熱力系統(tǒng)講稿

熱力系統(tǒng)講稿

緒論

一、能源與社會

1、能源的概念

能源是一種自然資源，它在一定條件卜可以轉(zhuǎn)換成人類所需要的各種形式的能量。

2、自然界的能源來源

（I）太陽的輻射能：且通過各種形式的轉(zhuǎn)化過程儲存在地球上。主要包括：太陽的直接幅射

能；通過水、空氣轉(zhuǎn)化成的水能、風能。通過生物轉(zhuǎn)化的煤、石油、天然氣、薪柴等。

此類能源為自然界能源的主要來源。

（2）地球本身蘊藏的能源，如地球內(nèi)部的核能、地熱能等。

（3）地球與其他天體相互作用而產(chǎn)生的能源，如潮汐能等。

3、能源分類

一次能源：存在于自然界的未經(jīng)加工或轉(zhuǎn)換的能源，如上述的煤炭、石油、天然氣、植物燃料、水能、

風能，以及太陽能、原子能、地熱能、潮汐能等。

二次能源：由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換而來的能源，如電能、蒸汽、煤氣、焦炭以及各種石油制品、沼

包、酒精等。

常規(guī)能源：煤灰、石油、天然氣、水力。

新能源：太陽能、地熱、風能、核能、潮汐能、生物質(zhì)能。

4.能源與社會關(guān)系

人類生存的根本條件之一：物質(zhì)、能量和信息

能源是社會存在與開展的根底，任何生產(chǎn)過程與生活，都離不開能源。能源利用的每一次演變，都

導(dǎo)致了生產(chǎn)技術(shù)的重大飛躍，甚至整個社會的變革。

能源在人類社會開展中的作用

時代能源利用方式能源利用特點

遠古時代鉆木取火能源是維持生命的根本條件

18世紀蒸汽機實現(xiàn)了熱能與機械能之間的

轉(zhuǎn)化，開啟了第一次工業(yè)革命

19世紀內(nèi)燃機現(xiàn)代交通的根底

電的出現(xiàn)，蒸汽輪機將熱能轉(zhuǎn)電氣化的時代

化為電能

20世紀上半葉大電力系統(tǒng)的實現(xiàn)現(xiàn)代物質(zhì)文明根底之一

裂變反響的發(fā)現(xiàn)奠定核武器與核電的根底

燃氣輪機的問世使超聲速飛行成為現(xiàn)實

下半葉能源危機化石燃料資源有限

環(huán)境污染化石燃料造成嚴重污染

可持續(xù)開展能源結(jié)構(gòu)

每一個國家的國民經(jīng)濟開展與能源消費量之間都有著密切的關(guān)系。能源消費量的增加和國民生產(chǎn)總

值的增長根本成正比關(guān)系。能源的平均消費水平在一定程度上也反映了一個國家的工業(yè)興旺程度。工業(yè)

興旺國家的總?cè)丝谡际澜缛丝诘娜种?，卻用去世界能源總消費量的80%。按人口平均，工業(yè)興旺國

家每年人均能源消費5.5噸標煤，世界人均能源消費2.3噸標煤，而我國人均能源消費只有Q8噸標煤。

5、我國的能源現(xiàn)狀和能源政策

能源現(xiàn)狀：

地域遼闊，人口眾多，資源比擬豐富。

絕對量在世界上居前幾位，按人均所處水平卻不高。

我國能源分布很不均衡,煤炭集中于華北、西北地區(qū),水電集中于西南地區(qū),石油集中于東北和西

北地區(qū)，核資源情況不夠明朗。

資源產(chǎn)地和消耗中心相距甚遠。

在我國能源消費中，煤占66%左右，石油、天然氣占26%左右，水能占7%左右。

世界的能源消費狀況為石油占39.3%、煤炭28.8%、天然氣占21.6%。

能源存在的問題：

1、能源資源人均擁有量低，優(yōu)質(zhì)燃料比例低，分布不均。

*煤可采儲量1145噸

世界平均量的一半

高灰煤（25%以上）多

高硫煤（2-4%以上）多

2、一次能源以煤為主，科學(xué)問題復(fù)雜，造成的污染嚴重。

*受資源的限制，在相當長的時期內(nèi)，以煤為主要能源的局面無法根本改變

1998年71.6%

2020年60%不到

2050年50%不到

3、能源效率低，一次能源轉(zhuǎn)化為電能的比例低

利用效率約30%,比世界先進水平低20%

4.人均能耗低，能源需求量巨大

*總能耗

均列世界第二

*人均能耗為世界平均量的一般，美國的10%

*人均生活用電量僅為美國的2%

還有數(shù)千萬人口為用上電

這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，不僅導(dǎo)致運輸緊張，污染嚴重，而且能源利用率較低。現(xiàn)在，我國總的

能源利用率約為30%,而美國為51%,日本為57%,我國一次能源轉(zhuǎn)換成電力的比例很低。1987年底,

能源轉(zhuǎn)換成電力的比例仍只有22%,而同年的西方工業(yè)國家平均為36%。電氣化程度地，已經(jīng)成為影響

我國技術(shù)進步和社會開展的一個重要因素。盡管我國能源工業(yè)經(jīng)過四十多年的建設(shè)，已經(jīng)取得了長足的

正展，但是能源的供給仍然滿足不了生產(chǎn)開展的需要。能源問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟開展的一個突出問題。

我國的能源政策：

堅持開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位，大力調(diào)整能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)，推廣先進技術(shù)，調(diào)高能源開發(fā)

效率：堅持能源開發(fā)與環(huán)境治理同步進行，繼續(xù)理順能源產(chǎn)品價格；能源建設(shè)以電力為中心，以煤炭為

根底，加強石油、天然氣資源的勘探和開發(fā)，積極開展新能源。

能源開展戰(zhàn)略

我國應(yīng)以保障供給為主線，實施“節(jié)能優(yōu)先、供給平安、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、環(huán)境友好”的可持續(xù)開展戰(zhàn)略。

二、熱能工程

1、熱能工程與能源的關(guān)系（在能源中的地位）

熱能是二次能源，它是開展國民經(jīng)濟、提高人民生活水平必不可少的能量。在能源的總消耗中，以

熱能形式消耗的能量占58%以匕有的國家可達70%。在機械和電能消耗中，由熱能轉(zhuǎn)換而來的也占相

當大的比例。因此，熱能轉(zhuǎn)換與利用占總能耗的85~90%左右。

2、熱能工程的內(nèi)容及任務(wù)

