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化工热力学-第六章-蒸汽动力循环与制冷循环讲课稿

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化工热力学制冷

化工热力学制冷
W S H 2 H 1K K J 1 g
第16页，本讲稿共56页
6.4制冷循环
6.4.1 蒸汽压缩制冷循环
制冷机所消耗的理论功率 N T G W S KW
制冷系数
q0 H1 H4 WS H2 H1
Ø 制冷剂的选择：
蒸发潜热要大；蒸发压力要低且相应的饱和蒸汽压大 于大气压力，常温下冷凝压力要低；较高的临界温度和 较低的凝固温度；较强的化学稳定性。
蒸气压缩制冷
吸收制冷 消耗内能型
蒸汽喷射制冷
第7页，本讲稿共56页
6.4制冷循环
6.4.1 蒸汽压缩制冷循环
制冷，即根据热力学第二定律的原理，消耗功 把热量自低温物体移向高温物体并保持低温的过 程。工程上习惯把TL>173K称为普通冷冻简称普 冷，把TL<173K称为深度冷冻简称深冷。
第8页，本讲稿共56页
第34页，本讲稿共56页
6.5 深度冷冻循环
林德循环（LindeCycle） 深冷与普冷是有区别的。主要表现在： 普冷：两个封闭式循环，制冷循环与被冷物 系是两种物质，是封闭循环。 深冷：制冷循环与分离、液化物质是同一 种物
质，且是不封闭循环
第35页，本讲稿共56页
6.5 深度冷冻循环
林德循环（LindeCycle） Ø ⑵热力学计算（以处理1Kg气体为基准） 林德循环的基本计算主要是液化量、耗功量和制冷量 。 ①气体液化量（液化率）x 定义：液化率就是1Kg被处理的气体所能产生的液体 Kg数
第11页，本讲稿共56页
6.4制冷循环
6.4.1 蒸汽压缩制冷循环
TH
3
2
TL
4
1
0
S4
S1
第12页，本讲稿共56页

化工热力学61动力循环1

化工热力学61动力循环1
状态点4： 0.005MPa 2’-4为等熵过程
H7=2561KJ· Kg-1 H5=138KJ· Kg-1 S2’=S4=7.898KJ· Kg-1· K-1 S7=8.394KJ· Kg-1· K-1 S5=0.476KJ· Kg-1· K-1
状态点4为低压下的湿蒸汽，根据熵平衡式
6.1 蒸汽动力循环
QH
Ⅱ
Ⅰ
2
锅炉
4’
2 ’
6’
3
α
4’
水预热器
1’ 6’
P2
1 6 0 S1
泵
WP2
6
5 S S4
7
泵 1 开式回热预热器 WP1
6.1 蒸汽动力循环
6.1.3 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

H
或
4
H 4 1 H 4 H 5 H 4 H 6 H 4 H1
P1
2
6.1 蒸汽动力循环
6.1.1 理想郎肯循环
（5）循环过程中工质作出的净功
P
W N W SR W P H 5 H 4 H 1 H 6 H 4 H 1 H 5 H 6
相当于面积1234S4S11-面积 56S1S45=面积1234561。 （6）循环过程的热效率
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。
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 制冷循环 6.3 气体的压缩 6.4 膨胀过程 6.5 深度冷冻循环
6.1 蒸汽动力循环

