发电厂动力部分复习资料

·发电厂：具有一定转换规模，能连续不断对外界提供电能的工厂。·发电厂的动力部分：在这些发电厂中，用以实现“燃料”能量释放、热能传递和热能-机械能转换的设备和系统。·火电厂的生产过程：煤炭→火电厂→经预处理送至主厂房→制粉车间→磨煤→干燥细煤粉→锅炉炉膛→蒸汽→汽轮机→机械能→乏汽→凝汽器→凝结水→回热加热系统加热→水泵→锅炉→进入汽轮机循环做功。·燃煤火力发电厂动力部分的组成：制粉系统设备、锅炉设备（化学能→热能）、汽轮机设备(热能→机械能)、凝汽器设备和给水泵设备。·核电厂能量转换的过程：重核裂变能→热能→机械能→电能。第一章热力学基本概念与基本定律一、热力学基本概念·热机（热力发动机）：能将热能转换为机械能的机器。·热力系统的类型：（1）封闭系：与外界之间不存在物质交换的系统。（2）开口系：与外界之间既存在物质交换，也存在能量交换的系统。（3）绝热系：与外界之间不存在热交换的系统。（4）孤立系：与外界之间既无物质交换，也无能量交换的系统。·状态参数分为：基本参数和导出参数两种，前者可以直接测量而得，如温度、压力等，后者一般不能测量，只能用基本参数依据某种关系推导而得，如内能、比焓、比熵等。·准静态过程：每一中间状态．既离开平衡态，又无限接近于平衡态。·可逆过程：系统完成某一过程之后，若能够沿原路径返回其初始平衡态，且系统和外界均不留下任何宏观的变化痕迹，则称该过程为可逆过程。·循环：系统经历了若干不相重复的过程，最后又回到初始状态所形成的封闭过程叫做热力循环，简称循环。二、热力学第一定律·热力学第一定律两种表述：说法一：热可以变为功，功也可以变为热。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。说法二：对于任何一个系统，输入系统的能量减去输出系统的能量，等于系统储存能量的增加。·热力学第一定律解析式：Q（热量变化）-W（对外做功）=E（内能变化），dQ=dW+dE，q-w=e。·封闭系第一定律表达式：Q=W+U，dU=dQ-dW，q=w+u·热力学能：dU，从系统外界得到的净能量，不会自行消失，必然以某种方式储存在系统之中。·稳定流动：稳定流动是流动过程的一种特殊情况，它满足以下条件：流入和流出系统的质量流量不随时间变化；系统任何一点的参数和流速不随时间变化；系统内的储存能不随时间变化；单位时间内加入系统的热量和系统对外所做的功也不随时间改变。很多实际的流动过程可以作为稳定流动过程处理。·稳定流动能量方程（开口系统）：UzzmgccmWQ)()(21122122。·开口系统能量方程：q=h+ws。·焓：h=u+pv。恒压和只做体积功的特殊条件下，反应的热量变化。表示流动工质所具有的能量中，取决于热力状态的那部分能量。三、热力学第二定律·熵：熵是一个状态参数，熵给出了自然过程方向性的定量描述。熵就是在可逆的条件下，传入系统的微元热量dQ与热源温度T的比值。熵是无序性的度量，是系统紊乱程度的表征。单位质量熵〔符号s)的单位是kJ／(kg·K)。dS=dQ/T。·热力学第二定律：说法一：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体。说法二：只冷却一个热源而连续做功的循环发动机是造不成功的。热力学第二定律是能量转化规律更为深化的定律，它指出了一切自然过程不可逆性。·熵增原理：在经过任意过程之后，孤立系统的熵只会增加或保持不变，但永远不会减少，是热力学第二定律的定量描述。·卡诺循环：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。是一切循环的基础。η=1-T2/T1。·卡诺循环意义：从理论上确定了一定范围内热变功的最大限度，为实际循环组成及热效率的提高指出了方向和途径。·卡诺循环热效率式得出：（1）循环热效率η决定于高温恒温热源与低温恒温热源的温度T1和T2；提高T1、降低T2均可提高η。（2）循环热效率η永远小于100％；（3）当T1＝T2时，η＝0。