熱能的消費包括生產(chǎn)用熱和生活用熱兩個方面。生產(chǎn)用熱是指生產(chǎn)過程中所消費的熱能，如生產(chǎn)工

藝過程中用于加熱、烘干、蒸煮、溶化、清洗和以蒸汽為動力，推動汽輪機做功發(fā)電以及蒸汽泵、蒸汽

錘等所消費的熱能。生活用熱是指人們口常生活所消費的熱能，如采暖、通風、空氣調(diào)節(jié)和熱水供給等

所消費的熱能。

熱能工程主要包括熱能的產(chǎn)生、輸送和轉(zhuǎn)換利用三大環(huán)節(jié)。熱能工作者的主要任務(wù)是研究熱能產(chǎn)生、

輸送和轉(zhuǎn)換,利用方面的理論和技術(shù),減少熱能的消耗，提高熱能利用率。具體地說,有以下幾方面任

務(wù)：

（1）提高熱能轉(zhuǎn)化和利用設(shè)備的效率，減少轉(zhuǎn)換次數(shù)和傳送距離。研究工業(yè)鍋爐、各種窯爐、燃燒

裝置等熱力設(shè)備的轉(zhuǎn)換理論，開發(fā)新技術(shù)，不斷改良設(shè)備，進一步提高熱效率。

（2）在熱力學(xué)定律指導(dǎo)下，從熱能的數(shù)量和質(zhì)量兩方面分析、計算和評價熱能利用方案。不但要考

慮熱能的數(shù)量，還要考慮熱能品位上下。高品位熱能要分級使用，例如采用聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)

產(chǎn)等。

（3）用系統(tǒng)工程的原理，實現(xiàn)整個企業(yè)或地區(qū)用能系統(tǒng)中的熱能、電能、機械能、余熱、余能的全

面綜合利用，使能源利用結(jié)構(gòu)到達最優(yōu)化。

（4）研究各種余熱回收技術(shù)，提高總的能源利用率。

（5）大力研究開發(fā)節(jié)能新技術(shù)，如高效低污染燃燒技術(shù)、高溫燃氣透平、高溫磁流體發(fā)電、高效小

溫差換熱設(shè)備、熱管技術(shù)、熱泵技術(shù)以及低品位能源的動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。

（6）開發(fā)研究太陽能、原子能、地熱能、海洋能等新能源的利用技術(shù)。

三、本課程的特點、內(nèi)容及學(xué)習(xí)方法

1、特點

對熱能工程的分析研究，通常需要從設(shè)備和系統(tǒng)兩方面入手。對于熱能產(chǎn)生以及轉(zhuǎn)換利用的設(shè)備已

由專門的課程（如：工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、換熱器、蒸汽輪機等）講授。但熱能的產(chǎn)生、輸送、轉(zhuǎn)換及

利用三個環(huán)節(jié)是有機聯(lián)系的一個完整的整體，僅局限于研究和采用高效、低耗的熱能產(chǎn)生和利用設(shè)備，

還不能到達整體節(jié)能的bl的。這就需要研究這些設(shè)備在用能系統(tǒng)中的合理組合以及熱能怎樣做到按質(zhì)、

分級地充分利用等問題。這些就是系統(tǒng)分析的任務(wù)，也是本課程《熱力系統(tǒng)》的主要研究內(nèi)容。

2、內(nèi)容

本課程立足于系統(tǒng)分析，對常見的一些熱力系統(tǒng)進行了全面系統(tǒng)的探討，介紹了這些熱力系統(tǒng)的組

成，分析了這些系統(tǒng)的用能合理性以及提高系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的措施。

火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)

熱電聯(lián)產(chǎn)與集中供熱系統(tǒng)

工業(yè)企業(yè)熱能利用系統(tǒng)

供熱管網(wǎng)設(shè)計和運行方面的理論和技術(shù)

熱能從熱能產(chǎn)生設(shè)備［熱源J平安、經(jīng)濟地輸送到熱能轉(zhuǎn)換和利用設(shè)備（熱用戶）是通過供熱管網(wǎng)

來實現(xiàn)的。本教材對供熱管網(wǎng)設(shè)計和運行方面的理論和技術(shù)進行了闡述。

在學(xué)習(xí)本課程之前，應(yīng)根本掌握《工程熱力學(xué)》、《傳熱學(xué)》、《工程流體力學(xué)》等方面的根本理論和

知識。

3、學(xué)習(xí)方法

?抓住根本，靈活運用

?與工程實際相結(jié)合

?內(nèi)容不要死記硬背，重在理解

?勤于動腦

第一章熱力系統(tǒng)概述

§1.1熱力系統(tǒng)的構(gòu)成

1、概念

熱能的產(chǎn)生、輸送、轉(zhuǎn)換和利用這三個環(huán)節(jié)相互銜接構(gòu)成一個有機聯(lián)系的系統(tǒng)。

舉例：

a.火力發(fā)電廠系統(tǒng)

b.區(qū)域鍋爐房供熱系統(tǒng)

2、構(gòu)成

1）熱源（鍋爐、太陽能、原子能）

2）管網(wǎng)1管道及附件，包括鹿門、疏水器、支架、補償器）

5）分析結(jié)果：

6）繪制圖表。

鍋爐熱流圖例

三、熱平衡的缺陷

L熱平衡只能反映外部損失（如排煙、散熱等），不能反映過程的內(nèi)部損失；

2、不同品位能量只考慮數(shù)量關(guān)系，沒有考慮質(zhì)量不同；

3、不適用不同品位能源同時存在的能源綜合利用系統(tǒng)。

§1.3熱力系統(tǒng)的火用分析法

一、火用的概念

火用（有效能）：在任何給定環(huán)境下，任何能量理論上能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪蔷植磕芰俊?/p>

火用表征能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪芰图夹g(shù)上的有用程度。

火用：E（J）

比火川：e（J/kg）

火無：A、a

能量:火用+火無

能級：火用與能量的比值，用4表示。

能級是反映能量的質(zhì)量好壞或品質(zhì)上下的重要指標。

能量的火用分析法：

采用火用分析法能反映實際用能過程中能量貶值的特點。

二、火用的計算

物質(zhì)之所以具有做功的能力，是由于物質(zhì)與環(huán)境之間存在著某種不平衡勢。由于自然界中能量的形

式千變?nèi)f化，火用值的計算方法也不一樣。有些內(nèi)容仍在討論和研究中，但熱力系統(tǒng)中常用的火用值計

算方法已經(jīng)非常成熟。

1、功源火用

其中，外（匕-匕）為克服環(huán)境壓力所做的擠壓功。

電功、軸功、熱力循環(huán)凈功為100%火用。

2、熱量火用

其中，％為卡諾系數(shù)。

3、封閉系統(tǒng)的火用

封閉系統(tǒng)從給定狀態(tài)以可逆方式轉(zhuǎn)變到環(huán)境狀態(tài)，并只與環(huán)境交換熱量時所作的最大有用功稱為封

閉系統(tǒng)的火用。

由能量方程：

ds-絲,bq=Tods

從給定狀態(tài)到環(huán)境狀態(tài)積分可得：

與之對應(yīng)，封閉系統(tǒng)的火無為：

4.穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)的火用（進入工質(zhì)所具有的火用）

單位質(zhì)量工質(zhì)流入系統(tǒng)的能量：

從給定狀態(tài)到環(huán)境狀態(tài)通過可逆方式轉(zhuǎn)變：

在可逆過程中，4夕="為"可得穩(wěn)定流動系統(tǒng)微元過程的火用為：

環(huán)境狀態(tài)下速度％=0，高度z0=0。對上式枳分，可得穩(wěn)定流動系統(tǒng)的火用為:

