化工热力学12动力循环

15蒸汽动力循环和制冷循环

本章目的：介绍蒸汽动力循环和制冷循环的构成、原理及热力计算。

要求：

1）熟悉、掌握蒸汽动力循环和制冷循环的构成、原理及在T-S图上的表示。

2）熟悉、掌握循环装置的有关热力计算及气体压缩功计算的方法、步骤。

3）了解热转化为功装置提高热效率的方法、措施。25蒸汽动力循环和制冷循环

4）了解热-电装置的节能原理，背压式透平和凝气式透平的使用。5）熟悉等熵膨胀和节流膨胀的原理及同异。

6）了解深冷液化分离装置的方法原理。35蒸汽动力循环与制冷循环

5.1蒸汽动力循环

5.2制冷循环

5.3气体的压缩

5.4膨胀过程

5.5深度冷冻循环45.1蒸汽动力循环

5.1.1理想郎肯循环(RankineCycle)5.1.2实际郎肯循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施55.1蒸汽动力循环

5.1.1理想郎肯循环(RankineCycle)5.1.2实际郎肯循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施65.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

获得动力的能源：太阳能、风能、潮汐能、水力能、核能、燃料等。转化为电能、机械能。

蒸汽动力循环装置：热能-蒸汽-机械能-电能的转变过程。化工生产中主要是综合用能、节能、降低能耗、降低成本、提高经济效益。75.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

郎肯循环的构成：

锅炉水预热器、锅炉、蒸汽过热器、透平机（涡轮膨胀机）、冷却冷凝器、水泵等。工质：水压力：高压P1，低压P2。85.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

1郎肯循环的基本原理ⅢⅡⅠ123过热器锅炉水预热器冷却冷凝器透评机泵456WsQHQ0WP0ST1234567S4S1P1P295.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

（1）1234，高压水(P1)等压下（自状态点1）经过软水预热器、锅炉、蒸汽过热器吸收热量，成为高温高压的过热蒸汽（状态点4）（2）4-5高温高压过热蒸汽（4）进入透平机绝热可逆膨胀过程，(P1P2)对外做功WS。（3）5-6乏汽在冷却冷凝器中冷凝为低压下的饱和水（6）。105.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

（4）6-1冷凝水用泵加压(P2P1)返回锅炉循环。整个循环过程12345612循环过程的热力计算（1kg工质）（1）14过程自高温热源吸收的热量

（2）45透平作轴功WSR115.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

（3）56乏汽冷却冷凝放出热量

（4）61冷凝水升压消耗功若作为不可压缩性流体125.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

（5）循环过程中工质作出的净功相当于面积1234S4S11-面积56S1S45=面积1234561。（6）循环过程的热效率0ST1234567S4S1P1P2135.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

若忽略泵功作近似计算14（7）汽耗率(Specificsteamconsumption)输出单位量的功所消耗的蒸汽量。5.1蒸汽动力循环5.1.1理想郎肯循环

解题思路：根据题意绘制T-S图确定各状态点确定各状态的H,S进行热力计算。155.1蒸汽动力循环

5.1.1理想郎肯循环(RankineCycle)5.1.2实际郎肯循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施165.1蒸汽动力循环5.1.2实际郎肯循环0ST123455’67S4S1P1P21’（1）泵加压为熵增过程,由于泵功小，可忽略不计。（2）透平机膨胀熵增过程,等熵效率表示

一般0.80-0.90（3）外部机械损失：一般0.85-0.95175.1蒸汽动力循环5.1.2实际郎肯循环因此，考虑以上各项损失，循环过程可输出的功为：相应实际汽耗率要高些。185.1蒸汽动力循环

