1、一、水蒸汽动力循环基础主要内容,1、热力学基本定律2、卡诺循环3、水蒸汽及其物性参数4、朗肯循环及其改进5、现代典型火力发电厂热力系统示例,1.1 热力学基本定律1.1.1 热力学基本定律的实质,1、热力学基本定律的研究任务研究热能和机械能相互转化的基本规律例如：各种电厂的能源转换基本过程火电厂：燃料化学能热能机械能电能核电厂：重核裂变能热能机械能电能水电厂： 水能机械能电能任何由热能产生机械功都必须遵循的基本规律，否则就会出现永动机2、热力学基本定律热力学第一定律能量守恒热力学第二定律能量品位,1.1 热力学基本定律1.1.2 热力学第一定律,1、热力学第一定律的表述各种说法热可以变为功，功
2、也可以变为热；一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时，也必出现相应数量的热；彻底否定了第一类永动机。2、热力学第一定律的实质能量转换及守恒定律在热现象上的应用,1.1 热力学基本定律1.1.3 热力学第二定律,1、热力学第二定律的表述各种说法热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。只冷却一个热源而连续做功的循环发动机是造不成功的。在经历任意过程之后，孤立系统的熵只会增加或保持不变，但永远不会减少。（熵增定律）彻底否定了第二类永动机2、热力学第二定律的实质一切事物都具有方向性：热、功之间的相互转化也具有方向性：有序无序，无条件的，功热；无序有序，有条件的，热功。能量
3、是有品位的给定的热量，有多少可以转化为机械能？,1.2 卡诺循环1.2.1 卡诺循环,1、卡诺循环的构成由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程所构成的动力循环。温熵图：12：定温吸热过程23：绝热膨胀做功过程34：定温放热过程41：绝热压缩耗功过程循环净功,1.2 卡诺循环1.2.1 卡诺循环,2、卡诺循环效率3、结论卡诺循环是理想循环，具有最高的效率，其他循环中存在各种损失，其效率必低于卡诺循环效率仅取决于热源温度：T1冷源温度：T2效率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汽= 水亚临界参数ppc经历湿蒸汽的汽化阶段汽 水,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.3 火电厂做功工质
4、水及水蒸气,1、工质用以实现系统与外界能量交换的媒介物质研究系统的状态、参数、过程等，实际上就是研究工质的循环工作状态火力发电厂：水及水蒸汽制冷循环：氟利昂2、水及水蒸汽物性图表（1）焓熵表（2）焓熵图（3）水及水蒸汽物性计算软件包,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程1、换热器内定压流动过程,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程1、换热器内定压流动过程,（1）无流动阻力定压流动换热过程只和外界有热量交换，而无功交换工质在换热器内所吸收（或放出）的热量等于工质焓的升高（或减少）。（ 2）应用：热力发电厂中各种换热设备锅炉及其各受热面给水回热加热器凝汽器,
5、1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程2、汽轮机内的绝热流动过程,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程2、汽轮机内的绝热流动过程,（1）与外界无热交换的绝热流动过程将蒸汽热能转变成机械功；对外所做的功等于工质的焓降。（2）应用：各种类型的汽轮机,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程3、通过喷嘴的绝热流动,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程3、通过喷嘴的绝热流动,（1）绝热流动过程将工质的热能转化为汽流的动能；在工质在流动中不对外做功；喷嘴的出口速度为通过喷嘴的流量,（2）喷嘴喷嘴的种类（按外形）A 渐缩喷管沿流动方
6、向，截面积逐渐变小；B 缩放喷管沿流动方向，截面积先逐渐变小，在逐渐变大，其截面积最小的部位称之为喉部；喷嘴内的流动特点A 音速,1.3 水蒸汽及其物性参数1.3.4 水蒸气典型热力过程3、通过喷嘴的绝热流动,声音在介质中的传播速度，是介质的固有属性。eg：空气中常温下，音速为340m/s（约1200km/h）a亚音速流动ca，介质流动的速度大于当地音速。B 喷嘴一般是由于将工质加速的（热能、势能转化为工质的动能），其内部流动规律（机理）取决于喷嘴的形状、工质的特性。a渐缩喷管：其出口速度小于或等于音速；b缩放喷管：在喉部达到音速，其出口为超音速（3）喷嘴的应用（1）汽轮机内部实现热能转化为功
