工程熱力學(xué)第9講-第6章熱力循環(huán)20101117課件

過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)工程熱力學(xué)第九講

本講內(nèi)容6熱力循環(huán)1動(dòng)力循環(huán)2制冷循環(huán)3熱泵供熱循環(huán)4氣體液化循環(huán)學(xué)習(xí)要求1熟練掌握朗肯循環(huán)、回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)以及熱電循環(huán)的組成。2會(huì)利用蒸汽圖表對(duì)循環(huán)進(jìn)行熱力分析和計(jì)算。3掌握提高蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率的方法和途徑。熟悉熱電聯(lián)供循環(huán)。掌握空氣和蒸汽壓縮制冷循環(huán)的組成。掌握制冷系數(shù)的計(jì)算及提高制冷系數(shù)的方法和途徑。了解制冷劑的熱力學(xué)要求和環(huán)保要求。了解吸收制冷、蒸汽噴射制冷、熱泵、空調(diào)原理。掌握氣體液化循環(huán)的原理和特點(diǎn)。動(dòng)力循環(huán)動(dòng)力循環(huán)：工質(zhì)連續(xù)不斷地將從高溫?zé)嵩慈〉玫臒崃康囊徊糠洲D(zhuǎn)換成對(duì)外的凈功。研究目的：合理安排循環(huán)，提高熱效率。動(dòng)力循環(huán)的分類：按工質(zhì)蒸汽動(dòng)力循環(huán)：外燃機(jī)空氣為主的燃?xì)獍蠢硐霘怏w處理水蒸氣等實(shí)際氣體氣體動(dòng)力循環(huán)：內(nèi)燃機(jī)正向卡諾循環(huán)—理想可逆熱機(jī)循環(huán)循環(huán)示意圖4-1絕熱壓縮過(guò)程，對(duì)內(nèi)作功1-2定溫吸熱過(guò)程，q1=T1(s2-s1)2-3絕熱膨脹過(guò)程，對(duì)外作功3-4定溫放熱過(guò)程，q2=T2(s2-s1)氣體卡諾循環(huán)工質(zhì)：氣體效率：最高效率缺點(diǎn)：定溫吸熱和定溫放熱兩個(gè)過(guò)程在實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)；在p-v圖上，氣體定溫線與絕熱線的斜率相差不大，所以每次完成的功較小。蒸汽動(dòng)力循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)：以蒸汽為工質(zhì)，在濕蒸汽區(qū)，可以克服氣體卡諾循環(huán)的兩個(gè)缺點(diǎn)。實(shí)際生產(chǎn)中不采用蒸汽卡諾循環(huán)。原因：濕蒸汽的絕熱壓縮難以實(shí)現(xiàn)，缺少壓縮汽水混合物的合適設(shè)備；定熵膨脹的末期，蒸汽濕度較大，對(duì)汽輪機(jī)工作不利；蒸汽比容比水大上千倍，壓縮時(shí)設(shè)備龐大，耗功也大；由于上限溫度受限于臨界溫度，溫差不可能很大，因此熱效率不高，每循環(huán)完成的功也不大。朗肯循環(huán)與卡諾循環(huán)比較sT64211098753q2相同；q1卡諾>

q1朗肯卡諾>

朗肯；等溫吸熱4’1難實(shí)現(xiàn)

11點(diǎn)x太小,不利于汽機(jī)強(qiáng)度；

12-9兩相區(qū)難壓縮；

wnet卡諾小卡諾>

朗肯；

wnet卡諾<wnet

朗肯1112對(duì)比同溫限1234’對(duì)比5678對(duì)比9-10-11-12朗肯循環(huán)功和熱的計(jì)算汽輪機(jī)作功凝汽器中的定壓放熱水泵絕熱壓縮耗功鍋爐中的定壓吸熱hs1324實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析sT5322’4’1’’1’14非理想因素：給水泵不可逆(34’)汽機(jī)不可逆(12’)汽機(jī)汽門節(jié)流(1’1)蒸汽管道摩擦降壓，蒸汽管道散熱(1’’1’)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)分析方法熱一律：熱效率分析法熱二律：

1熵分析法

2Ex分析法√√實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率法sT5322’4’1’’1’14忽略泵功，可逆循環(huán)效率汽機(jī)不可逆膨脹，汽機(jī)相對(duì)內(nèi)效率管道和節(jié)流，管道效率鍋爐散熱和排煙，鍋爐效率整個(gè)實(shí)際蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率整個(gè)電廠熱效率機(jī)械效率電機(jī)效率熱效率整個(gè)電廠熱效率蒸汽初壓對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響t1,p2不變，p1↑sT654321缺點(diǎn)：

