第5章-熱系統(tǒng)評(píng)估

1、12 過(guò)程熵產(chǎn)可衡量過(guò)程不可逆程度及作功能力損失的大小，過(guò)程熵產(chǎn)可衡量過(guò)程不可逆程度及作功能力損失的大小，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)裝置逐一分析各設(shè)備的熵產(chǎn)即可找出不可逆性程對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)裝置逐一分析各設(shè)備的熵產(chǎn)即可找出不可逆性程度最大的薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)實(shí)際循環(huán)的改善。度最大的薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)實(shí)際循環(huán)的改善。 0gj 1nITS環(huán)境溫度環(huán)境溫度 工質(zhì)流經(jīng)整個(gè)系統(tǒng)各部件之總熵產(chǎn)工質(zhì)流經(jīng)整個(gè)系統(tǒng)各部件之總熵產(chǎn) 第二定律分析法第二定律分析法不可逆損失也可采用不可逆損失也可采用方法方法 xe效率效率 5-1 熱工裝置的熱工裝置的效率和效率和損失系數(shù)損失系數(shù) 有效有效提供的提供的3一、一、效率和效率和損失系數(shù)損失系數(shù)

2、能量的合理利用，是能量中能量的合理利用，是能量中的合理利用的合理利用。要充分利用為實(shí)施某種過(guò)程所提供能量中的要充分利用為實(shí)施某種過(guò)程所提供能量中的在完成一個(gè)特定過(guò)程時(shí)要耗費(fèi)盡量少的在完成一個(gè)特定過(guò)程時(shí)要耗費(fèi)盡量少的在實(shí)際的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)盡量減少在實(shí)際的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)盡量減少的損失。的損失。顯然，對(duì)于在給定條件下進(jìn)行的過(guò)程，能用顯然，對(duì)于在給定條件下進(jìn)行的過(guò)程，能用損失損失 的大小用來(lái)衡量該過(guò)程熱力學(xué)完善程度。的大小用來(lái)衡量該過(guò)程熱力學(xué)完善程度。 不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程損失損失過(guò)程不可逆性越過(guò)程不可逆性越大，大，損失越大損失越大的總量隨不可逆的總量隨不可逆過(guò)程進(jìn)行不斷減少過(guò)程進(jìn)行不斷減少用能的

3、實(shí)質(zhì)是用用能的實(shí)質(zhì)是用 如何合理正確利用能量如何合理正確利用能量4系統(tǒng)或設(shè)備系統(tǒng)或設(shè)備效率：效率：在系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行的過(guò)程中，被利用或收益的在系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行的過(guò)程中，被利用或收益的與支付或耗費(fèi)與支付或耗費(fèi)的的的比值的比值 系統(tǒng)或過(guò)程中耗費(fèi)系統(tǒng)或過(guò)程中耗費(fèi)與收益與收益之差即為系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行的不之差即為系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行的不可逆過(guò)程所引起的可逆過(guò)程所引起的損失：損失： 損失和損失和損系數(shù)損系數(shù) 效率效率 熱力系統(tǒng)或熱工設(shè)備中熱力系統(tǒng)或熱工設(shè)備中的利用程度，的利用程度， 或系統(tǒng)中進(jìn)行熱力過(guò)程的熱力學(xué)完善程度?；蛳到y(tǒng)中進(jìn)行熱力過(guò)程的熱力學(xué)完善程度。 xx,gainex,pay1EEx,gainEx,payE

4、x,x,payx,gainlEEE5所以所以損失系數(shù)損失系數(shù) 效率是耗費(fèi)效率是耗費(fèi)的利用分額，的利用分額，損失系數(shù)是耗費(fèi)損失系數(shù)是耗費(fèi)的損失分額。的損失分額。因此因此二、二、效率的不同形式效率的不同形式 構(gòu)造構(gòu)造平衡方程時(shí)平衡方程時(shí) 系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)的輸入不一定就是耗費(fèi)不一定就是耗費(fèi)，輸出輸出不一定就是收益不一定就是收益 ；耗費(fèi)耗費(fèi)和收益和收益中必須包含所有向中必須包含所有向系統(tǒng)輸入的系統(tǒng)輸入的和從系統(tǒng)輸出的和從系統(tǒng)輸出的； 輸入輸入和輸出和輸出中任一項(xiàng)中任一項(xiàng)只能在只能在耗費(fèi)耗費(fèi)和收益和收益中出現(xiàn)一次。中出現(xiàn)一次。 xx,payx,x,ex,payx,pay11llEEEEE x,x,payl

5、EE6按按的作用，可以將外界分為三種：的作用，可以將外界分為三種：向系統(tǒng)或設(shè)備提供耗費(fèi)向系統(tǒng)或設(shè)備提供耗費(fèi)的能源或的能源或源源A； 的主要收益戶的主要收益戶B； 是是的輔助收益戶的輔助收益戶C。 穩(wěn)定工作系統(tǒng)穩(wěn)定工作系統(tǒng)平衡方程式：平衡方程式： 其中每項(xiàng)其中每項(xiàng)沒(méi)有計(jì)入宏觀位能沒(méi)有計(jì)入宏觀位能 上述四項(xiàng)至少有一項(xiàng)不為零上述四項(xiàng)至少有一項(xiàng)不為零 其它其它流，上述四項(xiàng)可以全為零。流，上述四項(xiàng)可以全為零。 x,Ax,Bx,Cx,Ax,Bx,Cx,lEEEEEEEx,Ax,B,EE2x,x,fx,x,12iHQWEEmcEE7x,Ax,Bx,Cx,Ax,Bx,Cx,lEEEEEEExx,Ax,Bx,C

6、x,Ax,Bx,CeEEEEEE x,Ax,Ax,Bx,Bx,Cx,Cx,lEEEEEEE x,Ax,Ax,Cx,Cx,Bx,Bx,lEEEEEEE xx,Bx,Bx,Cx,Cx,Ax,AeEEEEEE xx,Bx,Bx,Ax,Ax,Cx,CeEEEEEE8 系統(tǒng)以外發(fā)生的系統(tǒng)以外發(fā)生的損失（如燃?xì)廨啓C(jī)的排氣、鍋爐的排煙損失（如燃?xì)廨啓C(jī)的排氣、鍋爐的排煙和其它場(chǎng)合下的向環(huán)境大氣的排汽、排熱水和排熱物體等）和其它場(chǎng)合下的向環(huán)境大氣的排汽、排熱水和排熱物體等）稱為系統(tǒng)稱為系統(tǒng)外部外部損失損失 。x,out()lE 同時(shí)考慮了外部同時(shí)考慮了外部損失的損失的效率總是小于只考慮內(nèi)部效率總是小于只考慮內(nèi)部

7、損損失的失的效率。效率。 例例5-1 研究系統(tǒng)及其內(nèi)部進(jìn)行的過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)與有關(guān)研究系統(tǒng)及其內(nèi)部進(jìn)行的過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)與有關(guān)外界間（包括環(huán)境大氣）進(jìn)行不可逆過(guò)程所引起的外界間（包括環(huán)境大氣）進(jìn)行不可逆過(guò)程所引起的損失（如系損失（如系統(tǒng)內(nèi)部摩擦不可逆因素引起的統(tǒng)內(nèi)部摩擦不可逆因素引起的損失，以及系統(tǒng)與有關(guān)外界間溫?fù)p失，以及系統(tǒng)與有關(guān)外界間溫差傳熱等），稱為系統(tǒng)差傳熱等），稱為系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?nèi)部損失損失。 x,ilE三、內(nèi)部三、內(nèi)部損失和外部損失和外部損失損失9 p-v及及T-s圖圖 .123456. .p1. .12465.p1.bap2.3.ss5-2 電廠電廠分析和熱電合產(chǎn)經(jīng)濟(jì)分

8、析分析和熱電合產(chǎn)經(jīng)濟(jì)分析 一、電廠基本理論循環(huán)的一、電廠基本理論循環(huán)的分析分析 簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)郎肯循環(huán)郎肯循環(huán)10 初參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響初參數(shù)對(duì)朗肯循環(huán)熱效率的影響 初溫初溫t112TT 或或 循環(huán)循環(huán)1T2T3561T =循環(huán)循環(huán)123561+循環(huán)循環(huán)11T2T21tt11 2 21t123561TTt.1T2T不變不變1T2T1T1T 但循環(huán)但循環(huán)123561平均吸熱溫度高于平均吸熱溫度高于循環(huán)循環(huán)11T2T21，而放熱溫度相同。，而放熱溫度相同。 朗肯循環(huán)的熱效率朗肯循環(huán)的熱效率 1243net2t11141hhhhwqqqhh 11 初壓力初壓力 p1

