不同（2）膨脹過程不同郎肯循環(huán)與卡諾循環(huán)的區(qū)別（3）工質(zhì)出冷凝器狀態(tài)不同（4）壓縮過程不同（5）工作介質(zhì)吸熱過程不同郎肯循環(huán)：飽和水

郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程，若忽略掉工作介質(zhì)水的摩擦與散熱，可簡化為可逆過程。郎肯循環(huán)：不可逆吸熱過程，沿著等壓線變化卡諾循環(huán)：濕蒸汽卡諾循環(huán)：等熵過程卡諾循環(huán)：氣液共存卡諾循環(huán)：等熵過程卡諾循環(huán)：等溫過程郎肯循環(huán)：干蒸汽郎肯循環(huán)：不可逆絕熱過程2023/2/4鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過熱器2341WS可逆絕熱膨脹功Q1Q2WP可逆絕熱壓縮功穩(wěn)流體系理想Rankine循環(huán)2023/2/4鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過熱器2341WS膨脹功Q1Q2WP壓縮功123TS4abQ2WNQ1Q1=面積1ba41Q2=面積2ba322023/2/41TS234Ql越大，Q2越小，做的凈功WN就越大。Ql受鍋爐中金屬材料的極限的限制，約550~600oC。Q2受為環(huán)境溫度的限制。凈功WN= IQ1（面積1ba41）-Q2（面積2ba32）I=面積12341ab理想Rankine循環(huán)WN2023/2/4用T-S圖表示熱和功T-S圖 ：溫-熵圖T-S圖的用處： (1)體系可逆地從狀態(tài)A到狀態(tài)B,在T-S圖上曲線AB下的面積就等于體系在該過程中的熱效應(yīng)，一目了然。2023/2/4用T-S圖表示熱和功(2)容易計(jì)算熱機(jī)循環(huán)時(shí)的效率

熱機(jī)所作的功W為閉合曲線ABCDA所圍的面積。

圖中ABCDA表示任一可逆循環(huán)。ABC是吸熱過程，所吸之熱等于ABC曲線下的面積；

CDA是放熱過程，所放之熱等于CDA曲線下的面積。2023/2/4T-S圖：既顯示體系所吸取或釋放的熱量；又顯示體系所作的功。p-V圖：只能顯示所作的功。用T-S圖表示熱和功的優(yōu)點(diǎn)2023/2/4理想Rankine循環(huán)的熱效率η和氣耗率SSC2、氣耗率SSC：SpecificSteamConsumption作出1kW.h凈功消耗的蒸氣公斤數(shù)。評(píng)價(jià)動(dòng)力循環(huán)的指標(biāo)：熱效率和氣耗率。1、熱效率η：循環(huán)的凈功與工質(zhì)向高溫?zé)釒煳盏臒崃恐?023/2/41TS234實(shí)際Rankine循環(huán)2’4’2

2’4

4’1

2，44理想朗肯循環(huán)（等熵）1

2’，44’實(shí)際朗肯循環(huán)（不等熵）實(shí)際上，工質(zhì)在汽輪機(jī)和水泵中不可能是完全可逆的，即不可能作等熵膨脹或等熵壓縮。這個(gè)不可逆性可用等熵效率ηs來表示。等熵效率ηs的定義：“對膨脹作功過程，不可逆絕熱過程的做功量與可逆絕熱過程的做功量之比。2023/2/41TS2342’4’等熵效率ηs實(shí)際Rankine循環(huán)的熱效率η實(shí)際Rankine循環(huán)2023/2/4Q2（放熱）Q1吸熱實(shí)際Rankine循環(huán)1TS232’4’2023/2/4實(shí)際與理想Rankine循環(huán)的比較理想循環(huán)實(shí)際循環(huán)Q112344’6’112345’5’’6’1Q254’6’655’5’’6’65’WN123456112345’61S1S’4S’5656’4’1234PHPLTS5”5’2023/2/4提高循環(huán)的熱效率的措施

(1)提高蒸氣過熱溫度提高蒸氣過熱溫度的影響T4T4’12344’65798TPN2023/2/4提高循環(huán)的熱效率的措施

(2)提高蒸汽壓力T42’3’4’6798TPH*S11’2347’5PHPL2023/2/4提高循環(huán)的熱效率的措施

(3)降低乏氣壓力（背壓）1、降低背壓時(shí)所增加的功比增加的熱量大，因而提高了整個(gè)循環(huán)的熱效率。2、降低背壓會(huì)降低乏氣的干度，應(yīng)注意。PHPLP’L986’1’1234575’TS2023/2/4§7.1.2Rankine循環(huán)的改進(jìn)1、回?zé)嵫h(huán)：16TS23451Kgα1-α鍋爐透平機(jī)水泵冷凝器過熱器2341回?zé)峒訜崞魉?’2’α1-α561Kg抽出部分蒸汽αKg到回?zé)峒訜崞?023/2/4回?zé)嵫h(huán)與Rankine循環(huán)比較優(yōu)點(diǎn)：(1)提高了水在鍋爐中吸熱的溫位，從而增加了蒸汽有效能