能量轉(zhuǎn)換的基本知識

1、第一章第一章 能量轉(zhuǎn)換的基本知識能量轉(zhuǎn)換的基本知識第一節(jié)第一節(jié) 熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)基本定律第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)第三節(jié)第三節(jié) 換熱器換熱器第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì) 1 1、水的飽和狀態(tài)、水的飽和狀態(tài)u對于一個汽液共存系統(tǒng)，當(dāng)液體對于一個汽液共存系統(tǒng)，當(dāng)液體汽化和蒸汽液化的速度相等時，汽化和蒸汽液化的速度相等時，達到動態(tài)平衡，稱為飽和狀態(tài)。達到動態(tài)平衡，稱為飽和狀態(tài)。u處于飽和狀態(tài)時，系統(tǒng)的壓力、處于飽和狀態(tài)時，系統(tǒng)的壓力、溫度稱為飽和壓力（溫度稱為飽和壓力（p ps s） 、飽和、飽和溫度（溫度（t ts

2、s）。）。 ptsu對于一定的物質(zhì)飽和壓力和飽和溫度是一一對應(yīng)的。對于一定的物質(zhì)飽和壓力和飽和溫度是一一對應(yīng)的。例如例如1 1個大氣壓下，水的沸點個大氣壓下，水的沸點100100。第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì) 2 2、過冷水定壓加熱成過熱蒸汽的三個階段：、過冷水定壓加熱成過熱蒸汽的三個階段：過冷水加熱到飽和水的預(yù)熱階段過冷水加熱到飽和水的預(yù)熱階段過冷水（未飽和水）過冷水（未飽和水）飽和水汽化成干飽和蒸汽的汽化階段飽和水汽化成干飽和蒸汽的汽化階段濕蒸汽濕蒸汽 飽和水和飽和蒸汽的混合物，其中純飽和蒸汽的飽和水和飽和蒸汽的混合物，其中純飽

3、和蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為濕蒸汽的干度，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為濕蒸汽的干度，以x x表示，其狀態(tài)一般表示，其狀態(tài)一般由（由（psps，x x）或（）或（tsts，x x）確定。）確定。干飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的過熱階段干飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的過熱階段過熱蒸汽過熱蒸汽 ptts vabcde3 3、水及水蒸氣的五個狀態(tài)、水及水蒸氣的五個狀態(tài)u可具有無限多個狀態(tài)點的三個狀態(tài)：可具有無限多個狀態(tài)點的三個狀態(tài)：u過冷水（未飽和水）過冷水（未飽和水）u濕蒸汽（濕飽和蒸汽）濕蒸汽（濕飽和蒸汽）u過熱蒸汽過熱蒸汽u僅存在惟一狀態(tài)點的兩個狀態(tài)：僅存在惟一狀態(tài)點的兩個狀態(tài)：u飽和水飽和水第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸

4、汽動力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì) u干飽和蒸汽干飽和蒸汽 在在給給定定一一個個狀狀態(tài)態(tài)參參數(shù)數(shù)的的條條件件下下 4 4、水及水蒸氣的六個基本狀態(tài)參數(shù)、水及水蒸氣的六個基本狀態(tài)參數(shù)（1 1）壓力）壓力 p MPa p MPa （2 2）溫度）溫度 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：通常已知其中兩個獨立參數(shù)，可以求得其他參數(shù)；通常已知其中兩個獨立參數(shù)，可以求得其他參數(shù)；在飽和水線、濕蒸汽

5、區(qū)、干飽和蒸汽線，壓力和溫度在飽和水線、濕蒸汽區(qū)、干飽和蒸汽線，壓力和溫度是一一對應(yīng)的，此時這兩個參數(shù)將縮減為一個參數(shù)。是一一對應(yīng)的，此時這兩個參數(shù)將縮減為一個參數(shù)。第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì) 5 5、水及水蒸氣的臨界點、水及水蒸氣的臨界點n臨界點參數(shù)臨界點參數(shù)壓力壓力 P Pc c=22.129MPa =22.129MPa 溫度溫度 t t c c=374.15=374.15比容比容 v vc c=0.00326 m3/kg=0.00326 m3/kgn 超臨界參數(shù)：超臨界參數(shù)：P PcP Pc，在水蒸氣的定壓發(fā)生過程中，在水蒸

