化工熱力學(xué)蒸汽動(dòng)力循環(huán)

1、7.3 蒸 汽 動(dòng) 力 循 環(huán)第一頁(yè)，共三十六頁(yè)。理想化的汽油內(nèi)燃機(jī)循環(huán)過(guò)程吸氣過(guò)程(A-B) 壓縮沖程(B-C絕熱壓縮) 點(diǎn)燃過(guò)程(C-D等體過(guò)程),做功過(guò)程(D-E絕熱膨脹過(guò)程) 排氣過(guò)程(E-B-A) 第二頁(yè)，共三十六頁(yè)。鍋爐冷凝器透平水泵Ws，pumpWs，turQHQL1234熱機(jī)簡(jiǎn)單的工作原理第三頁(yè)，共三十六頁(yè)。7.3.1 Rankine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(guò)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：第四頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(guò)熱蒸汽，這樣在進(jìn)入透平膨脹后不

2、致產(chǎn)生過(guò)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(shí)全部是飽和液體水。第五頁(yè)，共三十六頁(yè)。ASTP1P21243TLTHQHQL65出來(lái)的乏氣有三種形式： 過(guò)熱蒸汽 飽和蒸汽 、 濕蒸汽注意：在計(jì)算軸功時(shí)，要根據(jù)乏氣的具體形式計(jì)算焓值。理想朗肯循環(huán)對(duì)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)第六頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(guò)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(guò)程，加入熱量（WS=0）Q吸=H2-H1B）2-

3、3：是工質(zhì)絕熱可逆膨脹做功 WS=H=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)效率第七頁(yè)，共三十六頁(yè)。F)汽耗率 SSC(specific steam consumption)G）對(duì)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第八頁(yè)，共三十六頁(yè)。例：某蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置產(chǎn)生的過(guò)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；

4、b）已知透平和水泵的等熵膨脹效率都為0.75，求實(shí)際動(dòng)力循環(huán)的熱效率 c）設(shè)計(jì)要求實(shí)際動(dòng)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。第九頁(yè)，共三十六頁(yè)。解題要點(diǎn)：1）畫(huà)過(guò)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第十頁(yè)，共三十六頁(yè)。7.3.2蒸汽參數(shù)對(duì)熱效率的影響1）提高蒸汽的過(guò)

5、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(jí)膨脹的循環(huán)過(guò)程。ASTP1P21243TLTHQHQL65第十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。4）回?zé)嵫h(huán)預(yù)熱鍋爐給水：利用蒸汽動(dòng)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(lái)預(yù)熱冷凝水，叫回?zé)嵫h(huán)。多級(jí)回?zé)幔簭耐钙綑C(jī)中抽取幾種不同的壓力的蒸汽來(lái)預(yù)熱。第十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。7.4 制 冷制 得 Tlow 保 持 100 普通制冷 深冷 第十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。制 冷 的 應(yīng) 用氣 體 液 化制 冷低 溫 反 應(yīng)食 品 儲(chǔ) 存結(jié) 晶 分 離潤(rùn)滑油凈化氣 溫 調(diào)節(jié)第十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。消耗

6、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(jiàn) 類(lèi) 型第十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。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第十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。ASTP1P21243TLTHQHQL65衡量制冷機(jī)效能的參數(shù)稱(chēng)制冷系數(shù)，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)的制冷能力第十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。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)第十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。ASTP1P21243TLTHQHQ0基本計(jì)算：1)冷凍量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量工質(zhì)（制冷

7、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：第十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(shí)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q 0表示冷凍量，即單位質(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中 吸收的熱量第二十頁(yè)，共三十六頁(yè)。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4.18104KJ.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(guò)程，工質(zhì)的循環(huán)速率、壓縮功

8、率、冷凝器放熱量和制冷系數(shù)。(C)壓縮為非等熵過(guò)程時(shí)的上述各參數(shù)。第二十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。第二十五頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(mén)H、PH氣體，而是利用低溫?zé)嵩矗ǚ鉄崃?、余熱、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(shí)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)嵩捶艧帷９ぷ髟恚?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)器第二十六頁(yè)，共三十六頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：利用低溫?zé)嵩础⒂酂?、廢熱、

9、太陽(yáng)能等。吸收式制冷裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)稱(chēng)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)第二十七頁(yè)，共三十六頁(yè)。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第二十八頁(yè)，共三十六頁(yè)。7.4.5提高制冷效率：1）采用多級(jí)制冷ASTP1P21243TLTHQHQ065P3第二十九頁(yè)，共三十六頁(yè)。特點(diǎn)：使用兩種或兩種以上的制冷劑各自構(gòu)成獨(dú)立的制冷循環(huán)低溫度級(jí)的蒸發(fā)器是更低溫度級(jí)的冷器2)復(fù)迭式制冷目的：為了獲得更低的制冷溫度第三十頁(yè)，共三十六頁(yè)。3）降低冷凝溫度，提高蒸發(fā)溫度，

10、均可提高制冷量提高制冷系數(shù)。降低冷凝溫度ASTP1P21243TLT3QHQ0T33P324第三十一頁(yè)，共三十六頁(yè)。提高蒸發(fā)溫度4）降低制冷工質(zhì)的過(guò)冷溫度ASTP1P21243T4QHQ0T44P31STP1P21243QHQ043第三十二頁(yè)，共三十六頁(yè)。7.4.6熱泵以精餾系統(tǒng)為例：常見(jiàn)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(jià)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(jià)，通過(guò)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(chǔ)存的能量加以挖掘，進(jìn)行利用。1）在閉式熱泵流程中：2）開(kāi)式熱泵A型3）開(kāi)式熱泵B型第三十三頁(yè)，共三十六頁(yè)。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(gè)設(shè)備，在這個(gè)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(wú)物料上的接觸和溝通。PL TL gP H TH gPL TL L第三十四頁(yè)，共三十六頁(yè)。2）精餾塔開(kāi)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