5.1.1理想郎肯循环(RankineCycle)5.1.2实际郎肯循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施195.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施从上式可见其中：ηs、ηm主要取决于透平机的结构和机械加工等因素，因此，从工艺角度主要考虑提高ηRan。205.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施1.提高蒸汽的过热温度0ST’1234567S4S1P1P24’5’T215.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施2.提高锅炉压力0ST1234567S4S1P1P24’225.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施3.降低乏汽冷凝压力向低温热源排放热量减少，所以热效率提高。但乏汽压力受冷却水温度的影响。如当压力为0.004246MPa时，相应冷凝温度为300C。也可采用预热锅炉给水。0ST1234567S4S1P1P2235.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施4.采用回热循环所谓回热循环-用抽出的部分蒸汽预热锅炉给水，使水的低温预热阶段在锅炉外的回热预热器中进行的循环过程。是目前采用较多的，有单级和多级回热循环。回热循环、再热循环、热-电循环等。背压式透平-乏汽压力大于0.1MPa。凝汽式透平-乏汽压力小于0.1MPa。245.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施4.采用回热循环ⅢⅡⅠ123过热器锅炉水预热器冷却冷凝器透评机泵456WsQHWP2Q0开式回热预热器泵1’6’WP14’0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’255.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施4.采用回热循环抽汽系数：α以1kg进入透平机的蒸汽为基准，对回热预热器作能量衡算。假设保温良好，则dH=00ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’265.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施ⅢⅡⅠ123过热器锅炉水预热器冷却冷凝器透评机泵456WsQHWP2Q0开式回热预热器泵1’6’WP14’0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’α275.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施4.采用回热循环过程的热效率或称热利用系数或285.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施

采用回热和再热相结合的循环。

这是目前大型蒸汽动力循环装置采用较多的循环过程。0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’S4’295.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施5.热-电循环装置ⅢⅡⅠ123过热器锅炉水预热器背压式透评机泵456WsQHQLWP工艺加热器ⅢⅡⅠ123过热器锅炉水预热器抽凝式透评机泵456WsQHWP2Q0开式回热预热器泵1’6’WP14’工艺加热器QL冷却冷凝器30设有开式回热预热器（工艺加热蒸汽冷凝液）的热-电循环过程。0ST1234567S4S1P1P2P1’4’1’6’α1-α315.1蒸汽动力循环5.1.3提高郎肯循环热效率的措施5.热电循环装置热电循环装置的经济性用热量利用系数ξ表示注意：这是一个笼统的概念，衡量热-电装置的经济性时，要同时提供ξ和η的数值。325.1蒸汽动力循环应用举例有一同时供给动力和热能相结合的循环装置，将10.0MPa、833K的过热蒸汽，引入透平机的高压缸中，绝热可逆膨胀至1.0MPa抽出部分干蒸汽，流量为3.0kg·S-1用于工艺加热。剩余的蒸汽再过热到773K，然后在透平的低压缸中可逆绝热膨胀到0.005MPa。如果需要的动力为5000kw，试计算：所需蒸汽量；再热吸收的热量；此装置的热量利用系数。假设工艺加热器和冷却冷凝器得到的均为饱和水，分别用泵加压回锅炉，水泵的功耗忽略不计。335.1蒸汽动力循环解：

1.循环过程的T-S示意图ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw(y-3)kg·S-1345.1蒸汽动力循环2.由水蒸汽性质表查各状态点的热力学函数状态点2：10.0MPa、833KH2=3500KJ·Kg-1S2=6.756KJ·Kg-1·K-1状态点3、8：1.0MPa2-3为等熵过程H3=2860KJ·Kg-1H8=763KJ·Kg-1S2=S3=6.756KJ·Kg-1·K-1状态点2‘：1.0MPa773KH2‘=3587KJ·Kg-1S2‘=7.898KJ·Kg-1·K-1355.1蒸汽动力循环状态点4：0.005MPa2’-4为等熵过程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

状态点4为低压下的湿蒸汽，根据熵平衡式365.1蒸汽动力循环ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw375.1蒸汽动力循环38ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw5.1蒸汽动力循环395.1蒸汽动力循环3.计算：所需蒸汽量：ykg·S-1405.1蒸汽动力循环再热所吸收的热量：循环装置的热利用系数ξ：工质水吸收的总热量Q=QH+QRH求H1（忽略泵功）415.1蒸汽动力循环ykg·S-13kg·S-11232’47586T0S10.0MPa833K1.0MPa773K0.005MPa5000kw425.1蒸汽动力循环工艺加热器利用的热量：435.1蒸汽动力循环y