【2017年整理】电力工程概论缩印版.doc

常见的基本热力过程】(1)定压过程：热力系统状态变化过程中，工质的压力保持不变如工质在锅炉内的吸热过程2)定温过程：工质的温度保持不变如工质在凝汽器内的放热过程3)绝热过程：工质与外界无任何热量交换如工质在汽轮机内的膨胀做功过程4)定容过程：工质的比容保持不变如工质在汽油机内的加热过程焓】是用来衡量单位工质具有的“热力势能”大小的一个尺度，符号用“h”表示，国际单位为J／kg、kJ/kg热力学第二定律】 【实质】⑴一切事物都具有方向性⑵能量是有品位的【指出】一切自热过程的不可逆性，解决了与热现象有关的各种过程进行的方向、条件和深度等问题的规律 （热功转换）【表述】克劳修斯:热不可能自发地、不付代价地从低温物体传向高温物体开尔文-浦朗克:只从一个热源吸热而连续做功的循环发动机是制造不成功的 熵增原理:任何实际过程都是不可逆过程,只能沿着使孤立系统熵增加的方向进行 （能量传递）【临界点】当压力升高到某一值时，饱和气与饱和水的比容差值为零，即饱和气和饱和水没有任何差别时的状态点 【临界点对应参数】压力22.129MPa，温度 374.15℃，比容 0.00326 m3/kg水的五个典型状态】1）过冷水（未饱和水）（2）饱和水（3）湿蒸汽（湿饱和蒸汽） （4）干饱和蒸汽（湿蒸汽的最后一滴水变为蒸汽） （5）过热蒸汽（蒸汽温度升高）【朗肯循环四个理想基本热力过程】(1)1－2 为过热蒸汽在汽轮机内的理想绝热膨胀做功过程(2) 2－3 为乏汽(即汽轮机排汽)向凝汽器(冷源)的理想定压放热的完全凝结过程(3) 3－4 为凝结水通过给水泵的理想绝热压缩过程(4) 4－1 为高压水在锅炉内经定压加热、汽化、过热而成为过热蒸汽的理想定压吸热过程【换热三种形式】 【热传导】如运行中汽缸的缸壁、【对流换热】如烟气掠过管束，火电厂大多数设备都是【辐射换热】如锅炉的水冷壁与炉膛内发哦文烟气之间的换热。

换热器】是实现冷热流体热量交换的设备，对冷流体来说是被加热，对热流体来说是被冷却因此，通常所说的加热器也就是冷却器 【分类】混合式、表面式和再生式三大类1)混合式换热器：冷、热流体通过直接接触彼此混合来完成热量交换，同时也存在质量交换具有换热效率高、设备简单的优点，但因冷热流体直接混合，其应用受到限制如火电厂中给水除氧器就属于混合式换热器2)表面式换热器：借助于固体壁，热流体的热量传给冷流体，故又称为间壁式换热器表面式换热器是火电厂应用最多的一类如锅炉中的各汽水受热面、回热加热系统中的高、低压加热器等3)再生式换热器：借助壁面的蓄、放热过程，使热流体的热量传给冷流体，又称回热式换热器大容量锅炉中采用的回转式空气预热器就属于这类换热器表面式换热器【基本布置方式】顺流式、逆流式、混合流布置 【顺流布置】冷热流体总体上同向流动【特】安全；【逆流布置】冷热流体总体上反向流动 【特】温差大，可获得较好的传热效果混合流布置】低温段采用逆流布置，高温煅采用顺流布置【火力发电厂能量转换基本过程】锅炉将燃料的化学能转变为蒸汽热能，汽轮机将蒸汽热能转变为机械能，发电机将机械能转变为电能燃煤火电厂主要设备】输没设备、锅炉、汽轮机、发电机、凝汽机、凝结水泵、回热加热器、给水泵。