相應(yīng)的火無為：

忽略工質(zhì)的動能和位能時，系統(tǒng)的火用為：

在環(huán)境條件中，系統(tǒng)從狀態(tài)1可逆變化到狀態(tài)2時作出的最大功為兩個狀態(tài)火用值之差，即：

不計動能與位能時，為

5、理想氣體的火用

在給定狀態(tài)下理想氣體的火用，當忽略其動能和位能時，為

對于理想氣體，可利用氣體狀態(tài)方程用根本狀態(tài)參數(shù)p、T表示火用，以簡化計算。

由氣體狀態(tài)方程,(s-So)~f(p,T)

dh=CdT；ds=C〃dT-曲

P

由此，理想氣體的火用為：

其中，(T-7；))-7；,//?(—)為溫度火用，R"打(-巳)為壓力火用。

L"JP。

工程上常用到的氣體，如空氣、煙氣等實際氣體大多可按理想氣體計算，其火用可直接按上述各式

計算。

6、燃料火用

燃料火用是指燃料與氧完全燃燒反響后，以可逆方式轉(zhuǎn)變到完全平衡的環(huán)境狀態(tài)所能做出的最大

功。

標準燃料火用：規(guī)定l()5pa壓力下，25〃C時的燃料火用為標準燃料火用。

燃料化學(xué)火用的表示：

其中，為燃料的低位發(fā)熱量；”為標準環(huán)境溫度4=298.15K；徵為反響端增，即生成物的

病減去反響物的端的差值。

說明：

1)對于單組份燃料的化學(xué)火用，按上述公式計算得到的某此單組分燃料化學(xué)火用見課本列表1-1；

2)對于多組分氣體燃料的化學(xué)火用，當氣體燃料的成分時，可根據(jù)表1-1給出的單組分燃料化學(xué)

火用，按照下式計算多組分氣體燃料的化學(xué)火用：

其中，6為燃料各種組分的化學(xué)火用；為為各組分的體積分率；？為氣體常數(shù)，取

/?'=0.371V/(w3*/C)o

當氣體燃料的組成分子含有兩個以上的碳原子時，其化學(xué)火用可用下式近似計算：

式中，。〃為氣體燃料在標態(tài)下高位發(fā)熱量，單位為U/〃P。

3)對于液體和固體燃料，通常含有許多組分非常復(fù)雜的物質(zhì)，它們的成分很難確定，特別是固體

燃料，往往是由不穩(wěn)定的分子集合體組成。因此，往往采用近似公式計算其化學(xué)火用。

液體燃料的Rant式：c=0.975?！ǎ?/p>

固體燃料的Rant式：e=0+yW。

式中，產(chǎn)為環(huán)境溫度下水的汽化潛熱，單位為左//栩；W為燃料中水分的應(yīng)用基質(zhì)量分率。

7、化學(xué)反響火用

化學(xué)反映火用，是指反響前物質(zhì)具有的化學(xué)火用與反響后生成物的化學(xué)火用之間的差值，

對于放熱反響，反響火用應(yīng)計入反響前物系；對于吸熱反響，反響火用應(yīng)計入反響后物系。

三、火用平衡

1、框圖

火用平衡的框圖與熱平衡框圖類似

火用平衡框圖

圖中，4為物料帶入火用，即工質(zhì)帶入體系的火用；￡皿為物料帶出火用，即工質(zhì)帶出體系的火

用：耳”為供給火用，即外界供給體系的火用；耳刈為排出火用，即排出體系的火用；￡“，為體系回收利

用的火用。

2、火用平衡方程

根據(jù)熱力學(xué)定律，在穩(wěn)定狀態(tài)下，體系的總收入火用Z6.等于體系的總支出火用即：

由火用平衡模型框圖可知，

3、火用平衡根底

供入火用平衡：Em,；

全入火用平衡：E+E+E；

ETI=siinre

凈入火用平衡：ENi=Ehl-E(Hll

4、火用分析方法(相同)

5、火用評價指標

通常，采用火用效率7作為說明各種用能系統(tǒng)或設(shè)備的火用利用程度的評價指標。

對于各類換熱設(shè)備，以供給火用為根底時，其火用效率為：

火用效率=火用效率,即z="xl()O%

供給火用

Ein

對于石油、化工等裝置，以全入火用為根底時，裝置的火用效率為：

葉堊兒中油如有效火用輸入火用+回收火用HI1

全入火用全入火用

火用的回收效率為：

火用損率：火用損失和供給火用的比值通常稱為火用損率，用，表示:

常用設(shè)備的火用平衡和火用效率參加課本表1-4。

四、火用平衡與熱平衡的比照

熱平衡分析火用平衡分析

依據(jù)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一、二定律

平衡式〔輸入能量H輸出能量］=［儲存能量的變［消耗的火用H收益的火用網(wǎng)內(nèi)部不可

化］逆火用損失］+［外部火用損失］

特點不同質(zhì)的能量的數(shù)量平衡同質(zhì)能量的數(shù)量平衡

效率熱效率77火用效率

有效利用能量有效利用火用

’7供給能量“供給火用

其分了?分母常常是不同質(zhì)的能量其分廣分母為同質(zhì)能量

兩種效率的關(guān)系

7=沏

作用反映外部能量損失能同時反映內(nèi)部和外部火用損失

例：熱力發(fā)電廠設(shè)備的能最損失與火用損失

設(shè)備能量損失占輸入能量的比例火用損失占輸入火用的比例

%%

鍋爐949

鍋爐內(nèi)各過燃燒過程—

程損失傳熱過程——

煙道損失——

擴張段損失—

汽輪機極小4

凝汽器47

加熱器極小

其他3

合計5961

§1.4總能系統(tǒng)的概念

一、總能系統(tǒng)定義

總能系統(tǒng)原為天然氣銷售公司的廣告用語，意為用一種燃料可滿足用戶所有的能量需求）

充分合理的利用能量的數(shù)量和質(zhì)量的能量供給系統(tǒng)。

二、總能系統(tǒng)的優(yōu)化

總能系統(tǒng)的優(yōu)化，就是使貯藏能所具有的火用，得到最大限度的利用，在能量利用過程中做到能量

匹配，階級利用。

三、總能系統(tǒng)的作用

能量是有等級的，供給相同數(shù)量的能量，可以用與之等級相匹配的能源去滿足要求，也可以用能級

較高的能源來供給。這兩種供給方式的效益是不同的。

對系統(tǒng)而言，一個系統(tǒng)可能需要多種功能或者說多種能級的能量。比方，一個工廠區(qū)需要電能作為

動力和照明的能源，需要不同壓力等級的蒸汽滿足工藝需要，還需要供暖、生活熱水、冷源等滿足人們

工作生活的需要。這些能源等級各不相同。而一種含能物質(zhì)可以通過不同的方法釋放不同等級的能量。

如何通過技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的方法使得能源釋放出各種不同等級的能最用以滿足不同能級用戶的