9、但但 x2下降且下降且 p太高造成強(qiáng)度問(wèn)題太高造成強(qiáng)度問(wèn)題. .t12TT不變不變 背壓背壓 p2.2b3b4b1T但受制于環(huán)境不能任意降低但受制于環(huán)境不能任意降低226kPa,36.17 C;4kPa,28.95 Cssptpt同時(shí)，同時(shí)，x2下降下降 。 t2T 基本不變基本不變124-1 水在蒸汽發(fā)生器中的預(yù)熱、水在蒸汽發(fā)生器中的預(yù)熱、汽化過(guò)程近似認(rèn)為定壓過(guò)程汽化過(guò)程近似認(rèn)為定壓過(guò)程 114qhh1-2過(guò)程絕熱過(guò)程絕熱t(yī),T12whh2-3乏汽在冷凝器中冷凝，乏汽在冷凝器中冷凝，也為定壓過(guò)程也為定壓過(guò)程 223qhh4-3絕熱壓縮，給水泵消耗的功絕熱壓縮，給水泵消耗的功43Cwhh壓水堆

10、壓水堆二回路基本循環(huán)的理論熱效率二回路基本循環(huán)的理論熱效率 net232t111411whhqqqhh 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 13蒸汽參數(shù)對(duì)循環(huán)的影響蒸汽參數(shù)對(duì)循環(huán)的影響蒸汽初壓力和初溫的影響蒸汽初壓力和初溫的影響 循環(huán)平均放熱溫度循環(huán)平均放熱溫度T m2 相等相等 ,但但1p2341p的的平均吸熱溫度比循環(huán)平均吸熱溫度比循環(huán)12341的平均吸熱溫度高，的平均吸熱溫度高，因此初壓較高的循環(huán)因此初壓較高的循環(huán)1p2p341p熱效率較高。熱效率較高。 單純提高初壓力，雖可使熱效率提高，但同時(shí)也會(huì)造成汽輪機(jī)單純提高初壓力，雖可使熱效率提高，但同時(shí)也會(huì)造成汽輪機(jī)出口蒸汽干度下降，蒸汽干度過(guò)低將危及汽輪

11、機(jī)的安全運(yùn)行。出口蒸汽干度下降，蒸汽干度過(guò)低將危及汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。 提高二回路蒸汽溫度（或壓力）需提高一回路冷卻劑的溫度，提高二回路蒸汽溫度（或壓力）需提高一回路冷卻劑的溫度，提高一回路壓力，但，受到水熱物性質(zhì)的制約。例如，大亞灣提高一回路壓力，但，受到水熱物性質(zhì)的制約。例如，大亞灣核電廠反應(yīng)堆出口核電廠反應(yīng)堆出口 冷卻劑平均溫度為冷卻劑平均溫度為329.8，一回路壓力為，一回路壓力為15.5MPa（飽和溫度（飽和溫度344.7）。若提高到）。若提高到20MPa（飽和溫度（飽和溫度365.7），雖然冷卻劑溫度提高了），雖然冷卻劑溫度提高了21，可以使二回路蒸汽的，可以使二回路蒸汽的初溫有一定

12、的提高，帶來(lái)循環(huán)熱效率的些微提高，但一回路壓初溫有一定的提高，帶來(lái)循環(huán)熱效率的些微提高，但一回路壓力卻因此而提高了力卻因此而提高了4.5MPa，這將提高系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備的承壓，這將提高系統(tǒng)內(nèi)各主要設(shè)備的承壓要求及材料和加工制造的難度，最終影響到電廠的經(jīng)濟(jì)性，所要求及材料和加工制造的難度，最終影響到電廠的經(jīng)濟(jì)性，所以目前壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)的工作壓力大多在以目前壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)的工作壓力大多在15MPa。 14 乏汽參數(shù)的影響乏汽參數(shù)的影響 維持蒸汽初參數(shù)維持蒸汽初參數(shù)p1、T1不變，降低乏汽壓不變，降低乏汽壓力力p2，熱效率將提高。，熱效率將提高。 乏汽壓力乏汽壓力p2選擇取決于冷凝器

13、內(nèi)冷卻流選擇取決于冷凝器內(nèi)冷卻流體的溫度，一般冷卻流體是自然界中的水。體的溫度，一般冷卻流體是自然界中的水。因此，降低因此，降低p2受制于環(huán)境介質(zhì)的溫度。受制于環(huán)境介質(zhì)的溫度。汽輪機(jī)內(nèi)部相對(duì)效率汽輪機(jī)內(nèi)部相對(duì)效率T（簡(jiǎn)稱汽機(jī)效率）（簡(jiǎn)稱汽機(jī)效率） t,Tact12actTt,T12whhwhh近代大功率汽輪機(jī)近代大功率汽輪機(jī)T 在在0.92左右左右 有摩阻的實(shí)際朗肯循環(huán)有摩阻的實(shí)際朗肯循環(huán) 損失損失x,0 g02,act1()leT sT ss15 再熱循環(huán)再熱循環(huán) 新汽膨脹到某一中間壓力后撤出汽輪機(jī)，導(dǎo)入鍋爐中特新汽膨脹到某一中間壓力后撤出汽輪機(jī)，導(dǎo)入鍋爐中特設(shè)的再熱器或其它換熱設(shè)備中，使之

14、再加熱，然后再導(dǎo)入汽輪機(jī)設(shè)的再熱器或其它換熱設(shè)備中，使之再加熱，然后再導(dǎo)入汽輪機(jī)繼續(xù)膨脹到背壓繼續(xù)膨脹到背壓的循環(huán)。的循環(huán)。 再熱對(duì)循環(huán)的影響再熱對(duì)循環(huán)的影響 提高汽輪機(jī)末端蒸汽干度提高汽輪機(jī)末端蒸汽干度對(duì)循環(huán)熱效率的影響對(duì)循環(huán)熱效率的影響 熱效率熱效率 net12t112()()()()abbawhhhhqhhhh 根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，中間壓力在根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，中間壓力在p1的的2030%范圍內(nèi)，對(duì)提高熱范圍內(nèi)，對(duì)提高熱效率的作用最大。但選取中間壓力時(shí)必須注意使進(jìn)入冷凝器的乏效率的作用最大。但選取中間壓力時(shí)必須注意使進(jìn)入冷凝器的乏汽干度在允許范圍內(nèi)，此為再熱之根本目的。汽干度在允許范圍內(nèi)，此為再熱之

15、根本目的。 16壓水堆二回路循環(huán)的新蒸汽是飽和或僅壓水堆二回路循環(huán)的新蒸汽是飽和或僅稍微過(guò)熱的，因此提高蒸汽膨脹終態(tài)的干稍微過(guò)熱的，因此提高蒸汽膨脹終態(tài)的干度更顯重要；度更顯重要； 壓水堆電廠汽水分離再熱的特征壓水堆電廠汽水分離再熱的特征核電廠的熱源的特殊性，核電廠循環(huán)的再熱是由新蒸汽完成，核電廠的熱源的特殊性，核電廠循環(huán)的再熱是由新蒸汽完成，因此對(duì)循環(huán)熱效率的提高并不有利，但汽水分離再熱對(duì)保證汽輪因此對(duì)循環(huán)熱效率的提高并不有利，但汽水分離再熱對(duì)保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行提供了保障。機(jī)的安全運(yùn)行提供了保障。 171- -kgkg.0101.1kg1- -kg 抽汽回?zé)嵫h(huán)抽汽回?zé)嵫h(huán) 工程上采用的回

