化工熱力學6.1動力循環(huán)1.ppt

化工過程能量分析 6蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán) 6蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán) 本章目的 介紹蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán)的構成 原理及熱力計算 要求 1 熟悉 掌握蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán)的構成 原理及在T S圖上的表示 2 熟悉 掌握循環(huán)裝置的有關熱力計算及氣體壓縮功計算的方法 步驟 3 了解熱轉化為功裝置提高熱效率的方法 措施 6蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán) 4 了解熱 電裝置的節(jié)能原理 背壓式透平和凝氣式透平的使用 5 熟悉等熵膨脹和節(jié)流膨脹的原理及同異 6 了解深冷液化分離裝置的方法原理 6蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)6 1蒸汽動力循環(huán)6 2制冷循環(huán)6 3氣體的壓縮6 4膨脹過程6 5深度冷凍循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) RankineCycle 6 1 2實際郎肯循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) RankineCycle 6 1 2實際郎肯循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 獲得動力的能源 太陽能 風能 潮汐能 水力能 核能 燃料等 轉化為電能 機械能 蒸汽動力循環(huán)裝置 熱能 蒸汽 機械能 電能的轉變過程 化工生產中主要是綜合用能 節(jié)能 降低能耗 降低成本 提高經(jīng)濟效益 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 郎肯循環(huán)的構成 鍋爐水預熱器 鍋爐 蒸汽過熱器 透平機 渦輪膨脹機 冷卻冷凝器 水泵等 工質 水壓力 高壓P1 低壓P2 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 1郎肯循環(huán)的基本原理 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 1 1 2 3 4 高壓水 P1 等壓下 自狀態(tài)點1 經(jīng)過軟水預熱器 鍋爐 蒸汽過熱器吸收熱量 成為高溫高壓的過熱蒸汽 狀態(tài)點4 2 4 5高溫高壓過熱蒸汽 4 進入透平機絕熱可逆膨脹過程 P1 P2 對外做功WS 3 5 6乏汽在冷卻冷凝器中冷凝為低壓下的飽和水 6 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 5 循環(huán)過程中工質作出的凈功相當于面積1234S4S11 面積56S1S45 面積1234561 6 循環(huán)過程的熱效率 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 若忽略泵功作近似計算 7 汽耗率 Specificsteamconsumption 輸出單位量的功所消耗的蒸汽量 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) RankineCycle 6 1 2實際郎肯循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 2實際郎肯循環(huán) 1 泵加壓為熵增過程 由于泵功小 可忽略不計 2 透平機膨脹熵增過程 等熵效率表示一般0 80 0 90 3 外部機械損失 一般0 86 0 96 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 2實際郎肯循環(huán) 因此 考慮以上各項損失 循環(huán)過程可輸出的功為 相應實際汽耗率要高些 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 1理想郎肯循環(huán) RankineCycle 6 1 2實際郎肯循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 1 提高蒸汽的過熱溫度 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 2 提高鍋爐壓力 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 3 降低乏汽冷凝壓力 向低溫熱源排放熱量減少 所以熱效率提高 但乏汽壓力受冷卻水溫度的影響 如當壓力為0 004246MPa時 相應冷凝溫度為300C 也可采用預熱鍋爐給水 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 4 采用回熱循環(huán)所謂回熱循環(huán) 用抽出的部分蒸汽預熱鍋爐給水 使水的低溫預熱階段在鍋爐外的回熱預熱器中進行的循環(huán)過程 是目前采用較多的 有單級和多級回熱循環(huán) 回熱循環(huán) 再熱循環(huán) 熱 電循環(huán)等 背壓式透平 乏汽壓力大于0 1MPa 凝汽式透平 乏汽壓力小于0 1MPa 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 4 采用回熱循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 4 采用回熱循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 4 采用回熱循環(huán) 過程的熱效率或稱熱利用系數(shù) 或 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 采用回熱和再熱相結合的循環(huán) 這是目前大型蒸汽動力循環(huán)裝置采用較多的循環(huán)過程 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 設有開式回熱預熱器 工藝加熱蒸汽冷凝液 的熱 電循環(huán)過程 6 1蒸汽動力循環(huán)6 1 3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施 6 熱電循環(huán)裝置 熱電循環(huán)裝置的經(jīng)濟性用熱量利用系數(shù) 表示 注意 這是一個籠統(tǒng)的概念 衡量熱 電裝置的經(jīng)濟性時 要同時提供 和 的數(shù)值 6 1蒸汽動力循環(huán) 應用舉例 有一同時供給動力和熱能相結合的循環(huán)裝置 將10 0MPa 833K的過熱蒸汽 引入透平機的高壓缸中 絕熱可逆膨脹至1 0MPa抽出部分干蒸汽 流量為3 0kg S 1用于工藝加熱 剩余的蒸汽再過熱到773K 然后在透平的低壓缸中可逆絕熱膨脹到0 005MPa 如果需要的動力為5000kw 試計算 所需蒸汽量 再熱吸收的熱量 此裝置的熱量利用系數(shù) 假設工藝加熱器和冷卻冷凝器得到的均為飽和水 分別用泵加壓回鍋爐 水泵的功耗忽略不計 6 1蒸汽動力循環(huán) 解 1 循環(huán)過程的T S示意圖 6 1蒸汽動力循環(huán) 2 由水蒸汽性質表查各狀態(tài)點的熱力學函數(shù) 6 1蒸汽動力循環(huán) 狀態(tài)點4 0 005MPa2 4為等熵過程 H7 2561KJ Kg 1H5 138KJ Kg 1S2 S4 7 898KJ Kg 1 K 1S7 8 394KJ Kg 1 K 1S5 0 476KJ Kg 1 K 1狀態(tài)點4為低壓下的濕蒸汽 根據(jù)熵平衡式 6 1蒸汽動力循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán) 3 計算 所需蒸汽量 ykg S 1 6 1蒸汽動力循環(huán) 再熱所吸收的熱量 6 1蒸汽動力循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán) 工藝加熱器利用的熱量 6 1蒸汽動力循環(huán) 6蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)6 1蒸汽動力循環(huán)6 2制冷循環(huán)6 3氣體的壓縮6 4膨脹過程6 5深度冷凍循環(huán) 6 1蒸汽動力循環(huán) 思考題 理想蒸汽動力循環(huán)裝置主要由哪幾個單元設備組成 試在H S圖和P H圖上表示出郎肯循環(huán)過程 降低乏汽壓力可提高循環(huán)過程的熱效率 但要注意什麼問題 熱 電循環(huán)裝置為什麼多采用回熱 再熱相結合 并使用抽凝式透平機 6 1蒸汽動力循環(huán) 作業(yè) 6 1一郎肯循環(huán)蒸汽動力裝置 鍋爐供給2 45MPa4300C的過熱蒸汽 流量為25200Kg h 1 乏汽壓力為0 0135MPa 冷卻水溫度為210C 假設透