化工热力学课件

8.1.2.1 回热循环
1
过热器
汽轮机
发电机
T
1
锅炉
α1
7
水泵 3
6 9
水泵 2
α2 8
2 1-α1-α2
冷却水
3 冷凝器
水泵 1
4 α1
5
7 α2
9
1-α1-α2
3
一号回热器
二号回热器
(a) 工作原理图
图 8-5
(b) T-S 图
图图图图图图图图图图图图图图
1-α1
6 8 2
S
8.1.2.2 再热循环
过热器
1'汽轮机
再热器 1
T
5
锅炉
发电机
4
6
2’
1 1’ 56
冷凝器
给水泵 3
冷却水
(a) 工作原理图
3
(b) T-S图
2 2’
x2x2’
S
图 8-7 再热循环图
目前超高压(蒸汽初压为13MPa和24MPa或更高)的大型电 厂几乎毫无例外地采用再热循环
8.2 内燃机热力过程分析
内燃机 使用气体或液体燃料，在汽缸中以燃烧时生成 的燃气作为工质驱动循环的机械装置
图8-1 Rankine蒸汽动力循环装置
2’
2
S
1→2 过热水蒸汽在汽轮机内等熵膨胀，变成湿蒸汽，同 时对外作输出轴功
2→3 湿蒸汽在冷凝器内等压、等温冷凝，变成饱和液体水 3→4 冷凝水在水泵中等熵压缩，进回至锅炉 4→1 水在锅炉中吸收热量，完成预热、汽化、过热阶 段过程，变成过热水蒸汽
热力学分析
本章重点内容
1) Rankine循环的热力学分析方法，热效率、气耗率的 概念与计算，以及Rankine的改进方法。
2)了解Otto循环和Diesel循环燃气循环和燃气轮机过程 分析；
3) 逆Carnot循环与蒸汽压缩制冷循环的基本组成，制冷 系数和单位工质循环量的计算；
4) 热泵的基本概念和在工业生产中的应用； 5)了解深冷循环，掌握空气液化及其计算方法。
第8章 蒸汽动力循环与制冷循环
第8章 蒸汽动力循环与制冷循环
内容概要
将热能变为机械能必须通过循环才能完成，而组成 循环的热力过程主要是在热力原动机中进行的。根据所 采用工质的不同，热力原动机循环分为两类：以蒸汽为 工质的称为蒸汽动力循环，而以气体为工质的则称为气 体循环。其中以蒸汽动力循环最为主要，其研究对象不 是原动机的结构与构件，而是工质所经历的状态及其变 化过程。
降低冷凝器温度 提高锅炉温度
平均吸热温度
T 10 5
Tm
1
6 9
T
1' 1
c
4'
5'
p1
4
p1
5
4
3
2
x2
8
7S
图 8-3 图 图 图 图 图 图
等效Carnot循环的平均吸热温度 Tm
3
p2
2' 2
x2 x2
S 图 8-4 图 图 图 图 图 T-S 图
1与1'点的压力高低 ？
8.1.2 Rankine循环的改进
汽轮机中工质对外作功量(过程1→2) WS(R) H H2 H1 (kJ kg-1)
冷凝器中工质对外放热量
QL H H3 H2 (kJ kg-1)
水泵消耗的压缩功量
Wpump H H4 H3 V3 p4 p3 (kJ kg-1)
工质从锅炉中吸收的热量
QH H H1 H4 (kJ kg-1)
3
冷凝器(等压)
QL源自文库
T
c
TH
4
1
透平
WS
2
特征：透平机与水泵处于 两相区操作，均易产生“ 浸湿”、“气蚀”而损坏 1 设备。
TL
3
2
T-S图表达
S
8.1 蒸汽动力循环－Rankine循环过程分析
8.1.1 Rankine循环
1
组成
循环过程
过热器
汽轮机
锅炉
T
1
2
冷
凝
4
器
4
3
水
3
泵
(a) 工作原理图
(b) T-S图
热机 将热能转化为机械能等动力的装置
工厂、 交通工具、 居民、办公用电
热力循环过程 热机的工作循环 蒸汽动力循环 燃气动力循环 制冷 获得并保持低于环境温度的操作
制冷循环 输入外功实现从低温环境吸热排向高 温环境的循环
蒸汽动力循环
蒸汽压缩制冷循环
Carnot循环过程描述
QH
4 WC 水泵
锅炉(等压)
优点 体积小，功率大，结构紧凑，运行平稳
缺点 材料要求高 压气机消耗功率大
8.4 制冷循环原理与蒸汽压缩制冷过程分析
热效率
T
WN QH
WS(R) Wpump QH
H2 H1 H4 H3
H1 H4
T
WS(R) QH
H1 H2 H1 H4
汽耗率 蒸汽动力装置中每输出1的净功所消耗的蒸汽量
SSC 3600 kg kWh-1
WN
提高Rankine循环热效率的途径
carnot
1 TL TH
点燃式内燃机(汽油机) 定容加热循环 混合加热循环
压燃式内燃机(柴油机) 定压加热循环
Jetta柴油车
8.2.1 定容加热循环 Otto循环
p
3
3
3
p
T
2
4
0
大气压力
1
2
V
2
4
4
排气阀 进气阀
(a)实际工作原理图
1
(b) p-V 图 V
1 S
(c) T-S 图
图 8-8 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图 图
制冷循环是一种逆向循环。逆向循环的目的在于把 低温物体(热源)的热量转移到高温物体(热源)去。
根据Clausius对热力学第二定律的描述，要使热量从 低温物体传到高温物体，必须提供机械能或热能作为 代价。
如果循环的目的是从低温物体(如冷藏室、冷库等) 不断地取走热量，以维持物体的低温，称之为制冷循 环；如果循环的目的是给高温物体(如供暖的房间)不 断地提供热量，以保证高温物体的温度，称之为热泵 循环。习惯上，制冷温度在-100℃以上者，称为普冷， 低于-100℃者称为深冷。制冷广泛应用于化工生产中 的低温反应、结晶分离、气体液化以及生活中的冰箱、 空调、冷库等各方面。
内燃机是一个敞开系统
每一个循环都要从外界吸入工质，循环结束时将废气
排于外界 适合使用汽油
与蒸汽动力循环 不同
8.2.2 定压加热循环 Diesel循环
p2
3
p2
3
T
4
0
1
V
排气阀
2
4
1
1
进气阀
V
(a) 实际工作原理图
(b) p-V 图 图 8-9 图 图 图 图 图 图
依靠压缩后的高温空气使燃料着火燃烧，使 用柴油 现代高速柴油机既有定压加热又有定容加热 混合加热循环
3 4
S (c) T-S 图
柴油机 压燃式内 燃机
8.3 燃气轮机过程分析
以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机
油泵2
燃烧室
3
p23
燃气轮机
1 叶轮式压气机
空气
(a)实际工作原理图
4 发电机 废气
1 (b) p-V图
T
4 V
3
2
4
1
S (c) T-S图
图8-10燃气轮机装置循环 燃气轮机装置循环的热效率仅与增压比β有关/β愈大，热效率愈高