能量转换的基本知识

1、第一章第一章 能量转换的基本知识能量转换的基本知识第一节第一节 热力学基本定律热力学基本定律第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环第三节第三节 换热器换热器第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质一、水和水蒸气的基本性质 1 1、水的饱和状态、水的饱和状态u对于一个汽液共存系统，当液体对于一个汽液共存系统，当液体汽化和蒸汽液化的速度相等时，汽化和蒸汽液化的速度相等时，达到动态平衡，称为饱和状态。达到动态平衡，称为饱和状态。u处于饱和状态时，系统的压力、处于饱和状态时，系统的压力、温度称为饱和压力（温度称为饱和压力（p ps s） 、饱和、饱和温度（温度（t ts

2、s）。）。 ptsu对于一定的物质饱和压力和饱和温度是一一对应的。对于一定的物质饱和压力和饱和温度是一一对应的。例如例如1 1个大气压下，水的沸点个大气压下，水的沸点100100。第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质一、水和水蒸气的基本性质 2 2、过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段：、过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段：过冷水加热到饱和水的预热阶段过冷水加热到饱和水的预热阶段过冷水（未饱和水）过冷水（未饱和水）饱和水汽化成干饱和蒸汽的汽化阶段饱和水汽化成干饱和蒸汽的汽化阶段湿蒸汽湿蒸汽 饱和水和饱和蒸汽的混合物，其中纯饱和蒸汽的饱和水和饱和蒸汽的混合物，其中纯饱

3、和蒸汽的质量百分数称为湿蒸汽的干度，以质量百分数称为湿蒸汽的干度，以x x表示，其状态一般表示，其状态一般由（由（psps，x x）或（）或（tsts，x x）确定。）确定。干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段过热蒸汽过热蒸汽 ptts vabcde3 3、水及水蒸气的五个状态、水及水蒸气的五个状态u可具有无限多个状态点的三个状态：可具有无限多个状态点的三个状态：u过冷水（未饱和水）过冷水（未饱和水）u湿蒸汽（湿饱和蒸汽）湿蒸汽（湿饱和蒸汽）u过热蒸汽过热蒸汽u仅存在惟一状态点的两个状态：仅存在惟一状态点的两个状态：u饱和水饱和水第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸

4、汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质一、水和水蒸气的基本性质 u干饱和蒸汽干饱和蒸汽 在在给给定定一一个个状状态态参参数数的的条条件件下下 4 4、水及水蒸气的六个基本状态参数、水及水蒸气的六个基本状态参数（1 1）压力）压力 p MPa p MPa （2 2）温度）温度 t t （3 3）比容）比容 v m v m3 3/kg /kg （4 4）比焓）比焓 h kJ/kg h kJ/kg（5 5）比熵）比熵 s kJ/kg.K s kJ/kg.K （6 6）干度）干度 x x 注意：注意：通常已知其中两个独立参数，可以求得其他参数；通常已知其中两个独立参数，可以求得其他参数；在饱和水线、湿蒸汽

5、区、干饱和蒸汽线，压力和温度在饱和水线、湿蒸汽区、干饱和蒸汽线，压力和温度是一一对应的，此时这两个参数将缩减为一个参数。是一一对应的，此时这两个参数将缩减为一个参数。第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质一、水和水蒸气的基本性质 5 5、水及水蒸气的临界点、水及水蒸气的临界点n临界点参数临界点参数压力压力 P Pc c=22.129MPa =22.129MPa 温度温度 t t c c=374.15=374.15比容比容 v vc c=0.00326 m3/kg=0.00326 m3/kgn 超临界参数：超临界参数：P PcP Pc，在水蒸气的定压发生过程中，在水蒸

6、气的定压发生过程中，水直接瞬间汽化为过热蒸汽，水直接瞬间汽化为过热蒸汽，汽汽= = 水水n 亚临界参数：亚临界参数：PPcPPc，经历湿蒸汽的汽化阶段，经历湿蒸汽的汽化阶段，汽汽 水。水。第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质一、水和水蒸气的基本性质 第二节第二节 水蒸汽动力循环水蒸汽动力循环二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力循环动力循环（一）朗肯循环（一）朗肯循环n1 12 2为过热蒸汽在汽轮机内的理想绝热膨胀做功过程，为过热蒸汽在汽轮机内的理想绝热膨胀做功过程，所做的功为所做的功为w=hw=h1 1-h-h2 2；n2 23 3为乏汽为乏汽( (即汽轮机排汽即

7、汽轮机排汽) )向凝汽器向凝汽器( (冷源冷源) )的理想定的理想定压放热的完全凝结过程，压放热的完全凝结过程， 其放热量为其放热量为q q2 2=h=h2 2-h-h3 3；n3 34 4为凝结水通过水泵的理想绝热压缩过程，所消耗为凝结水通过水泵的理想绝热压缩过程，所消耗的功为的功为wpwph h4 4-h-h3 3；4 41 1为高压水在锅炉内经定压加热、汽化、过热而成为高压水在锅炉内经定压加热、汽化、过热而成为过热蒸汽的理想定压吸热过程，所吸收的热量为为过热蒸汽的理想定压吸热过程，所吸收的热量为q q1 1=h=h1 1-h-h4 4。朗肯循环的四个过程朗肯循环的四个过程朗肯循环的热效率