火电厂的三高、四低、一除氧设备】八级回热的回热系统，即三台高、四台低加和一台除氧器火力发电厂三大主机】锅炉、汽轮机、发电机锅炉型号】SG-1025/17.3/540/540 表示上海锅炉厂生产的、最大连续蒸发量为 1025T/H、过热器出口蒸汽压力为 17.3MPa、过热蒸汽温度/再热蒸汽温度都是 540℃[第一组厂家 ( HG 表示哈尔滨锅炉厂，SG 表示上海锅炉厂，DG 表示东方锅炉厂)；第二组数字最大连续蒸发量（锅炉容量）单位T／H，分母数字为锅炉出口过热蒸汽压力，单位MPa；第三组数字分别表示过热蒸汽温度和再热蒸汽温度；第四组，表示燃料代号，数字表示锅炉设计序号煤、油、气的代号分别是 M、Y、Q，其他燃料代号是 T锅炉（机组） 】由锅炉本体、辅助系统（和附属设备、锅炉附件等）构成的作用：燃料在炉膛内燃烧将其化学能转变为烟气热能；烟气热能加热给水，水经过预热、汽化、过热三个阶段成为具有一定压力、温度的过热蒸汽锅炉本体】是热交换器，主要包括锅和炉锅】指锅炉的汽水系统，完成水变为过热蒸汽的吸热过程：省煤器、汽包、下降管、水冷壁、过热器、再热器、进出口联箱及汽水联通管道等炉】指锅炉的燃烧系统，完成煤的燃烧放热过程：炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟道和风道等。

锅五大受热面】省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器汽轮机型号】N300—16．7／538／538 表示：凝汽式汽轮机、额定功率 300MW，新蒸汽压力16．7MPa、温度 538 ℃ ，再热蒸汽温度 538 ℃【汽轮机组成】由静子、转子两大部分组成静子主要包括汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等；转子主要包括主轴、叶轮、动叶片、联轴器盘车装置等凝气设备作用】：建立和保持汽轮机排汽口的高度真空，起冷源作用，降低冷源，提高热效率，（故）获得较高的循环热效率；回收汽轮机排汽凝结的水，作为锅炉给水循环使用 【组成】凝汽器、抽气器、凝结水泵等汽轮机的级】一列【喷嘴】和与之对应的一列【动叶栅】就组成了一个基本做功单元【分类】纯冲动级、反动级、冲动级【洁净煤发电种类】循环流化床燃烧技术（CFBC）整体煤气化燃气-蒸汽联合循环发电（IGCC） 增压流化床燃气-蒸汽联合循环发电(PFBC－CC)超临界燃煤电站加脱硫脱硝装置（PC+FGD+De-NOx）【水能的两大要素】流量 ——Q，m3/s ;水头——H， m 上下游水位差，也叫落差).【核电站组成】核电站一般分为两部分：利用原子核裂变生产蒸汽的核岛（包括反应堆装置和一回路系统）和利用蒸汽发电的常规岛（包括汽轮发电机系统） 。

自持链式裂变反应】一旦在铀核裂变开始，不需要外界的作用便能像链条一样自动地、一环扣一环地持续进行下去的核裂变反应【反应堆】用于维持和控制链式反应并实现核能转换成热能的装置， 【堆】最早的核反应装置是用核燃料和石墨块“堆砌”而成的，故取名为堆核电厂对有害辐射的屏蔽防护措施】1 第一道安全屏障是核燃料本身，它大都制成物理、化学性能十分稳定的小圆柱形的二氧化铀陶瓷块，2 第二道安全屏障是燃料元件的包壳 3 第三道安全屏障是反应堆的压力壳 4 第四道安全屏障是反应堆的安全壳【维持热中子反应堆】慢化剂和冷却剂常用的【慢化剂】是普通水(又称为轻水、H20)、重水(氘水 D20)和石墨【冷却剂】有轻水、重水、液态 钠、二氧化碳和氦等气体 【压水推核电厂一回路流程】既作慢化剂、又是冷却剂的轻水(一回路水)，经一回路循环泵(主泵)加压(通常为 15.2～15.5MPa)送入反应堆本体，在堆芯中的燃料棒之间流过吸收裂变热能后，离开反应 堆本体出口时温度升高 30℃左右被加热后一回路水被引入压力壳外的蒸汽发生器(热交换器)，在这里将二回路来的净水(二回路水)加热成蒸汽放出热量的一回路水，经主泵 又送回到反应堆本体，在一回路中循环流动。