16、熱方式是從汽輪機(jī)的適當(dāng)部位抽出尚未完全工程上采用的回?zé)岱绞绞菑钠啓C(jī)的適當(dāng)部位抽出尚未完全膨脹的壓力、溫度相對(duì)較高的少量蒸汽，去加熱低溫凝結(jié)水。膨脹的壓力、溫度相對(duì)較高的少量蒸汽，去加熱低溫凝結(jié)水。 大亞灣電站一回路壓力為大亞灣電站一回路壓力為15.5MPa，冷卻劑平均出口溫度，冷卻劑平均出口溫度329.8，平均進(jìn)口溫度，平均進(jìn)口溫度290.8，但凝結(jié)水的溫度僅約，但凝結(jié)水的溫度僅約40 。 現(xiàn)代大中型蒸汽動(dòng)力裝置毫無(wú)例外均采用回?zé)嵫h(huán)，抽汽的級(jí)現(xiàn)代大中型蒸汽動(dòng)力裝置毫無(wú)例外均采用回?zé)嵫h(huán)，抽汽的級(jí)數(shù)由數(shù)由23級(jí)到級(jí)到78級(jí)，參數(shù)越高、容量越大的機(jī)組，回?zé)峒?jí)數(shù)越級(jí)，參數(shù)越高、容量越大的機(jī)組，回

17、熱級(jí)數(shù)越多。大亞灣核電站的二回路循環(huán)就有高達(dá)多。大亞灣核電站的二回路循環(huán)就有高達(dá)7級(jí)的抽汽。級(jí)的抽汽。 18循環(huán)分析循環(huán)分析循環(huán)凈功循環(huán)凈功 111net10102112110()(1)()(1)()()whhhhhhhh循環(huán)吸熱量循環(huán)吸熱量 1110 qhh循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率 nett,R1wq 工質(zhì)平均吸熱溫度提高，平均放熱溫度不變，工質(zhì)平均吸熱溫度提高，平均放熱溫度不變，回?zé)嵫責(zé)嵫h(huán)的熱效率一定大于單純朗肯循環(huán)的熱效率。環(huán)的熱效率一定大于單純朗肯循環(huán)的熱效率。 回?zé)嵫h(huán)分析計(jì)算回?zé)嵫h(huán)分析計(jì)算 確定抽汽量確定抽汽量1 熱平衡方程熱平衡方程 11110 4100 (1)()()hhhh

18、忽略水泵功忽略水泵功 24hh 110 2102hhhh19 電廠蒸汽循環(huán)的熱分析和電廠蒸汽循環(huán)的熱分析和分析分析 第一定律分析法第一定律分析法 以能量的數(shù)量為立足點(diǎn)，從以能量的數(shù)量為立足點(diǎn)，從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)循能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，熱效率為指標(biāo)。環(huán)的經(jīng)濟(jì)性，熱效率為指標(biāo)。 抓住能量數(shù)量上的平衡，考抓住能量數(shù)量上的平衡，考慮能量數(shù)量的利用程度，反映慮能量數(shù)量的利用程度，反映能量數(shù)量的能量數(shù)量的“外部損失外部損失” ” 火力發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力裝置熱火力發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力裝置熱平衡揭示鍋爐散熱、排煙和不平衡揭示鍋爐散熱、排煙和不完全燃燒損失、汽輪機(jī)和管道完全燃燒損失、汽輪機(jī)和管道等

19、散熱損失及冷凝器熱損失，等散熱損失及冷凝器熱損失，得到裝置的能流分配和熱效率。得到裝置的能流分配和熱效率。 第二定律分析法第二定律分析法 從能量的數(shù)量和質(zhì)量來(lái)分析，從能量的數(shù)量和質(zhì)量來(lái)分析，以以“熵產(chǎn)或作功能力損失和熵產(chǎn)或作功能力損失和效效率率” ” 為指標(biāo)。其中為指標(biāo)。其中分析法揭示分析法揭示出能量中出能量中的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失情況，得出系統(tǒng)和損失情況，得出系統(tǒng)效率。效率。 抓住不可逆過(guò)程中抓住不可逆過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)椤⒉豢赡苻D(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡苻D(zhuǎn)變?yōu)?，揭示出，揭示出系統(tǒng)內(nèi)部存在的能量系統(tǒng)內(nèi)部存在的能量“質(zhì)質(zhì)”的貶值的貶值和損耗。和損耗。 兩種方法揭示的不完善部位及損失大小不同

20、兩種方法揭示的不完善部位及損失大小不同 系統(tǒng)的能量分析方法系統(tǒng)的能量分析方法20設(shè)設(shè) 備備能量損失占輸入能量損失占輸入能量的比（能量的比（%）損失占輸入損失占輸入量的比（量的比（%）鍋爐：鍋爐： 燃燒過(guò)程燃燒過(guò)程 傳熱過(guò)程傳熱過(guò)程 煙道損失煙道損失 其他損失其他損失汽輪機(jī)汽輪機(jī)冷凝器冷凝器加熱器加熱器其他其他合計(jì)合計(jì)9 047035949 29.7 14.9 0.68 3.7241.51.05.561某蒸汽動(dòng)力裝置兩種分析結(jié)果某蒸汽動(dòng)力裝置兩種分析結(jié)果21 壓水堆核電廠二回路簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析結(jié)果壓水堆核電廠二回路簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析結(jié)果 22簡(jiǎn)化的二回路各點(diǎn)參數(shù)簡(jiǎn)化的二回路各點(diǎn)參數(shù) No.參參 數(shù)數(shù)34

21、5678p / MPa6.697.080.72012.5140.6590.0885t / 282.8230.2166.1224.3267.396.2h / kJ/kg2772.5992.02477.52652.12991.02623.0s / kJ/(kgK)5.8302.6036.0455.9527.2037.274x / %99.6900.92ex,H/ kJ/kg1039.73220.85680.66882.97849.07459.91qm / kg/s1304.781685.171104.425200.35928.30204.50環(huán)境參數(shù)環(huán)境參數(shù) 00.1MPap 0298KT 以二回

22、路水在蒸汽發(fā)生器以二回路水在蒸汽發(fā)生器吸收的熱量為基準(zhǔn)，忽略管路吸收的熱量為基準(zhǔn)，忽略管路散熱損失和壓力損失，假定流散熱損失和壓力損失，假定流經(jīng)冷凝器后海水溫度由經(jīng)冷凝器后海水溫度由23上上升到升到30 23 No.參參 數(shù)數(shù)91011121314p / MPa0.0070.0070.69040.69042.5146.69t / 39.039.039.4137.1224.3282.8h / kJ/kg2354.6163.4165.5577.0982.72772.5s / kJ/(kgK)7.5790.5590.5641.7092.5965.830 x / %99.69ex,H/ kJ/kg10

23、0.621.381.9972.28213.661039.73qm / kg/s723.801104.4251104.425200.351685.17380.39環(huán)境參數(shù)環(huán)境參數(shù) 00.1MPap 0298KT 以二回路水在蒸汽發(fā)生器以二回路水在蒸汽發(fā)生器吸收的熱量為基準(zhǔn)，忽略管路吸收的熱量為基準(zhǔn)，忽略管路散熱損失和壓力損失，假定流散熱損失和壓力損失，假定流經(jīng)冷凝器后海水溫度由經(jīng)冷凝器后海水溫度由23上上升到升到30 24 No.參參 數(shù)數(shù)151617181920p / MPa2.4630.6590.0070.0070.10.1t / 223.2267.339.039.02330h / kJ/k

24、g1281.62991.02452.2400.796.5125.8s / kJ/(kgK)3.1987.2037.8911.3190.3390.436x / %ex,H/ kJ/kg333.16849.07105.2512.200.0440.438qm / kg/s1380.39176.125176.125204.50環(huán)境參數(shù)環(huán)境參數(shù) 00.1MPap 0298KT 以二回路水在蒸汽發(fā)生器以二回路水在蒸汽發(fā)生器吸收的熱量為基準(zhǔn)，忽略管路吸收的熱量為基準(zhǔn)，忽略管路散熱損失和壓力損失，假定流散熱損失和壓力損失，假定流經(jīng)冷凝器后海水溫度由經(jīng)冷凝器后海水溫度由23上上升到升到30 25 循環(huán)循環(huán)分析分