需要，使其發(fā)揮出最高的能源利用率，這就是總能系統(tǒng)的價值和意義，也是總能系統(tǒng)的研究內(nèi)容。

四、舉例

?熱電聯(lián)產(chǎn)

?熱電冷三聯(lián)產(chǎn)

?熱電冷氣四聯(lián)產(chǎn)

?蒸汽一燃氣聯(lián)合循環(huán)

第二章火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)

發(fā)電技術(shù)分類：

?火力發(fā)電：燃料熱能一電能

?水力發(fā)電：水流動的機械能一電能

?風力發(fā)電：風的機械能一電能

?核能發(fā)電：核聚變產(chǎn)生的熱能f電能

?潮汐發(fā)電：潮汐過程的機械能f電能

§2-1火力發(fā)電廠概述

一、火力發(fā)電廠的種類

火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能生產(chǎn)電能的工廠。當前，我

國電廠以燃煤為主。

火電廠的分類：

1.按照容量分類，可分為大型電廠、中型電廠和小型電廠；

2.按照工質(zhì)初參數(shù)的上下，可分為低壓、中壓、超高壓、亞臨界和超臨界壓力等幾種電廠；

3.按照燃料不同，可分為燃煤、燃油和燃氣等兒類電廠；

4.按照原動機的不同可分為汽輪機電廠、燃氣輪機電廠、汽輪機一燃氣輪機電廠等；

5.按照其功用的不同可分為凝汽式電廠和熱電廠。前者安裝凝汽式機組，后者安裝供熱機組〔也

稱為熱化機組）。熱電廠又可分為背壓式和抽汽式。凝汽式發(fā)電廠僅向外界用戶供給電能，而

熱電廠除供電外，還向熱用戶供給熱能一一蒸汽和熱水。其系統(tǒng)圖見下：

凝汽式發(fā)電廠：

背壓式機組熱電廠：

抽汽式機組熱電廠：

火電廠的能量轉(zhuǎn)換過程：燃料的化學(xué)能~熱能一機械能一電能。

二、火力發(fā)電廠的生產(chǎn)工藝過程

以燃煤凝汽式發(fā)電廠為例

1）煤、空氣、煙氣、灰渣系統(tǒng)

煤與空氣：

煙氣：

灰渣：

2）汽水系統(tǒng)

工作介質(zhì)：

循環(huán)水：

補充水：

§2-2蒸汽動力循環(huán)分析

在火力發(fā)電廠中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程是通過蒸汽動力循環(huán)實現(xiàn)的。能量轉(zhuǎn)換過程的好

壞，主要取決于循環(huán)過程的完善程度。

一、朗肯循環(huán)

1）理想朗肯循環(huán)

一切蒸汽動力循環(huán)都以朗肯循環(huán)為根底。因此，我們從討論朗肯循環(huán)入手。

如以下圖所示，為最簡單的凝汽式汽輪機發(fā)電廠。

以下圖為對應(yīng)的理想朗肯循環(huán)的T-S圖。

從熱力學(xué)的觀點看，工質(zhì)循環(huán)經(jīng)歷了四個熱力過程，即水在鍋爐中等壓加熱、汽化和過熱過程（T-S

圖中4一5—6~1過程）；蒸汽在汽輪機中的等端膨脹做功（T-S圖中1—2）；排氣在凝汽器中定壓凝結(jié)

放熱過程［T-S圖中2—3）和給水在水泵中等端壓縮后進入鍋爐（T-S圖中3—4）的過程。

2）典型不可逆過程的火用損失

1）有溫差的換熱過程

如上圖所示，工質(zhì)A經(jīng)過1-2過程被冷卻，其平均放熱溫度為1，放熱量為Q，火用損失：

￡=。-景）。

工質(zhì)B經(jīng)過3-4過程被加熱，其平均吸熱溫度為％,吸熱量為Q,其火用增加了：

它們的平均換熱溫差為△7，于是在該溫差下?lián)Q熱的不可逆過程火用損（即做功能力損失）為：

由上式可知：

環(huán)境溫度卻一定時，換熱溫差愈大，端增加和火用損△￡也愈大。Q越大，因△才引起的火

用損也越大。

△7一定，工質(zhì)B的平均溫度］愈高，火用損愈小。

2）有壓降的絕熱節(jié)流過程（存在沿程和局部節(jié)流損失）

發(fā)電廠的汽水介質(zhì)流經(jīng)絕熱良好的管道或管件時產(chǎn)生有壓降的絕熱節(jié)流過程。

有壓降的絕熱節(jié)流過程h-S圖

有壓降的絕熱節(jié)流過程T-S圖

其做功能力損失即火用損失為：AE；=七型產(chǎn)工由^。）

3）有摩阻的絕熱壓縮〔膨脹）過程

蒸汽在汽輪機中不可逆絕熱膨脹，水在水泵中被不可逆絕熱壓縮等過程都屬于有摩阻的絕熱過程。

汽輪機內(nèi)不可逆絕熱膨脹過程火用損為：△￡〃,二，,△?

水泵中不可逆絕熱壓縮過程火用損為：kEp“=T,aSp.

如以下圖所示：

實際發(fā)電廠循環(huán)過程及過程火用損失示意圖：

二、熱電廠經(jīng)濟性的評價方法

熱力發(fā)電廠都以朗肯循環(huán)作為根底，輔以給水回熱加熱和中間加熱，最終形成現(xiàn)代火力發(fā)電廠的復(fù)

雜蒸汽動力循環(huán)。熱力發(fā)電廠生產(chǎn)過程的實質(zhì)，是將燃料的化學(xué)能通過燃燒的形式轉(zhuǎn)變成熱能，利用工

質(zhì)作為媒介實現(xiàn)熱能的傳遞以及熱能向機械能的轉(zhuǎn)換，最終通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?在這些能

審轉(zhuǎn)換過程中，總有數(shù)最小等、原因不同的各項能量損失。這些能量損失大小直接影響到發(fā)電1熱經(jīng)濟

性的好壞。因此，科學(xué)的定量計算發(fā)電廠熱經(jīng)濟性具有重要的意義。

定量計算發(fā)電廠熱經(jīng)濟性的方法主要有熱平衡法（又稱效率法）和火用分析法。

（一）熱平衡法

熱平衡法以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，以循環(huán)熱效率、裝置效率、設(shè)備效率來定量的表征其熱功轉(zhuǎn)換

效果。

以具有z級回熱再熱循環(huán)為例，分析實際電廠的各種效率（以1kg工質(zhì)為基準計算）

1）循環(huán)熱效率辦

循環(huán)的理想功與其吸熱量之比稱為循環(huán)熱效率，即

4.：進入凝汽器的工質(zhì)中乏汽的份額［相對于進入汽輪機的蒸汽量）；

%：循環(huán)吸熱量，［+Aqm，單位kJ/kg；

Aqrh：再熱蒸汽吸熱量；

%?：理想循環(huán)時冷源損失，q,a，單位kJ/kg；

tfw'，.：給水溫度和凝結(jié)水焰。

2）實際循環(huán)熱效率7

實際循環(huán)效率（即汽輪機裝置的絕對內(nèi)效率）是以循環(huán)吸熱中可轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ю玫膬?nèi)功的多少來衡