對(duì)強(qiáng)度要求高x2↓不利于汽輪機(jī)安全一般要求出口干度大于0.85~0.88優(yōu)點(diǎn)：T1↑ηt

↑

v2’↓，汽輪機(jī)出口尺寸小蒸汽初溫對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響p1,p2不變，t1↑缺點(diǎn)：

對(duì)耐熱和強(qiáng)度要求高

v2’↑，汽輪機(jī)出口尺寸變大目前最高初溫一般在550℃左右優(yōu)點(diǎn)：T1↑ηt

↑

v2’↑，利于汽輪機(jī)安全sT654321提高循環(huán)熱效率的途徑改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)改變循環(huán)形式熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)IGCCPFBC-CC…...朗肯循環(huán)的改進(jìn)朗肯循環(huán)熱效率有限：乏汽的壓力和溫度受限于環(huán)境，降低的可能很小。提高初始?jí)毫﹄m然可以提高朗肯循環(huán)的效率，但是由于乏汽干度下降，對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不利后果。提高蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的初溫又會(huì)對(duì)鍋爐、管道、閥門的材質(zhì)、強(qiáng)度提出更高的要求。存在兩個(gè)溫差吸熱造成朗肯循環(huán)效率變低。朗肯循環(huán)的改進(jìn)：回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)等。蒸汽回?zé)嵫h(huán)熱力過(guò)程(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg由于T-s圖上各點(diǎn)質(zhì)量不同，面積不再直接代表熱和功蒸汽回?zé)嵫h(huán)抽汽量計(jì)算(1-)kgkg65as43211kgTakg4(1-)kg51kg以混合式回?zé)崞鳛槔裏嵋宦珊雎员霉φ羝責(zé)嵫h(huán)熱效率計(jì)算(1-)kgkg65as43211kgT吸熱量：放熱量：凈功：熱效率：蒸汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：提高熱效率減小汽輪機(jī)低壓缸尺寸，末級(jí)葉片變短減小凝汽器尺寸，減小鍋爐受熱面可兼作除氧器缺點(diǎn)：循環(huán)比功減小，汽耗率增加增加設(shè)備復(fù)雜性回?zé)崞魍顿Y小型火力發(fā)電廠回?zé)峒?jí)數(shù)一般為1～3級(jí)，中大型火力發(fā)電廠一般為4～8級(jí)。蒸汽再熱循環(huán)Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)實(shí)體照片蒸汽再熱循環(huán)的熱效率再熱循環(huán)本身不一定提高循環(huán)熱效率，熱效率與再熱壓力有關(guān)。x2降低，給提高初壓創(chuàng)造了條件，可選取合適的再熱壓力。采用一次再熱可使熱效率提高2％～5％。Ts65431b蒸汽再熱循環(huán)的實(shí)踐再熱壓力pb=pa(0.2~0.3)p1p1<10MPa，一般不采用再熱。常見(jiàn)10、12.5、20、30萬(wàn)機(jī)組，p1>13.5MPa，一次再熱。超臨界機(jī)組，t1>600℃，p1>25MPa，二次再熱。蒸汽再熱循環(huán)的定量計(jì)算Ts65431b吸熱量：放熱量：凈功（忽略泵功）：熱效率：熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)用發(fā)電廠汽輪機(jī)后的乏汽的余熱來(lái)滿足低熱用戶的需要。原因：乏汽的能量數(shù)量多，但由于壓力和溫度低，可用能很少，無(wú)法得到充分的利用。生活和生產(chǎn)中需要耗費(fèi)大量燃料以產(chǎn)生大量溫度不太高的熱能。熱電聯(lián)供將二者結(jié)合起來(lái)，一方面產(chǎn)生動(dòng)力，另一方面提供低品位的熱能。由此節(jié)約的能量比因動(dòng)力循環(huán)效率下降而損失的能量多，綜合節(jié)能效果非常顯著。熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)最簡(jiǎn)單的熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)是采用背壓式汽輪機(jī)。背壓式機(jī)組(背壓>0.1MPa)熱用戶為什么要用換熱器而不直接用熱力循環(huán)的水？背壓式缺點(diǎn)：熱電互相影響供熱參數(shù)單一熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán),可以自動(dòng)調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例，以滿足不同用戶的需要。熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)

熱電聯(lián)產(chǎn)(供)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)只采用熱效率顯然不夠全面

能量利用系數(shù)但未考慮熱和電的品位不同

應(yīng)采用

Ex經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)

熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱是發(fā)展方向，經(jīng)濟(jì)環(huán)保整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）IGCC技術(shù)把高效的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與潔凈的煤氣化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，既有高發(fā)電效率，又有極好環(huán)保性能，是一種有發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）優(yōu)點(diǎn)：效率高：在目前技術(shù)水平下，IGCC發(fā)電的凈效率可達(dá)43%～45％，今后可望達(dá)到更高。污染低：污染物排放量?jī)H為常規(guī)燃煤電站的1/10，二氧化硫排放在25mg／Nm3左右（目前國(guó)家二氧化硫?yàn)?200mg／Nm3），脫硫效率可達(dá)99%。氮氧化物排放只有常規(guī)電站的15%--20%，耗水只有常規(guī)電站的1/2-1/3，利于環(huán)境保護(hù)。缺點(diǎn)：投資較高，以大規(guī)模為佳；要求技術(shù)先進(jìn)；廠用電較多。增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（PFBC）增壓流化床燃燒（PFBC）技術(shù)從原理上基本同常壓流化床燃燒（AFBC）大體一致。采用增壓（6～20個(gè)大氣壓）燃燒后，燃燒效率和脫硫效率得到進(jìn)一步提高。燃燒室熱負(fù)荷增大，改善了傳熱效率，鍋爐容積緊湊。除了可在流化床鍋爐中產(chǎn)生蒸汽使汽輪機(jī)做功外，從PFBC燃燒室（也就是PFBC鍋爐）出來(lái)的增壓煙氣，經(jīng)高溫除塵后，可進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功。通過(guò)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，發(fā)電效率得到提高，目前可比相同蒸汽參數(shù)的單蒸汽循環(huán)發(fā)電提高3～4％。因此，采用增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）發(fā)電能較大幅度地提高發(fā)電效率，并能減少由于燃煤對(duì)環(huán)境的污染。增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（APFBC）增壓流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（PFBC-CC）東南大學(xué)最新科技成果——增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)§6-2制冷循環(huán)廣義熱泵循環(huán)高溫環(huán)境低溫環(huán)境制冷循環(huán)--逆向循環(huán)1423T1T2Ts在一定的熱源溫度下，需要怎樣來(lái)組織制冷機(jī)的工作循環(huán)，使獲得單位冷量所消耗的能量為最小，這是制冷技術(shù)中一個(gè)很重要的問(wèn)題。

制冷循環(huán)的計(jì)算內(nèi)容1423T2TsT0制冷量q2耗凈功w0

制冷量

循環(huán)放熱量

循環(huán)耗凈功

制冷系數(shù)性能系數(shù)制冷的應(yīng)用空氣調(diào)節(jié)：空調(diào)裝置冷源冷藏運(yùn)輸：冷藏船、冷藏集裝箱專門用途：

漁船、海上作業(yè)船、軍艦等

伙食冷藏：延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存時(shí)間，保證質(zhì)量當(dāng)冷凍溫度大于100K，稱普通冷凍；小于100K稱深度冷凍。用途：冷卻、冷凍、冷藏。制冷能力和冷噸生產(chǎn)中常用制冷能力來(lái)衡量設(shè)備產(chǎn)冷量大小。制冷能力：制冷設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)從冷庫(kù)取走的熱量(kJ/s)。商業(yè)上常用冷噸來(lái)表示。1冷噸：1噸0℃飽和水在24小時(shí)內(nèi)被冷凍到0℃的冰所需冷量。水的凝結(jié)（熔化）熱r=334kJ/kg1冷噸=3.86kJ/s1美國(guó)冷噸=3.517kJ/s制冷的方法冰、干冰、機(jī)械制冷蒸氣壓縮式制冷吸收式制冷蒸汽噴射式制冷

吸附式制冷機(jī)械制冷蒸發(fā)制冷氣體膨脹制冷半導(dǎo)體制冷渦流管制冷絕熱放氣制冷絕熱退磁制冷化學(xué)方法制冷半導(dǎo)體制冷NNPP吸熱(冷面)放熱(熱面)(低溫)(高溫)空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán)壓氣機(jī)膨脹機(jī)冷卻器冷藏室

在TL溫度下冷介質(zhì)q1q2winwout4123組成與過(guò)程描述：空氣壓縮制冷循環(huán)1234TsT3T11234pvp-v圖T-s圖空氣壓縮制冷循環(huán)計(jì)算1.循環(huán)制冷量（制冷劑從低溫?zé)嵩次盏臒崃浚?234TsT0T22.制冷劑放給高溫?zé)嵩吹臒崃?.制冷循環(huán)消耗的凈功空氣壓縮制冷循環(huán)計(jì)算4.制冷系數(shù)空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無(wú)毒，無(wú)味，不怕泄漏。缺點(diǎn)：