25、析進(jìn)入進(jìn)入系統(tǒng)系統(tǒng)減減去去離開(kāi)離開(kāi)系統(tǒng)的系統(tǒng)的減減去系統(tǒng)去系統(tǒng)損失損失等于等于系統(tǒng)系統(tǒng)增量增量。 平衡方程：平衡方程：損失進(jìn)入系統(tǒng)的損失進(jìn)入系統(tǒng)的離開(kāi)系統(tǒng)的離開(kāi)系統(tǒng)的。穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部?jī)?nèi)部損失損失工質(zhì)在設(shè)備內(nèi)部經(jīng)歷不可逆過(guò)程工質(zhì)在設(shè)備內(nèi)部經(jīng)歷不可逆過(guò)程外部外部損失損失由于泄漏、散熱等造成由于泄漏、散熱等造成+汽輪機(jī)這類(lèi)作功設(shè)備汽輪機(jī)這類(lèi)作功設(shè)備進(jìn)行絕熱過(guò)程，定義進(jìn)行絕熱過(guò)程，定義 無(wú)功量輸入或輸出設(shè)備，無(wú)功量輸入或輸出設(shè)備，如蒸汽發(fā)生器、冷凝器、如蒸汽發(fā)生器、冷凝器、高低壓加熱器、除氧器，高低壓加熱器、除氧器，定義定義 效率效率26 項(xiàng)目項(xiàng)目名稱名稱數(shù)值數(shù)值/（kJ/s）相對(duì)百分率

26、相對(duì)百分率/ %平衡法平衡法熱平衡法熱平衡法平衡法平衡法熱平衡法熱平衡法一、一回路冷卻劑提供的熱量一、一回路冷卻劑提供的熱量 冷卻劑提供的熱量的冷卻劑提供的熱量的值值 3.0001063.0001061001470257.7100二、過(guò)程損失二、過(guò)程損失 （1）蒸汽發(fā)生器損失）蒸汽發(fā)生器損失 （2）汽輪機(jī)高壓缸損失）汽輪機(jī)高壓缸損失 （3）汽輪機(jī)低壓缸損失）汽輪機(jī)低壓缸損失 （4）水泵汽輪機(jī)損失）水泵汽輪機(jī)損失 （5）給水泵損失）給水泵損失 （6）凝水泵損失）凝水泵損失 （7）汽水分離再熱器損失）汽水分離再熱器損失 （8）凝汽器損失）凝汽器損失 （9）低壓加熱器損失）低壓加熱器損失 （10）除

27、氧器損失）除氧器損失90308.56.1478050.45.31101788.36.926735.5559.250.460.0023522.00.241645.60.1182775.95.6391660.72023383.76.2367.4713926.70.9523408.21.59三、凈輸出有用功三、凈輸出有用功976404.9976404.966.3932.5二回路循環(huán)的能分析和二回路循環(huán)的能分析和分析表分析表 27二回路裝置二回路裝置流圖和熱流圖流圖和熱流圖 28 討論討論 （1）冷凝器中冷卻水帶走的能量占一回路提供熱量的比例）冷凝器中冷卻水帶走的能量占一回路提供熱量的比例67.47%

28、，即幾乎輸入能量的，即幾乎輸入能量的2/3在冷凝器中損失，但是冷凝器在冷凝器中損失，但是冷凝器中的中的損失僅是一回路供給損失僅是一回路供給的約的約6%。 （2）本案例假設(shè)不計(jì)除水泵汽輪機(jī)外的散熱損失，所以各）本案例假設(shè)不計(jì)除水泵汽輪機(jī)外的散熱損失，所以各個(gè)設(shè)備的能量效率均為個(gè)設(shè)備的能量效率均為100%，但這些設(shè)備都有可用能損失。，但這些設(shè)備都有可用能損失。以汽輪機(jī)為例，由于汽輪機(jī)內(nèi)過(guò)程的不可逆性，雖然沒(méi)有散熱以汽輪機(jī)為例，由于汽輪機(jī)內(nèi)過(guò)程的不可逆性，雖然沒(méi)有散熱損失，但兩級(jí)的損失，但兩級(jí)的損失之和高達(dá)一回路輸入損失之和高達(dá)一回路輸入的的12.23%。 （3）二回路裝置的）二回路裝置的分析結(jié)果與

29、第一章所提出的火力發(fā)電廠分析結(jié)果與第一章所提出的火力發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力裝置的蒸汽動(dòng)力裝置的分析的結(jié)果有明顯差異?；鹆Πl(fā)電廠蒸汽動(dòng)力分析的結(jié)果有明顯差異?；鹆Πl(fā)電廠蒸汽動(dòng)力裝置的裝置的分析中鍋爐內(nèi)分析中鍋爐內(nèi)損失占輸入損失占輸入量的量的49%，本案例中蒸汽，本案例中蒸汽發(fā)生器的發(fā)生器的損失僅損失僅6.14%，燃料燃燒是典型不可逆過(guò)程，燃料燃燒是典型不可逆過(guò)程，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成燃?xì)獾臒崃W(xué)能伴隨著巨大可用能損失；燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成燃?xì)獾臒崃W(xué)能伴隨著巨大可用能損失；鍋爐中燃?xì)獾钠骄鶞囟冗h(yuǎn)高于水和水蒸氣的平均溫度鍋爐中燃?xì)獾钠骄鶞囟冗h(yuǎn)高于水和水蒸氣的平均溫度而蒸汽發(fā)生器中一回路的冷卻劑的平均溫度與二回

30、路中而蒸汽發(fā)生器中一回路的冷卻劑的平均溫度與二回路中輸入的給輸入的給水和輸出的飽和蒸汽平均溫度之間差別不大水和輸出的飽和蒸汽平均溫度之間差別不大，故，故損失不大。損失不大。 29 （4）雖然低壓加熱器和除氧器等設(shè)備中存在）雖然低壓加熱器和除氧器等設(shè)備中存在損失，但是由損失，但是由于提高了給水的溫度，減小了蒸汽發(fā)生器內(nèi)傳熱介質(zhì)間的溫差，于提高了給水的溫度，減小了蒸汽發(fā)生器內(nèi)傳熱介質(zhì)間的溫差，使蒸汽發(fā)生器內(nèi)使蒸汽發(fā)生器內(nèi)損失較大的下降從而有利于裝置整體效率的提損失較大的下降從而有利于裝置整體效率的提高。高。 （5）如果綜合考慮包括反應(yīng)堆在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)，則裝置）如果綜合考慮包括反應(yīng)堆在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)，

31、則裝置效效率將大為減小，壓水堆冷卻劑采用水為一回路冷卻劑，核燃料的率將大為減小，壓水堆冷卻劑采用水為一回路冷卻劑，核燃料的核能轉(zhuǎn)變成壓力水的熱力學(xué)能有極大的核能轉(zhuǎn)變成壓力水的熱力學(xué)能有極大的損失；水的臨界溫度才損失；水的臨界溫度才374.15，所以，提高一回路壓力對(duì)于減少，所以，提高一回路壓力對(duì)于減少損失的效果非常有損失的效果非常有限，改用金屬鈉作冷卻劑，在熱力學(xué)意義上是降低這種損失的有限，改用金屬鈉作冷卻劑，在熱力學(xué)意義上是降低這種損失的有效措施。效措施。 總之，就壓水堆發(fā)電廠的二回路而言，從第一定律分析法總之，就壓水堆發(fā)電廠的二回路而言，從第一定律分析法（熱分析）的角度看，冷凝器中損失了絕

32、大部分能量，但從第（熱分析）的角度看，冷凝器中損失了絕大部分能量，但從第二定律分析法（二定律分析法（分析）的分析）的角度來(lái)看角度來(lái)看損失，最大損失發(fā)生損失，最大損失發(fā)生在汽輪機(jī)內(nèi)，應(yīng)盡可能改善汽輪機(jī)內(nèi)的通流結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)特性，在汽輪機(jī)內(nèi)，應(yīng)盡可能改善汽輪機(jī)內(nèi)的通流結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)特性，減少不可逆損失。減少不可逆損失。 30 以年產(chǎn)以年產(chǎn)6萬(wàn)噸氮肥的某化肥廠動(dòng)力車(chē)間熱電合產(chǎn)為例介紹萬(wàn)噸氮肥的某化肥廠動(dòng)力車(chē)間熱電合產(chǎn)為例介紹分析在熱電合產(chǎn)方案的經(jīng)濟(jì)分析中的熱電合產(chǎn)應(yīng)用分析在熱電合產(chǎn)方案的經(jīng)濟(jì)分析中的熱電合產(chǎn)應(yīng)用 p / MPat / qm / t/h0.3200481.220815 2.540014動(dòng)力車(chē)間

