化工熱力學(xué)12動力循環(huán)

15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(gòu)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(gòu)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(guān)熱力計算及氣體壓縮功計算的方法、步驟。

3）了解熱轉(zhuǎn)化為功裝置提高熱效率的方法、措施。25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。35蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)

5.1蒸汽動力循環(huán)

5.2制冷循環(huán)

5.3氣體的壓縮

5.4膨脹過程

5.5深度冷凍循環(huán)45.1蒸汽動力循環(huán)

5.1.1理想郎肯循環(huán)(RankineCycle)5.1.2實際郎肯循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施55.1蒸汽動力循環(huán)

5.1.1理想郎肯循環(huán)(RankineCycle)5.1.2實際郎肯循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施65.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

獲得動力的能源：太陽能、風(fēng)能、潮汐能、水力能、核能、燃料等。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變過程?；どa(chǎn)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。75.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

郎肯循環(huán)的構(gòu)成：

鍋爐水預(yù)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(zhì)：水壓力：高壓P1，低壓P2。85.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

1郎肯循環(huán)的基本原理ⅢⅡⅠ123過熱器鍋爐水預(yù)熱器冷卻冷凝器透評機泵456WsQHQ0WP0ST1234567S4S1P1P295.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

（1）1234，高壓水(P1)等壓下（自狀態(tài)點1）經(jīng)過軟水預(yù)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，(P1P2)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）。105.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

（4）6-1冷凝水用泵加壓(P2P1)返回鍋爐循環(huán)。整個循環(huán)過程12345612循環(huán)過程的熱力計算（1kg工質(zhì)）（1）14過程自高溫?zé)嵩次盏臒崃?/p>

（2）45透平作軸功WSR115.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

（3）56乏汽冷卻冷凝放出熱量

（4）61冷凝水升壓消耗功若作為不可壓縮性流體125.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

（5）循環(huán)過程中工質(zhì)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0ST1234567S4S1P1P2135.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

若忽略泵功作近似計算14（7）汽耗率(Specificsteamconsumption)輸出單位量的功所消耗的蒸汽量。5.1蒸汽動力循環(huán)5.1.1理想郎肯循環(huán)

解題思路：根據(jù)題意繪制T-S圖確定各狀態(tài)點確定各狀態(tài)的H,S進行熱力計算。155.1蒸汽動力循環(huán)

5.1.1理想郎肯循環(huán)(RankineCycle)5.1.2實際郎肯循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施165.1蒸汽動力循環(huán)5.1.2實際郎肯循環(huán)0ST123455’67S4S1P1P21’（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0.85-0.95175.1蒸汽動力循環(huán)5.1.2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(yīng)實際汽耗率要高些。185.1蒸汽動力循環(huán)

5.1.1理想郎肯循環(huán)(RankineCycle)5.1.2實際郎肯循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施195.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施從上式可見其中：ηs、ηm主要取決于透平機的結(jié)構(gòu)和機械加工等因素，因此，從工藝角度主要考慮提高ηRan。205.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施1.提高蒸汽的過熱溫度0ST’1234567S4S1P1P24’5’T215.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施2.提高鍋爐壓力0ST1234567S4S1P1P24’225.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3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?zé)嵩磁欧艧崃繙p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(yīng)冷凝溫度為300C。也可采用預(yù)熱鍋爐給水。0ST1234567S4S1P1P2235.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施4.采用回?zé)嵫h(huán)所謂回?zé)嵫h(huán)-用抽出的部分蒸汽預(yù)熱鍋爐給水，使水的低溫預(yù)熱階段在鍋爐外的回?zé)犷A(yù)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?zé)嵫h(huán)?；?zé)嵫h(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。245.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施4.采用回?zé)嵫h(huán)ⅢⅡⅠ123過熱器鍋爐水預(yù)熱器冷卻冷凝器透評機泵456WsQHWP2Q0開式回?zé)犷A(yù)熱器泵1’6’WP14’0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’255.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施4.采用回?zé)嵫h(huán)抽汽系數(shù)：α以1kg進入透平機的蒸汽為基準，對回?zé)犷A(yù)熱器作能量衡算。假設(shè)保溫良好，則dH=00ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’265.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施ⅢⅡⅠ123過熱器鍋爐水預(yù)熱器冷卻冷凝器透評機泵456WsQHWP2Q0開式回?zé)犷A(yù)熱器泵1’6’WP14’0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’α275.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施4.采用回?zé)嵫h(huán)過程的熱效率或稱熱利用系數(shù)或285.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施

采用回?zé)岷驮贌嵯嘟Y(jié)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。0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’S4’295.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施5.熱-電循環(huán)裝置ⅢⅡⅠ123過熱器鍋爐水預(yù)熱器背壓式透評機泵456WsQHQLWP工藝加熱器ⅢⅡⅠ123過熱器鍋爐水預(yù)熱器抽凝式透評機泵456WsQHWP2Q0開式回?zé)犷A(yù)熱器泵1’6’WP14’工藝加熱器QL冷卻冷凝器30設(shè)有開式回?zé)犷A(yù)熱器（工藝加熱蒸汽冷凝液）的熱-電循環(huán)過程。0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’α1-α315.1蒸汽動力循環(huán)5.1.3提高郎肯循環(huán)熱效率的措施5.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)ξ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ξ和η的數(shù)值。325.1蒸汽動力循環(huán)應(yīng)用舉例有一同時供給動力和熱能相結(jié)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(shè)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。335.1蒸汽動力循環(huán)解：

1.循環(huán)過程的T-S示意圖ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw(y-3)kg·S-1345.1蒸汽動力循環(huán)2.由水蒸汽性質(zhì)表查各狀態(tài)點的熱力學(xué)函數(shù)狀態(tài)點2：10.0MPa、833KH2=3500KJ·Kg-1S2=6.756KJ·Kg-1·K-1狀態(tài)點3、8：1.0MPa2-3為等熵過程H3=2860KJ·Kg-1H8=763KJ·Kg-1S2=S3=6.756KJ·Kg-1·K-1狀態(tài)點2‘：1.0MPa773KH2‘=3587KJ·Kg-1S2‘=7.898KJ·Kg-1·K-1355.1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365.1蒸汽動力循環(huán)ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw375.1蒸汽動力循環(huán)38ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw5.1蒸汽動力循環(huán)395.1蒸汽動力循環(huán)3.計算：所需蒸汽量：ykg·S-1405.1蒸汽動力循環(huán)再熱所吸收的熱量：循環(huán)裝置的熱利用系數(shù)ξ：工質(zhì)水吸收的總熱量Q=QH+QRH求H1（忽略泵功）415.1蒸汽動力循環(huán)ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw425.1蒸汽動力循環(huán)工藝加熱器利用的熱量：435.1蒸汽動力循環(huán)y