能量轉(zhuǎn)換的基本知識(shí)

第一章能量轉(zhuǎn)換的基本知識(shí)第一節(jié)熱力學(xué)基本定律第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)第三節(jié)換熱器第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)

1、水的飽和狀態(tài)對(duì)于一個(gè)汽液共存系統(tǒng)，當(dāng)液體汽化和蒸汽液化的速度相等時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，稱(chēng)為飽和狀態(tài)。處于飽和狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的壓力、溫度稱(chēng)為飽和壓力（ps）、飽和溫度（ts）。pts飽和液體飽和蒸氣對(duì)于一定的物質(zhì)飽和壓力和飽和溫度是一一對(duì)應(yīng)的。例如1個(gè)大氣壓下，水的沸點(diǎn)100℃。第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)

2、過(guò)冷水定壓加熱成過(guò)熱蒸汽的三個(gè)階段：①過(guò)冷水加熱到飽和水的預(yù)熱階段——過(guò)冷水（未飽和水）②飽和水汽化成干飽和蒸汽的汽化階段——濕蒸汽飽和水和飽和蒸汽的混合物，其中純飽和蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱(chēng)為濕蒸汽的干度，以x表示，其狀態(tài)一般由（ps，x）或（ts，x）確定。③干飽和蒸汽加熱成過(guò)熱蒸汽的過(guò)熱階段——過(guò)熱蒸汽pt<tsv0ptsv'pts

vxptsv''pt>tsv水的定壓加熱過(guò)程：

未飽和水a(chǎn)飽和水b濕飽和蒸氣c干飽和蒸氣d過(guò)熱蒸氣e3、水及水蒸氣的五個(gè)狀態(tài)可具有無(wú)限多個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的三個(gè)狀態(tài)：過(guò)冷水（未飽和水）濕蒸汽（濕飽和蒸汽）過(guò)熱蒸汽僅存在惟一狀態(tài)點(diǎn)的兩個(gè)狀態(tài)：飽和水第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)

干飽和蒸汽在給定一個(gè)狀態(tài)參數(shù)的條件下

4、水及水蒸氣的六個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)（1）壓力pMPa

（2）溫度t℃（3）比容vm3/kg

（4）比焓hkJ/kg（5）比熵skJ/kg.K

（6）干度x注意：通常已知其中兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，可以求得其他參數(shù)；在飽和水線、濕蒸汽區(qū)、干飽和蒸汽線，壓力和溫度是一一對(duì)應(yīng)的，此時(shí)這兩個(gè)參數(shù)將縮減為一個(gè)參數(shù)。第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)

5、水及水蒸氣的臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)參數(shù)壓力Pc=22.129MPa

溫度tc=374.15℃比容vc=0.00326m3/kg

超臨界參數(shù)：P>Pc，在水蒸氣的定壓發(fā)生過(guò)程中，水直接瞬間汽化為過(guò)熱蒸汽，ρ汽=ρ水

亞臨界參數(shù)：P<Pc，經(jīng)歷濕蒸汽的汽化階段，ρ汽<ρ水。第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)

第二節(jié)水蒸汽動(dòng)力循環(huán)二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)（一）朗肯循環(huán)1－2為過(guò)熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的理想絕熱膨脹做功過(guò)程，所做的功為w=h1-h2；2－3為乏汽(即汽輪機(jī)排汽)向凝汽器(冷源)的理想定壓放熱的完全凝結(jié)過(guò)程，其放熱量為q2=h2-h3；3－4為凝結(jié)水通過(guò)水泵的理想絕熱壓縮過(guò)程，所消耗的功為wp＝h4-h3；4－1為高壓水在鍋爐內(nèi)經(jīng)定壓加熱、汽化、過(guò)熱而成為過(guò)熱蒸汽的理想定壓吸熱過(guò)程，所吸收的熱量為q1=h1-h4。過(guò)程編號(hào)執(zhí)行設(shè)備理想過(guò)程輸入、輸出3-4給水泵可逆絕熱壓縮低壓給水通過(guò)給水泵增壓，得以進(jìn)入鍋爐，損耗泵功wp4-5-6-1鍋爐定壓可逆吸熱高壓給水在鍋爐中經(jīng)定壓預(yù)熱、汽化、過(guò)熱而成為過(guò)熱蒸汽，吸熱量為q11-2汽輪機(jī)可逆絕熱膨脹做功過(guò)熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，最終變?yōu)榉ζ?，做功wt2-3凝汽器可逆定壓放熱乏汽在凝汽器中凝結(jié)放熱成為凝結(jié)水，排出廢熱q2朗肯循環(huán)的四個(gè)過(guò)程朗肯循環(huán)的熱效率吸熱q1=h1-h4

