化工熱力學(xué)蒸汽動力循環(huán)

7.3蒸汽動力循環(huán)當(dāng)前第1頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)理想化的汽油內(nèi)燃機(jī)循環(huán)過程吸氣過程(A--B)壓縮沖程(B--C絕熱壓縮)點(diǎn)燃過程(C--D等體過程),做功過程(D--E絕熱膨脹過程)排氣過程(E--B--A)當(dāng)前第2頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)鍋爐冷凝器透平水泵Ws，pumpWs，turQHQL1234熱機(jī)簡單的工作原理當(dāng)前第3頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.3.1Rankine循環(huán)及其熱力學(xué)效率郎肯循環(huán)理想郎肯循環(huán)非理想郎肯循環(huán)區(qū)別在于：壓縮與膨脹過程的可逆與否。1）理想郎肯循環(huán)工作原理：它與卡諾循環(huán)的主要區(qū)別：當(dāng)前第4頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)A）加熱步驟1-2不是可逆的，水在汽化后繼續(xù)加熱，使之成為過熱蒸汽，這樣在進(jìn)入透平膨脹后不致產(chǎn)生過多的飽和水，并可以提高做功能力。朗肯循環(huán)在T-S上是如何表示的：B）冷凝步驟3-4也不是可逆的，該步進(jìn)行3完全的冷凝，這樣進(jìn)入水泵時全部是飽和液體水。當(dāng)前第5頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)ASTP1P21243TLTHQHQL65出來的乏氣有三種形式：過熱蒸汽飽和蒸汽、濕蒸汽注意：在計(jì)算軸功時，要根據(jù)乏氣的具體形式計(jì)算焓值。理想朗肯循環(huán)對外作出的凈功應(yīng)由T-S圖上1-2-3-4-1所示的面積表示。2）非理想郎肯循環(huán)當(dāng)前第6頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)3）基本計(jì)算：圍繞熱機(jī)的計(jì)算不外求功、吸熱、效率。各過程的功和熱的效應(yīng)只等于狀態(tài)間焓值的變化。A）1-2是工質(zhì)加熱過程，加入熱量（WS=0）Q吸=H2-H1B）2-3：是工質(zhì)絕熱可逆膨脹做功WS=ΔH=H3-H2C）3-4：是乏氣的冷凝，放出熱量（WS=0）Q放=H4-H3D）4-1：將冷凝水絕熱可逆壓縮，需要軸功（Q=0）常將兩式聯(lián)立求狀態(tài)1點(diǎn)焓值。E）熱機(jī)效率當(dāng)前第7頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)F)汽耗率SSC(specificsteamconsumption)G）對非理想朗肯循環(huán)-------由等熵效率求作出單位凈功所消耗的蒸汽量當(dāng)前第8頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)例：某蒸汽動力循環(huán)裝置產(chǎn)生的過熱蒸汽壓力為8600kPa、溫度為500oC。此蒸汽進(jìn)入透平絕熱膨脹作功，透平排出的乏汽壓力為10kPa。乏汽進(jìn)入冷凝器全部冷凝成飽和液態(tài)水，然后泵入鍋爐。試求：

a）理想的郎肯循環(huán)的熱效率；b）已知透平和水泵的等熵膨脹效率都為0.75，求實(shí)際動力循環(huán)的熱效率c）設(shè)計(jì)要求實(shí)際動力循環(huán)輸出的軸功率為80000kw，求蒸汽流量以及鍋爐和冷凝器的傳熱速率。當(dāng)前第9頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)解題要點(diǎn)：1）畫過程的T-S圖2）判斷乏汽的狀態(tài)點(diǎn)Sg大于S3？3）求干度4）求3點(diǎn)的焓值5）求可逆軸功6）求鍋爐吸收的熱量，需確立狀態(tài)1的焓值7）求熱機(jī)效率8）根據(jù)理想軸功和等熵效率，求實(shí)際軸功9）根據(jù)實(shí)際軸功確定3’、1’點(diǎn)的焓值10）求實(shí)際鍋爐吸收的熱和向冷凝器放出的熱11）根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求的軸功計(jì)算蒸汽的循環(huán)流量12）求鍋爐和冷凝器的傳熱速率當(dāng)前第10頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.3.2蒸汽參數(shù)對熱效率的影響1）提高蒸汽的過熱溫度2）提高蒸汽的壓力,降低乏氣壓力(背壓)：3）采用再熱循環(huán)；（提高干度的措施）再熱循環(huán)是指工作介質(zhì)分次加熱，逐級膨脹的循環(huán)過程。ASTP1P21243TLTHQHQL65當(dāng)前第11頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)4）回?zé)嵫h(huán)預(yù)熱鍋爐給水：利用蒸汽動力裝置系統(tǒng)以外的廢熱從本系統(tǒng)中的透平機(jī)抽出一部分蒸汽來預(yù)熱冷凝水，叫回?zé)嵫h(huán)。多級回?zé)幔簭耐钙綑C(jī)中抽取幾種不同的壓力的蒸汽來預(yù)熱。當(dāng)前第12頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.4制冷<制得