量，它有兩種表達式。

第一種表達式：Q~~=1或7=~L=（~~）（~L）=

47小小凡

a：實際循環(huán)的冷源損失，qc=hc-l，單位為kJ/kg；

乩：汽輪機的實際焰降，單位為kJ/kg：

"〃.：汽輪機的相對內(nèi)效率。

另一種表達方式，是將進入汽輪機的蒸汽分為凝汽汽流4.和各級回熱抽汽汽流z%兩局部，

當不考慮加熱器的散熱損失時，以它們各自做的內(nèi)功之和與其對應(yīng)的熱耗量之比來表征，即：

H：：凝汽汽流實際焰鋒，單位為kJ/kg；

H/：回熱抽汽汽流實際熔降，一々+&7沙，單位為kJ/kg；

夕；：凝汽汽流的熱耗量，么單位為kJ/kg；

蒸汽假設(shè)無再熱，那么△%,=（）,即為只有回熱循環(huán)的絕對內(nèi)效率；假設(shè)乂無回熱抽汽，即

￡%=o,該式即變?yōu)槔士涎h(huán)的絕對內(nèi)效率。

用?的第一種表達式求回熱參數(shù)的最正確值比擬方便；而用第二種表達式來分析凝汽汽流、回

熱抽汽汽流對熱經(jīng)濟型影響較為方便。

3）汽輪機的機械效率

由于汽輪機支撐軸承和推力軸承存在機械摩擦，且?guī)佑捅煤驼{(diào)速系統(tǒng)必須消耗能量，汽輪機

的有效功率總是小于內(nèi)功率。汽輪機機械效率心就等于有效功率與實際內(nèi)功率之比。

一般，=96%?99%。在工程計算中，可直接從汽輪機的熱力計算書中查取。

4）發(fā)電機效率為

發(fā)電機的損失包括電機機械方面引起的通風和軸承摩擦損失，以及電氣方面引起的鐵損（激磁）

和銅損（線圈熱損失）。

現(xiàn)代大型發(fā)電機效率可達97%?98%（空冷）、98%~99%（氫冷）和96%~98.7%（水冷）。在工

程計算中，發(fā)電機效率可以從說明書中查得。

5）絕對電效率%,

絕對電效率等于絕對內(nèi)效率乘以機械效率和發(fā)電機效率，即：

.3600M436003600

或么尸八二.二-----

Q.Q）/N/%

2）：機組的熱耗量，單位kj/h；

%）：機組的熱耗率，單位為kJ/（kW*h）。

6）鍋爐效率力

鍋爐效率為鍋爐熱負荷且與所供給熱量之比，即

7）主蒸汽管道效率為,

主蒸汽管道效率77P為管道有效供熱量與其總供熱最之比，即機組的熱耗品&與鍋爐熱負荷0,

之比，即

8）全廠總效率

凝汽式發(fā)電廠的全廠總效率為發(fā)電機輸出功率N“與燃料所供熱量之比。即

以每生產(chǎn)一公斤蒸汽需要燃料提供的熱量為基準計算/〃，為

%P：產(chǎn)生1kg蒸汽需由燃料提供的熱量；

循環(huán)的冷源損失，即凝汽器損失。

〔二）火用分析法

由火用平衡式可求得熱力設(shè)備的火用損通式為

對于不同熱力設(shè)備，火用損的具體計算式也不?樣。下表為電廠各熱力設(shè)備的火用損失及火用

效率計算公式。

設(shè)備特點火用損（kJ/kg）火用效率（％）

汽輪機

4=0W

%一%”

鍋爐、換熱器w=o

板=%+4+（e：-編）

管道

q=0,W=0

全電廠的總火用損為：

供給熱量的最大火用值為：

q叩:每產(chǎn)生一公斤蒸汽需要由燃料提供的熱量;

T：熱源的平均放熱溫度

§2-3凝汽式發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性指標

熱經(jīng)濟性指標主要有汽耗、熱耗、煤耗和全廠效率四類。其單位指標分別為:

?汽耗：kg/h或kg/（kw*h）

?熱耗：kg/h或kg/（kw*h）

?煤耗：kg/h或kg/（kw*h）

?全場效率

一、汽輪發(fā)電機組的熱經(jīng)濟指標

（一）汽耗和汽耗率

在純凝汽式汽輪機中，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臒崞胶夥匠淌綖椋?/p>

為純凝汽式機組的汽耗。

實際電廠機組因具有回熱推汽過程和中間再熱過程，其汽耗為:

3600N”

D。=DO。,單位kg%。

（4）一九一A心力”〃（1一￡匕%）

匕為抽汽做功缺乏系數(shù)。對于再熱蒸汽之前的回熱抽汽，其抽汽做功缺乏系數(shù)為:

對于再熱蒸汽之后的回熱推汽，其抽汽做功缺乏系數(shù)為:

1

〃是山于IE熱抽汽使汽耗增加的系數(shù)，尸=>1O

1-Z%%

相應(yīng)的汽耗率

3600

夕=&；/,單位為kg/(kW?h)

仇一兒一△%〃）%”為

（二）熱耗和熱耗率

熱耗：Q°=Do（%-*）+D“Aq小，單位為（心〃?）

熱耗率：％=m=4-心+誓MM，單位為（kJ/kW?h）

熱耗率也可寫為:

36003600

%=-------=-------------------，單位為（口/女卬坊）

7,/切也叫,”?久

熱耗率真實反映了機組的熱經(jīng)濟性，其物理意義為汽輪機組每發(fā)1攵WJ?電需消耗的熱量。

二、鍋爐設(shè)備的熱經(jīng)濟指標

假設(shè)不計鍋爐連續(xù)排污熱損失，并假設(shè)鍋爐的蒸發(fā)量等于汽輪機的汽耗量，那么鍋爐的熱負荷為:

Q=4仇-"）+2△或，單位為（//〃）

鍋爐效率為：

現(xiàn)代電站鍋爐效率為90%?94%左右。

三、全廠熱經(jīng)濟指標

1、全廠熱耗2伊和熱耗量%.

單位（制/〃）

Q（IP=^QL=—=—^

nb7np

見="二色=_gg__3600,單位（D/ZW??