1.無(wú)法實(shí)現(xiàn)T

，<C2.q2=cp(T1-T4)，空氣cp很小，(T1-T4)不能太大，q2

很小。若(T1-T4)3.活塞式流量m小，制冷量Q2=m

q2小。使用葉輪式，再回?zé)釀t可用。增壓比對(duì)制冷系數(shù)的影響44”4’12’2”233”3’TsT3T1T0相同大氣溫度和冷藏室溫度范圍內(nèi)的卡諾逆循環(huán)的制冷系數(shù)為：與比較，可知在相同溫度范圍內(nèi)，卡諾逆循環(huán)的制冷系數(shù)最大。回?zé)峥諝鈮嚎s制冷循環(huán)裝置系統(tǒng)圖膨脹機(jī)壓縮機(jī)184回?zé)崞?65q1q2冷卻器蒸發(fā)器冷庫(kù)回?zé)峥諝鈮嚎s制冷循環(huán)T-s圖12344’4”8756’62'TT2T1Ts回?zé)峥諝鈮嚎s制冷循環(huán)計(jì)算123487562'TT2T1Ts制冷量放熱量耗凈功制冷系數(shù)理論循環(huán)5-6-8-4-5制冷量放熱量耗凈功制冷系數(shù)實(shí)際循環(huán)3、有回?zé)崤c無(wú)回?zé)醿裳h(huán)的比較①理論循環(huán)的比較②實(shí)際循環(huán)的比較制冷系數(shù)制冷量回?zé)嵫h(huán)的優(yōu)點(diǎn)（1）同樣制冷系數(shù)下，增壓比下降，這為采用大流量的葉輪式壓氣機(jī)和膨脹機(jī)提供可能；（2）增壓比減小，使壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程的不可逆損失的影響減小。壓縮蒸汽制冷循環(huán)逆向Carnot循環(huán)蒸發(fā)器冷凝器膨脹機(jī)q0q2壓縮機(jī)1234T1T2TS1234壓縮蒸汽制冷循環(huán)原理壓縮機(jī)膨脹閥1234冷凝器

蒸發(fā)器q2q1汽-水分離器壓縮蒸汽制冷循環(huán)T-S圖2’1’T32T1T2144’sdba2’4’1’壓縮蒸氣制冷循環(huán)分析兩個(gè)等壓，熱與功均與焓有關(guān)

lnp-h圖實(shí)際壓縮蒸氣制冷循環(huán)過(guò)程采用過(guò)冷措施：如回?zé)?。兩?jí)壓縮式制冷循環(huán)的流程圖制冷劑制冷劑是制冷機(jī)（包括電冰箱）用來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)，又稱制冷工質(zhì)。制冷劑的分類根據(jù)制冷劑化學(xué)成份及組成可分為四類，即無(wú)機(jī)化合物、碳?xì)浠衔铩⒎锇合盗泻突旌瞎卜腥芤?。根?jù)蒸發(fā)溫度的高低，制冷劑可分為三大類:高溫低壓制冷劑_水、鹽水溶液：適用于0℃以上的制冷循環(huán)，被廣泛用于空調(diào)裝置。中溫中壓制冷劑_氯化鈉、氯化鈣的水溶液：用于5～-50℃制冷裝置中。低溫高壓制冷劑_R11、三氯乙烯：適用于低于-50℃的制冷裝置。選用制冷劑的基本原則1.安全性2.熱力學(xué)特性:①蒸發(fā)潛熱要大。②臨界溫度要高于環(huán)境溫度。③凝固點(diǎn)要低。④操作壓力要合適。⑤制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)和放熱系數(shù)要高。3.其它要求:①制冷劑的粘度和密度要盡量小。②在高溫下不會(huì)分解，穩(wěn)定。③無(wú)毒，沒(méi)有明顯的侵蝕作用。④易于與潤(rùn)滑油混合。⑤有一定的吸水能力。⑥價(jià)格便宜，易于購(gòu)買。⑦冷凍劑對(duì)環(huán)境應(yīng)該無(wú)公害。冰箱原理蒸發(fā)盤管冷凍室冷凝盤管壓縮機(jī)毛細(xì)管吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán)利用溶液性質(zhì)壓縮制冷循環(huán)以消耗機(jī)械功為代價(jià)吸收式制冷以消耗熱量為代價(jià)溶液=溶劑+溶質(zhì)溶液T溶液T溶劑吸收溶質(zhì)的能力溶劑吸收溶質(zhì)的能力溶液濃度溶液濃度氨(制冷劑)—水(吸收劑)溴化鋰(吸收劑)—水(制冷劑)工質(zhì)氨—水吸收式制冷原理膨脹閥閥門泵加熱

