化工热力学蒸汽动力循环.ppt

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1、化工热力学蒸汽动力循环现在学习的是第1页，共37页7.3 蒸蒸 汽汽 动动 力力 循循 环环现在学习的是第2页，共37页理想化的汽油内燃机循环过程理想化的汽油内燃机循环过程1.吸气过程吸气过程(A-B)2.压缩冲程压缩冲程(B-C绝热压缩绝热压缩)3.点燃过程点燃过程(C-D等体过程等体过程),做功做功过程过程(D-E绝热膨胀过程绝热膨胀过程)4.排气过程排气过程(E-B-A)现在学习的是第3页，共37页锅炉锅炉冷凝器冷凝器透透平平水泵水泵Ws，pumpWs，turQHQL1234热机简单的工作原理热机简单的工作原理现在学习的是第4页，共37页7.3.1 Rankine循环及其热力学效率循环及

2、其热力学效率郎肯循环郎肯循环理想郎肯循环理想郎肯循环非理想郎肯循环非理想郎肯循环区别在于：区别在于：压缩与膨胀过程的可逆压缩与膨胀过程的可逆与否。与否。1）理想郎肯循环工作原理：）理想郎肯循环工作原理：它与卡诺循环的主要区别：它与卡诺循环的主要区别：现在学习的是第5页，共37页A）加加热热步步骤骤1-2不不是是可可逆逆的的，水水在在汽汽化化后后继继续续加加热热，使使之之成成为为过过热热蒸蒸汽汽，这这样样在在进进入入透透平平膨膨胀胀后后不不致致产生过多的饱和水，并可以提高做功能力。产生过多的饱和水，并可以提高做功能力。朗肯循环在朗肯循环在T-S上是如何表示的：上是如何表示的：B）冷凝步骤）冷凝步

3、骤3-4也不是可逆的，该步进行也不是可逆的，该步进行3完全的冷凝，这样进完全的冷凝，这样进入水泵时全部是饱和液体水。入水泵时全部是饱和液体水。现在学习的是第6页，共37页ASTP1P21243TLTHQHQL65出出来来的的乏乏气气有有三三种种形式：形式：过热蒸汽过热蒸汽 饱和蒸汽饱和蒸汽 、湿蒸汽湿蒸汽注意：注意：在计算轴功时，要根据乏气的具体形式计算焓值。在计算轴功时，要根据乏气的具体形式计算焓值。理理想想朗朗肯肯循循环环对对外外作作出出的的净净功功应应由由T-S图图上上1-2-3-4-1所所示示的的面积表示。面积表示。2）非理想郎肯循环）非理想郎肯循环现在学习的是第7页，共37页3）基本

4、计算）基本计算：围绕热机的计算不外求功、吸热、效率。围绕热机的计算不外求功、吸热、效率。各过程的功和热的效应只等于状态间焓值的变化。各过程的功和热的效应只等于状态间焓值的变化。A）1-2是工质加热过程，加入热量（是工质加热过程，加入热量（WS=0）Q吸吸=H2-H1B）2-3：是工质绝热可逆膨胀做功：是工质绝热可逆膨胀做功 WS=H=H3-H2C）3-4：是乏气的冷凝，放出热量（：是乏气的冷凝，放出热量（WS=0）Q放放=H4-H3D）4-1：将冷凝水绝热可逆压缩，需要轴功（：将冷凝水绝热可逆压缩，需要轴功（Q=0）常将两式联立求常将两式联立求状态状态1点焓值。点焓值。E）热机效率）热机效率现

5、在学习的是第8页，共37页F)汽耗率汽耗率 SSC(specific steam consumption)G）对非理想朗肯循环）对非理想朗肯循环-由等熵效率求由等熵效率求作出单位净功所消耗的蒸汽量作出单位净功所消耗的蒸汽量现在学习的是第9页，共37页例：某蒸汽动力循环装置产生的过热蒸汽压力为例：某蒸汽动力循环装置产生的过热蒸汽压力为8600kPa、温度为、温度为500oC。此蒸汽进入透平绝热膨胀作功，透平排出的乏汽压力为此蒸汽进入透平绝热膨胀作功，透平排出的乏汽压力为10kPa。乏汽进入冷凝器全部冷凝成饱和液态水，然后泵入锅炉。试求：乏汽进入冷凝器全部冷凝成饱和液态水，然后泵入锅炉。试求：a）