8、朗肯循环的热效率吸热吸热 q q1 1=h=h1 1-h-h4 4 放热放热 q q2 2=h=h2 2-h-h3 3机械功机械功 w=h w=h1 1-h-h2 2 水泵耗功水泵耗功 w wp ph h4 4-h-h3 3对外做功：对外做功：w w0 0= w - w= w - wp p=(h=(h1 1-h-h2 2) )(h(h4 4-h-h3 3) )朗肯循环的热效率朗肯循环的热效率 w w0 0/q/q1 1=(h=(h1 1-h-h2 2) )(h(h4 4-h-h3 3)/(h)/(h1 1-h-h4 4) )由于由于w wp p很小，忽略之：很小，忽略之： (h (h1 1-h

9、-h2 2) /(h) /(h1 1-h-h2 2)h h1 1：汽轮机的进汽焓：汽轮机的进汽焓 h h2 2：汽轮机排汽压力下的排汽焓：汽轮机排汽压力下的排汽焓h h2 2：排汽压力下的饱和水焓：排汽压力下的饱和水焓结论：提高蒸汽的初参数、降低排汽压力可以提高效率。结论：提高蒸汽的初参数、降低排汽压力可以提高效率。（一）朗肯循环（一）朗肯循环 ( (二二) )中中间间再再热热循循环环 二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力循环动力循环水蒸汽水蒸汽再热循环的再热循环的T-ST-S图图1 1采用再热技术采用再热技术的目的：的目的：增加吸热环节增加吸热环节提高吸热过程提高吸热过程平均吸热温度平均吸热

10、温度提高循环效率提高循环效率2 2、再热循环的特点、再热循环的特点（1 1）可以提高乏汽的干度，有利于汽轮机）可以提高乏汽的干度，有利于汽轮机安全工作，提高了汽轮机的内效率；安全工作，提高了汽轮机的内效率；（2 2）提高循环热效率（约）提高循环热效率（约4 45 5）；）；（3 3）减少了汽耗率，减小了设备尺寸；）减少了汽耗率，减小了设备尺寸；（4 4）（不利因素）设备复杂，运行管理要）（不利因素）设备复杂，运行管理要求高。求高。二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力循环动力循环 ( (二二) )中间再热循环中间再热循环 （三）（三） 给水回热循环给水回热循环二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力

11、循环动力循环在朗肯循环基础上，从在朗肯循环基础上，从汽轮机的中间部位抽出一汽轮机的中间部位抽出一部分做过功的蒸汽，送入部分做过功的蒸汽，送入回热加热器中用加热凝结回热加热器中用加热凝结水，提高锅炉的入口水温。水，提高锅炉的入口水温。从而提高工质在锅炉内的从而提高工质在锅炉内的平均吸热温度平均吸热温度T1T1，使循环，使循环热效率提高。热效率提高。一般超高压以上的机组一般超高压以上的机组采用采用7 79 9级回热。级回热。1 1采用给水回热循环的目的：采用给水回热循环的目的：提高给水温度提高给水温度 提高吸热过程平均吸热温提高吸热过程平均吸热温度度 提高循环效率提高循环效率减少汽轮机排汽量减少汽

12、轮机排汽量 减少冷源损失减少冷源损失 提高循环效率提高循环效率2 2给水回热的特点给水回热的特点（1 1）提高了循环的效率）提高了循环的效率（2 2）减轻了汽轮机末级的工作负荷）减轻了汽轮机末级的工作负荷（三）（三） 给水回热循环给水回热循环二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力循环动力循环（四）热电联产循环（四）热电联产循环 所谓热电联产循环就是将电能生产和热能所谓热电联产循环就是将电能生产和热能生产联合成一体，既供热又供电，所供热能是生产联合成一体，既供热又供电，所供热能是已做功发电的汽轮机排汽所携带的热能。已做功发电的汽轮机排汽所携带的热能。（1 1）热电联产循环的做功发电收益（高品）热电

13、联产循环的做功发电收益（高品位能量）位能量）（2 2）热电联产循环的供热收益（低品位能）热电联产循环的供热收益（低品位能量）量）二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力循环动力循环（四）热电联产循环（四）热电联产循环二、水和水蒸气的二、水和水蒸气的动力循环动力循环 将相对于朗肯循环少将相对于朗肯循环少做的功和朗肯循环的冷源做的功和朗肯循环的冷源损失全部（或部分）地送损失全部（或部分）地送到热用户利用了。所以热到热用户利用了。所以热电联产循环的热量有效利电联产循环的热量有效利用程度比纯动力循环要高用程度比纯动力循环要高得多，这正是热电联产循得多，这正是热电联产循环的意义之所在。环的意义之所在。123

14、4背压式汽轮机热电联产循环背压式汽轮机热电联产循环UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeat exchanger热电联产循环热电联产循环抽汽调节式热电联产设备系统图抽汽调节式热电联产设备系统图TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulator valveHeat exchangerUser热电联产循环热电联产循环改变循环参数改变循环参数提高初温度提高初温度提高初压力提高初压力降低乏汽压力降低乏汽压力改变循环形式改变循环形式回热循环回热循环再热循环再热循环采用联产形式采用联产形式热电联产热电联产燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环新型动力循环新型动力循环IGCCIGCCPFBC-CCPFBC-CC多联产多联产三、三、 提高循环热效率的途径提高循环热效率的途径21CGTB燃料3G4G56HRSG7811PCC10ST9燃气燃气- -蒸汽联合循环（原理）蒸汽联合循环（原理）整体煤气化燃气整体煤气化燃气- -蒸汽联合循环（蒸汽联合循环（IGCCIGCC）增压流