华科热力学蒸汽动力装置循环讲课文档

华科热力学蒸汽动力装置循环讲课文档
16.5
550,535
20万， 30万，
60万
25
⑸ 汽轮机的相对内效率和汽耗率
实际的汽轮机内部过程是不可逆的
①汽轮机的相对内效率（定熵效率）
T
h1 h2 h1 h2s
②汽耗率Steam Rate (d)
装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
The mass of steam used to perform a unit of work.
• 燃烧产物不参与循环，因此蒸汽动力装置可以使用各 种常规的固体、液体、气体燃料及核燃料，可以利用 劣质煤和工业废热，还可以利用太阳能和地热等能源 ，这是这类循环的一大优点。
20222//11//1100
2
第二页，共53页。
20222//11//1100
3
第三页，共53页。
20222//11//1100
低参数
汽轮机进 汽压力
（MPa）
汽轮机进 汽温度 （℃）
发电机功 率 （P/ kW）
20222//11//1100
第二十五页，共53页。
1.3
340
1500 ～
3000
中参数
3.5
435 6000
～ 25000
高参数 9
535 5~10
万
超高参数 13.5
550,535 12.5万,20
万
亚临界参 数
蒸汽参数对循环热效率的影响归纳(续)
• 3. 尽管采用较高的蒸汽参数，但由于水蒸汽性质的限 制，循环吸热平均温度仍然不高，故对蒸汽动力循环 的改进主要集中于对吸热过程的改进，即采用种种提 高吸热平均温度的措施。
2022/11//1100
24
第二十四页，共53页。

化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环

化工热力学 蒸汽动力循环与制冷循环

31
(2) T-S图法
TH T2 T1
T 等H线 T1
P1 P2
T2
S (3) 利用经验公式估算
对于空气，当压力变化不太大时，不考虑温度的
影响，可直接按下式近似估算：
TH 0.29( p2
p1
)
273 T1
2
式中：压力单位为大气压atm，温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体，其表达式不同。
图读取ΔTS
T2
P1 P2
S 37
④ 用等焓节流效应计算
s
J
V Cp
Ts
p2
J dp
p1
V p2 dp
C p1 p
若Cp=const
1 p2
Ts
TH
Cp
V dp
p1
38
2.不可逆对外做功的绝热膨胀
对活塞式膨胀机
➢ 当t<30℃
ηs=0.65
➢ 当t>30℃ ηs=0.7～0.75
T 1
3
卡诺循环产功 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。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
dH H dT H dP T P P T
dH 0
H
T P T
P H
H
T P
25
H T
P
Cp

第6章 蒸汽动力装置循环(中文课件)

第6章 蒸汽动力装置循环(中文课件)

将在汽轮机中做了部分功的蒸汽从汽轮机中抽出来，
用以加热进入锅炉前的给水，这样不仅避免抽汽的冷源
损失，锅炉的给水温度也同时提高。
2. 回热装置系统图及T-s图
郭煜《工程热力学与传热学 》
过热器 6
锅炉
10
1 kg 1
7 kg 冷
凝 器
发 电 机 (1- ) kg 2
3 冷却水
9 给水泵
回热
4
凝结水泵
工程热力学与传热学
工程热力学 第六章 动力装置循环
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第六章 动力装置循环
内容要求
掌握蒸汽动力装置的理想循环—朗肯循环 掌握再热循环，回热循环 了解活塞式内燃机循环 了解燃气轮机装置的理想循环
郭煜《工程热力学与传热学 》
的经济性，寻求提高经济性的方法和途径。
方法和步骤 （1）首先：把实际问题抽象为可逆理论循环。分析找出
热效率及提高该循环热效率的可能措施，以指导实际循 环的改善。 （2）然后：分析实际循环与理论循环的偏离程度。找出 实际损失的部位，大小，原因，及改进措施。
郭煜《工程热力学与传热学 》
6-1 蒸汽动力装置循环
T
及汽轮机出口干度。 1
汽耗率：
56
蒸汽动力装置输出１kＷ.h
4
（3600kJ）功量所消耗的蒸汽量。 3
2
0
s
朗肯循环T–s图
例题
郭煜《工程热力学与传热学 》
3. 与上题相同，蒸汽进入汽轮机的压力P1=13.5MPa，
初温度t1=550ºC，乏气压力为0.004MPa。当蒸汽在
汽轮机中膨胀至３MPa时，再加热到 t1，形成一次再热

