化工热力学第六章蒸汽动力循环与制冷循环

化工热力学第六章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

2、功很大,但难于实现,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

3、过程郎肯循环也是由四个步骤组成,与卡诺循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)

4、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.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

5、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

6、131234562’1kgαkg(1-α)kgTS123456水2’αkg(1-α)kg2.回热循环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

7、。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

8、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/h.试求此蒸汽动力循环

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