化工热力学 chap6 蒸汽动力循环与制冷循环

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1、第六章蒸汽动力循环与制冷循环16.1蒸汽动力循环一.蒸汽动力循环为正向卡诺循环二.蒸汽动力循环1.工作原理及T-S图蒸汽动力循环的主要设备有：透平机（汽轮机）冷凝器水泵锅炉、过热器等组成工作介质一般为水2水泵锅炉1234P1T1的高压高温蒸汽进入气轮机等熵膨胀到状态2，同时对外做功，2点状态为乏汽从汽轮机流出后进入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潜热而变为该压力下的饱和水，放出的热量由冷却水带走，达到状态3，饱和水经水泵升压到P1进入锅炉，在锅炉吸收热量，使工质变化到状态1，完成一个循环。气轮机冷凝器3T-S图QHQLWsTT吸T放S卡诺循环产功很大，但难于实现，

2、问题在于：（1）湿蒸汽对汽轮机和水泵有浸蚀作用，汽轮机带水量不得超过10%，水泵不能带入蒸汽进泵；（2）绝热可逆过程实际上难以实现。第一个具有实际意义的蒸汽动力循环是朗肯循环。12344（1）工质进汽轮机状态不同（2）膨胀过程不同2.郎肯循环（3）工质出冷凝器状态不同（4）压缩过程不同（5）工作介质吸热过程不同郎肯循环：饱和水郎肯循环：不可逆绝热过程，若忽略掉工作介质水的摩擦与散热，可简化为可逆过程。郎肯循环：不可逆吸热过程，沿着等压线变化卡诺循环：湿蒸汽卡诺循环：等熵过程卡诺循环：气液共存卡诺循环：等熵过程卡诺循环：等温过程郎肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循

3、环不同表现在郎肯循环：干蒸汽郎肯循环：不可逆绝热过程51—2’对应于汽轮机2’—3冷凝器进行，在冷凝器里冷却水把工作介质的热量带走使其由气体转变为液体。3—4水泵中进行4—1锅炉进行，水在锅炉中恒压加热。122’34ST水63.郎肯循环过程的热力学计算∴(1)工作介质在锅炉中吸热量kJ/kg(2)工作介质在冷凝器中排放的热量kJ/kg（理想）(3)汽轮机工作介质的单位产功量（理想）kJ/kg∵7(4)水泵中工作介质的单位耗功量kJ/kg由于液态水的不可压缩性，水泵中工作介质耗功量可按下列式近似计算(5)热效率定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量数学式：84.

4、应用举例[P135-138例6-1～6-2]例6-1自看例6-2某核动力循环如图所示，锅炉从温度为320℃的核反应堆吸入热量Q1产生压力为7MPa、温度为360℃的过热蒸汽（点1），过热蒸汽经汽轮机膨胀做功后于0.008MPa压力下排出（点2），乏气在冷凝器中向环境温度t0=20℃下进行定压放热变为饱和水（点3），然后经泵返回锅炉（点4）完成循环，已知汽轮机的额定功率为15104kW,汽轮机作不可逆的绝热膨胀,其等熵效率为0.75,而水泵可认为作可逆绝热压缩,试求:(1)此动力循环中蒸汽的质量流量;(2)汽轮机出口乏气的湿度;(3)循环的热效率.9例6-2插图

5、核反应堆锅炉汽轮机t=320℃12或2’34冷凝器P1=7MPat1=360℃22’134TSP2=0.008MPa10解:11一.提高郎肯循环热效率的措施对卡诺循环：对郎肯循环：(3)使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效率要使η↑：(1)H2↓，降低压力P2（汽轮机出口蒸汽压力）(2)H1↑，提高汽轮机进口蒸汽的压力或温度121.再热循环7QRHwsh+wsL4321p2P1Tp32S541368再热循环的热效率（2）乏汽湿含量减少，干度增加。结论：（1）η提高131234562’1kgαkg(1-α)kgTS123456水2’αkg(1-α)kg2.回热循环

6、14（2）热效率提高，但设备成本提高。回热循环的热效率：抽气量α取回热器作能量衡算结论：（1）减少了工作介质吸热过程的温差（不可逆），由TH-T4减少到TH-T6153.热电循环分为两种：（1）   背压式汽轮机联合供电供热循环特点：①冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质（不一定是冷却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用；②排气压力受供热温度影响，较郎肯循环排气压力高,大于大气压力；③热电循环效率=循环热效率+提供热用户的热量/输入的总热量。16锅炉汽轮机12342134TSQLqHWS17（2）   抽气式汽轮机联合供电供热循环特点：①工质部分供热，部分作

7、功②供热量与乏汽无关18TS1723456α1-α1冷凝器热用户锅炉水泵水泵加热器234567P’αα-αhαh19③热电循环效率TS173456α1-α2204.应用举例[P140-143例6-3~6-4]例6-3自看例6-4某化工厂采用如下的蒸汽动力装置以同时提供动力和热能。已知汽轮机入口的蒸汽参数为3.5MPa,435℃,冷凝器的压力为0.004MPa,中间抽汽压力P’为1.3MPa,抽汽量为10kg/s,其中一部分进入加热器,将锅炉给水预热到抽汽压力P’下的饱和温度,其余提供给热用户,然后冷凝成饱和水返回锅炉循环使用。已知该装置的供热量是50103kJ

8、/h.试求此蒸汽动力循环