6、氣的定壓發(fā)生過程中，水直接瞬間汽化為過熱蒸汽，水直接瞬間汽化為過熱蒸汽，汽汽= = 水水n 亞臨界參數(shù)：亞臨界參數(shù)：PPcPPc，經(jīng)歷濕蒸汽的汽化階段，經(jīng)歷濕蒸汽的汽化階段，汽汽 水。水。第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì)一、水和水蒸氣的基本性質(zhì) 第二節(jié)第二節(jié) 水蒸汽動力循環(huán)水蒸汽動力循環(huán)二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力循環(huán)動力循環(huán)（一）朗肯循環(huán)（一）朗肯循環(huán)n1 12 2為過熱蒸汽在汽輪機內(nèi)的理想絕熱膨脹做功過程，為過熱蒸汽在汽輪機內(nèi)的理想絕熱膨脹做功過程，所做的功為所做的功為w=hw=h1 1-h-h2 2；n2 23 3為乏汽為乏汽( (即汽輪機排汽即

7、汽輪機排汽) )向凝汽器向凝汽器( (冷源冷源) )的理想定的理想定壓放熱的完全凝結(jié)過程，壓放熱的完全凝結(jié)過程， 其放熱量為其放熱量為q q2 2=h=h2 2-h-h3 3；n3 34 4為凝結(jié)水通過水泵的理想絕熱壓縮過程，所消耗為凝結(jié)水通過水泵的理想絕熱壓縮過程，所消耗的功為的功為wpwph h4 4-h-h3 3；4 41 1為高壓水在鍋爐內(nèi)經(jīng)定壓加熱、汽化、過熱而成為高壓水在鍋爐內(nèi)經(jīng)定壓加熱、汽化、過熱而成為過熱蒸汽的理想定壓吸熱過程，所吸收的熱量為為過熱蒸汽的理想定壓吸熱過程，所吸收的熱量為q q1 1=h=h1 1-h-h4 4。朗肯循環(huán)的四個過程朗肯循環(huán)的四個過程朗肯循環(huán)的熱效率

8、朗肯循環(huán)的熱效率吸熱吸熱 q q1 1=h=h1 1-h-h4 4 放熱放熱 q q2 2=h=h2 2-h-h3 3機械功機械功 w=h w=h1 1-h-h2 2 水泵耗功水泵耗功 w wp ph h4 4-h-h3 3對外做功：對外做功：w w0 0= w - w= w - wp p=(h=(h1 1-h-h2 2) )(h(h4 4-h-h3 3) )朗肯循環(huán)的熱效率朗肯循環(huán)的熱效率 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：汽輪機的進汽焓：汽輪機的進汽焓 h h2 2：汽輪機排汽壓力下的排汽焓：汽輪機排汽壓力下的排汽焓h h2 2：排汽壓力下的飽和水焓：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。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)（一）朗肯循環(huán) ( (二二) )中中間間再再熱熱循循環(huán)環(huán) 二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力循環(huán)動力循環(huán)水蒸汽水蒸汽再熱循環(huán)的再熱循環(huán)的T-ST-S圖圖1 1采用再熱技術(shù)采用再熱技術(shù)的目的：的目的：增加吸熱環(huán)節(jié)增加吸熱環(huán)節(jié)提高吸熱過程提高吸熱過程平均吸熱溫度平均吸熱

10、溫度提高循環(huán)效率提高循環(huán)效率2 2、再熱循環(huán)的特點、再熱循環(huán)的特點（1 1）可以提高乏汽的干度，有利于汽輪機）可以提高乏汽的干度，有利于汽輪機安全工作，提高了汽輪機的內(nèi)效率；安全工作，提高了汽輪機的內(nèi)效率；（2 2）提高循環(huán)熱效率（約）提高循環(huán)熱效率（約4 45 5）；）；（3 3）減少了汽耗率，減小了設(shè)備尺寸；）減少了汽耗率，減小了設(shè)備尺寸；（4 4）（不利因素）設(shè)備復(fù)雜，運行管理要）（不利因素）設(shè)備復(fù)雜，運行管理要求高。求高。二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力循環(huán)動力循環(huán) ( (二二) )中間再熱循環(huán)中間再熱循環(huán) （三）（三） 給水回?zé)嵫h(huán)給水回?zé)嵫h(huán)二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力