6、理想的郎肯循环的热效率；）理想的郎肯循环的热效率；b）已知透平和水泵的等熵膨胀效率都为）已知透平和水泵的等熵膨胀效率都为0.75，求实际动力循环的，求实际动力循环的热效率热效率 c）设计要求实际动力循环输出的轴功率为）设计要求实际动力循环输出的轴功率为80000kw，求蒸汽流量以及锅炉，求蒸汽流量以及锅炉和冷凝器的传热速率。和冷凝器的传热速率。现在学习的是第10页，共37页解题要点：解题要点：1）画过程的）画过程的T-S图图2）判断乏汽的状态点）判断乏汽的状态点 Sg大于大于S3？3）求干度）求干度4）求）求3点的焓值点的焓值5）求可逆轴功）求可逆轴功6）求锅炉吸收的热量，需确立状态）求锅炉吸

7、收的热量，需确立状态1的焓值的焓值7）求热机效率）求热机效率8）根据理想轴功和等熵效率，求实际轴功）根据理想轴功和等熵效率，求实际轴功9）根据实际轴功确定）根据实际轴功确定3、1点的焓值点的焓值10）求实际锅炉吸收的热和向冷凝器放出的热）求实际锅炉吸收的热和向冷凝器放出的热11）根据实际设计要求的轴功计算蒸汽的循环流量）根据实际设计要求的轴功计算蒸汽的循环流量12）求锅炉和冷凝器的传热速率）求锅炉和冷凝器的传热速率现在学习的是第11页，共37页7.3.2蒸汽参数对热效率的影响蒸汽参数对热效率的影响1）提高蒸汽的过热温度）提高蒸汽的过热温度2）提高蒸汽的压力）提高蒸汽的压力,降低乏气压力降低乏气

8、压力(背压背压)：3）采用再热循环；（提高干度的措施）采用再热循环；（提高干度的措施）再再热热循循环环是是指指工工作作介介质质分分次次加加热热，逐逐级级膨膨胀胀的的循环过程。循环过程。ASTP1P21243TLTHQHQL65现在学习的是第12页，共37页4）回热循环）回热循环预热锅炉给水：预热锅炉给水：利用蒸汽动力装置系统以外的废热利用蒸汽动力装置系统以外的废热从本系统中的透平机抽出一部分蒸汽来预从本系统中的透平机抽出一部分蒸汽来预热冷凝水，叫回热循环。热冷凝水，叫回热循环。多级回热：从透平机中抽取几种不同的压力的蒸汽来预热。多级回热：从透平机中抽取几种不同的压力的蒸汽来预热。现在学习的是第

9、13页，共37页7.4 制制 冷冷制制 得得 Tlow 保保 持持 100 普普通通制制冷冷深深冷冷现在学习的是第14页，共37页制制 冷冷 的的 应应 用用气气 体体 液液 化化制制 冷冷低低 温温 反反 应应食食 品品 储储 存存结结 晶晶 分分 离离润滑油净化润滑油净化气气 温温 调节调节现在学习的是第15页，共37页消耗外功型消耗外功型消耗内能型消耗内能型制制 冷冷蒸气压缩制冷蒸气压缩制冷空气压缩制冷空气压缩制冷蒸汽喷射制冷蒸汽喷射制冷吸收制冷吸收制冷制制 冷冷 的的 常常 见见 类类 型型现在学习的是第16页，共37页7.4.1理想的制冷循环：理想的制冷循环：TL,PL,GTH,PH

10、,GTL,PL,湿气湿气QH冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器压压缩缩机机膨膨胀胀机机Ws，QL1234TL,PL,L现在学习的是第17页，共37页ASTP1P21243TLTHQHQL65衡量制冷机效能的参数称制冷系数衡量制冷机效能的参数称制冷系数，其定义为：，其定义为：在低温下吸收的热在低温下吸收的热消耗的净功消耗的净功QL-制制冷冷量量，它它表表示示制制冷冷机机的的制制冷冷能能力力现在学习的是第18页，共37页冷凝、冷却器冷凝、冷却器蒸发器蒸发器压缩机压缩机节流阀节流阀ABCD7.4.2 蒸汽压缩制冷循环蒸汽压缩制冷循环现在学习的是第19页，共37页ASTP1P21243TLTHQHQ0基本计算：

