第七章-蒸汽动力循环

2020/5/27,第七章,蒸汽动力循环7.1.1Rankine(朗肯)循环7.1.2Rankine循环的改进,2020/5/27,前言,循环：体系从初态开始，经历一系列的中间状态，又重新回到初态，此封闭的热力学过程称为循环。蒸汽动力循环：是以水蒸汽为工质，将热连续地转变成功的过程，其主要设备是各种热机。产功的过程。如火力发电厂，大型化工厂,2020/5/27,前言,如何将1atm300atm?需要压缩机，消耗动力。,中国60年代，15001800度电/吨NH3。中国70年代，仅1030度电/吨NH3。这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。,电,高温热源,废热锅炉，产生高压蒸汽,压缩机(氢循环压缩机),透平机,2020/5/27,流体通过压缩机、膨胀机,7.1蒸汽动力循环,稳定流动体系的热力学第一定理：,u20，gZ0，若绝热过程Q=0Ws=H=H2-H1,高压高温蒸汽带动透平产生轴功。（流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量，称为轴功Ws。）,2020/5/27,7.1蒸汽动力循环,34水在水泵中被压缩升压。41进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后。12进入透平机膨胀作功。23作功后的低压湿蒸汽进入冷凝器被冷凝成水，再回到水泵中，完成一个循环。,蒸汽动力循环原理,蒸汽动力循环主要由水泵、锅炉、透平机和冷凝器组成。,2020/5/27,锅炉,水泵,原理,水压缩,水加热至过热蒸汽,蒸汽作功,蒸汽冷凝成水,理想Rankine循环,等S膨胀,等S压缩,等压吸热,相变,34饱和水可逆绝热压缩过程。（等S）41高压水等压升温和汽化，等压吸热过程12过热蒸汽可逆绝热膨胀过程。（等S）23湿蒸汽等压等温可逆冷却为饱和水（相变）。,7.1.1Rankine(朗肯)循环,2020/5/27,卡诺循环的缺点,锅炉加热,4,1,2,3,透平机后的乏气,汽+液,汽+液,泵,冷凝器,透平机,缺点之二:对于泵易产生气缚现象,缺点之一:透平机要求干度X0.9但2点的X0.88易损坏叶片,结论:卡诺循环不适合变热为功!,2020/5/27,（1）工质进汽轮机状态不同,（2）膨胀过程不同,郎肯循环与卡诺循环的区别,（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：干蒸汽,郎肯循环：不可逆绝热过程,2020/5/27,WS可逆绝热膨胀功,Q1,Q2,WP可逆绝热压缩功,稳流体系,理想Rankine循环,2020/5/27,WS膨胀功,Q1,Q2,WP压缩功,a,b,Q2,WN,Q1,Q1=面积1ba41,Q2=面积2ba32,2020/5/27,Ql越大，Q2越小，做的净功WN就越大。Ql受锅炉中金属材料的极限的限制，约550600oC。Q2受为环境温度的限制。,净功WN=IQ1（面积1ba41）-Q2（面积2ba32）I=面积12341,a,b,理想Rankine循环,WN,2020/5/27,用T-S图表示热和功,T-S图：温-熵图,T-S图的用处：(1)体系可逆地从状态A到状态B,在T-S图上曲线AB下的面积就等于体系在该过程中的热效应，一目了然。,2020/5/27,用T-S图表示热和功,(2)容易计算热机循环时的效率,热机所作的功W为闭合曲线ABCDA所围的面积。,图中ABCDA表示任一可逆循环。ABC是吸热过程，所吸之热等于ABC曲线下的面积；,CDA是放热过程，所放之热等于CDA曲线下的面积。,2020/5/27,T-S图：既显示体系所吸取或释放的热量；又显示体系所作的功。,p-V图：只能显示所作的功。,用T-S图表示热和功的优点,2020/5/27,理想Rankine循环的热效率和气耗率SSC,2、气耗率SSC：SpecificSteamConsumption作出1kW.h净功消耗的蒸气公斤数。,评价动力循环的指标：热效率和气耗率。,1、热效率：循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比,2020/5/27,1,2,3,4,实际Rankine循环,2,4,22,44,12，44理想朗肯循环（等熵）12，44实际朗肯循环（不等熵）,实际上，工质在汽轮机和水泵中不可能是完全可逆的，即不可能作等熵膨胀或等熵压缩。,这个不可逆性可用等熵效率s来表示。,等熵效率s的定义：“对膨胀作功过程，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做功量之比。,2020/5/27,1,2,3,4,2,4,等熵效率s,实际Rankine循环的热效率,实际Rankine循环,2020/5/27,Q2（放热）,Q1吸热,实际Rankine循环,2020/5/27,实际与理想Rankine循环的比较,2020/5/27,提高循环的热效率的措施,(1)提高蒸气过热温度,提高蒸气过热温度的影响,2020/5/27,提高循环的热效率的措施,(2)提高蒸汽压力,2020/5/27,提高循环的热效率的措施,(3)降低乏气压力（背压）,1、降低背压时所增加的功比增加的热量大，因而提高了整个循环的热效率。,2、降低背压会降低乏气的干度，应注意。,2020/5/27,7.1.2Rankine循环的改进,1、回热循环：,1,6,1Kg,1-,锅炉,透平机,水泵,冷凝器,过热器,2,3,4,1,回热加热器,水泵,2,2,1-,5,6,1Kg,抽出部分蒸汽Kg到回热加热器,2020/5/27,回热循环与Rankine循环比较,优点：(1)提高了水在锅炉中吸热的温位，从而增加了蒸汽有效能量，做功本领变大。(2)整个循环的工质只有一部分通过冷凝器排往自然环