蒸發(fā)器冷凝器

蒸發(fā)器Q2吸收器Q1QQ1’“壓縮機(jī)”—制冷劑(氨)—吸收劑（水）氨—水吸收式制冷循環(huán)流程圖

吸收式制冷(直燃機(jī))吸收式制冷(直燃機(jī))吸收式制冷循環(huán)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：直接利用熱能；可用低品質(zhì)熱；環(huán)境性能好。缺點(diǎn)：設(shè)備體積大；啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。用于大型空調(diào)、中央空調(diào)。吸收式制冷與壓縮式制冷比較以熱能直接驅(qū)動(dòng)的制冷循環(huán)以電能/機(jī)械能直接驅(qū)動(dòng)的制冷循環(huán)噴射式制冷循環(huán)蒸汽噴射制冷循環(huán)示意圖泵冷凝器蒸汽鍋爐1014267噴管混合室膨脹閥98蒸發(fā)器擴(kuò)壓管Q2QQ1“壓縮機(jī)”蒸汽噴射制冷T－s圖174629810Ts熱利用系數(shù)空調(diào)常識(shí)空調(diào)的基礎(chǔ)知識(shí)空調(diào)器的功能：室內(nèi)空氣濾塵、冷卻、除濕、制熱、更換新風(fēng)等。人體感覺(jué)舒適的溫度：夏天：24℃—28℃冬天：18℃—22℃人體感覺(jué)舒適的濕度：相對(duì)濕度：40%—60%人體感覺(jué)舒適的氣流：低速（溫度相同）解釋“幾匹”的概念判斷空調(diào)是幾匹機(jī)，主要根據(jù)空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)的輸出功率而定。1匹機(jī)的壓縮機(jī)電機(jī)輸出的功率為735W。1匹機(jī)它輸出的制冷量為2300W左右。中國(guó)市場(chǎng)1匹機(jī)是（2500W）；1.5匹機(jī)為3200-3500W；2匹機(jī)為4500-5000W?？照{(diào)器的命名國(guó)際段公司段工廠設(shè)計(jì)序號(hào)特殊功能代號(hào)功能代號(hào)規(guī)格代號(hào)室內(nèi)機(jī)結(jié)構(gòu)分類代號(hào)室外機(jī)結(jié)構(gòu)代號(hào)結(jié)構(gòu)形式代號(hào)氣候類型代號(hào)產(chǎn)品代號(hào)K□□□—□□□/□□

1-1

A

W

G25

R

F

T1具體分類房間空調(diào)器K窗式C(整體式)分體式F冷風(fēng)型L熱泵型R電熱型D(d)室內(nèi)機(jī)組室外機(jī)組W臺(tái)式T掛壁式G落地式L嵌入式Q吊頂式D移動(dòng)式Y(jié)空調(diào)器的組成空調(diào)器由制冷循環(huán)系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)三個(gè)系統(tǒng)組成：制冷循環(huán)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流毛細(xì)管、蒸發(fā)器，還有過(guò)濾器和制熱時(shí)的四通換向閥?？諝庋h(huán)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、濾塵器和風(fēng)口百葉等。電氣控制系統(tǒng)包括選擇開(kāi)關(guān)、溫度控制器、控制繼電器和保護(hù)繼電器等。制冷工作原理系統(tǒng)簡(jiǎn)圖冷氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的循環(huán)方式注：1、壓縮機(jī)2、室外熱交換器3、毛細(xì)管4、室內(nèi)熱交換器■高溫氣體冷媒

■

低溫氣體冷媒■液體冷媒暖氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的循環(huán)方式■高溫氣體冷媒

■

低溫氣體冷媒■液體冷媒注：1、壓縮機(jī)2、4通閥3、室內(nèi)熱交換器4、毛細(xì)管5、室外熱交換器§6-3熱泵循環(huán)熱泵逆向循環(huán)不僅可以用來(lái)制冷，還可以把熱能釋放給某物體或空間，使其溫度升高。作這一用途的逆向循環(huán)系統(tǒng)稱為熱泵。用途：將熱能從低溫?zé)嵩此屯邷責(zé)嵩?。熱泵與制冷機(jī)在熱力學(xué)原理上是完全相同的，它們的區(qū)別主要有兩點(diǎn)：兩者的目的不同。兩者的工作溫區(qū)往往有所不同。熱泵與制冷循環(huán)的比較1423T1T2TsT0制冷循環(huán)熱泵循環(huán)制冷量q2耗凈功w0耗凈功w0吸熱量q2供熱量q1sT熱泵循環(huán)的計(jì)算T1TsT0耗凈功w0吸熱量q2耗凈功w0供暖量w0＋q2