33、裝有四臺(tái)鍋爐動(dòng)力車(chē)間裝有四臺(tái)鍋爐 需三種蒸汽需三種蒸汽 系統(tǒng)中還裝有一臺(tái)容量為系統(tǒng)中還裝有一臺(tái)容量為3000kW的背壓機(jī)組，進(jìn)的背壓機(jī)組，進(jìn)汽參數(shù)為汽參數(shù)為390 、2.4MPa排汽壓力為排汽壓力為0.3MPa。 爐號(hào)爐號(hào)p/MPat/qm/ t/h爐型爐型設(shè)計(jì)效率設(shè)計(jì)效率N1N2N3N42.53.93.93.940045040040030353535鏈條鏈條煤粉煤粉煤粉煤粉煤粉煤粉0.800.870.870.87二、熱電合供方案分析二、熱電合供方案分析31 建造時(shí)為了便于機(jī)爐并列運(yùn)行，采用方案建造時(shí)為了便于機(jī)爐并列運(yùn)行，采用方案I，對(duì)，對(duì)N2、N3、N4三三臺(tái)煤粉爐作了改造，將其運(yùn)行參數(shù)降至

34、臺(tái)煤粉爐作了改造，將其運(yùn)行參數(shù)降至400、2.5MPa，除氧器，除氧器從在從在0.12 MPa下運(yùn)行改為在下運(yùn)行改為在0.18 MPa下運(yùn)行。不配備高壓回?zé)峒酉逻\(yùn)行。不配備高壓回?zé)峒訜崞?，使鍋爐給水溫度由熱器，使鍋爐給水溫度由160降至降至116。采用這種方案后，用。采用這種方案后，用戶所需的三種參數(shù)的蒸汽中，除戶所需的三種參數(shù)的蒸汽中，除2.5MPa的蒸汽可直接由鍋爐產(chǎn)的蒸汽可直接由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽供應(yīng)外，其它兩種參數(shù)的蒸汽都要全部或部分地通過(guò)兩生的蒸汽供應(yīng)外，其它兩種參數(shù)的蒸汽都要全部或部分地通過(guò)兩臺(tái)減壓減溫器輸出。臺(tái)減壓減溫器輸出。 鍋爐改造后，運(yùn)行效果不佳，平均的鍋爐效率只有鍋爐改造后，

35、運(yùn)行效果不佳，平均的鍋爐效率只有65%，鍋爐，鍋爐耗煤量大大增加。耗煤量大大增加。 對(duì)方案對(duì)方案I作作平衡計(jì)算，找出平衡計(jì)算，找出損失最大的環(huán)節(jié)，為擬選合理?yè)p失最大的環(huán)節(jié)，為擬選合理而有較高經(jīng)濟(jì)效益的熱電合產(chǎn)方案指明方向。而有較高經(jīng)濟(jì)效益的熱電合產(chǎn)方案指明方向。 假設(shè)：壓力為假設(shè)：壓力為0.1MPa、溫度為、溫度為20的水流的比的水流的比為零；為零； 假定假定N1、N2、N3爐運(yùn)行；爐運(yùn)行； 除鍋爐至背壓機(jī)的蒸汽管道考慮壓力損失及散熱損失除鍋爐至背壓機(jī)的蒸汽管道考慮壓力損失及散熱損失 外，其它汽水管道、設(shè)備都忽略這種損失；外，其它汽水管道、設(shè)備都忽略這種損失； 鍋爐排污及動(dòng)力車(chē)間的汽水泄漏損失

36、及泵功忽略不計(jì)；鍋爐排污及動(dòng)力車(chē)間的汽水泄漏損失及泵功忽略不計(jì)； 取燃料取燃料等于燃料低發(fā)熱量（等于燃料低發(fā)熱量（q=29307.6kJ/kg）。）。32系統(tǒng)及參數(shù)圖系統(tǒng)及參數(shù)圖33計(jì)算結(jié)果表計(jì)算結(jié)果表項(xiàng)項(xiàng) 目目代號(hào)代號(hào)值值/ /kW占占E Exfxf的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)/ /%供給熱電用戶的供給熱電用戶的鍋爐鍋爐損失損失蒸汽管道蒸汽管道損失損失背壓機(jī)組背壓機(jī)組損失損失除氧器（除氧器（2 2臺(tái)）臺(tái)）損失損失減溫減壓器減溫減壓器損失損失減溫減壓器減溫減壓器損失損失ExgainEl,BEl,TUEl,TEl,OEl,El,20858.370472.7204.21238.9794.2516.21946.

37、721.7173.390.211.290.830.542.03小小 計(jì)計(jì)96031.2100.0方案方案I效率很低，僅效率很低，僅21.71%最大部分的最大部分的損失發(fā)生在鍋爐中損失發(fā)生在鍋爐中其次是在減壓減溫器其次是在減壓減溫器II中中燃料的燃燒、散熱及不可逆?zhèn)鳠崴鹑剂系娜紵?、散熱及不可逆?zhèn)鳠崴瓞F(xiàn)行條件下恢復(fù)鍋爐原參現(xiàn)行條件下恢復(fù)鍋爐原參數(shù)運(yùn)行，并提高鍋爐效率數(shù)運(yùn)行，并提高鍋爐效率選用一臺(tái)適當(dāng)容量選用一臺(tái)適當(dāng)容量的背壓機(jī)組代替的背壓機(jī)組代替節(jié)流損失節(jié)流損失34 方案方案II要點(diǎn)：要點(diǎn)：N2、N3和和N4爐恢復(fù)原設(shè)計(jì)參數(shù)（爐恢復(fù)原設(shè)計(jì)參數(shù)（450、3.9MPa）運(yùn)行；增設(shè)高壓加熱器，將

38、鍋爐給水加熱到運(yùn)行；增設(shè)高壓加熱器，將鍋爐給水加熱到160；N1爐給水溫爐給水溫度恢復(fù)到度恢復(fù)到104（即除氧器在（即除氧器在0. 12MPa下運(yùn)行）；增裝一臺(tái)下運(yùn)行）；增裝一臺(tái)B3-35/10背壓機(jī)組，進(jìn)汽參數(shù)為背壓機(jī)組，進(jìn)汽參數(shù)為435、3.5MPa，使兩臺(tái)背壓機(jī)組發(fā)，使兩臺(tái)背壓機(jī)組發(fā)電達(dá)電達(dá)4871.4kW。 方案方案要點(diǎn)：鍋爐參數(shù)與方案要點(diǎn)：鍋爐參數(shù)與方案相同相同增設(shè)一臺(tái)增設(shè)一臺(tái)Y02背壓機(jī)組，背壓機(jī)組，發(fā)電發(fā)電1500kW，進(jìn)汽參數(shù)為，進(jìn)汽參數(shù)為390、2.4MPa，使兩臺(tái)背壓機(jī)組發(fā)，使兩臺(tái)背壓機(jī)組發(fā)電達(dá)電達(dá)4500kW。35方案方案36方案方案37各方案比較表各方案比較表（ ）B0

39、.80序序號(hào)號(hào)項(xiàng)項(xiàng) 目目單單 位位數(shù)數(shù) 值值備備 注注方案方案I方案方案II 方案方案123456鍋爐消耗標(biāo)準(zhǔn)鍋爐消耗標(biāo)準(zhǔn)煤耗量煤耗量燃料（標(biāo)準(zhǔn)煤燃料（標(biāo)準(zhǔn)煤)總總供給熱、電用供給熱、電用戶的戶的系統(tǒng)的系統(tǒng)的效率效率發(fā)電的標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電的標(biāo)準(zhǔn)煤耗率耗率年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤t/hkWkW%kg/(kWh)噸噸/年年11.79696031.220858.321.710.213/9.439 12.07576842.9 98302.622729.7 22358.329.60 22.740.163 0.191414.2 -1674燃料燃料=低發(fā)熱值低發(fā)熱值只計(jì)鍋爐熱損失只計(jì)鍋爐熱損失年運(yùn)行年運(yùn)行6000