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

WS=(1-)(H3- H2)+(H2-H1)
6.1 蒸汽动力循环
ws 热效率 QH ws Qh 能量利用参数 QH
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 膨胀过程 6.3 制冷循环
6.2 膨胀过程
膨胀过程在实际当中经常遇到，如：高压流 体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等 设备或装置所经历的过程，都是膨胀过程。 下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨 论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀 过程及其所产生的温度效应
⑵H1升高，因为水不可压缩耗功很少，一般 可忽略不计，但H1增加，必须使P1、t1增加， P1太大会使设计的强度出现问题，从而使制 造成本增加，提高效率的收益，并不一定 能弥补成本提高的花费。
6.1 蒸汽动力循环
卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等 熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中，等温 放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基 本上能够与卡诺循环相符合，差别最大的 过程是吸热过程。现在主要问题是如何能 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效 率。显然改造不等温吸热是提高热效率的 关键，由此提出了蒸汽的再热循环和回热 循环。
6.1 蒸汽动力循环
1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环 2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图 3）朗肯循环 4）提高朗肯循环热效率的措施 5）应用举例
6.1 蒸汽动力循环
4）提高朗肯循环热效率的措施
要提高朗肯循环的热效率，首先必须找出影响热 效率的主要因素，从热效率的定义来看
对卡诺循环 对朗肯循环
ws TL c 1 QH TH
H ( )T P H ( )p T
H ( ) P CP T
6.2 膨胀过程
H ( )T T J ( ) H P P CP

化工热力学6Chapter6蒸汽动力循环与制冷循环(New)

化工热力学6Chapter6蒸汽动力循环与制冷循环(New)
度下降,故压力一般不单独提高,通常乏汽干度≮88%,为安全起见,最好为饱 和蒸汽。
3.分析举例
Chapter 6.蒸汽动力循环与制冷循环 §6.1蒸汽动力循环
五、提高Rankine循环热效率的主要措施 (一)提高蒸汽的初参数即温度和压力 (二)提高冷凝器效率和尽可能降低冷却水的温度以便尽可能降低 乏汽压力 1.原理 （1）提高冷凝器效率目的是缩小工质与冷却水之间的传热温差 即缩小了传热推动力； （2）降低冷却水的温度的目的是在传热推动力不变的情况下降 低乏汽压力 2.限制 （1）冷凝器效率提高受冷凝器传热面积的限制即冷凝器投资的 限制； （2）冷却水的温度的降低受季节和地理位置的限制 (三)利用其它低温余热预热锅炉给水即提高锅炉进口的水温 原理：缩小工质在锅炉中与燃气之间的传热温差
6．汽耗率 SSC=m/N=60103/(2.045410466.87)=2.943 kg/(kWh)
10
1．例5-8 1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平机作功，并在 0.0687MPa下排出。此透平机既不可逆也不绝热，输出的轴 功相当于可逆绝热膨胀功的85%。由于隔热不好，每kg蒸汽 有7.12kJ的热量散失于20℃的环境。此过程的理想功、损失 功和热力学效率。
四、计算举例
例 题 6-1(P135~137) 某 蒸 汽 动 力 循 环 按 朗 肯 循 环 工 作 , 锅 炉 压 力 为 4MPa, 产 生 440℃的过热蒸汽,乏汽压力为4kPa,蒸汽流量60吨/时，试按理想朗肯循环计 算①乏汽的干度;②汽轮机的理论功率;③水在锅炉中吸收的热;④水泵的理论 功率;⑤乏汽在冷凝器中放出的热;⑥循环的热效率;⑦循环的汽耗率。
NTid=m(h1h2)/3600=60103(3307.12079.87)/3600=2.0454104 kW 4．泵功率 NP=m(h4h3)/3600=60103(125.472121.46)/3600=66.87 kW