7、的部件；（2）射流泵、水枪；（3）火箭,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.1 朗肯循环1、图解过程,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.1 朗肯循环2、过程描述,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.1 朗肯循环3、朗肯循环的热效率,（1）朗肯循环所产生的净功汽轮机输出功与水泵耗功之差从热源的吸热量与向冷源的放热量之差两者是一致的，数量上即为Ts图上循环包围的面积。,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.1 朗肯循环3、朗肯循环的热效率,（2）朗肯循环的热效率忽略水泵耗功（仅占1.5左右）则：其中，h3为凝汽器压力下的饱和水焓h 2 。,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.1 朗肯循环4、影响朗肯循环效率
8、的因素,（1）主要影响因素：由公式：h1、 h2 、 h2 T p1 、 t1 h1 p2 h2 、 h2 总之：从循环的角度提高初参数，降低终参数提高平均吸热温度，降低平均放热温度提高热源温度，降低冷源温度（2）具体影响系列化参数在我国，经过多年的研究，对于特定容量的机组，所选用的水蒸汽参数已形成系列化参数,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.2 再热循环,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.2 再热循环,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：在朗肯循环的基础上，将做过部分功的蒸汽从汽轮机的某一中间位置（一般为高压缸排汽）抽出来，通过管道送回锅炉
9、内的再热器，使之再加热到与过热器出口过热蒸汽相同或稍高的温度，然后返回到汽轮机的中、低压缸继续膨胀做功，直至达到终压。3、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；（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。,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.3 给水回热循环,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.3 给水回热循环,1采用给水回热循环的目的：提高给水温度 提高吸热过程平均吸热温度 提高循环效率减少汽轮机排汽量 减少冷源损失 提高循环效率2回热循环的描述在朗肯循环基础上，从汽轮机的某些中间部位抽出一部
10、分做过功的蒸汽，送入回热加热器中用来加热凝汽器来的凝结水，使锅炉的入口水温提高。由于锅炉中水的预热起点温度提高，工质在锅炉内的平均吸热温度T；将提高，故可使循环热效率提高。一般超高压以上的机组采用79级回热。3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,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.4 热电联产循环,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.4 热电联产循环,1凝汽式发电机组：以发电为主的蒸汽动力循环，大量的乏汽排入凝汽器被冷却凝结成凝结水，释放了大量的汽化潜热，这一损失是不可避免的，称之为冷源损失，是循环效率低下的主要原因。2热电联产所谓热电联产循环就是将电能生产和热能
11、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）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。因而引入热量有效利用系数：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。,1.4 朗肯循环及其改进 1.4.4 热电联产循环,3热电联产的方式（1）背压式汽轮机以热定电；（2）调整抽汽供热式汽轮机能在一定范围内同时满足发电和供热的要求。,1.5 现代典型火力发电厂热力系统示例1.5.1 火力发电厂生产过程,1.5 现代典型火力发电厂热力系统示例1.5.2 国产600MW机组原则性热力系统,小 结,1、热力学基本定律由热做功的基本规律热力学第一定律热力学第二定律2、卡诺循环热功转化的最高效率和方向3、水蒸汽及其物性参数水蒸汽基本物性参数水蒸汽典型热力过程,4、朗肯循环及其改进朗肯循环再热循环给水回热循环热电联产5、现代典型火力发电厂热力系统示例以朗肯循环为基础了解火电厂生产过程了解火电厂主要生产设备,