11、基本计算：1)冷冻量：单位质量工质（制冷剂）在蒸发器中蒸发所吸收的热量冷冻量：单位质量工质（制冷剂）在蒸发器中蒸发所吸收的热量2)压缩机消耗的轴功：压缩机消耗的轴功：现在学习的是第20页，共37页3)制冷系数：消耗单位数量的功所能获得的冷冻量制冷系数：消耗单位数量的功所能获得的冷冻量4)循循环环速速率率：表表示示制制冷冷剂剂每每小小时时的的循循环环量量，等等于于总总的的冷冷冻冻能力与冷冻量之比，即能力与冷冻量之比，即Q0冷冻能力，即制冷剂在蒸发器吸收的总热量冷冻能力，即制冷剂在蒸发器吸收的总热量q 0表表示示冷冷冻冻量量，即即单单位位质质量量制制冷冷剂剂在在蒸蒸发发器器中中 吸吸收收的的热热量

12、量现在学习的是第21页，共37页制冷剂所消耗的单位理论功率制冷剂所消耗的单位理论功率例：某空调装置的制冷能力为例：某空调装置的制冷能力为4.18104KJ.h-1,采用氨蒸汽压缩制采用氨蒸汽压缩制冷循环。夏天室内温度维持在冷循环。夏天室内温度维持在15，冷却水温度为，冷却水温度为35。蒸发器。蒸发器与冷凝器的传热温差均为与冷凝器的传热温差均为5。已知压缩机的等熵效率为已知压缩机的等熵效率为0.8.试求试求(A)逆卡诺循环的制冷系数；逆卡诺循环的制冷系数；(B)假定压缩为等熵过程，工质的循环假定压缩为等熵过程，工质的循环速率、压缩功率、冷凝器放热量和制冷系数。速率、压缩功率、冷凝器放热量和制冷系

13、数。(C)压缩为非等熵过压缩为非等熵过程时的上述各参数。程时的上述各参数。现在学习的是第22页，共37页现在学习的是第23页，共37页现在学习的是第24页，共37页现在学习的是第25页，共37页现在学习的是第26页，共37页7.4.3 吸收式制冷循环吸收式制冷循环与与蒸蒸汽汽压压缩缩的的区区别别：不不是是靠靠压压缩缩气气体体变变为为TH、PH气气体体，而而是是利利用用低低温温热热源源（乏乏气气热热量量、余余热热、废废热热、不不能能做做功功的的热热源源），使使氨氨水水中中的的氨氨在在较较高高的的压压力力下下汽汽化化，此此时时的的氨氨气气较较从从蒸蒸发发器器中中出出的的氨氨气气有有较较高高的的PH

14、、TH，这这样样，再再在在冷冷凝凝器器中中冷冷却却向向高温热源放热。高温热源放热。工作原理：工作原理：1234576QLQH1-吸收器吸收器2-氨水泵氨水泵3-解吸器解吸器4-减压阀减压阀5-冷凝器冷凝器6-节流阀节流阀7-蒸发器蒸发器现在学习的是第27页，共37页优点：利用低温热源、余热、废热、太阳能等。优点：利用低温热源、余热、废热、太阳能等。吸收式制冷装置运行的经济指标称为热力系数：吸收式制冷装置运行的经济指标称为热力系数：Q0吸收式制冷装置的制冷量吸收式制冷装置的制冷量Q解吸器中提供的热量解吸器中提供的热量7.4.4 喷射式制冷循环喷射式制冷循环现在学习的是第28页，共37页工作蒸汽工