化工热力学蒸汽动力循环讲课文档

化工热力学蒸汽动力循环讲课文档
锅炉
Ws，pump
4
冷凝器
QL
2
透
Ws，tur
平
3
7.3.1 Rankine循环及其热力学效率
郎肯循环
理想郎肯循环 非理想郎肯循环
区别在于：
压缩与膨胀过程的可逆 与否。
1）理想郎肯循环工作原理： 它与卡诺循环的主要区别：
第4页，共36页。
A）加热步骤1-2不是可逆的，水在汽化后继续加热， 使之成为过热蒸汽，这样在进入透平膨胀后不 致产生过多的饱和水，并可以提高做功能力。
PL TL L
PL TL g
第34页，共36页。
P H TH g
2）精馏塔开式热泵A型：以乙烯为例，塔顶流出为乙烯，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。
乙烯 PL TL L
P L TL g 压缩机
第35页，共36页。
P H TH g
精馏塔开式热泵A型
3）精馏塔开式热泵B型，以乙烯精馏塔为例，塔釜出料为乙 烷，制热循环工质采用乙 烷，将塔底再沸器与塔顶冷凝器结 合。
第27页，共36页。
工作蒸汽 锅炉供给的 压力较高的 水蒸汽
第28页，共36页。
拉瓦尔喷管:绝热膨胀
压力升高到 冷凝压力
不断从蒸发器中抽汽
蒸发器
T
T
H
T LA
Q
H
3
4
Q0
P
2P
2
1
1 S
7.4.5提高制冷效率：
1）采用多级制冷
T
TH TL
A
QH
P3 P2
4
P1
6
5
2
3 1
Q0
S
第29页，共36页。

化工热力学课件化工专业本科阶段 (6)

化工热力学课件化工专业本科阶段 (6)

不产生温度效应
当μJ<0时，表示节流后压力下降，温度上升，
V V T 0 T P
致热
18
（ 3）

结论
节流膨胀过程的主要特征是等焓过程；
理想气体节流时温度不变，不能用于致
①
②
冷、致热；

③
真实气体节流效应取决于气体的状态，
在不同的状态下节流，具有不同的微分节流
效应值。
初始压力为P1, 终压为P2， 当增压比相等时，耗功最小。 增压比 ＝S
P2 P 1
S为压缩机的级数 最小理论轴功：Ws － VdP 终温： ( )
T2 T1 P2 P 1
m 1 sm
sm m 1
P2 sm PV 1 ( ) 1 1 P 1
m 1
11
例6.1工程上要求一压气机每小时提供压力为40*105Pa 的压缩空气120kg, 进气压力为1.013*105Pa ，温度为 20℃，此过程为多变压缩,m=1.2, 如果采用单级压缩、 两级压缩，中间冷却。试计算压送每千克空气的理论 压气功，压缩机消耗的功率以及空气的终温。
P1
1 V
4
结论
等温过程中，流动非流动过程中理论功和传递的热都相等 2、真实气体 (1)真实气体理论轴功、可逆功的计算可用状态方程对
下式积分得到： W PdV 或者WS VdP (2)如已知压缩的初始状态，理论轴功可依据能量平衡方 程得到。 WS Q H 由Q T S WS T S H 传热：Q T S 等温压缩过程是压缩过程的理想情况，其耗功最小。
若p变化大，μJ不为常数，用式（6-14）计算，但很
麻烦，一般不用。
21

