第一章能量轉換的基本知識第一節熱力學基本定律第二節水蒸汽動力循環第三節換熱器第二節水蒸汽動力循環一、水和水蒸氣的基本性質

1、水的飽和狀態對于一個汽液共存系統，當液體汽化和蒸汽液化的速度相等時，達到動態平衡，稱為飽和狀態。處于飽和狀態時，系統的壓力、溫度稱為飽和壓力（ps）、飽和溫度（ts）。pts飽和液體飽和蒸氣對于一定的物質飽和壓力和飽和溫度是一一對應的。例如1個大氣壓下，水的沸點100℃。第二節水蒸汽動力循環一、水和水蒸氣的基本性質

2、過冷水定壓加熱成過熱蒸汽的三個階段：①過冷水加熱到飽和水的預熱階段——過冷水（未飽和水）②飽和水汽化成干飽和蒸汽的汽化階段——濕蒸汽飽和水和飽和蒸汽的混合物，其中純飽和蒸汽的質量百分數稱為濕蒸汽的干度，以x表示，其狀態一般由（ps，x）或（ts，x）確定。③干飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的過熱階段——過熱蒸汽pt<tsv0ptsv'pts

vxptsv''pt>tsv水的定壓加熱過程：

未飽和水a飽和水b濕飽和蒸氣c干飽和蒸氣d過熱蒸氣e3、水及水蒸氣的五個狀態可具有無限多個狀態點的三個狀態：過冷水（未飽和水）濕蒸汽（濕飽和蒸汽）過熱蒸汽僅存在惟一狀態點的兩個狀態：飽和水第二節水蒸汽動力循環一、水和水蒸氣的基本性質

干飽和蒸汽在給定一個狀態參數的條件下

4、水及水蒸氣的六個基本狀態參數（1）壓力pMPa

（2）溫度t℃（3）比容vm3/kg

（4）比焓hkJ/kg（5）比熵skJ/kg.K

（6）干度x注意：通常已知其中兩個獨立參數，可以求得其他參數；在飽和水線、濕蒸汽區、干飽和蒸汽線，壓力和溫度是一一對應的，此時這兩個參數將縮減為一個參數。第二節水蒸汽動力循環一、水和水蒸氣的基本性質

5、水及水蒸氣的臨界點臨界點參數壓力Pc=22.129MPa

溫度tc=374.15℃比容vc=0.00326m3/kg

超臨界參數：P>Pc，在水蒸氣的定壓發生過程中，水直接瞬間汽化為過熱蒸汽，ρ汽=ρ水

亞臨界參數：P<Pc，經歷濕蒸汽的汽化階段，ρ汽<ρ水。第二節水蒸汽動力循環一、水和水蒸氣的基本性質

第二節水蒸汽動力循環二、水和水蒸氣的動力循環（一）朗肯循環1－2為過熱蒸汽在汽輪機內的理想絕熱膨脹做功過程，所做的功為w=h1-h2；2－3為乏汽(即汽輪機排汽)向凝汽器(冷源)的理想定壓放熱的完全凝結過程，其放熱量為q2=h2-h3；3－4為凝結水通過水泵的理想絕熱壓縮過程，所消耗的功為wp＝h4-h3；4－1為高壓水在鍋爐內經定壓加熱、汽化、過熱而成為過熱蒸汽的理想定壓吸熱過程，所吸收的熱量為q1=h1-h4。過程編號執行設備理想過程輸入、輸出3-4給水泵可逆絕熱壓縮低壓給水通過給水泵增壓，得以進入鍋爐，損耗泵功wp4-5-6-1鍋爐定壓可逆吸熱高壓給水在鍋爐中經定壓預熱、汽化、過熱而成為過熱蒸汽，吸熱量為q11-2汽輪機可逆絕熱膨脹做功過熱蒸汽在汽輪機內膨脹做功，最終變為乏汽，做功wt2-3凝汽器可逆定壓放熱乏汽在凝汽器中凝結放熱成為凝結水，排出廢熱q2朗肯循環的四個過程朗肯循環的熱效率吸熱q1=h1-h4

放熱q2=h2-h3機械功w=h1-h2

水泵耗功wp＝h4-h3對外做功：w0=w

-wp=(h1-h2)－(h4-h3)朗肯循環的熱效率η＝w0/q1=[(h1-h2)－(h4-h3)]/(h1-h4)由于wp很小，忽略之：η＝(h1-h2)/(h1-h2’)h1：汽輪機的進汽焓

h2：汽輪機排汽壓力下的排汽焓h2’：排汽壓力下的飽和水焓結論：提高蒸汽的初參數、降低排汽壓力可以提高效率。（一）朗肯循環(二)

中

間

再

熱

循

環二、水和水蒸氣的動力循環水蒸汽再熱循環的T-S圖1．采用再熱技術的目的：增加吸熱環節提高吸熱過程平均吸熱溫度提高循環效率2、再熱循環的特點（1）可以提高乏汽的干度，有利于汽輪機安全工作，提高了汽輪機的內效率；（2）提高循環熱效率（約4％～5％）；（3）減少了汽耗率，減小了設備尺寸；（4）（不利因素）設備復雜，運行管理要求高。二、水和水蒸氣的動力循環(二)中間再熱循環（三）給水回熱循環二、水和水蒸氣的動力循環①在朗肯循環基礎上，從汽輪機的中間部位抽出一部分做過功的蒸汽，送入回熱加熱器中用加熱凝結水，提高鍋爐的入口水溫。從而提高工質在鍋爐內的平均吸熱溫度T1，使循環熱效率提高。②一般超高壓以上的機組采用7～9級回熱。1．采用給水回熱循環的目的：①提高給水溫度→提高吸熱過程平均吸熱溫度→提高循環效率②減少汽輪機排汽量→減少冷源損失→提高循環效率2．給水回熱的特點（1）提高了循環的效率（2）減輕了汽輪機末級的工作負荷（三）給水回熱循環二、水和水蒸氣的動力循環（四）熱電聯產循環所謂熱電聯產循環就是將電能生產和熱能生產聯合成一體，既供熱又供電，所供熱能是已做功發電的汽輪機排汽所攜帶的熱能。（1）熱電聯產循環的做功發電收益（高品位能量）（2）熱電聯產循環的供熱收益（低品位能量）二、水和水蒸氣的動力循環（四）熱電聯產循環二、水和水蒸氣的動力循環

將相對于朗肯循環少做的功和朗肯循環的冷源損失全部（或部分）地送到熱用戶利用了。所以熱電聯產循環的熱量有效利用程度比純動力循環要高得多，這正是熱電聯產循環的意義之所在。1234背壓式汽輪機熱電聯產循環UserBoilerTurbinePumpqinqoutGeneratorElectricityHeatexchanger熱電聯產循環抽汽調節式熱電聯產設備系統圖TurbineBoilerPumpPumpGeneratorElectricityOpenFWHCondenserqinqoutRegulatorvalveHeatexchangerUser熱電聯產循環改變循環參數提高初溫度提高初壓力降低乏汽壓力改變循環形式回熱循環再熱循環采用聯產形式熱電聯產燃氣-蒸汽聯合循環新型動力循環IGCCPFBC-CC多聯產三、提高循環熱效率的途徑燃氣-蒸汽聯合循環（原理）整體煤氣化燃氣-蒸汽聯合循環（IGCC）增壓流化床燃氣-蒸汽聯合循環（PFBC-CC）燃料電池燃料電能利用燃料的化學能微型燃氣輪機利用高品位的熱能余熱鍋爐及汽輪機吸收式冷熱水機組不可利用的廢熱利用低品位的熱能利用極低品位的熱能用