能量转换的基本知识

第一章能量转换的基本知识第一节热力学基本定律第二节水蒸汽动力循环第三节换热器第二节水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质

1、水的饱和状态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，达到动态平衡，称为饱和状态。处于饱和状态时，系统的压力、温度称为饱和压力（ps）、饱和温度（ts）。pts饱和液体饱和蒸气对于一定的物质饱和压力和饱和温度是一一对应的。例如1个大气压下，水的沸点100℃。第二节水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质

2、过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段：①过冷水加热到饱和水的预热阶段——过冷水（未饱和水）②饱和水汽化成干饱和蒸汽的汽化阶段——湿蒸汽饱和水和饱和蒸汽的混合物，其中纯饱和蒸汽的质量百分数称为湿蒸汽的干度，以x表示，其状态一般由（ps，x）或（ts，x）确定。③干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段——过热蒸汽pt<tsv0ptsv'pts

vxptsv''pt>tsv水的定压加热过程：

未饱和水a饱和水b湿饱和蒸气c干饱和蒸气d过热蒸气e3、水及水蒸气的五个状态可具有无限多个状态点的三个状态：过冷水（未饱和水）湿蒸汽（湿饱和蒸汽）过热蒸汽仅存在惟一状态点的两个状态：饱和水第二节水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质

干饱和蒸汽在给定一个状态参数的条件下

4、水及水蒸气的六个基本状态参数（1）压力pMPa

（2）温度t℃（3）比容vm3/kg

（4）比焓hkJ/kg（5）比熵skJ/kg.K

（6）干度x注意：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。第二节水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质

5、水及水蒸气的临界点临界点参数压力Pc=22.129MPa

温度tc=374.15℃比容vc=0.00326m3/kg

超临界参数：P>Pc，在水蒸气的定压发生过程中，水直接瞬间汽化为过热蒸汽，ρ汽=ρ水

亚临界参数：P<Pc，经历湿蒸汽的汽化阶段，ρ汽<ρ水。第二节水蒸汽动力循环一、水和水蒸气的基本性质

第二节水蒸汽动力循环二、水和水蒸气的动力循环（一）朗肯循环1－2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w=h1-h2；2－3为乏汽(即汽轮机排汽)向凝汽器(冷源)的理想定压放热的完全凝结过程，其放热量为q2=h2-h3；3－4为凝结水通过水泵的理想绝热压缩过程，所消耗的功为wp＝h4-h3；4－1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q1=h1-h4。过程编号执行设备理想过程输入、输出3-4给水泵可逆绝热压缩低压给水通过给水泵增压，得以进入锅炉，损耗泵功wp4-5-6-1锅炉定压可逆吸热高压给水在锅炉中经定压预热、汽化、过热而成为过热蒸汽，吸热量为q11-2汽轮机可逆绝热膨胀做功过热蒸汽在汽轮机内膨胀做功，最终变为乏汽，做功wt2-3凝汽器可逆定压放热乏汽在凝汽器中凝结放热成为凝结水，排出废热q2朗肯循环的四个过程朗肯循环的热效率吸热q1=h1-h4

放热q2=h2-h3机械功w=h1-h2

水泵耗功wp＝h4-h3对外做功：w0=w

-wp=(h1-h2)－(h4-h3)朗肯循环的热效率η＝w0/q1=[(h1-h2)－(h4-h3)]/(h1-h4)由于wp很小，忽略之：η＝(h1-h2)/(h1-h2’)h1：汽轮机的进汽焓

h2：汽轮机排汽压力下的排汽焓h2’：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。（一）朗肯循环(二)

中

间

再

热

循

环二、水和水蒸气的动力循环水蒸汽再热循环的T-S图1．采用再热技术的目的：增加吸热环节提高吸热过程平均吸热温度提高循环效率2、再热循环的特点（1）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；（2）提高循环热效率（约4％～5％）；（3）减少了汽耗率，减小了设备尺寸；（4）（不利因素）设备复杂，运行管理要求高。二、水和水蒸气的动力循环(二)中间再热循环（三）给水回热循环二、水和水蒸气的动力循环①在朗肯循环基础上，从汽轮机的中间部位抽出一部分做过功的蒸汽，送入回热加热器中用加热凝结水，提高锅炉的入口水温。从而提高工质在锅炉内的平均吸热温度T1，使循环热效率提高。②一般超高压以上的机组采用7～9级回热。1．采用给水回热循环的目的：①提高给水温度→提高吸热过程平均吸热温度→提高循环效率②减少汽轮机排汽量→减少冷源损失→提高循环效率2．给水回热的特点（1）提高了循环的效率（2）减轻了汽轮机末级的工作负荷（三）给水回热循环二、水和水蒸气的动力循环（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。（1）热电联产循环的做功发电收益（高品位能量）（2）热电联产循环的供热收益（低品位能量）二、水和水蒸气的动力循环（四）热电联产循环二、水和水蒸气的动力循环

将相对于朗肯循环少做的功和朗肯循环的冷源损失全部（或部分）地送到热用户利用了。所以热电联产循环的热量有效利用程度比纯动力循环要高得多，这正是热电联产循环的意义之所在。1234背压式汽轮机热电联产循环UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeatexchanger热电联产循环抽汽调节式热电联产设备系统图TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulatorvalveHeatexchangerUser热电联产循环改变循环参数提高初温度提高初压力降低乏汽压力改变循环形式回热循环再热循环采用联产形式热电联产燃气-蒸汽联合循环新型动力循环IGCCPFBC-CC多联产三、提高循环热效率的途径燃气-蒸汽联合循环（原理）整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（IGCC）增压流化床燃气-蒸汽联合循环（PFBC-CC）燃料电池燃料电能利用燃料的化学能微型燃气轮机利用高品位的热能余热锅炉及汽轮机吸收式冷热水机组不可利用的废热利用低品位的热能利用极低品位的热能用