第6章-压缩、膨胀、蒸汽动力循环与制冷循环讲解全文编辑修改

第6章-压缩、膨胀、蒸汽动力循环与制冷循环讲解全文编辑修改

(1)等温压缩; (2)绝热压缩; (3)多变压缩n=1.25;
解：压力不高的情况下空气作理气处理初态T1=300.15K p1=0.1013MPa,
(1)等温压缩
放出的热量
2024/8/25
Ws ( r )
RT1
ln
p2 p1
8.314300.15ln 5 1.0103
3984kJ
/ kmol
Q＝-WS(r)=-3984kJ/kmol
p2 p3 ...... pm pm1 (7 12)
p1 p2
pm1 pm
此时，各级的压缩比r相同，各级压缩机功耗相同，且
r ri
m
pm1 p1
(i 1, 2,...., m) (7 13)
Ws,1
Ws,2
.... Ws,m
n n 1
n1
RT1(r n
1)
(7 14)
压缩总功为：
WS
(4) 可逆膨胀过程
W可逆膨胀
nRT
ln V2 V1
2024/8/25
7.1 气体的压缩与膨胀
从以上的膨胀与压缩过程看出:
功与变化的途径有关。 虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也大不相同。 显然，可逆膨胀，体系对环境作最大功；
可逆压缩，环境对体系作最小功。
化工生产中常用的压气机： 压缩机，鼓风机等。
第七章
压缩、膨胀、蒸汽动力 循环与制冷循环
2024/8/25
前言
热能和功之间如何实现互相转化？——通过工质 在循环过程中的状态变化而实现的。
循环的种类： 1.动力循环（正向循环）—将热能转化为机械能
的循环。这种循环是产功的过程，其主要设备是 各种热机。 2..制冷循环（逆向循环）—将热能从低温热源转 给高温热源的循环。种循环是耗功的过程，其主 要设备是各种制冷机。

合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环

合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环

6.1.1
(a)
6
Rankine循环中各个过程经理想化（即忽略工 质的流动阻力与散热、动、位能变化）应用稳定流 动过程的能量平衡方程分析如下。
1~2过程：汽轮机中工质作等熵膨胀（即可逆绝
热膨胀），对外作功量
WS H H2 H1kJ / kg （工质）
（6-1）
图6-1
6.1.1
7
2~3过程：湿蒸汽在冷凝器中等压等温冷凝，
p1'
p1
至x’2) x’2< x2，这
不利汽轮机的操作。
x2 '
x2
6.1.1
19
然而，提高汽轮机的进汽温度可降低汽轮机 出口蒸汽湿度。所以，为了提高循环的热效率， 汽轮机的进汽温度和进汽压力一般是同时提高 的，现代蒸汽动力装置采用的进汽温度，压力 在往高参数方向发展。
H2O 的 pc 22.05MPa
降低了出口蒸汽的湿 度（干度提高）x2<x’2。 改进了汽轮机的操作条 件
第18 次课结束2010
T1
x2 x2 '
图6-2
6.1.1
18
假定汽轮机出口蒸汽压力及进汽温度不变，将进汽 压力由p1提高到p’1， 也能提高循环的平均吸热温度，有利于提高循环热
效率，
单一提高进汽压 力，汽轮机出口蒸 汽的湿度也随之增 加(见图6-3中由x2
（6-5b）
6.1.1
11
汽耗率是蒸汽动力装置中，输出1kW·h的净功所
消耗的蒸汽量。用SSC（Specific steam s kg consumption）表示
3600 SSC kg /(kW h) WS
h kJ

kg / kw h

第六章 蒸汽动力学循环与制冷循环1

第六章 蒸汽动力学循环与制冷循环1
朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要设备 有：透平机、冷凝器、水泵、锅炉四部分，工作介质 一般为水。
锅炉 4 过热器 冷凝器 汽轮机
1
3 水泵
2
-4-
2006年5月7日星期日
6.1.2 朗肯循环原理
锅炉 4 过热器 冷凝器 1 汽轮机
3 水泵
2’
p1 、 T1 的高温高压蒸汽进入透平机等熵膨胀到状 态 2’ ，对外作功， 2’ 点状态为乏汽，从透平机流出进 入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潜热Q2，而变为 该压力下的饱和水，放出的热量Q2由冷却水带走，达 到状态3，饱和水经水泵压到p1进入锅炉，锅炉吸收热 量Q1，使工质变化到状态1，完成一个循环。
-26-
2006年5月7日星期日
通过改变蒸汽参数提高朗肯循环的热效率
1. 提高蒸汽的过热温度 在相同的蒸汽压力下，提高蒸汽的过热温度时, 可提高平均吸热温度，增大作功量，提高循环的热效 率，并且可以降低汽耗率。同时乏气的干度增加，使 透平机的相对内部效率也可提高。但是蒸汽的最高温 度受到金属材料性能的限制，不能无限地提高，一般 过热蒸汽的最高温度以不超873K为宜。
热效率：
−3600 ( PT + N P ) −3600 ( 20452 − 67 ) = = 0.3844 η= 6 Q1 190.9 × 10
-202006年5月7日星期日
应用举例
例6-2 ：在某核动力循环装置，锅炉温度为 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作功后于 0.008MPa 压力下排出 ( 点 2’) ，乏气在冷凝器中向环境 温度 t0＝20℃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 5×104kW，汽轮机作不可逆的绝热膨胀，其等熵效率 为0. 75，水泵作等熵压缩。试求： (1)蒸气的质量流量；(2)乏气的湿度； (3)循环的热效率。