Tlow

保持

－100℃

普通制冷

深冷

當(dāng)前第13頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)制冷的應(yīng)用氣體液化制冷低溫反應(yīng)食品儲存結(jié)晶分離潤滑油凈化氣溫調(diào)節(jié)當(dāng)前第14頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)消耗外功型消耗內(nèi)能型制冷蒸氣壓縮制冷空氣壓縮制冷蒸汽噴射制冷吸收制冷制冷的常見類型當(dāng)前第15頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.4.1理想的制冷循環(huán)：TL,PL,GTH,PH,GTL,PL,濕氣QH冷凝器蒸發(fā)器壓縮機(jī)膨脹機(jī)Ws，QL1234TL,PL,L當(dāng)前第16頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)ASTP1P21243TLTHQHQL65衡量制冷機(jī)效能的參數(shù)稱制冷系數(shù)ε，其定義為：在低溫下吸收的熱消耗的凈功QL----制冷量，它表示制冷機(jī)的制冷能力當(dāng)前第17頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)冷凝、冷卻器蒸發(fā)器壓縮機(jī)節(jié)流閥ABCD7.4.2蒸汽壓縮制冷循環(huán)當(dāng)前第18頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)ASTP1P21243TLTHQHQ0基本計(jì)算：1)冷凍量：單位質(zhì)量工質(zhì)（制冷劑）在蒸發(fā)器中蒸發(fā)所吸收的熱量2)壓縮機(jī)消耗的軸功：當(dāng)前第19頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)3)制冷系數(shù)：消耗單位數(shù)量的功所能獲得的冷凍量4)循環(huán)速率：表示制冷劑每小時的循環(huán)量，等于總的冷凍能力與冷凍量之比，即Q0—冷凍能力，即制冷劑在蒸發(fā)器吸收的總熱量q0—表示冷凍量，即單位質(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量當(dāng)前第20頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)制冷劑所消耗的單位理論功率例：某空調(diào)裝置的制冷能力為4.18×104KJ.h-1,采用氨蒸汽壓縮制冷循環(huán)。夏天室內(nèi)溫度維持在15℃，冷卻水溫度為35℃。蒸發(fā)器與冷凝器的傳熱溫差均為5℃。已知壓縮機(jī)的等熵效率為0.8.試求(A)逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)；(B)假定壓縮為等熵過程，工質(zhì)的循環(huán)速率、壓縮功率、冷凝器放熱量和制冷系數(shù)。(C)壓縮為非等熵過程時的上述各參數(shù)。當(dāng)前第21頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)前第22頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)前第23頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)當(dāng)前第25頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.4.3吸收式制冷循環(huán)與蒸汽壓縮的區(qū)別：不是靠壓縮氣體變?yōu)門H、PH氣體，而是利用低溫?zé)嵩矗ǚ鉄崃俊⒂酂?、廢熱、不能做功的熱源），使氨水中的氨在較高的壓力下汽化，此時的氨氣較從蒸發(fā)器中出的氨氣有較高的PH、TH，這樣，再在冷凝器中冷卻向高溫?zé)嵩捶艧?。工作原理?234576QLQH1---吸收器2---氨水泵3---解吸器4---減壓閥5---冷凝器6---節(jié)流閥7---蒸發(fā)器當(dāng)前第26頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：利用低溫?zé)嵩础⒂酂?、廢熱、太陽能等。吸收式制冷裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)稱為熱力系數(shù)：Q0——吸收式制冷裝置的制冷量Q——解吸器中提供的熱量7.4.4噴射式制冷循環(huán)當(dāng)前第27頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)工作蒸汽鍋爐供給的壓力較高的水蒸汽拉瓦爾噴管:絕熱膨脹不斷從蒸發(fā)器中抽汽蒸發(fā)器壓力升高到冷凝壓力ASTP1P21243TLTHQHQ0當(dāng)前第28頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.4.5提高制冷效率：1）采用多級制冷ASTP1P21243TLTHQHQ065P3當(dāng)前第29頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)特點(diǎn)：⑴使用兩種或兩種以上的制冷劑⑵各自構(gòu)成獨(dú)立的制冷循環(huán)⑶低溫度級的蒸發(fā)器是更低溫度級的冷器2)復(fù)迭式制冷目的：為了獲得更低的制冷溫度當(dāng)前第30頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)3）降低冷凝溫度，提高蒸發(fā)溫度，均可提高制冷量——提高制冷系數(shù)。降低冷凝溫度ASTP1P2124’3TLT3QHQ0T3’3’P32’4當(dāng)前第31頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)提高蒸發(fā)溫度4）降低制冷工質(zhì)的過冷溫度ASTP1P21243T4QHQ0T4’4’P31’STP1P21243QHQ04’3’當(dāng)前第32頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)7.4.6熱泵以精餾系統(tǒng)為例：常見精餾塔熱泵的三種形式：熱泵的工作原理與制冷機(jī)完全相同，制冷機(jī)的工作目的是制冷；熱泵的工作目的是制熱，它是一種節(jié)能設(shè)備——以消耗少量機(jī)械能為代價回收里利用低溫?zé)崮埽喈?dāng)于一種能源采掘機(jī)，它以消耗一部分高質(zhì)量的能量（機(jī)械能、電能、高溫?zé)崮埽榇鷥r，通過熱力循環(huán)，把自然環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤）中或生產(chǎn)排放的余熱中儲存的能量加以挖掘，進(jìn)行利用。1）在閉式熱泵流程中：2）開式熱泵A型3）開式熱泵B型當(dāng)前第33頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)1）在閉式熱泵流程中：制冷循環(huán)介質(zhì)冷凝器與精餾塔底再沸器結(jié)合成一個設(shè)備，在這個換熱設(shè)備中，塔頂產(chǎn)物放熱冷凝而塔底液體吸熱蒸發(fā)。閉式熱泵的特點(diǎn)是塔內(nèi)物料與制熱循環(huán)系統(tǒng)的介質(zhì)是閉隔的兩者自成系統(tǒng)，無物料上的接觸和溝通。PLTLgPHTHgPLTLL當(dāng)前第34頁\共有36頁\編于星期日\20點(diǎn)2）精餾塔開式熱泵A型：以乙烯為例，塔頂流出為乙烯，而制熱循環(huán)中的介質(zhì)也是乙烯，即是同一物料將它們溝通起來。PH