'N“小仇為7”,

2、全廠效率

全廠毛效率：

全廠靜效率：

Nq,為廠用電功率，單位為kWe

N

,為廠用電率，a卡。

3、燃料消耗量和燃料消耗率

煤耗量：

6=曳=旦=—^―,單位kg/h

QLQJ7bQEEp

煤耗率：

b--^―-———=—360°—,單位(kg/kW?a)

M/QWM。辦口外

標準煤耗率：

36000.123

單位為（依/ZW坊）

29310"「k

我國90年代初全國平均供電標準煤耗率為420g/攵卬?〃，全國平均供電標準煤耗率為340g/左卬?萬

現(xiàn)在工業(yè)興旺國家的標準煤耗率為310g/kW-h。

§2-4提高發(fā)電廠熱經(jīng)濟性的途徑

發(fā)電廠熱效率％=%”，叫,?久?7,〃?7

提高發(fā)電廠熱經(jīng)濟性的途徑主要有合理選擇蒸汽初參數(shù)、合理選擇蒸汽終參數(shù)、采用蒸汽中間再熱

技術(shù)等。下面分而述之。

一、合理選擇蒸汽的初參數(shù)

（一）初參數(shù)對循環(huán)熱效率的影響

當排汽壓力不變時，無論提高蒸汽初壓力還是初溫度，都可以使循環(huán)的平均吸熱溫度提高，從而使

循環(huán)熱效率增加。假設(shè)同時提高初壓力和初溫度，那么循環(huán)效率提高更快。

｛二）汽初參數(shù)對汽輪機相對內(nèi)效率%的影響

蒸汽的初壓和初溫對于汽輪機相對內(nèi)效率有不同方向的影響。

當僅提高蒸汽初壓力時，蒸汽的比容減小，汽輪機的容積流量也隨之減少，使高壓局部的葉片高度

減小，汽輪機流通局部間隙漏氣損失增加。另外，提高初壓使汽輪機末級蒸汽濕度增加而造成濕氣損失

增大。因此，提高蒸汽初壓力會使汽輪機相對內(nèi)效率%降低。

當僅提高初溫時，進入汽輪機的蒸汽容積流量增加，使漏氣損失相對減少，同時，由于汽輪末級排

包量濕度減小，使汽輪機的相對內(nèi)效率/提高。

同時提高蒸汽的初壓力和初溫度時，提高和降低相對內(nèi)效率的因素同時起作用。此時，提高初壓力

對汽輪機相對內(nèi)效率的影響更大。故一般情況下提高初始參數(shù)會使汽輪機的相對內(nèi)效率力數(shù)值降低。

（三）蒸汽初參數(shù)對實際循環(huán)的影響

由凝汽式發(fā)電廠總效率公式〃的二4?〃/,?7?〃〃?力,?%可知，只有循環(huán)熱效率力和汽輪機相對內(nèi)效

率力與蒸汽初參數(shù)關(guān)系密切。對大容量汽輪機，當蒸汽初參數(shù)提高時，循環(huán)熱效率小的提高超過了汽

輪機相對內(nèi)效率%的降低。對小容量機組，情況恰恰相反。

（四）提高蒸汽初參數(shù)的技術(shù)限度及合理參數(shù)選擇

提高蒸汽初溫度的可能性要受到制造動力設(shè)備材料強度的限制。提高蒸汽初壓力，除了使設(shè)備壁厚

和重量增加外，還受汽輪機最后幾級容許蒸汽濕度的限制。

囚此，提高蒸汽初參數(shù)，不僅要考慮熱經(jīng)濟性的提高，還應(yīng)考慮技術(shù)經(jīng)濟效益。綜合來看，主要要

考慮以下四方面問題：

?材料

?投資

?制造

?運行（平安）

通常，蒸汽初參數(shù)的提高，要通過技術(shù)經(jīng)濟比擬論證之后才能確定。技術(shù)經(jīng)濟比擬的實質(zhì)是煤鋼比

價。

二、合理選擇蒸汽終參數(shù)

降低蒸汽終參數(shù)，其平均放熱溫度明顯下降，可使循環(huán)熱效率顯著提高。

凝汽式汽輪機的終參數(shù)取決于凝汽器的真空度。而凝汽器的真空度又與冷卻水的溫度和流量、凝汽

器的結(jié)構(gòu)、汽輪機末級的流通面枳、余速損失、濕氣損失、汽輪機負荷和真空系統(tǒng)的嚴密性等因素有關(guān)。

其中，影響冷卻水水溫的自然條件和影響汽輪機末級同流面積的技術(shù)條件是決定凝汽器極限真空的兩個

主要因素。

凝汽器真空度的相關(guān)因素：

?冷卻水的溫度和流量

?凝汽器的結(jié)構(gòu)

?汽輪機末級的流通面積

?真空系統(tǒng)的嚴密性

凝汽器極限真空的主要相關(guān)因素：

最有利的排氣壓力時通過多方面的技術(shù)經(jīng)濟比擬后確定的。

三、采用蒸汽中間再加熱技術(shù)

合理選擇再熱參數(shù)可提高整個再熱循環(huán)的平均吸熱溫度，增加循環(huán)熱效率，并使排氣壓力下的蒸汽

濕度低至允許范圍。

11,和九的提高均能提高電廠效率〃即。

一般，采用一次中間再熱，可使機組的熱經(jīng)濟性提高5%.使用兩次中間再熱，可使機組的經(jīng)濟性

提高7%。

但中間再熱技術(shù)會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，應(yīng)通過經(jīng)濟技術(shù)分析確定中間再熱技術(shù)的實施方案。一般

100MW以上的高參數(shù)機組采用一次再熱，超臨界參數(shù)機組才考慮采用兩次中間再熱。

科、采用給水回熱加熱系統(tǒng)

給水回熱加熱提高循環(huán)效率的原因主要有兩點：

?利用汽輪機抽汽對給水加熱，換熱溫差小于鍋爐煙氣加熱，給水加熱過程不可逆性減小，冷源損失

降低，循環(huán)效率提高。

?回熱循環(huán)中進入汽輪機的蒸汽可分成兩局部：一局部蒸汽經(jīng)汽輪機各級膨脹做功后流向凝汽器，這

局部蒸汽循環(huán)效率等于朗肯循環(huán)效率；另一局部在流至中間級做功后從汽輪機抽出用來加熱給水，

然后重新進入鍋爐，這局部蒸汽循環(huán)效率〃產(chǎn)1。

其T-S圖如下

五、采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

§2-5給水回熱加熱系統(tǒng)

一、給水回熱加熱器

按加熱器傳熱方式不同，可分為混合式和外表式兩種

（-）混合式加熱器

混合式加熱器是借助于蒸汽和給水直接混合傳熱的一種加熱器。在加熱器內(nèi)蒸汽和較低溫度的水直

接接觸而凝結(jié)放熱，并將熱量傳給被加熱的水以提高給水溫度。因此，混合式加熱器內(nèi)給水溫度，可到

達加熱蒸汽壓力下對應(yīng)的飽和溫度。

優(yōu)點：

?傳熱效果好，加熱蒸汽和被加熱水之間不存在傳熱端差；

?結(jié)構(gòu)簡單、造價低；

?便于聚集不同溫度的水流，并除去水中所含的氣體。

缺點：

?加熱器后要設(shè)置給水泵，且給水泵要在高溫水條件下工作；

?在汽輪機變工況運行時，給水泵工作不夠可靠；

?廠用電消耗增大。

（二）外表式加熱器

外表式加熱器是借助金屬受熱面實現(xiàn)汽水兩種介質(zhì)間熱量傳遞的一種加熱器。

優(yōu)點：

?其組成的回熱系統(tǒng)簡單，給水泵數(shù)量少，運行方便。

缺點：

?運行過程中經(jīng)濟性差；

?金屬耗量大，造價高，需增加疏水設(shè)備。

二、回熱系統(tǒng)的連接方式

熱力發(fā)電廠所采用的是帶有混合式和外表式加熱器的回熱系統(tǒng)。在其系統(tǒng)中以外表式加熱器為主，

其中只采用一個混合式加熱器，其目的不是為了提高經(jīng)濟性.，而是為了作為鍋爐給水除氧和聚集不同水

流之用。

（-）疏水的連接接方式

疏水的連接方式主要有疏水逐級自流系統(tǒng)、采用疏水泵連接的回熱系統(tǒng)和具有疏水冷卻器的疏水連

接系統(tǒng)三種。

1、疏水逐級自流系統(tǒng)