供暖量

吸熱量

循環(huán)耗凈功

供暖系數(shù)熱泵設(shè)備基本原理內(nèi)部結(jié)構(gòu)1、壓縮機(jī)2、冷凝器3、膨脹閥（節(jié)流閥）4、蒸發(fā)器5、制冷劑節(jié)流閥蒸發(fā)器

冷凝器

壓縮機(jī)

使制冷劑流動(dòng)受阻力壓力降低低溫制冷劑與空氣換熱設(shè)備制冷系統(tǒng)的“心臟”，制冷劑流動(dòng)的能量來(lái)源高溫制冷劑與水換熱設(shè)備1、壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)和壓縮動(dòng)力下，氣態(tài)冷媒（制冷劑）被吸進(jìn)壓縮機(jī)內(nèi)并被壓縮成高溫高壓的氣態(tài)冷媒2、高溫高壓氣態(tài)冷媒流入冷凝器（即設(shè)備的散熱盤管）；此時(shí)低溫的水和流動(dòng)著高溫冷媒的通過(guò)盤繞在水箱外壁的銅管（散熱盤管或稱冷凝器）進(jìn)行熱交換，冷水溫度升高，氣態(tài)冷媒溫度降低及液化，3、液態(tài)冷媒通過(guò)節(jié)流閥壓力降低；4、低壓液態(tài)冷媒流入蒸發(fā)器吸收了風(fēng)機(jī)帶來(lái)的空氣中的熱量而氣化。如此周而復(fù)始的運(yùn)行，利用空氣中的熱能將水加熱到設(shè)定溫度。1234冷媒壓焓圖壓力能量冷媒吸收空氣中的熱量為4→1的距離電能對(duì)冷媒做的功為1→2的距離冷媒向水放出的熱量為2→3的距離所以制熱量>輸入功率利用冷媒的氣化吸熱、液化放熱的特性進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移（溫差使能量傳遞）1234熱泵設(shè)備基本原理

熱泵種類（按吸收能量來(lái)源分）特點(diǎn)1、空氣源熱泵吸取空氣中的熱能2、水源熱泵吸取水的熱能3、水環(huán)熱泵吸取建筑物的熱能4、地?zé)嵩礋岜梦〉氐淄寥赖臒崮軣岜脡嚎s機(jī)種類特點(diǎn)圖片資料渦旋式（由馬達(dá)及渦旋泵體組成）用于商用熱泵，5匹以上熱泵機(jī)組，價(jià)格高備注：1匹≈735瓦旋轉(zhuǎn)式（由馬達(dá)及泵體組成）用于家用熱泵（3匹以下），熱泵系統(tǒng)一般配有保溫水箱制冷劑類型組成一般用處R12CCl2F2冷柜、冰箱R22CHClF2空調(diào)（熱泵）R410A混合物空調(diào)（熱泵）R134a混合物車用空調(diào)熱泵設(shè)備基本原理——種類介紹主要供暖方式熱用戶燃煤、燃?xì)忮仩t集中供熱直接電采暖（蓄熱鍋爐、地板輻射、電熱膜）熱泵（空氣源、水源）地層熱泵取暖原理地層全年的溫度穩(wěn)定在7-11℃，是非常好的熱源。熱交換孔最深至地下100米，中間穿有塑料熱交換管。熱交換液經(jīng)過(guò)熱泵循環(huán)，把地層的熱量輸送到房屋里。該系統(tǒng)可以幫助從大自然中贏得供熱，其中超過(guò)75%的能量來(lái)自于免費(fèi)的存儲(chǔ)在大自然中的太陽(yáng)能，而需要支付的卻只是不到25%的用于維持系統(tǒng)工作的電能，此外不再需要油、氣、煤。地層熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)?充分利用免費(fèi)的來(lái)自大自然的能量?非常環(huán)保、造福社會(huì)?顯著低于其他供熱系統(tǒng)的綜合使用費(fèi)用?沒(méi)有火災(zāi)、爆炸的隱患?低廉的維護(hù)費(fèi)用?非常長(zhǎng)的使用壽命?不受油、氣價(jià)格不斷上漲的影響?不受供暖單位、供暖時(shí)間和供暖溫度的限制?節(jié)省集中供暖的管道和大型設(shè)備的投資?避免供暖費(fèi)用結(jié)算的糾紛地層熱泵系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)型號(hào)單位791113162228供熱功率KW7.29.511.51316.423.628.5設(shè)備消耗功率KW1.72.22.733.85.46.8熱交換液流量m3/h22.533.545.56熱交換液溫度oC-5至+25oC熱交換泵功率KW0.330.330.330.450.450.450.45標(biāo)準(zhǔn)配備壓縮機(jī)所有往復(fù)活賽壓縮機(jī)供熱水當(dāng)入水35oC回水30oC時(shí)供熱水流量m3/h1.31.722.32.933.6蒸發(fā)器最高溫度55oC注：取暖需要約50-80W/平方米（視建筑的節(jié)能性而定）鍋爐、太陽(yáng)能、熱泵比較（熱水設(shè)備）鍋爐太陽(yáng)能熱泵適用范圍學(xué)校集體宿舍樓、工廠宿舍、旅店、賓館、度假村、醫(yī)院住院樓、發(fā)廊、桑拿浴室、商住樓、游泳池池水恒溫圖片資料所需燃料電鍋爐：電能燃油鍋爐：柴油燃?xì)忮仩t：煤氣利用太陽(yáng)能（電或燃油輔助加熱）利用空氣中的熱能（電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行）優(yōu)點(diǎn)功率高、加熱快、占地面積少、成本低吸收太陽(yáng)能節(jié)能（效率達(dá)300%以上）、環(huán)保、安全、安裝方便缺點(diǎn)耗能(只有75%~90%效率)、危險(xiǎn)、排放廢氣、操作麻煩對(duì)安裝場(chǎng)所要求（面積、日照）、陰雨天需要輔助加熱設(shè)備投資成本與太陽(yáng)能系統(tǒng)相當(dāng)，比鍋爐高鍋爐、太陽(yáng)能、熱泵比較（經(jīng)濟(jì)性）備注：1、熱泵使用工況：環(huán)境溫度20℃；2、電費(fèi)：0.8元/kW·h；管道煤氣(液化石油氣)

