蒸汽动力循环与制冷循环ppt课件
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(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.
8
例7-2 插图
t=320 ℃
1
汽轮机
核
反 应 堆
锅 炉
4
2 或2’ 冷 凝器
3
T P1=7MPa, t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
9
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环： 对郎肯循环：
– ③ 热电循环效率 QRH
QH
QH H1 H 7
QRH H6 H 2 ws H1 H 2 (1 )H 2 H3
而 ws
QH
故 ws Qh
QH
16
1 汽轮机
锅 炉
7
P’2
α
(1-α)kg 3
冷
热
凝器
用
户
4
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程， 5 沿着等压线变化
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
QH H 41 H1 H 4
kJ/kg
(2)工作介质在冷凝器中排放的热量
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg
QL H 23 H 3 H 2
6
5
水泵 加热器 水泵
T
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
S
17
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0.13MPa,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 50103kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利 用系数。
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
14
qH
4
1 锅 炉
汽轮机
WS
2
qL
T
4 3
3
1 2
S
15
（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
再热循环的热效率
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
T 8
7 6
1 P1 3p
22 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
11
2.回热循环
1 1kg
T
αkg
(1-α)kg
2’
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
卡诺循环：气液共存 郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
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。
（5）工作介质吸热过程不同
H 2, H 4
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。
13
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 定是冷却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以汽轮机
和水泵有浸蚀作用，汽
T
轮机带水量不得超过
10%，水泵不能带入蒸
T吸
4
汽进泵；
QH
1
Ws
(2)绝热可逆过程实
T放
3
际上难以实现。
第一个具有实际意
2
QL
义的蒸汽动力循环是郎 肯循环。
S T-S图
4
2.郎肯循环
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
c
ws QH
1 TL TH
ws H1 H2 H1 H2
QH H1 H 4 H1 H3
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
10
1.再热循环
2
6
水
5
6
4 3
3
5
4
1
αkg
2’
(1-α)kg
2
S
12
回热循环的热效率
ws wp QH QL 1 (1)(H2 H3)
QH
QH
H1 H6
抽气量α 取回热器作能量衡算
H 2, H 5 (1 )H 5 H 4
H5 H 4
ws
QH
7
4.应用举例 [P177 例7-1～7-2]例7-1自看
例7-2 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:
第七章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
7.1 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
锅炉
4
1
汽 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 汽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。
（理想）
(3)汽轮机工作介质的单位产功量
ws H12' H 2' H1 ws H12 H 2 H1
kJ/k （g 理想）
∵
s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
∴ WS sWSR
6
(4)水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H 3
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
wp vdp vp vp4 p3
(5)热效率
定义：锅炉中所提供的热量转化为净功的量
数学式： (ws wp ) H1 H2 H3 H4
QH
H1 H4
wp远小于ws
8
例7-2 插图
t=320 ℃
1
汽轮机
核
反 应 堆
锅 炉
4
2 或2’ 冷 凝器
3
T P1=7MPa, t1=360 ℃ 1
4
3
2 2’
P2=0.008MPa
S
9
一. 提高郎肯循环热效率的措施
对卡诺循环： 对郎肯循环：
– ③ 热电循环效率 QRH
QH
QH H1 H 7
QRH H6 H 2 ws H1 H 2 (1 )H 2 H3
而 ws
QH
故 ws Qh
QH
16
1 汽轮机
锅 炉
7
P’2
α
(1-α)kg 3
冷
热
凝器
用
户
4
卡诺循环：等温过程
郎肯循环：不可逆吸热过程， 5 沿着等压线变化
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
QH H 41 H1 H 4
kJ/kg
(2)工作介质在冷凝器中排放的热量
QL H 2'3 H 3 H 2'
kJ/kg
QL H 23 H 3 H 2
6
5
水泵 加热器 水泵
T
1
7α 6
2
5
1-α
4
3
S
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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0.13MPa,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 50103kJ/h.试求此蒸汽动力循环装置的热效率与能量利 用系数。
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
14
qH
4
1 锅 炉
汽轮机
WS
2
qL
T
4 3
3
1 2
S
15
（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
再热循环的热效率
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
T 8
7 6
1 P1 3p
22 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
11
2.回热循环
1 1kg
T
αkg
(1-α)kg
2’
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
卡诺循环：气液共存 郎肯循环：饱和水
（4）压缩过程不同
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。
（5）工作介质吸热过程不同
H 2, H 4
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。
13
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 定是冷却水）冷凝温度由供热温度决定，QL得以汽轮机
和水泵有浸蚀作用，汽
T
轮机带水量不得超过
10%，水泵不能带入蒸
T吸
4
汽进泵；
QH
1
Ws
(2)绝热可逆过程实
T放
3
际上难以实现。
第一个具有实际意
2
QL
义的蒸汽动力循环是郎 肯循环。
S T-S图
4
2.郎肯循环
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
c
ws QH
1 TL TH
ws H1 H2 H1 H2
QH H1 H 4 H1 H3
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
10
1.再热循环
2
6
水
5
6
4 3
3
5
4
1
αkg
2’
(1-α)kg
2
S
12
回热循环的热效率
ws wp QH QL 1 (1)(H2 H3)
QH
QH
H1 H6
抽气量α 取回热器作能量衡算
H 2, H 5 (1 )H 5 H 4
H5 H 4
ws
QH
7
4.应用举例 [P177 例7-1～7-2]例7-1自看
例7-2 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:
第七章
蒸汽动力循环与制冷循环
1
7.1 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
锅炉
4
1
汽 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 汽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。
（理想）
(3)汽轮机工作介质的单位产功量
ws H12' H 2' H1 ws H12 H 2 H1
kJ/k （g 理想）
∵
s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
∴ WS sWSR
6
(4)水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H 3
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
wp vdp vp vp4 p3
(5)热效率
定义：锅炉中所提供的热量转化为净功的量
数学式： (ws wp ) H1 H2 H3 H4
QH
H1 H4
wp远小于ws