這種系統(tǒng)的加熱器疏水，利用本身的壓力逐級流入較低壓力的下一級加熱器中。最后一個加熱器的

疏水流入凝汽器中。

特點：系統(tǒng)簡單，運行可靠，熱經(jīng)濟性差。

2、采用疏水泵連接系統(tǒng)

為了充分利用疏水的熱能,可用專門水泵〔疏水泵）將疏水送入木級加熱器的主凝結(jié)水管道中,形

成采用疏水泵連接的回熱系統(tǒng)。本系統(tǒng)熱經(jīng)濟性優(yōu)于逐級自流回熱系統(tǒng)。將疏水送至加熱器后面的系統(tǒng)

熱經(jīng)濟性優(yōu)于將疏水送至加熱器前端的系統(tǒng)。

3、具有疏水冷卻器的疏水連接系統(tǒng)

這種系統(tǒng)在疏水進入下一級冷卻器之前用一局部主凝結(jié)水在疏水冷卻器中將疏水冷卻，使疏水溫度

降低，以減少排擠下一級抽汽而引起的熱損失。

（二）蒸汽冷卻器的連接方式

由于有些回熱抽汽的過熱度較高，使得何熱換熱過程的不可逆損失增加。因此，現(xiàn)在高參數(shù)大容量

過程的不可逆損失增加。因此，現(xiàn)代高參數(shù)大容量再熱式機組全部高壓加熱器和局部低壓加熱器都設(shè)有

蒸汽冷卻器。

蒸汽冷卻器共有三種連接方式。分別為內(nèi)置式蒸汽冷卻器連接系統(tǒng)、外置式蒸汽冷卻器并聯(lián)連接系

統(tǒng)和外置式蒸汽冷卻器串聯(lián)連接系統(tǒng)。

（三）實際的回熱加熱系統(tǒng)

發(fā)電廠廣泛采用的回熱加熱器連接系統(tǒng)，一?般是只用一個混合式加熱器作為鍋爐給水的除氧器。除

氧器一般放在系統(tǒng)中間。按主凝結(jié)水流動方向，將除氧器以后的加熱滯稱為高壓加熱器，除氧瑞之前的

加熱器稱為低壓加熱器。高壓加熱器的疏水?般逐級自流至除氧器。個別系統(tǒng)也有將高壓加熱器疏水先

經(jīng)疏水冷卻器再進入除氧器，以提高熱經(jīng)濟性。低壓加熱器的琉水也是逐級自流，當自流至最后一個低

壓加熱器，其疏水用疏水泵打入該級加熱器出口，與主凝結(jié)水混合。

例：國產(chǎn)N50-90型機組的回熱系統(tǒng)

高壓加熱器由過熱段（即蒸汽冷卻器）和凝結(jié)端組成，其疏水逐級自流至除氧器。低壓加熱器的疏

水逐級流至最末一級加熱器，再用疏水泵將其送至加熱器出口主凝結(jié)水管道中。

國產(chǎn)雙抽CC25-90型機組同熱系統(tǒng)

它與N50-90型機組不同的是：有一級調(diào)節(jié)抽汽向一臺高壓加熱器。高壓除氧器和熱用戶供給蒸汽:

另有一級調(diào)節(jié)抽汽向一臺低壓加熱器、大氣壓力式除氧器和熱網(wǎng)加熱器供熱。在低壓加熱器中有一級疏

水冷卻器。

§2-6給水回熱系統(tǒng)的熱力計算

無論是設(shè)計新型機組，還是改良現(xiàn)有機組的回熱系統(tǒng)，或機組大修后作熱力實驗需定量分析比擬其

熱經(jīng)濟性時，都需要進行機組的熱力計算。回熱系統(tǒng)的熱力計律是發(fā)電J原那么性熱力計算的核心。給

水回熱系統(tǒng)熱力計算的目的是確定汽輪機在某一工況時的汽耗量和各級回熱抽汽量，計算機組的熱經(jīng)濟

指標。

計算方法：

?定功率計算法（傳統(tǒng)方法）

?熱力循環(huán)函數(shù)法

?等效焙降法

一、傳統(tǒng)計算方法

（-）計算原理與步驟

1、數(shù)據(jù)：

?循環(huán)初、終參數(shù)

?汽輪機的容量和參數(shù)

?回熱系統(tǒng)的連接方式及各級抽汽的汽水參數(shù)

?機械效率和發(fā)電機效率

?各加熱器的端差及其散熱損失

2、計算依據(jù)：

?各加熱器的熱平衡方程式

?物質(zhì)平衡方程式

?汽輪機的能量平衡式（功率方程式）

4、計算順序：由回熱系統(tǒng)連接方式確定

一般計算順序為，從高壓加熱器開始，先求出高壓加熱器的抽汽系數(shù)，然后順序求出壓力較低各級

的相應(yīng)系數(shù)。

假設(shè)進入凝汽器的流量，計算從低壓加熱器開始，較為方便。

如果面式加熱器的疏水與主凝結(jié)水相混合，那么最好先進行疏水和主凝結(jié)水混合后的高壓加熱器的

熱平衡計算，然后進行混合以前的低壓加熱器熱平衡計算，而后載進行混合器的熱平衡計算，

在計算各級加熱器的熱平衡時，應(yīng)考慮散熱損失。或以加熱器效率、或以加熱器給利用系數(shù)來反映

該損失。加熱器效率可取為0.97?0.99、加熱蒸汽焰利用系數(shù)可取為0.985.注意二者不可同時使用。

例：回熱加熱系統(tǒng)熱力計算例題

條件：機組容量NM=100000ZW,新汽初壓力4=8.83MPa,初溫度*)=535〃C,凝汽器壓力

2=3.04x10'夕。絕對大氣壓，給水溫度幺,=215〃。，該機組為六級回熱系統(tǒng)，如下圖。

機組的機械效率%,=98%,發(fā)電機效率％=98.5%,各加熱器的散熱損失以抽汽焙值的利用系

數(shù)來考慮，取其為〃[=98.5%,端差為5℃。

求：機組額定工況時的汽耗量和各級回熱抽汽量、機組的熱經(jīng)濟指標。

解：根據(jù)數(shù)據(jù)，將該機組額定工況時的汽水參數(shù)編制成課本表2-7

1、求各級回熱抽汽的抽汽份額

(1)一號加熱器熱平衡

(2)二號加熱器熱平衡

式中4二3-三，為一號加熱器疏水在二號加熱器的放熱量

(3)除氧器的熱平衡

(4)四號加熱器熱平衡

4=0.2353-0.0003734。(a)