40、小時(shí)小時(shí) 方案方案II需要增加兩個(gè)回?zé)峒訜崞?；更換三臺(tái)給水泵（二臺(tái)工作，需要增加兩個(gè)回?zé)峒訜崞?；更換三臺(tái)給水泵（二臺(tái)工作，一臺(tái)備用）；增設(shè)一些汽、水管道與一個(gè)減壓減溫器一臺(tái)備用）；增設(shè)一些汽、水管道與一個(gè)減壓減溫器III，投資，投資較大，改建也較麻煩。從能量的合理利用及長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效果來(lái)較大，改建也較麻煩。從能量的合理利用及長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效果來(lái)看，方案看，方案II是較合理的，它既滿足了工藝用熱的需要，又可節(jié)約是較合理的，它既滿足了工藝用熱的需要，又可節(jié)約14140噸標(biāo)準(zhǔn)煤。噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 385-3 熱（熱（）經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)）經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)一、一、 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的特點(diǎn)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的特點(diǎn)分析與能量有關(guān)的現(xiàn)代工程系統(tǒng)方法：

41、分析與能量有關(guān)的現(xiàn)代工程系統(tǒng)方法：第一定律分析法第一定律分析法利用系統(tǒng)能量平衡概念分析和完善所利用系統(tǒng)能量平衡概念分析和完善所 討論的系統(tǒng)，用各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)計(jì)算并評(píng)估它們的完善程度討論的系統(tǒng)，用各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)計(jì)算并評(píng)估它們的完善程度（又稱能平衡法又稱能平衡法）； 考慮能量的數(shù)量概念忽略各種不可逆損失?？紤]能量的數(shù)量概念忽略各種不可逆損失。第二定律分析法第二定律分析法利用熱力學(xué)勢(shì)可以給出各種形式下功利用熱力學(xué)勢(shì)可以給出各種形式下功的數(shù)值的概念評(píng)估和分析所討論系統(tǒng)任意點(diǎn)上的物流與能流的數(shù)值的概念評(píng)估和分析所討論系統(tǒng)任意點(diǎn)上的物流與能流的作功性能（包含熵分析法、的作功性能（包含熵分析法、分析法和能級(jí)分析

42、法）。分析法和能級(jí)分析法）。 對(duì)系統(tǒng)作性能分析而與系統(tǒng)的形式、結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度對(duì)系統(tǒng)作性能分析而與系統(tǒng)的形式、結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。70年代來(lái)年代來(lái)分析法與經(jīng)濟(jì)因素相結(jié)合產(chǎn)生了交叉學(xué)分析法與經(jīng)濟(jì)因素相結(jié)合產(chǎn)生了交叉學(xué)科科熱熱（）經(jīng)濟(jì)學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)。39 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)是熱力學(xué)第二定律分析法發(fā)展的一個(gè)重要分支：是熱力學(xué)第二定律分析法發(fā)展的一個(gè)重要分支： 把熱力學(xué)第二定律分析法與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái)把熱力學(xué)第二定律分析法與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái)的產(chǎn)物的產(chǎn)物把技術(shù)和經(jīng)濟(jì)融合在一起的全新技術(shù)，適用于解決把技術(shù)和經(jīng)濟(jì)融合在一起的全新技術(shù)，適用于解決大型的、復(fù)大型的、復(fù)雜的生產(chǎn)能量和消耗能量的工程系統(tǒng)雜的生產(chǎn)

43、能量和消耗能量的工程系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。的分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。 熱力學(xué)研究熱力學(xué)研究注重于對(duì)熱力過(guò)程的描述、熱工參數(shù)的計(jì)算以及注重于對(duì)熱力過(guò)程的描述、熱工參數(shù)的計(jì)算以及熱力系統(tǒng)中能流和物流變化的計(jì)算。熱力系統(tǒng)中能流和物流變化的計(jì)算。 熱力學(xué)方案比較、使用單純的熱力學(xué)特性量，如效率、有效熱力學(xué)方案比較、使用單純的熱力學(xué)特性量，如效率、有效利用系數(shù)、熵增、不可逆性和利用系數(shù)、熵增、不可逆性和耗損等等耗損等等 經(jīng)濟(jì)學(xué)研究經(jīng)濟(jì)學(xué)研究著重經(jīng)濟(jì)行為的分析著重經(jīng)濟(jì)行為的分析 使用成本、價(jià)格、利潤(rùn)、利息率以及其它經(jīng)濟(jì)信息。使用成本、價(jià)格、利潤(rùn)、利息率以及其它經(jīng)濟(jì)信息。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的特點(diǎn)的特點(diǎn)： 熱力學(xué)

44、參量與經(jīng)濟(jì)信息參量之間找到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合點(diǎn)，使雖以熱力學(xué)參量與經(jīng)濟(jì)信息參量之間找到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合點(diǎn)，使雖以第二定律分析法為基礎(chǔ)，但得到以給出經(jīng)濟(jì)量表示的答案第二定律分析法為基礎(chǔ)，但得到以給出經(jīng)濟(jì)量表示的答案。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的特點(diǎn)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的特點(diǎn)A：40 第一定律分析法沒(méi)有環(huán)境概念第一定律分析法沒(méi)有環(huán)境概念，只使用一個(gè)能量的概念，只使用一個(gè)能量的概念，是單純地以能量平衡和物質(zhì)平衡為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的一種方法。是單純地以能量平衡和物質(zhì)平衡為基礎(chǔ)進(jìn)行分析的一種方法。 第二定律分析法有一個(gè)環(huán)境第二定律分析法有一個(gè)環(huán)境物理環(huán)境。取一定的環(huán)境為物理環(huán)境。取一定的環(huán)境為基準(zhǔn)，確定體系中的物質(zhì)所具有的基準(zhǔn)，確定體系中的物質(zhì)所具

45、有的值。值。不僅是取決于體系不僅是取決于體系本身，而且還取決于環(huán)境的參數(shù)。本身，而且還取決于環(huán)境的參數(shù)。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的特點(diǎn)的特點(diǎn)： 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法具有兩個(gè)環(huán)境熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法具有兩個(gè)環(huán)境 物理環(huán)境；物理環(huán)境； 經(jīng)濟(jì)環(huán)境經(jīng)濟(jì)環(huán)境 依照熱力學(xué)方法想象的，隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的改變而改變。依照熱力學(xué)方法想象的，隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的改變而改變。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析除了研究熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析除了研究體系與自然環(huán)境體系與自然環(huán)境之間的相互作用外，之間的相互作用外，還要研究還要研究體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量間體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量間的相互作用的相互作用 。B：C：41二、二、 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的基礎(chǔ)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的基礎(chǔ)1.

46、 方法的基本概念方法的基本概念 1932年美國(guó)麻省理功學(xué)院年美國(guó)麻省理功學(xué)院J.H.Keenan等提出等提出可用能函數(shù)可用能函數(shù)表示表示 能量質(zhì)概念；能量質(zhì)概念； 1868年年Tait第一次使用第一次使用availability的概念；的概念； 1871年年axwell使用使用 了了available energy； 1873年年Gibbs和和1889年年Gouy提出了提出了 封閉系可用能封閉系可用能的概念；的概念； 1889年年Stodola導(dǎo)出導(dǎo)出穩(wěn)流系的最大功穩(wěn)流系的最大功，并，并 和和Gouy同時(shí)但獨(dú)立地同時(shí)但獨(dú)立地 把可用能損失與熵產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，奠定了第一定律與第二定律把可用能損失與熵

47、產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，奠定了第一定律與第二定律 結(jié)合的基礎(chǔ)；結(jié)合的基礎(chǔ)； 20世紀(jì)世紀(jì)50年年代德國(guó)學(xué)者對(duì)能的概念進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出代德國(guó)學(xué)者對(duì)能的概念進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出能能= +，明確，明確是能量中可無(wú)限轉(zhuǎn)換的部是能量中可無(wú)限轉(zhuǎn)換的部 分，分，是不可轉(zhuǎn)是不可轉(zhuǎn) 換部分，統(tǒng)一了換部分，統(tǒng)一了“”參數(shù)名稱參數(shù)名稱英文英文exergy，德文，德文exergie。422、 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展軌跡熱經(jīng)濟(jì)學(xué)發(fā)展軌跡 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)是熱力學(xué)與經(jīng)濟(jì)因素分析結(jié)合的產(chǎn)物，起源于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)是熱力學(xué)與經(jīng)濟(jì)因素分析結(jié)合的產(chǎn)物，起源于20世世紀(jì)紀(jì)50年代末，年代末，60年代形成完整體系。最早稱為年代形成完整體系。最早稱為“孤立化孤立化”模式模