11、循環(huán)動力循環(huán)在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上，從在朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上，從汽輪機的中間部位抽出一汽輪機的中間部位抽出一部分做過功的蒸汽，送入部分做過功的蒸汽，送入回?zé)峒訜崞髦杏眉訜崮Y(jié)回?zé)峒訜崞髦杏眉訜崮Y(jié)水，提高鍋爐的入口水溫。水，提高鍋爐的入口水溫。從而提高工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的從而提高工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度平均吸熱溫度T1T1，使循環(huán)，使循環(huán)熱效率提高。熱效率提高。一般超高壓以上的機組一般超高壓以上的機組采用采用7 79 9級回?zé)?。級回?zé)帷? 1采用給水回?zé)嵫h(huán)的目的：采用給水回?zé)嵫h(huán)的目的：提高給水溫度提高給水溫度 提高吸熱過程平均吸熱溫提高吸熱過程平均吸熱溫度度 提高循環(huán)效率提高循環(huán)效率減少汽輪機排汽量減少汽

12、輪機排汽量 減少冷源損失減少冷源損失 提高循環(huán)效率提高循環(huán)效率2 2給水回?zé)岬奶攸c給水回?zé)岬奶攸c（1 1）提高了循環(huán)的效率）提高了循環(huán)的效率（2 2）減輕了汽輪機末級的工作負荷）減輕了汽輪機末級的工作負荷（三）（三） 給水回?zé)嵫h(huán)給水回?zé)嵫h(huán)二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力循環(huán)動力循環(huán)（四）熱電聯(lián)產(chǎn)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)電的汽輪機排汽所攜帶的熱能。已做功發(fā)電的汽輪機排汽所攜帶的熱能。（1 1）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的做功發(fā)電收益（高品）熱電

13、聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的做功發(fā)電收益（高品位能量）位能量）（2 2）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的供熱收益（低品位能）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的供熱收益（低品位能量）量）二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力循環(huán)動力循環(huán)（四）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)（四）熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)二、水和水蒸氣的二、水和水蒸氣的動力循環(huán)動力循環(huán) 將相對于朗肯循環(huán)少將相對于朗肯循環(huán)少做的功和朗肯循環(huán)的冷源做的功和朗肯循環(huán)的冷源損失全部（或部分）地送損失全部（或部分）地送到熱用戶利用了。所以熱到熱用戶利用了。所以熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的熱量有效利電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的熱量有效利用程度比純動力循環(huán)要高用程度比純動力循環(huán)要高得多，這正是熱電聯(lián)產(chǎn)循得多，這正是熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的意義之所在。環(huán)的意義之所在。123

14、4背壓式汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)背壓式汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeat exchanger熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)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)圖抽汽調(diào)節(jié)式熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)圖TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulator valveHeat exchangerUser熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)改變循環(huán)參數(shù)改變循環(huán)參數(shù)提高初溫度提高初溫度提高初壓力提高初壓力降低乏汽壓力降低乏汽壓力改變循環(huán)形式改變循環(huán)形式回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)再熱循環(huán)再熱循環(huán)采用聯(lián)產(chǎn)形式采用聯(lián)產(chǎn)形式熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)燃氣燃氣- -蒸汽聯(lián)合循環(huán)蒸汽聯(lián)合循環(huán)新型動力循環(huán)新型動力循環(huán)IGCCIGCCPFBC-CCPFBC-CC多聯(lián)產(chǎn)多聯(lián)產(chǎn)三、三、 提高循環(huán)熱效率的途徑提高循環(huán)熱效率的途徑21CGTB燃料3G4G56HRSG7811PCC10ST9燃氣燃氣- -蒸汽聯(lián)合循環(huán)（原理）蒸汽聯(lián)合循環(huán)（原理）整體煤氣化燃氣整體煤氣化燃氣- -蒸汽聯(lián)合循環(huán)（蒸汽聯(lián)合循環(huán)（IGCCIGCC）增壓流