在没有温差存在的体系中，热能不可能转变为机械功。·卡诺定理：卡诺循环是一种理想循环，实际上定温吸热或放热和可逆膨胀或压缩都是不可能的。·卡诺定理主要结论：（1）在两个不同温度的恒温热源间工作的一切可逆循环，均具有相同的热效率，且与工质的性质无关。（2）在两个不同温度的恒温热源问工作的任何不可逆循环，其热效率必低于在两个同样恒温热源间工作的可逆循环。·热力学第一定律和第二定律的实质：热力学第一定律实质是不同能量之间可以互相转换，并且在转换过程是守恒的。热力学第二定律的实质则是指出一切自然过程都具有方向问题。·热力学第一定律和第二定律分别解决的问题：热力学第一定律解决了热变功过程的数量计算问题，热力学第二定律的热变功过程的方向问题。·不可逆性、熵和热力学第二定律的关系：热力学第二定律指出了一切自然过程不可逆性。熵增原理是热力学第二定律的定量描述。第二章水蒸气及其动力循环一、水蒸气的定压形成过程及图表应用·饱和状态：当汽化速度等于液化速度时，汽、液两相将处于动态平衡，这种平衡状态就是饱和状态，此时的压力为饱和压力，此时的温度为饱和温度。·湿蒸汽的干度：湿蒸汽中纯饱和蒸汽的质量百分数。·水蒸气图：AC：饱和水线BC：干饱和蒸汽线·T-s图中过程线下的面积的意义：定压过程所需的热量。1kg过冷水加热成为过热蒸汽所需的热量，包括预热热、汽化潜热、过热热。·水的临界点：在此点所对应的压力pc（T-s图中的C点）下以及ppc的压力下将水加热到其饱和温度tc，水则直接汽化变为蒸汽，而不存在汽化的过程。·水蒸气定压形成过程：过冷水→水沸腾（x=0）→湿蒸汽（x↗，v↗）→干饱和蒸汽（x=1）→过热蒸汽。·过冷水变为过热蒸汽整个过程的三个阶段：将过冷水加热到饱和水的预热阶段；将饱和水变成干饱和蒸汽的汽化阶段；将干饱和蒸汽加热成为过热蒸汽的过热阶段。·汽化阶段，工质温度、焓、熵等是否变化：温度不变，熵增加，焓增加。二、水蒸气的典型热力过程·水蒸气的典型热力过程：换热器内的定压流动过程、汽轮机内的绝热流动过程、喷管的绝热流动过程、绝热节流。·换热器内的热力过程：换热器是工质与热源进行热量交换的热力设备，锅炉、凝汽器、回热加热器。只有和外界有热交换，无功交换，是定压流动过程。·工质在锅炉中吸热量计算公式：q=h2-h1，等于自身焓的增加。·汽轮机内的热力过程：是绝热流动过程，蒸汽在汽轮机内的绝热流动过程对外所做的内功等于工质的焓降。·工质在汽轮机做功量计算公式：wi=h1-h2·通过喷管的热力过程：工质流经喷管时，压力和焓降低，速度提高。并且是绝热流动过程。·如何根据压力选择喷管，为什么：pb/p1βc，选渐缩喷管；pb/p1βc，选缩放喷管，因为决定于工质的绝热稳定流动原理。·绝热节流：工质在管道内流动时，经常需要经过阀门、孔板等设备，这些设备的局部阻力使工质压力明显降低的现象。因节流进行得很快，所以一般认为节流是绝热节流。·绝热节流的效果：节流前后稳定界面上的焓相等，但节流不是等焓过程。节流后，压力和温度下降，熵增大，做功能力降低（导致能量损失），且热能数量虽未改变，但其品位降低了。三、水蒸气动力循环·蒸汽动力循环：水蒸气在火电厂各热力设备所经历的过程。·卡诺循环的局限性：卡诺循环只能用于饱和蒸汽，受限于临界温度（上限）和环境温度（下限）。2-3均在湿蒸汽区，膨胀终点（3点）湿度太大，对汽轮机安全不利，3-4为湿蒸汽状态，湿蒸汽的比体积比水的比体积大几千倍，需要很大的压缩机。·朗肯循环的构成：1-2：过热蒸汽在汽轮机内的可逆绝热膨胀做功过程：wt=h1-h2。2-3：乏汽向凝汽器可逆定压放热的过程:q2=h2-h3。3-4：凝结水通过水泵加压的可逆绝热压缩过程:wp=h4-h3。4-5、5-6、6-1：高压水在锅炉内经定压预热、汽化、过热成为过热蒸汽的可逆吸热过程:q1=h1-h4。·朗肯循环与卡诺循环不同之处：1、水在锅炉内的吸热过程是非定温的；2、汽轮机进口处的蒸汽是过热蒸汽，而不是干饱和蒸汽；3、乏汽的凝结是完全的，而不是在两相区。