热电厂热力过程及效率分析

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1、热电厂热力过程及效率分析第一部分：热力学基础热电厂是以蒸汽为工质的一个热力系统，因此，对热电厂的分析必须建立在热力学定律及理想热力循环的基础上。一、热力学的基本概念：1．热力系：在分析热力过程或现象时，常从若干物体中取出需要研究的对象，这被取出的研究对象称为热力系。热力系可以是元件或设备，也可以是系统或空间。在同一个大的热力系统中，因研究问题的不同所选择的热力系也不同。以热电厂为例，可以把锅炉、汽轮机或单独一部分蒸汽管道作为一个热力系研究锅炉运行、汽轮机运行或管道损失问题，也可以把锅炉、管道及汽轮机共同作

2、为一个热力系研究发电供汽过程存在的问题。外界：热力系以外的物质世界统称为外界或环境；边界：热力系与外界的分界面称为边界；因此热力系即为由界面包围的作为研究对象的物体的总和。按热力系与外界进行物质、能量交换的情况不同，热力系主要有：闭口系：热力系与外界无物质交换；开口系：热力系与外界之间有物资交换，或者说有物质穿过边界。按热力系绝热系：热力系与外界无热量交换；孤立系：热力系与外界既无能量交换又无物质交换；2.热力过程与热力循环：2.1概念：热力系状态连续变化的过程称为热力过程。热力系统从一个初态出发经历一系

3、列状态变化后又回到初始状态封闭的热力过程，称为热力循环。2.2工程中常见的两类热力循环：P热能动力和制冷装置热机的经济性用热效率衡量，等于净功与向循环输入1122的热量比，η=W/Q43T0热力循环第21页共21页热机低温热源高温热源热机低温热源高温热源Q1Q1WWQ2Q2热能动力装置制冷装置二、热力学第一定律：1.第一定律的实质：热力学第一定律是能量守恒与能量转换定律在热力学中的具体体现。热力学第一定律：在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换的能量的总量保持恒定不变。“永动机是不可能制造成功的

4、”。2.热力过程的两种能量传递方式：热力系与外界传递能量的方式有两种：作功和传热。2.1功：力学中功的定义为物体所受的力与沿力的方向所产生的位移之积。δW=F.dx在热力学中功的定义为：功是物系间相互作用而传递的能量，当系统完成作功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。热力系对外作功符号为正，外界对热力系作功符号为负。在工程中，热与功的相互转换常常是通过气体的体积变化（膨胀或压缩）来实现的。2.2热：热是系统与外界交换能量地另一种形式，它是与物质内部分子运动有关的能量，当热力系与外界间温度

5、不等而发生接触时，彼此将进行能量交换。热力系与外界之间依靠温差传递的能量称为热。热力系吸热时符号为正，放热时为负。δQ=m.c.dT第21页共21页热与功是物系在与外界相互作用的过程中传递的能量，传热和作功是热力系与外界传递能量的两种方式，它们是过程量而不是状态量，因此不能说“物体具有多少热量”和“物体具有多少功量”。3.热力学第一定律表达式：3.1基本表达式：根据能量守恒定律，对于闭系能量守恒方程式：Q=ΔU+WδQ=dU+δW式中：U为物质的内能，是以一定方式储存于热力系内部的能量，是热力系的状态函数

6、。在闭系中，不存在与外界的物质交换，只存在能量交换，只涉及内能、热、功的相互转换，不牵涉任何其它形式能的转换，上述方程的惟一依据是能量守恒定律，因而适用于闭系内进行的一切热力过程。3.2稳定流动能量方程式：稳定流动：工程中常遇到工质流过热力设备时，工质不但与外界有能量传递与转换，而且有质量交换，即有工质流进流出，如汽轮机，是开口系。在流动过程中，开口系内部及其边界上各点，工质的热力参数及运动参数都不随时间而变，这种流动过程称为稳定流动过程。稳定流动的条件：单位时间进入和流出热力系的工质质量相等，并等于常数

7、；单位时间加入热力系的净热及热力系输出的净功不随时间而变；1Wnet2p1v1T1p2v2T2u1c1z1u2c2z221Q稳定流动能量方程式：第21页共21页因为存在工质的进出及能量的转化，因此在研究稳定流动过程时，应以能量守恒定律为基础，同时兼顾热力学能量变化与宏观机械能等能量的变化。工质进入热力系界面1-1时携带的能量：工质的内能：U1；工质因具有流速c1而具有的宏观动能1/2mc12；工质在进口截面相对某一基准面有一定的高度而具有的重力势能mgz1；因此工质进入热力系统时携带的能量为：E1=U1+

8、1/2mc12+mgz1。同理，工质流出热力系界面2-2时携带的能量为：E2=U2+1/2mc22+mgz2。因而，工质流经热力系统时，热力系统储存能量的变化为：ΔE=E2-E1=(U2-U1)+1/2m(c22-c12)+mg(z2-z1)=ΔU+1/2mΔc+mgΔz热力系与外界功、热量的变化为：外界加入Q的热量；系统输出净功Wnet；工质进入热力系克服系统内工质阻力而对热力系作的功P1V1，工质流出热力系克服外界阻力而对