化工热力学_Chapter6-01

化工热力学_Chapter6-01

May 31, 2009主要内容6.1 蒸汽动力循环6.2 节流膨胀与作外功的绝热膨胀6.3 制冷循环循环定义体系从初态开始，经历一系列中间状态后，又回到初态，此封闭的热力学过程称为循环，如热机或制冷机组，其工质所经历的是循环过程。

蒸汽动力循环是以水为工质，将燃料化学能连续不断转换成机械能的热力循环，为大型的化工石化工业企业提供动力、加热及工艺用蒸汽。

制冷循环则是通过消耗能量来实现热由低温传向高温的逆向循环，也广泛应用于化工生产过程中以及日常生活中。

汽轮机水泵冷凝器锅炉6.1 蒸汽动力循环6.1.1 Rankine 循环及其热效率Rankine 循环：最简单的蒸汽动力循环，包括锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵。

1-2: 可逆绝热膨胀2-3: 等压等温冷凝3-4: 可逆绝热压缩4-1: 等压升温汽化21(/)s W H H H kJ kg =Δ=−sW Q H +=Δ汽轮机水泵冷凝器锅炉Rankine 循环能量平衡分析汽轮机（Steam Turbine ）1–2表示过热蒸汽在汽轮机中的可逆绝热膨胀过程，对外所做轴功可由膨胀前后水蒸汽的焓值求出。

232(/)Q H H H kJ kg =Δ=−汽轮机水泵冷凝器锅炉冷凝器（Condenser ）2–3表示乏汽在冷凝器中的等温等压冷凝过程，放出的热量。

()4343(/)p P p W Vdp V p p kJ kg ==−∫43(/)P W H H H kJ kg =Δ=−汽轮机水泵冷凝器锅炉水泵（Pump ）3–4 表示冷凝水通过水泵由p 3升压至p 4的可逆绝热压缩过程，需要消耗的轴功为：水可以看作是不可压缩流体，有kg /kJ H H H Q 411−==Δ汽轮机水泵冷凝器锅炉锅炉（Boiler ）4–1表示液体水在锅炉中被等压加热汽化成为过热蒸汽的过程。

工质在锅炉中吸收的热量：水蒸汽工质循环中工质水蒸汽并不是理想气体，相关性质不能用理想气体方程计算，需要通过热力学图表，如水蒸汽的焓熵图或实际流体的状态方程求得！¾状态点1，根据p 1、t 1值可查得H 1、S 1值;¾状态点2，S 2=S 1 ,根据p 2、S 2值可查得H 2、t 2值;¾状态点3，p 3=p 2 ,查p 3下的饱和液体可得H 3、V 3、S 3值;¾状态点4，p 4=p 1, S 4=S 3, 根据p 4、S 4可查得H 4值; 或H 4=H 3+W p =H 3+V(p 4-p 3)计算方法汽轮机水泵冷凝器锅炉例6-1：蒸汽动力装置按Rankine循环工作，锅炉的压力为4MPa，产生440℃的过热蒸汽，汽轮机出口压力为0.004MPa，蒸汽流量60 t/h，求：（1）过热蒸汽每小时从锅炉吸收的热量；（2）乏汽的湿度以及乏汽在冷凝器放出热量；（3）汽轮机作出的理论功率和水泵消耗的理论功率；（4）循环的热效率。

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
第六章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
6.1

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
1
气 轮 机
P1T1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
8
4.