48、式的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)。的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的創(chuàng)始人熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的創(chuàng)始人M .Tribus把一個(gè)復(fù)雜的能量系統(tǒng)劃分成若把一個(gè)復(fù)雜的能量系統(tǒng)劃分成若干干“子系統(tǒng)子系統(tǒng)”，首創(chuàng)通過(guò)子系統(tǒng)，首創(chuàng)通過(guò)子系統(tǒng)逐個(gè)尋優(yōu)逐個(gè)尋優(yōu)達(dá)到全局最優(yōu)的目的。達(dá)到全局最優(yōu)的目的。 為使系統(tǒng)各個(gè)局部最優(yōu)即意味著系統(tǒng)全局最優(yōu)，各子系統(tǒng)必為使系統(tǒng)各個(gè)局部最優(yōu)即意味著系統(tǒng)全局最優(yōu)，各子系統(tǒng)必須滿足須滿足熱經(jīng)濟(jì)孤立化熱經(jīng)濟(jì)孤立化條件。條件。 熱經(jīng)濟(jì)孤立化的基本思想熱經(jīng)濟(jì)孤立化的基本思想熱系統(tǒng)的某一部分在熱孤立熱系統(tǒng)的某一部分在熱孤立化的情況下，可以從其它部分中孤立出來(lái)，這時(shí)，它在經(jīng)濟(jì)上化的情況下，可以從其它部分中孤立出來(lái)，這時(shí)，它在經(jīng)濟(jì)上的

49、每一種聯(lián)系可被一組唯一穩(wěn)定的拉格朗日乘子所充分描寫(xiě)的每一種聯(lián)系可被一組唯一穩(wěn)定的拉格朗日乘子所充分描寫(xiě)。 熱孤立化方法通過(guò)僅熱孤立化方法通過(guò)僅優(yōu)化子系統(tǒng)自身優(yōu)化子系統(tǒng)自身，不必確定它對(duì)系統(tǒng)，不必確定它對(duì)系統(tǒng)其它部分的影響，就能其它部分的影響，就能保證全系統(tǒng)尋優(yōu)保證全系統(tǒng)尋優(yōu)的一種充分必要條件。的一種充分必要條件。本質(zhì)是本質(zhì)是拉格朗日待定乘子法分散優(yōu)化拉格朗日待定乘子法分散優(yōu)化。 R.Evans對(duì)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化原理進(jìn)行了數(shù)學(xué)論證。對(duì)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化原理進(jìn)行了數(shù)學(xué)論證。43 20世紀(jì)世紀(jì)70年代又形成了以年代又形成了以R.Gaggioli為首的所謂為首的所謂“代數(shù)代數(shù)”模模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)式熱經(jīng)濟(jì)學(xué) 近年

50、來(lái)又出現(xiàn)了近年來(lái)又出現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)系數(shù)結(jié)構(gòu)系數(shù)”模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)、模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)、“矩陣矩陣”模模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)（又稱符號(hào)式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)（又稱符號(hào)經(jīng)濟(jì)學(xué)）。經(jīng)濟(jì)學(xué)）。 總之：總之： 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)把熱力學(xué)分析法與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法（優(yōu)化）結(jié)合在熱經(jīng)濟(jì)學(xué)把熱力學(xué)分析法與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法（優(yōu)化）結(jié)合在一起，分析與優(yōu)化相輔相成。分析的結(jié)果可給出一起，分析與優(yōu)化相輔相成。分析的結(jié)果可給出在系統(tǒng)各部位在系統(tǒng)各部位上上流及經(jīng)濟(jì)信息流的分布，從而發(fā)現(xiàn)那些地方存在著最大的流及經(jīng)濟(jì)信息流的分布，從而發(fā)現(xiàn)那些地方存在著最大的改進(jìn)潛力。優(yōu)化方法則從系統(tǒng)整體的角度給出系統(tǒng)的某一局部改進(jìn)潛力。優(yōu)化方法則從系統(tǒng)整體的角度給出系統(tǒng)的某一局部改進(jìn)或某一參數(shù)改

51、進(jìn)對(duì)全系統(tǒng)的影響改進(jìn)或某一參數(shù)改進(jìn)對(duì)全系統(tǒng)的影響。443、熱經(jīng)濟(jì)分析的關(guān)鍵、熱經(jīng)濟(jì)分析的關(guān)鍵 的定價(jià)的定價(jià) 方法和經(jīng)濟(jì)分析方法相結(jié)合的關(guān)鍵是方法和經(jīng)濟(jì)分析方法相結(jié)合的關(guān)鍵是的定價(jià)的定價(jià)，問(wèn)題，問(wèn)題的復(fù)雜在于每種模式可以有幾種形式的價(jià)格。的復(fù)雜在于每種模式可以有幾種形式的價(jià)格。代數(shù)定價(jià)方法：代數(shù)定價(jià)方法：一個(gè)分成若干子系統(tǒng)的復(fù)雜能量系統(tǒng)，一個(gè)分成若干子系統(tǒng)的復(fù)雜能量系統(tǒng)，價(jià)格分成價(jià)格分成外部?jī)r(jià)格外部?jī)r(jià)格系統(tǒng)輸入和輸出系統(tǒng)輸入和輸出的定價(jià)的定價(jià)，由市場(chǎng)價(jià)格確定由市場(chǎng)價(jià)格確定內(nèi)部?jī)r(jià)格內(nèi)部?jī)r(jià)格子系統(tǒng)之間交易的子系統(tǒng)之間交易的的定價(jià)，特征：的定價(jià)，特征：沒(méi)有利潤(rùn)沒(méi)有利潤(rùn)， 即這種即這種價(jià)格僅計(jì)算各子系統(tǒng)

52、加工價(jià)格僅計(jì)算各子系統(tǒng)加工所消耗所消耗 的成本，這種成本沿子系統(tǒng)逐級(jí)增值，因此，的成本，這種成本沿子系統(tǒng)逐級(jí)增值，因此， 這種價(jià)格也稱這種價(jià)格也稱“傳遞價(jià)格傳遞價(jià)格” 45考慮圖示各子系統(tǒng)依次排列成鏈?zhǔn)降哪芰肯到y(tǒng)考慮圖示各子系統(tǒng)依次排列成鏈?zhǔn)降哪芰肯到y(tǒng)Exin、Expr分別為輸入分別為輸入流和輸出流和輸出流；流；Ck第第k個(gè)子系統(tǒng)輸出產(chǎn)品的總成本；個(gè)子系統(tǒng)輸出產(chǎn)品的總成本；Cnk第第k個(gè)子系統(tǒng)消耗的非能量費(fèi)用，如折舊、工資等；個(gè)子系統(tǒng)消耗的非能量費(fèi)用，如折舊、工資等；ck,k+1第第k個(gè)子系統(tǒng)向第個(gè)子系統(tǒng)向第k+1個(gè)子系統(tǒng)輸送的個(gè)子系統(tǒng)輸送的單價(jià)單價(jià)1EX1Cn 12EX2Cn 2EX1kCn

53、 kmEXmCn mEXkEXkEX2Exm=EXpr= EXin系統(tǒng)系統(tǒng)1向子系統(tǒng)向子系統(tǒng)2輸送的輸送的值。值。 X1EEX2向子系統(tǒng)向子系統(tǒng)2輸入的輸入的值。值。 46對(duì)子系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)1，列，列成本方程：成本方程：112x1inx,in1( )nCc Ec ECA子系統(tǒng)子系統(tǒng)1 1輸出產(chǎn)品的總成本輸出產(chǎn)品的總成本 對(duì)子系統(tǒng)對(duì)子系統(tǒng)2列列成本方程：子系統(tǒng)成本方程：子系統(tǒng)1向向2輸出輸出價(jià)是無(wú)利潤(rùn)價(jià)是無(wú)利潤(rùn)價(jià)價(jià)223x212x22( )nCc Ec ECB子系統(tǒng)子系統(tǒng)2 2輸出產(chǎn)品的總成本輸出產(chǎn)品的總成本A代入代入B，得子系統(tǒng)，得子系統(tǒng)2輸出產(chǎn)品總成本為：輸出產(chǎn)品總成本為：212inx,in1