放熱q2=h2-h3機(jī)械功w=h1-h2

水泵耗功wp＝h4-h3對(duì)外做功：w0=w

-wp=(h1-h2)－(h4-h3)朗肯循環(huán)的熱效率η＝w0/q1=[(h1-h2)－(h4-h3)]/(h1-h4)由于wp很小，忽略之：η＝(h1-h2)/(h1-h2’)h1：汽輪機(jī)的進(jìn)汽焓

h2：汽輪機(jī)排汽壓力下的排汽焓h2’：排汽壓力下的飽和水焓結(jié)論：提高蒸汽的初參數(shù)、降低排汽壓力可以提高效率。（一）朗肯循環(huán)(二)

中

間

再

熱

循

環(huán)二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)水蒸汽再熱循環(huán)的T-S圖1．采用再熱技術(shù)的目的：增加吸熱環(huán)節(jié)提高吸熱過(guò)程平均吸熱溫度提高循環(huán)效率2、再熱循環(huán)的特點(diǎn)（1）可以提高乏汽的干度，有利于汽輪機(jī)安全工作，提高了汽輪機(jī)的內(nèi)效率；（2）提高循環(huán)熱效率（約4％～5％）；（3）減少了汽耗率，減小了設(shè)備尺寸；（4）（不利因素）設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行管理要求高。二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)(二)中間再熱循環(huán)（三）給水回?zé)嵫h(huán)二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)①在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上，從汽輪機(jī)的中間部位抽出一部分做過(guò)功的蒸汽，送入回?zé)峒訜崞髦杏眉訜崮Y(jié)水，提高鍋爐的入口水溫。從而提高工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度T1，使循環(huán)熱效率提高。②一般超高壓以上的機(jī)組采用7～9級(jí)回?zé)帷?．采用給水回?zé)嵫h(huán)的目的：①提高給水溫度→提高吸熱過(guò)程平均吸熱溫度→提高循環(huán)效率②減少汽輪機(jī)排汽量→減少冷源損失→提高循環(huán)效率2．給水回?zé)岬奶攸c(diǎn)（1）提高了循環(huán)的效率（2）減輕了汽輪機(jī)末級(jí)的工作負(fù)荷（三）給水回?zé)嵫h(huán)二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)（四）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)所謂熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)就是將電能生產(chǎn)和熱能生產(chǎn)聯(lián)合成一體，既供熱又供電，所供熱能是已做功發(fā)電的汽輪機(jī)排汽所攜帶的熱能。（1）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的做功發(fā)電收益（高品位能量）（2）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的供熱收益（低品位能量）二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)（四）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)二、水和水蒸氣的動(dòng)力循環(huán)

將相對(duì)于朗肯循環(huán)少做的功和朗肯循環(huán)的冷源損失全部（或部分）地送到熱用戶(hù)利用了。所以熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的熱量有效利用程度比純動(dòng)力循環(huán)要高得多，這正是熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的意義之所在。1234背壓式汽輪機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeatexchanger熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)圖TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulatorvalveHeatexchangerUser熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)采用聯(lián)產(chǎn)形式熱電聯(lián)產(chǎn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動(dòng)力循環(huán)IGCCPFBC-CC多聯(lián)產(chǎn)三、提高循環(huán)熱效率的途徑燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)（原理）整體煤氣化燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCC）增壓流化床燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC）燃料電池燃料電能利用燃料的化學(xué)能微型燃?xì)廨啓C(jī)利用高品位的熱能余熱鍋爐及汽輪機(jī)吸收式冷熱水機(jī)組不可利用的廢熱利用低品位的熱能利用極低品位的熱能用