第六章 蒸汽动力循环和制冷循环

2012-4-11
和汽耗率SSC （3）理想朗肯循环的热效率 和汽耗率 ）理想朗肯循环的热效率η和汽耗率
评价动力循环的经济性指标：热效率和汽耗率。 评价动力循环的经济性指标：热效率和汽耗率。 1）热效率η： ）热效率η 循环的净功与工质从 锅炉)吸收的热量之比 循环的净功与工质从高温热库 (锅炉 吸收的热量之比 锅炉 −(WS +WP ) （H1 − H2） H3 − H4） + （ η= = H1 − H4 Q 1
2 2’ 率
Q − ∆H 1→ 2'
H1 − H2' = H1 − H2
T
ηS，透平 =
−WS,透平,不 −WS,透平,可
3 S
ηS，泵
=
WP,泵,可
（H4 − H3） = WP,泵,不 （H4' − H3）
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（2） 实际朗肯循环的热效率 ）
−(WS + WP ) η= Q1 + （H1 − H2'） H3 − H4'） （ = H1 − H4 T
合成氨N 2 + 3 H 2 → 3 NH 3
•如何将 如何将1atm 300atm? 如何将 •需要压缩机，消耗动力。 电 需要压缩机， 需要压缩机 消耗动力。 •中国 年代，1500~1800度电/吨NH3。 中国60年代 中国 年代， 度 吨 •中国 年代，仅10~30度电 吨NH3。 中国70年代 度电/吨 中国 年代， 度电 •这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。 这是由于透平机直接带动压缩机的缘故。 这是由于透平机直接带动压缩机的缘故 废热锅炉，产生高压蒸汽 即热能的利用： 即热能的利用：高温热源 废热锅炉，产生高压蒸汽 透平机 压缩机
−W Q1 + Q2 ABCDA的面积 η= = 循环热机的效率 = Q1 Q1 ABC曲线下的面积
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复习： T-S 图的优点： 图的优点：
T-S 图：既显示体系所吸取或释放的热 又显示体系所作的功。 量；又显示体系所作的功。 p-V 图：只能显示所作的功。 只能显示所作的功。
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蒸汽动力循环主要由水泵、 蒸汽动力循环主要由水泵、锅 主要由水泵 透平机和冷凝器组成 组成。 炉、透平机和冷凝器组成。
锅炉 冷 凝 器 水泵
2
4
3
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§6.1 .1 朗肯循环及其热效率
原理
朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由： 朗肯循环是最简单的蒸汽动力循环，主要由： 水泵、 锅炉、 水泵、 锅炉、 透平机、 冷凝器组成 组成。 透平机、 冷凝器组成。 1 蒸
[KJ/(Kw.h)]
QSSC⋅ (−WS ) = 3600 ∴SSC = 3600 /(−WS ) [K g.Kw .h ]
−1 −1
[结论 结论] 结论 热效率↑ 汽耗率↓ 表明：循环越完善。 热效率↑，汽耗率↓，表明：循环越完善。
§6.1 .2 实际朗肯循环
（1）实际朗肯循环（P135） ）实际朗肯循环（ ）
2 2’
−(WS +WP ) 热效率η = =30.6% Q1 SSC =3600/(-WN) =3.871 （Kg.kw-1.h-1）
实际与理想朗肯循环的比较
项目
水汽化吸热Q 水汽化吸热 1(kJ/kg) 水汽化吸入有效能 (kJ/kg) 蒸汽膨胀作功W 蒸汽膨胀作功 S (kJ/kg) 乏汽冷凝排出热量Q 乏汽冷凝排出热量 2 (kJ/kg) 乏汽冷凝排出有效能 (kJ/kg) 水加压耗功W 水加压耗功 P (kJ/kg) 循环净功W 循环净功 N (kJ/kg) 循环热效率η ，% 有效能利用效率η B，% SSC， Kg.kw-1.h-1 ，
3
WP可逆绝热压缩功
1
过 热 器
WS可逆绝 热膨胀功 透 平 机
锅炉
Q1 4
水泵 冷 凝 器
2 Q2
注意： 注意：蒸汽动力 循环装置除启动、 循环装置除启动、 停机、 停机、发生事故 等外， 等外，正常工作 工质处于稳 时，工质处于稳 定流动过程。 定流动过程。
3 稳定流动体系的热力学第一定律： 稳定流动体系的热力学第一定律：
b 继续
T
4 3
a
复习：T-S图及其应用 复习：
T-S图 ：温-熵图 图 T-S图的用处 图的用处： 图的用处 (1)体系从状态 到状态 ,在 体系从状态A到状态 体系从状态 到状态B, T-S图上曲线 下的面积就 图上曲线AB下的面积就 图上曲线 等于体系在该过程中的热效 一目了然。 应，一目了然。
制冷循环： 制冷循环：