·朗肯循环热效率：ηT=（h1-h2）/（h1-h3）=（h1-h2）/（h1-h2’）h3：凝汽器压力p2下饱和水焓，故用h2’代之。·蒸汽初终参数对郎肯循环效率的影响：1、t1、p2不变，提高初压p1，提高饱和温度ts；2、p1、p2不变，提高初温t1；3、t1、p1不变，降低终压p2；h1是汽轮机的进汽焓，它决定蒸汽的初压p1和初温t1。效率最终是蒸汽初压p1、初温t1及终压p2的函数。·再热循环及其优点：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，通过管道送回锅炉内的再热器，使之再加热到与过热器的出口过热蒸汽相同或稍高的温度，然后返回汽轮机的中、低压缸继续膨胀做功，直至达到终压p2。其优点：1、有利于提高初压和直接提高循环热效率；2、使汽轮机末级通流部分蒸汽湿度减小，汽轮机内相对内效率提高；3、再热后，蒸汽的做功量增加，汽轮机的汽耗量明显减少，循环设备的尺寸减小。·回热循环及其目的：在朗肯循环基础上，从汽轮机的某些中间部位抽出一部分做过功的蒸汽，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。目的：消除或减少水在预热阶段吸热温度过低的不利影响；通过提高给水在锅炉中吸热起点温度来提高循环热效率。·热电联产循环的意义：热电联产的热量有效利用程度比纯动力循环要高得多。·用两个指标来描述热电联产的热经济性的原因：仅从生产电能的角度来说，热电联产的热利用率不如朗肯循环，但它相对于朗肯循环少做的功和朗肯循环的冷源损失全部送到热用户利用了。第五章锅炉设备一、电厂锅炉概述·锅炉设备：锅炉设备是锅炉本体及其辅助设备的总称。是火力发电厂的主要热力设备。·锅炉设备作用：使燃料通过燃烧将其化学能转变为热能，并以热能加热给水以生产具有一定温度和压力蒸汽。·锅炉本体设备的组成：燃烧设备、蒸发设备、对流受热面、锅炉墙体构成的烟道和钢架构件。（1）燃烧设备：燃烧室、燃烧器和点火装置（2）蒸汽设备：汽包、下降管、水冷壁（3）对流受热面：过热器、省煤器、空气预热器·一次风：将制粉系统所磨制的煤粉，经炉膛上的燃烧器输入炉膛着火燃烧的热风。·二次风：燃料燃烧时送入的直接用于助燃的热空气。·锅炉的工作过程：煤、风、烟系统：吸风机从环境吸入冷空气，空气预热器将其加热，送出一次风用于输送煤粉，二次风用于助燃。煤粉在一次风和二次风的作用下在炉膛内悬浮燃烧，大块灰渣冷却凝固落入灰渣井，小块灰渣冷却凝固形成飞灰被除尘器分离至灰斗中。炉膛出口烟气经过受热面进行对流换热将热量传给蒸汽、水和空气等，最后通过除尘器、引风机后排入大气。汽水系统：锅炉给水加压进入省煤器加热为饱和水，引入汽包并通过下降管、下联箱行至水冷壁管吸收燃烧室热量后，变成汽水混合物引入汽包被汽水分离器分离，水与省煤器来水再次通过下降管、下联箱进入水冷壁管继续加热，如此循环；蒸汽引入过热器系统加热到规定温度送入高压缸膨胀做功，排汽回到再热器系统加热后进入中、低压缸继续膨胀做功。·给水温度：锅炉在额定工况下，省煤器入口处的水温。·锅炉效率：锅炉生产蒸汽的吸热量占锅炉输入燃料热量的百分比。表明了燃料的有效利用程度。·锅炉的分类：1、按使用的燃料：燃煤炉、燃油炉、燃气炉。2、容量：大（300MW）、中、小。3、蒸汽压力：低压（p2.45MPa）、中压（p≈2.94～4.90MPa）、高压（p≈7.8～10.8MPa）、超高压（p≈11.8～14.7MPa）、亚临界压力（p≈15.7～19.6MPa）、超临界压力（p＞22.2MPa)、超超临界压力（p＞27MPa)。4、水冷壁内工质的流动动力分：自然循环、强制循环、直流。5、燃烧方式：煤粉炉、层燃炉、旋风炉、流化床炉。6、平衡通风负压锅炉（具有送风机和引风机）；微正压锅炉：炉膛和烟道内的压力大于环境压力。·为什么超临界高压锅炉只能采用直流锅炉：因为下降管和水冷壁内的介质密度差为零。二、燃料的成分及特性·煤的元素分析：对煤燃烧有影响的成分：碳C、氢H、氧O、氮N、