54、2( )nnnCCCc ECCC依次類(lèi)推依次類(lèi)推inx,in1()kkniiCc ECDEX1=EX2輸入輸入單價(jià)單價(jià)1EX1Cn 1EX1= EX,in2EX2Cn 2EX247根據(jù)設(shè)備根據(jù)設(shè)備效率的概念效率的概念x2x1EEx1x1 1X,in1EEE類(lèi)推類(lèi)推x,x,in1kkiiEE所以式所以式 D inx11( )kkknikiiic ECCF第第i個(gè)子系統(tǒng)的個(gè)子系統(tǒng)的傳遞效率。傳遞效率。x2x22EEinx,in1()kkniiCc ECDx2x1 12x,in12EEE2EX2Cn 2EX21EX1Cn 1EX1= EX,in48子系統(tǒng)子系統(tǒng) k 輸出的單位輸出的單位成本成本in1

55、x,in1kniikiiCcExkkkCcE1inx,inin11kniikkkiiCc Ecc子系統(tǒng)子系統(tǒng)k的的單位單位成本增長(zhǎng)系數(shù)成本增長(zhǎng)系數(shù)xx,in1kkiiEEinx11( )kkknikiiic ECCFin1x1knikikiiCcEin( )kcG494、 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析常用的數(shù)學(xué)模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析常用的數(shù)學(xué)模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)計(jì)統(tǒng)計(jì)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)計(jì)統(tǒng)計(jì)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析的會(huì)計(jì)統(tǒng)計(jì)模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析的會(huì)計(jì)統(tǒng)計(jì)模式 熱力學(xué)方面包括對(duì)全系統(tǒng)熱力學(xué)方面包括對(duì)全系統(tǒng)（如整個(gè)工廠如整個(gè)工廠）的過(guò)程不可逆性的過(guò)程不可逆性的搜索，這些不可逆性之間的相互影響并探索系統(tǒng)流程可行的改的搜索，這

56、些不可逆性之間的相互影響并探索系統(tǒng)流程可行的改進(jìn)方案。做這些工作的基本工具是進(jìn)方案。做這些工作的基本工具是函數(shù)，把函數(shù)，把當(dāng)成一切物流熱當(dāng)成一切物流熱力學(xué)值的尺度，跟蹤全系統(tǒng)的力學(xué)值的尺度，跟蹤全系統(tǒng)的流。流。 經(jīng)濟(jì)方面是對(duì)進(jìn)入和流出的各價(jià)值流的追蹤，使用的基本經(jīng)濟(jì)方面是對(duì)進(jìn)入和流出的各價(jià)值流的追蹤，使用的基本工具為度量各物流和能流經(jīng)濟(jì)價(jià)值的工具為度量各物流和能流經(jīng)濟(jì)價(jià)值的“價(jià)值流價(jià)值流”。 最后，把兩種流最后，把兩種流（流和經(jīng)濟(jì)價(jià)值流和經(jīng)濟(jì)價(jià)值）匯合在一起，形成一匯合在一起，形成一張張流走向和單位流走向和單位流經(jīng)濟(jì)價(jià)值表，在兩種流之間作權(quán)衡、取流經(jīng)濟(jì)價(jià)值表，在兩種流之間作權(quán)衡、取舍得最佳方案

57、。舍得最佳方案。 通過(guò)會(huì)計(jì)統(tǒng)計(jì)方法找出值得進(jìn)一步探討區(qū)域，用優(yōu)化方通過(guò)會(huì)計(jì)統(tǒng)計(jì)方法找出值得進(jìn)一步探討區(qū)域，用優(yōu)化方法求取最優(yōu)方案法求取最優(yōu)方案在一組約束條件下對(duì)目標(biāo)函數(shù)求極值。在一組約束條件下對(duì)目標(biāo)函數(shù)求極值。50 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化，基于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化的概念，用分區(qū)的辦法熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化，基于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化的概念，用分區(qū)的辦法來(lái)求取各區(qū)的局部最優(yōu)，通過(guò)對(duì)各區(qū)的局部尋優(yōu)達(dá)到全局最優(yōu)。來(lái)求取各區(qū)的局部最優(yōu)，通過(guò)對(duì)各區(qū)的局部尋優(yōu)達(dá)到全局最優(yōu)。熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化是拉格朗日待定乘子法分散優(yōu)化的發(fā)展熱經(jīng)濟(jì)學(xué)孤立化是拉格朗日待定乘子法分散優(yōu)化的發(fā)展。 能量系統(tǒng)通常總是包含著許多具體設(shè)備，特別是大型的綜合能量系統(tǒng)通?？偸?/p>

58、包含著許多具體設(shè)備，特別是大型的綜合裝置，總體優(yōu)化常常很困難。熱孤立化著眼于總體優(yōu)化，但從裝置，總體優(yōu)化常常很困難。熱孤立化著眼于總體優(yōu)化，但從個(gè)別部件或設(shè)備的優(yōu)化著手，通過(guò)各別設(shè)備的局部?jī)?yōu)化達(dá)到全個(gè)別部件或設(shè)備的優(yōu)化著手，通過(guò)各別設(shè)備的局部?jī)?yōu)化達(dá)到全局的系統(tǒng)優(yōu)化。局的系統(tǒng)優(yōu)化。 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化分析模式熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化分析模式515-4 輸出功率最大時(shí)內(nèi)可逆熱機(jī)的效率輸出功率最大時(shí)內(nèi)可逆熱機(jī)的效率經(jīng)典熱力學(xué)經(jīng)典熱力學(xué)即平衡態(tài)熱力學(xué)是建立在即平衡態(tài)熱力學(xué)是建立在平衡態(tài)平衡態(tài)概念及從自然現(xiàn)概念及從自然現(xiàn) 象總結(jié)概括得到的基本定律的基礎(chǔ)上的。經(jīng)典熱力學(xué)在象總結(jié)概括得到的基本定律的基礎(chǔ)上的。經(jīng)典熱力學(xué)在 “

59、基本概念運(yùn)用范圍內(nèi)是不會(huì)被推翻的基本概念運(yùn)用范圍內(nèi)是不會(huì)被推翻的”。系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)可逆可逆地轉(zhuǎn)換到另一狀態(tài)可以得到地轉(zhuǎn)換到另一狀態(tài)可以得到最大功最大功， 一切一切不可逆不可逆過(guò)程都要造成過(guò)程都要造成作功能力損失作功能力損失。因此，可逆過(guò)。因此，可逆過(guò) 程是經(jīng)典熱力學(xué)問(wèn)題的最優(yōu)解。但是可逆過(guò)程需要系統(tǒng)程是經(jīng)典熱力學(xué)問(wèn)題的最優(yōu)解。但是可逆過(guò)程需要系統(tǒng) 保持內(nèi)部平衡，保持系統(tǒng)與外界總熵不變，所有的實(shí)際保持內(nèi)部平衡，保持系統(tǒng)與外界總熵不變，所有的實(shí)際 過(guò)程永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到過(guò)程永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到 。 一、一、 引言引言52卡諾循環(huán)的熱效率卡諾循環(huán)的熱效率 Lt,CH1TT 熱機(jī)內(nèi)進(jìn)行的過(guò)程可逆（內(nèi)可

60、逆）熱機(jī)內(nèi)進(jìn)行的過(guò)程可逆（內(nèi)可逆） 熱機(jī)與熱源間的換熱過(guò)程也可逆（外可逆）熱機(jī)與熱源間的換熱過(guò)程也可逆（外可逆）熱機(jī)與熱源換熱溫差無(wú)限?。簾釞C(jī)與熱源換熱溫差無(wú)限小： 換熱器表面積非常大換熱器表面積非常大換熱時(shí)間非常長(zhǎng)換熱時(shí)間非常長(zhǎng)換熱表面受到機(jī)器尺寸及成本的制約，換熱表面受到機(jī)器尺寸及成本的制約，換熱時(shí)間受熱機(jī)輸出功率限制。換熱時(shí)間受熱機(jī)輸出功率限制。 內(nèi)可逆機(jī)與內(nèi)可逆機(jī)與熱源和冷源熱源和冷源進(jìn)行不可逆進(jìn)行不可逆換熱時(shí)熱機(jī)換熱時(shí)熱機(jī)能達(dá)到最大能達(dá)到最大輸出功率問(wèn)輸出功率問(wèn)題。題。 要求：要求：53 在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的熱機(jī)，其效率極限是卡在兩個(gè)不同溫度的恒溫?zé)嵩撮g工作的熱機(jī)，其效率