是将热连续地由低温处输送到高温处的过程， 是将热连续地由低温处输送到高温处的过程， 其主要设备是制冷机。 其主要设备是制冷机。 耗功的过程。 耗功的过程。 -100 ℃以上为普冷， -100 ℃以下为深冷。 以上为普冷， 以下为深冷。
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前言
蒸汽动力循环的应用实例： 蒸汽动力循环的应用实例：
理想朗肯循环
透 平 机
1 2 T
锅炉 冷 凝 器 水泵
4 3 2
4
3
S
(2) 理想朗肯循环的定量计算方法
1 我们的任务： 我们的任务：是讨 论循环的热功性能: 论循环的热功性能
过 热 器 透 平 机
锅炉
Q1 4
水泵 冷 凝 器
2 热膨胀功
要计算循环中吸 要计算循环中吸 WS可逆绝 放出的热量； 收、放出的热量； Q2 对外作出的、 对外作出的、从 外界得到的功； 外界得到的功； 计算出循环热效 计算出循环热效 率及汽耗率。 率及汽耗率。
阴影部分5’5’’4’5’5’ 是实 阴影部分 际循环比理想循环少做的 功，也恰为其蒸汽冷凝时 多放出的热。 多放出的热。
有一理想朗肯循环， 例1 有一理想朗肯循环，在40bar和0.08bar的压力 和 的压力 之间操作， 之间操作，锅炉产生的是 400℃的过热蒸气，冷凝 ℃的过热蒸气， 器所用的冷却水的温度为25℃ 器所用的冷却水的温度为 ℃。求1）Q1，Q2；2） ） ） 透平作的理论功和水泵消耗的理论功， ）热效率η， 透平作的理论功和水泵消耗的理论功，3）热效率 ， 汽耗率SSC，并试对此循环作热力学分析。 汽耗率 ，并试对此循环作热力学分析。
QR = ∫ TdS
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复习： T-S图及其应用 复习：
(2)容易计算热机循环时的效率 容易计算热机循环时的效率 容易 图中ABCDA表示任一可逆 图中 表示任一可逆 循环。 是吸热过程， 循环。ABC是吸热过程，所吸 是吸热过程 之热等于ABC曲线下的面积； 曲线下的面积； 之热等于 曲线下的面积 CDA是放热过程，所放之 是放热过程， 是放热过程 热等于CDA曲线下的面积。 曲线下的面积。 热等于 曲线下的面积 热机所作的功 为 热机所作的功W为闭合 曲线ABCDA所围的面积。 所围的面积。 曲线 所围的面积
冷凝器中： 冷凝器中：
Q2
水泵中： 水泵中： WP = H 4 − H 3
P4
3 式中功、热量单位： 式中功、热量单位：[KJ/Kg]
WP可逆绝热压缩功
或WP = V水 dP
P3
∫
= V水 P4 − P3） （
理想朗肯循环的净功： 理想朗肯循环的净功：蒸汽动力装置为一个封闭系统 1 ∆u 2 = Q + W ∆U + g∆Z + N 2 过
QW P ≈ 0
−WS H1 − H 2 ∴η = = Q1 H1 − H 4 (6 − 5 B )
2）汽耗率SSC：（ ）汽耗率 ：（Specific steam Consumption) ：（ 概念：作出 净功所消耗的蒸汽量。 概念：作出1kW.h净功所消耗的蒸汽量。 净功所消耗的蒸汽量
[Kg/(Kw.h)] [KJ/Kg]
1） 解： Q1 = H 1 − H 4
3）W S = H 2 − H 1
4）W P = H 4 − H 3
= V（P4 − P3） 3
1 5 T 4 3 2
2 Q2 = H 3 − H 2 ）
−(WS + WP ) η 热效率 = =36% Q1
汽耗率SSC =3600/(-WN) =3.29 （Kg.kw-1.h-1）
第六章 蒸汽动力循环 和制冷循环
2012-4-11
第六章内容
§6.1 蒸汽动力循环
§6.1.1 朗肯循环及其热效率 §6.1.2 朗肯循环的改进
§6.2 气体绝热膨胀制冷原理
§6.2.1 节流膨胀 §6.2.2 对外作功的绝热膨胀
§6.3 制冷循环
§6.3.1 蒸汽压缩制冷循环 §6.3.2 吸收制冷循环 §6.3.2 热泵及其应用
S
例2： 同例1，但实际朗肯循环的透平机的等熵效率为 ： 同例 ，但实际朗肯循环的透平机的等熵效率为0.85。 。 等熵效率为
解：ηS，透平 =
1 5 T 4 3 S
H1 − H2' = 0.85 = −WS,透平,可 H1 − H2
−WS,透平,不
由上式计算出H 由上式计算出 2’ 其它计算同例1 其它计算同例
Q可逆 = ∫ TdS 复习
净功-W 面积1ba41）- IQ2I 净功 N= Q1（面积 ） 1 面积2ba32）=面积 面积12341 （面积 ） 面积 Ql越大， Q2越小，做的净功 越大， 越小， WN就越大。 就越大。 Ql受锅炉中金属材料的极限的 2 限制， 限制，约550~600oC。 。 Q2受为环境温度的限制。 受为环境温度的限制。 S
WP可逆绝热压缩功
∆H + g∆Z + ∆u
2
2
= Q + Ws
1
过 热 器
∆H + g∆Z + ∆u