18.00元/M3；柴油價(jià)格：4.70元/L；3、燃油熱水爐熱效率75%，燃?xì)鉄崴疇t熱效率85%，電鍋爐熱效率95%，熱水設(shè)備熱效率370%；4、單位燃料熱值：柴油8466kJ/L，管道煤氣(液化石油氣)25000kJ/M3，電860kJ/kW.h；5、運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算公式：水量×溫升÷熱效率÷單位燃料熱值×燃料單價(jià)。（元）1噸水溫升40℃的加熱費(fèi)用§6-4氣體液化循環(huán)深冷循環(huán)（氣體液化循環(huán)）深度冷凍循環(huán)的目的就是獲得低溫度液體。當(dāng)氣體溫度高于其臨界溫度時(shí)，無(wú)論加多大的壓力都不能使其液化。因此，氣體的臨界溫度越低，所需要的液化溫度越低。如：氮?dú)釺c=126.2K(-146.95℃)

氫氣Tc=33.2K(-249.95℃)氣體液化循環(huán)方式：節(jié)流膨脹,定熵膨脹。氣體液化循環(huán)熱力學(xué)理想系統(tǒng)液化氣體的理論最小功初始點(diǎn)P=101.3kPaT=300K氣體名稱沸點(diǎn)(K)理論最小功(kJ/kg)氦－33.198178氦－44.216819氫20.2712019氖27.091335氮77.36768.1空氣78.8738.9一氧化碳81.6768.6氬87.28478.6氧90.18635.6甲烷111.71091乙烷184.5353.1丙烷231.1140.4氨239.8359.1氣體液化系數(shù)節(jié)流膨脹—林德循環(huán)LindeCycle(林德循環(huán))1895年德國(guó)工程師Linde（林德）首先應(yīng)用節(jié)流膨脹法液化空氣，故稱林德循環(huán)。此系統(tǒng)由壓縮機(jī)冷卻器換熱器節(jié)流閥氣液分離器組成簡(jiǎn)單林德循環(huán)原理121(1-x)kg1kg氣體天然水3450換熱器節(jié)流閥氣液分離器Xkg產(chǎn)品簡(jiǎn)單林德循環(huán)原理從T-S圖來(lái)看，深冷與普通冷凍循環(huán)主要區(qū)別表現(xiàn)在：普冷：兩個(gè)封閉式循環(huán)。制冷循環(huán)與被冷物系是兩種物質(zhì)，彼此獨(dú)立封閉循環(huán)。深冷：制冷循環(huán)與分離或液化物質(zhì)是同一種物質(zhì)，且是不封閉循環(huán)。ST123450T4理論林德循環(huán)熱力學(xué)計(jì)算∴由熱力學(xué)第一定律：因體系與環(huán)境無(wú)軸功交換，若無(wú)冷損失，由體系的能量平衡，則有以處理1kg氣體為基準(zhǔn)（1）