应用举例
例6-1～6-2]例6-1自看
[P135-138
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
20
4.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
式中：压力单位为大气压atm，温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体，其表达式不同。
32
二.对外作功的绝热膨胀
1. 可逆绝热膨胀 特点：等熵过程 (1) 微分等熵膨胀温度效应系数 定义式：
T s p S
（6-15）
(2) 等熵膨胀致冷的可能性 对于定组成单相体系，自由度为2，S=f（T，P） 对于等熵过程：

化工热力学第六章 蒸汽动力循环和制冷循环解读

化工热力学第六章 蒸汽动力循环和制冷循环解读
2019/4/16
§7.1 蒸汽动力循环
稳定流动体系的热力学第一定理：
2 流体通过压缩机、膨胀机 ∵ u2≈0，g Z≈0，若绝热过程Q=0 Ws= 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。）

H gZ u
(1) 过热蒸汽每小时从锅炉中的吸热量与乏气每小时在冷凝 器中放出的热量和乏气的湿度 (2) 汽轮机作出的理论功率与泵消耗的理论功率. (3) 循环的热效率和气耗率 Q1
吸热
1
解： 1 ）Q1 H1 H4 3 ）WS H2 H1
5 T 4
4 ） W H H P 4 3 2 ）Q2 H3 H2
ABCDA的面积 循环热机的效率 ABC曲线下的面积
2019/4/16
用T-S图表示热和功的优点
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。
2019/4/16
理想Rankine循环的热效率η 和气耗率SSC
评价动力循环的指标：热效率和气耗率。 1、热效率η ： 循环的净功与工质向高温热库吸收的热量之比
§7.3 制冷循环
§7.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §7.3.2 吸收制冷循环
2019/4/16
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
蒸 汽 作 功
理想Rankine循环
1
T
等 S4 压 缩 等压吸热 等 S 膨 胀

第6章 蒸汽动力循环和制冷循环

第6章 蒸汽动力循环和制冷循环
下面利用稳流体系的能量平衡纺车对图6-4所示的蒸汽压缩制冷进行分析。
1→2可逆绝热压缩过程
Ws=H2- H1kJ/kg
2→3等压冷却、冷凝过程
q2=H3-H2kJ/kg
3→4节流膨胀过程
H3=H4
4→1等压、等温蒸发过程
q0=H1- H4kJ/kg
J/h，那么，制冷剂的循环量为
②在相同温度区间工作的制冷循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最大。
③制冷循环中，高温物体放热量大于低温物体吸热量。
例6-3
6.3.2单级蒸汽压缩制冷
蒸汽压缩制冷循环是由低压蒸汽的压缩，高压蒸汽的冷却冷凝，高压液体的节流膨胀和湿蒸汽的定压蒸发这四步构成。理想的逆卡诺循环中1-2和3-4过程在实际运行中是有困难的，这是因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机的气缸中形成液滴，产生“液击”现象，容易损坏机器；同时在压缩机气缸里的液滴的迅速蒸发会使压缩机的有效容积减少。
当蒸汽压力提高时，热效率提高、而汽耗率下降。但是随着压力的提高，乏汽的干度下降，即湿含量增加，因而会引起透乎机相对内部效率的降低．还会使透平中最后几级的叶片受到磨蚀，缩短寿命。乏汽的干度一般不应低于0.88。另外，蒸汽压力的提高，不能超过水的临界压力，设备制造费用也会因蒸汽压力的提高而大幅上升。
6.2节流膨胀与作外功的绝热膨胀
蒸汽通过汽轮机的绝热膨胀实际上不是等熵的，而是向着墒增加的方向偏移，用1→2´线表示。
水泵的耗功量远小于汽轮机的做功量，可不考虑不可逆的影响。
蒸汽通过汽轮机膨胀，实际做出的功应为H1– H2´，它小于等熵膨胀的功H1– H2。两者之比称为透平机的等熵效率。
实际朗肯循环的热效率
例6-1例6-2
通过改变蒸汽参数提高朗肯循环的热效率