(5)混合氣的物質(zhì)平衡和熱平衡

物質(zhì)平衡：&5=。,3一(4+%)

熱平衡：4.3巨5=45?乙'+(%+%)或

將物質(zhì)平衡帶入上式，得

486.5-465.6

彳5=465.6+(4+%)=465.6+24.056(%+%)(b)

0.8688

(6)五號加熱器的熱平衡

%(0985x2685.1-486.5)+4(507.5-486.5)=[0.8688一(％+a5)](465.6-282.2)

%=00680—0.0873%(c)

聯(lián)立求解(a[1b)和(c)式，解得

由式(c)=0.0680-0.0873x0.06036=0.06276

由式(b)=465.6+24.056(a4-t-)=0.8688-(0.06036+0.06276)=0.7457

(7)六號加熱器的熱平衡

(8)凝汽流量份額

2、機組熱經(jīng)濟性的計算

(1)汽輪機組的汽耗和各級抽汽量

先求各級回熱抽汽的做功缺乏系數(shù)

汽輪機的汽耗量

汽耗率

各級抽汽量和凝汽量

(2)汽輪機的熱耗

熱耗量

熱耗率

(3)機組的絕對電效率

§2-7給水除氧系統(tǒng)

一、給水除氧的目的

?氧的存在加速金屬的腐蝕

?高參數(shù)蒸汽溶鹽的能力增強，氧的存在使葉片形成氧化物的沉淀，導(dǎo)致出力下降及推力增加

?熱交換器設(shè)備中存有氣體會阻礙傳熱，降低熱效率

二、給水除氧的方法

給水除氧有化學(xué)法和物理法兩種

化學(xué)除氧是利用一些易和氧發(fā)生化學(xué)反響的藥劑(如亞硫酸鈉NaSO,和聯(lián)胺N2H使之和水中

溶解氧化合成另一種物質(zhì)來除去氧。

物理除氧用的最廣泛的是熱除氧法，它價格廉價，既能除氧又能除去其他氣體，還不留任何剩余物

質(zhì)，所有電廠都無例外的采用，即使亞臨界及以上參數(shù)的電廠，熱除氧也是主要的除氧手段，

三、熱除氧原理

熱除氧原理建立.在亨利定律和道爾頓定律根底上。

亨利定律指出，當溶于水中的氣體與自水中溢出的氣體處于動態(tài)平衡時，單位體積水中溶解得氣體

量和水面上該氣體的分壓成止比關(guān)系：

K為該氣體重量溶解度系數(shù)，它隨氣體種類、溫度及壓力而變化，量綱為mg/L；

B為單位體枳水中溶解的氣體量。

道爾頓定律指出，混合氣體全壓力等于各組成氣體的分壓力之和。對給水而言，水面上混合氣體，

其全壓P那么應(yīng)等于水中溶解的各種氣體的分壓力2巴和水蒸氣分壓力A之和：

給水在定壓加熱時，發(fā)隨著水的蒸發(fā)過程不斷加強，水面上水蒸氣分壓會逐步增大，相應(yīng)其他氣體

分壓將不斷減少。當把水加熱質(zhì)飽和溫度時，水蒸氣的分壓力幾乎等于水面上的全壓力PBR,其他氣

體分壓力變趨于零從而創(chuàng)造了將水中溶解氣體全部取出的條件。所以，道爾頓定律是提供

了用加熱水至沸騰，使水面上氣體分壓為零的方法。

熱除氧過程為傳熱和傳質(zhì)過程。熱除氧條件為：

(1)建立除氟的傳熱條件，把水加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度；

(2)創(chuàng)造氣體自水中離析的傳質(zhì)條件，要有足夠的汽水接觸面積和不平衡壓差。氣體自水中離

析出來的量與以下因素有關(guān)：

〃桁為離析系數(shù)；

F為汽水接觸面枳;

AP為不平衡壓差。

四、除氧器類型與結(jié)構(gòu)

除氧器又稱除氣器，其類型可按其結(jié)構(gòu)及壓力分類。

按結(jié)構(gòu)劃分除氧器類型：

?淋水盤式，包括兩種形式的淋水盤，為圓環(huán)形和圓形；

?噴霧填料式。

按壓力劃分除氧器類型：

?大氣式除氧器：工作壓力0.118MPa,給水可加熱至104,。，含氧量小于15〃g/L；

?高壓除氧器：工作壓力為(0.343?0.588)MPa,我國為0.588MPa,給水可加熱至(150~I6O)"C,

含氧量小于7〃g/L。

高壓除氧器的優(yōu)點：

>可減少高加數(shù)目；

>可提高給水溫度；

>可防止自生沸騰。

?真空除氧器：凝汽器加裝適當?shù)某跹b置后成為真空式除氧器，一般只作為輔助除氧器來使用。

王、除氧器的運行

(-)除氯器的定壓運行

所謂定壓運行，即除氧器內(nèi)的壓力不隨汽輪機負荷的改變而改變。

除氧器壓力的穩(wěn)定靠壓力調(diào)節(jié)閥來執(zhí)行。

這種連接方式存在著節(jié)流損失，使加熱蒸汽能量貶值。

(二)除氧器的滑壓運行

所謂滑壓運行，就是除氧器的壓力隨汽輪機負荷的改變而改變。這種連接方式可提高經(jīng)濟性，簡化

系統(tǒng)。

采用滑壓運行，當負荷急劇變動時，由于除氧器內(nèi)壓力和水溫變化速度不一致會產(chǎn)生如下現(xiàn)象：

?當驟升負荷時，可投運設(shè)備在集水箱內(nèi)的加熱器，以防除氧效果的變化。

?當驟降負荷時，防止給水泵入口汽化的措施有：提高除氧器的安裝高度；采用低轉(zhuǎn)速的前置給

水泵；減少泵吸入管道上不必要的彎頭和水平管段的長度，以降低吸入管段的壓降，

§2-8發(fā)電廠的汽水損失及補充

發(fā)電廠中存在的蒸汽和凝結(jié)水損失，簡稱汽水損失。

一、汽水損失的原因和數(shù)量

發(fā)電廠的汽水損失，根據(jù)損失的不同部位分為內(nèi)部損失和外部損失。

(一)內(nèi)部損失

內(nèi)部損失，指發(fā)電廠內(nèi)部設(shè)備本身和系統(tǒng)造成的蒸汽和凝結(jié)水損失。造成內(nèi)部損失的原因主要有：

1、主機和輔機的自用蒸汽消耗；

2、熱力設(shè)備、管道及其附件的連接不嚴密處造成的汽水泄漏；

3、熱力設(shè)備在檢修和停運時的放水放汽；

4、經(jīng)常性和暫時性的汽水損失；

5、熱力設(shè)備啟動時的用汽或排氣：

(二)外部損失，

外部損失，指發(fā)電廠對外供熱設(shè)備