氣體液化量（液化率）x取換熱器、節(jié)流閥、氣液分離器為研究體系

理論液化量理論林德循環(huán)熱力學(xué)計(jì)算(2)制冷量qo在穩(wěn)定操作下，液化xkg氣體所取走的熱量。理論制冷量P1、T1—

被液化氣體初態(tài)的壓力、溫度P2—

被液化氣體壓縮后的壓力（3）

功耗Ws按理想氣體的可逆等溫壓縮

式中：R—

氣體常數(shù)，單位取kJ/kg?K理論功耗實(shí)際林德循環(huán)ST123450T47換熱器不完全交換

—這是由于氣體液化裝置絕熱不完全，環(huán)境介質(zhì)熱量傳給低溫設(shè)備而引起的冷量損失。

—低壓氣體平均熱容—換熱器熱端溫差冷量損失實(shí)際林德循環(huán)熱力學(xué)分析實(shí)際液化量實(shí)際制冷量實(shí)際耗功

—

壓縮機(jī)的等溫壓縮效率，一般按經(jīng)驗(yàn)可取0.59比功Wx每液化1kg氣體所消耗的功稱為比功。制冷系數(shù)ε林德循環(huán)存在的問(wèn)題一次節(jié)流液化循環(huán)比較簡(jiǎn)單，但效率很低。目前只有小型氣體分離、液化裝置如小型空分裝置還有采用。在簡(jiǎn)單的林德循環(huán)中，由于高壓氣體的相對(duì)量大和熱容大，用未冷凝低壓氣體無(wú)法將其冷卻到足夠的低溫。林德循環(huán)的改進(jìn)簡(jiǎn)單林德－漢普遜系統(tǒng)

簡(jiǎn)單的林德－漢普遜循環(huán)不能用于液化氖、氫和氦:

1.由于這些氣體的轉(zhuǎn)化溫度低于環(huán)境溫度，所以無(wú)法降溫啟動(dòng)。

2.用林德－漢普遜系統(tǒng)能夠獲得降溫，通過(guò)低溫下節(jié)流后完全都是蒸汽，沒(méi)有氣體被液化。林德循環(huán)的改進(jìn)適用于液化氖和氫的液氮預(yù)冷林德－漢普遜循環(huán)預(yù)冷林德－漢普遜系統(tǒng):

對(duì)簡(jiǎn)單林德－漢普遜系統(tǒng)，當(dāng)熱交換器入口溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，可以改善簡(jiǎn)單林德－漢普遜系統(tǒng)的性能指標(biāo)。林德循環(huán)的改進(jìn)林德雙壓系統(tǒng)林德循環(huán)的改進(jìn)復(fù)迭式系統(tǒng)復(fù)迭式系統(tǒng)是預(yù)冷系統(tǒng)的展開(kāi)，由其它制冷系統(tǒng)來(lái)預(yù)冷。優(yōu)點(diǎn)第一個(gè)用于生產(chǎn)液空的液化裝置系統(tǒng)的性能好所需壓力降低缺點(diǎn)系統(tǒng)的每一級(jí)循環(huán)都必須完全不漏，以防止流體滲漏空氣分離系統(tǒng)--林德單塔系統(tǒng)

林德單塔分離系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的空氣分離系統(tǒng)之一，采用的是基本的林德－漢普遜液化系統(tǒng)，用精餾塔代替了儲(chǔ)液器，當(dāng)然也可以用其他液化系統(tǒng)來(lái)為塔內(nèi)提供液體.林德的單塔系統(tǒng)有兩大缺點(diǎn):1)僅能得到純氧產(chǎn)品2)污氮放空浪費(fèi)了大量的氧

空氣分離系統(tǒng)--林德雙塔系統(tǒng)

采用兩個(gè)精餾塔，下塔氮?dú)庖夯鳛橄滤亓饕和ㄟ^(guò)上塔氧的沸騰來(lái)實(shí)現(xiàn)，上塔沸騰氧蒸汽作為上塔的上升蒸汽。下塔產(chǎn)生多余的液氮節(jié)流到上塔頂部作回流液。林德－弗蘭克空氣分離系統(tǒng)

林德－弗蘭克系統(tǒng)采用蓄冷器和氨預(yù)冷及膨脹機(jī)，分離系統(tǒng)的液化部分是氨預(yù)冷的雙壓克勞特液化系統(tǒng).海蘭特空氣分離系統(tǒng)

海蘭特系統(tǒng)可以得到液氮和液氧產(chǎn)品。定熵膨脹—