化工热力学的教学课件6

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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——蒸汽动力循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——深度冷冻循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——气体的压缩
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——制冷循环
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第六章 蒸汽动力循环与制冷循 环——气体的膨胀
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郎肯循环也是由四个步骤组成，与卡诺循环不同表现在
（1）工质进汽轮机状态不同
卡诺循环：湿蒸汽 郎肯循环：干蒸汽
（2）膨胀过程不同
卡诺循环：等熵过程 郎肯循环：不可逆绝热过程
（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
卡诺循环：气液共存
郎肯循环：饱和水
卡诺循环：等熵过程 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。
w s H 1 H 7 (1 ) H 7 H 2
S
热效率 w s QH
能量利用参数
w s Q RH QH
20
4.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。
定义：锅炉中所提供的热量中转化为净功的量
数学式： (ws wp) H1 H2H3 H4
QH
H1 H4
wp ws
ws
QH
8
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15104 kW,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:
w s H 12 H 2H 1 （理想）
∵
s
WS H1H2' WSR H1H2
∴ WS sWSR
7
(4) 水泵中工作介质的单位耗功量
wpHH4H3
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
w p P P 3 4 V V d p p V p 4 p 3
(5) 热效率
3. 郎肯循环过程的热力学计算
(1) 工作介质在锅炉中吸热量
Q H H 41 H 1H 4 kJ/kg
(2) 工作介质在冷凝器中排放的热量
Q L H 2'3H 3H 2' kJ/kg Q L H 23 H 3H 2 （理想）
(3) 汽轮机工作介质的单位产功量
w s H 1'2 H 2 ' H 1 kJ/kg
–① 工质部分供热，部分作功 –② 供热量与乏汽无关
18
1
锅 炉
α -αh
6
P’ 7 α
热 用 户
αh
2 冷 凝 器
3
5 水泵 加热器
4
水泵
T
1
6α 5
7
4
1-α
3
2
S
19
③ 热电循环效率 T
QRH
QH
6α 5
1 7
QH H1 H 6
Q RH h H 7 H 5
4
1-α
3
2
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。
QL
QH
16
1 T
汽轮机
qH
锅 炉
4
WS
2
4
QL
3
3
1
2 S
17
（2） 抽气式汽轮机联合供电供热循环 特点：
T
8 7 6
1 P1 3 p2
2 p3
45
S
1
2
wsh+wsL 34
QR
H
结论： （1）η提高
（2）乏汽湿含量减少，干度增加。
13
2.回热循环 1
1kg
T
αkg
(1-α)kg
1
2’
2
水
6
αkg
2’
5
(1-α)kg
6
3
4
3
2
5
4
S
14
回热循环的热效率：
w sw pQ HQ L1(1)H (3H 2)
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程，沿 5 着等压线变化
1—2’ 对应于汽轮 T
机
1
2’—3 冷凝器进行
，在冷凝器里冷却水把工
4
作介质的热量带走使其由
3
2 2’
气体转变为液体。 3—4 水泵中进行
S
4—1 锅炉进行，
水 定 压 沸 升 温 定 点 温 定 饱 压汽 和 水 在化 定 锅炉 蒸 压 中 恒过 压升 加汽 热温 。热 6
Q H Q H
H 1H 6
抽气量α取回热器作能量衡算
H2H5(1)H5 H4
H5 H4
H2 H4
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-T6
（2）热效率提高，但设备成本提高。
15
3. 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
3
卡诺循环产功 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。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
4
2. 郎肯循环
c
ws QH
1TL TH
ws H1H2H1H2
QH H1H4 H1H3
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 (3) 使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效率
12
1.再热循环
再热循环的热效率
w sw SH w SL w pw SH w SL Q Q HQ RH Q HQ RH
第六章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
6.1 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 Nhomakorabea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
锅炉
4
1
气 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1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。
(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
t=320 ℃ 核 反 应 堆
4
1 汽轮机
锅
2 或2’
炉
冷
凝
器
3
T P1=7MPa t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
10
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：