15、作蒸汽锅炉供给的锅炉供给的压力较高的压力较高的水蒸汽水蒸汽拉瓦尔喷管拉瓦尔喷管:绝热膨胀绝热膨胀不断从蒸发器中抽汽不断从蒸发器中抽汽蒸发器压力升高到冷压力升高到冷凝压力凝压力ASTP1P21243TLTHQHQ0现在学习的是第29页，共37页7.4.5提高制冷效率：提高制冷效率：1）采用多级制冷）采用多级制冷ASTP1P21243TLTHQHQ065P3现在学习的是第30页，共37页特点：特点：使用两种或两种以上的制冷剂使用两种或两种以上的制冷剂各自构成独立的制冷循环各自构成独立的制冷循环低温度级的蒸发器是更低温度级的冷器低温度级的蒸发器是更低温度级的冷器2)复迭式制冷复迭式制冷目的：为了获得

16、更低的制冷温度目的：为了获得更低的制冷温度现在学习的是第31页，共37页3）降降低低冷冷凝凝温温度度，提提高高蒸蒸发发温温度度，均均可可提提高高制制冷冷量量提提高高制冷系数。制冷系数。降低冷凝温度降低冷凝温度ASTP1P21243TLT3QHQ0T33P324现在学习的是第32页，共37页提高蒸发温度提高蒸发温度4）降低制冷工质的过冷温度）降低制冷工质的过冷温度ASTP1P21243T4QHQ0T44P31STP1P21243QHQ043现在学习的是第33页，共37页7.4.6热泵热泵以精馏系统为例：以精馏系统为例：常见精馏塔热泵的三种形式常见精馏塔热泵的三种形式：热热泵泵的的工工作作原原理理

17、与与制制冷冷机机完完全全相相同同，制制冷冷机机的的工工作作目目的的是是制制冷冷；热热泵泵的的工工作作目目的的是是制制热热，它它是是一一种种节节能能设设备备以以消消耗耗少少量量机机械械能能为为代代价价回回收收里里利利用用低低温温热热能能，相相当当于于一一种种能能源源采采掘掘机机，它它以以消消耗耗一一部部分分高高质质量量的的能能量量（机机械械能能、电电能能、高高温温热热能能）为为代代价价，通通过过热热力力循循环环，把把自自然然环环境境介介质质（水水、空空气气、土土壤壤）中中或或生生产产排排放放的的余余热热中中储储存的能量加以挖掘，进行利用。存的能量加以挖掘，进行利用。1）在闭式热泵流程中：）在闭式

18、热泵流程中：2）开式热泵）开式热泵A型型3）开式热泵）开式热泵B型型现在学习的是第34页，共37页1）在闭式热泵流程中：）在闭式热泵流程中：制制冷冷循循环环介介质质冷冷凝凝器器与与精精馏馏塔塔底底再再沸沸器器结结合合成成一一个个设设备备，在在这这个换热设备中，塔顶产物放热冷凝而塔底液体吸热蒸发。个换热设备中，塔顶产物放热冷凝而塔底液体吸热蒸发。闭闭式式热热泵泵的的特特点点是是塔塔内内物物料料与与制制热热循循环环系系统统的的介介质质是是闭闭隔的两者自成系统，无物料上的接触和沟通。隔的两者自成系统，无物料上的接触和沟通。PL TL gP H TH gPL TL L现在学习的是第35页，共37页2）

19、精精馏馏塔塔开开式式热热泵泵A型型：以以乙乙烯烯为为例例，塔塔顶顶流流出出为为乙乙烯烯，而而制热循环中的介质也是乙烯，即是同一物料将它们沟通起来。制热循环中的介质也是乙烯，即是同一物料将它们沟通起来。P H TH gPL TL L压缩机压缩机乙烯乙烯精馏塔开式热泵精馏塔开式热泵A型型P L TL g现在学习的是第36页，共37页PL TL gP H TH gPL TL L压缩机压缩机乙烯乙烯乙烷乙烷精馏塔开式热泵精馏塔开式热泵B型型3）精精馏馏塔塔开开式式热热泵泵B型型，以以乙乙烯烯精精馏馏塔塔为为例例，塔塔釜釜出出料料为为乙乙烷烷，制制热热循循环环工工质质采采用用乙乙 烷烷，将将塔塔底底再再沸沸器器与与塔塔顶顶冷冷凝凝器器结合。结合。现在学习的是第37页，共37页