【压水推核电站比较与同容量常规火力发电机组在常规系统上有区别】核汽轮机与同功率的火电厂的汽轮机相比，质量流量大、体积流量大，故此核汽轮机的体积和重量都要大得多,循环冷却水的需求量比常规火电厂大得多【太阳能电池发电（光伏发电）系统的主要部件】太阳能电池方阵，防反充二极管，蓄电池，控制器，逆变器蒸地热发电系统的减压扩容原理】物质的沸点随压力上升而升高，闪蒸时减压扩容，沸点降低，迅速汽化，两相分离，无功的交换和热交换1875 年，世界第一座火电厂（法国巴黎北火车站火电厂） ，1879 年第一座商用发电厂（旧金山）1878 年，旧金山建成世界第一个商用发电站1878 年，世界第一座水电站 法国 1954 年，世界第一座核电站 水冷式石墨慢化原型堆 1882 年，上海创建中国第一个发电厂1993 年，中国第一个核电站，秦山核电站一次能源】以自然形态存于自然界并可以利用的能源煤炭、石油、天然气、水能、风能、核能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等二次能源】由一次能源加工转换而来的能源电能、氢能、机械能、热能、煤气、焦炭、石油提取出来的成品油类等非再生能源】随着人类的开发利用而逐渐减少可再生能源】用之不竭的。

【常规能源】人类能够大规模利用的能源 【新能源】正在积极研究和开发利用中、有待推广的能源主要指可再生能源电能能量转换原理】一次能源转换成热能，通过原动机吧热能转换成机械能，在拖动发电机将机械能转换成电能转换过程】 【火电站】燃料化学能→热能→机械能→电能 【核电站】重核裂变能→热能→机械能→电能 【水电站】水能→机械能→电能【热力系统】研究分析热能与机械功的转换时需要选取一定的范围 【工质】完成能量转换所必须借助的中间媒介物质 【闭口系统】与外界只有能量交换却无物质交换 【开口系统】既有能量交换又有物质交换 【绝热系统】与外界之间没有热量的交换热力过程】热力系统由其初始平衡状态，经过一系列之间状态变化而达到另一个新的平衡状态，其中间的物理变化过程称为“热力过程” （可逆过程、不可逆过程、热力循环）【热力学基本定律的实质】研究热能和机械能相互转化的基本规律热力学第一定律】 （能量守恒及转换定律）表述：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 【表达形式】进入系统的能量 － 离开系统的能量 ＝ 系统储存能量的增加 【对于开口系统】进入系统的能量 ＝ 离开系统的能量【卡诺循环】由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成。

实际动力循环中效率最高的理想循环在理论上确定了一定范围内热能转变为机械功的最大限度，为实际循环的组成及热效率的提高指出了方向与途径 【特点】 （1) 循环热效率决定于高温热源与低温热源的温度，提高工质吸热温度并且降低工质排向冷源(大气环境)的温度，可提高循环热效率 （2) 循环热效率永远小于 100％（3) 在没有温差存在的体系中，热能不可能转变为机械功，要利用热能来产生动力，就一定要有温度高于环境的高温热源 （4) 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 （5) 在两个不同温度的恒温热源间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实际循环都是不可逆循环，其热效率必低于同温限的卡诺循环 【压力和饱和温度的关系】对于一定的物质饱和压力和饱和温度是一一对应的压力增大与其相应的饱和温度也相应升高过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段】预热阶段：过冷水-饱和水气化阶段：湿蒸气-干饱和蒸汽过热阶段：干饱和蒸汽-过热蒸汽①过冷水加热到饱和水的预热阶段，所需的热量为预热热；②饱和水汽化成干饱和蒸汽的汽化阶段，所需的热量为汽化潜热；③干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段，所需的热量为过热热。

（其中饱和水和干饱和蒸汽状态是定压力下的两个惟一状态点，其他可具有无限多个状态点 ）【当水压力等于或超过临界压力时定压不同】：当水的压力等于或超过临界压力时，仅仅靠加热不恩能使水汽化，必须把水的压力降低到临界压力以下，再加热才能使水汽化提高朗肯循环（蒸汽动力装置）热效率的措施】尽可能提高蒸汽的初压和初温，并降低排气压力；提高初温受金属材料耐热性能的限制受到的限制】排气机压力的降低受到环境温度的限制中间再循环目的】增加吸热环节，提高吸热过程平均吸热温度，提高蒸汽在汽轮机中膨胀末了的干度，提高循环效率 【过程】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出口过热蒸汽相同或稍高的温度。