1、第一章 能量转换的基本知识,第一节 热力学基本定律第二节 水蒸汽动力循环第三节 换热器,第二节 水蒸汽动力循环,一、水和水蒸气的基本性质,1、水的饱和状态对于一个汽液共存系统，当液体汽化和蒸汽液化的速度相等时，达到动态平衡，称为饱和状态。处于饱和状态时，系统的压力、温度称为饱和压力（ps） 、饱和温度（ts）。,对于一定的物质饱和压力和饱和温度是一一对应的。例如1个大气压下，水的沸点100。,第二节 水蒸汽动力循环,一、水和水蒸气的基本性质,2、过冷水定压加热成过热蒸汽的三个阶段：过冷水加热到饱和水的预热阶段过冷水（未饱和水）饱和水汽化成干饱和蒸汽的汽化阶段湿蒸汽 饱和水和饱和蒸汽的混合物，其
2、中纯饱和蒸汽的质量百分数称为湿蒸汽的干度，以x表示，其状态一般由（ps，x）或（ts，x）确定。干饱和蒸汽加热成过热蒸汽的过热阶段过热蒸汽,水的定压加热过程：,3、水及水蒸气的五个状态可具有无限多个状态点的三个状态：过冷水（未饱和水）湿蒸汽（湿饱和蒸汽）过热蒸汽仅存在惟一状态点的两个状态：饱和水,第二节 水蒸汽动力循环,一、水和水蒸气的基本性质,干饱和蒸汽,在给定一个状态参数的条件下,4、水及水蒸气的六个基本状态参数（1）压力 p MPa （2）温度 t （3）比容 v m3/kg （4）比焓 h kJ/kg（5）比熵 s kJ/kg.K （6）干度 x 注意：通常已知其中两个独立参数，可以求
3、得其他参数；在饱和水线、湿蒸汽区、干饱和蒸汽线，压力和温度是一一对应的，此时这两个参数将缩减为一个参数。,第二节 水蒸汽动力循环,一、水和水蒸气的基本性质,5、水及水蒸气的临界点临界点参数压力 Pc=22.129MPa 温度 t c=374.15比容 vc=0.00326 m3/kg,超临界参数：P Pc，在水蒸气的定压发生过程中，水直接瞬间汽化为过热蒸汽，汽= 水,亚临界参数：PPc，经历湿蒸汽的汽化阶段，汽 水。,第二节 水蒸汽动力循环,一、水和水蒸气的基本性质,第二节 水蒸汽动力循环,二、水和水蒸气的动力循环,（一）朗肯循环12为过热蒸汽在汽轮机内的理想绝热膨胀做功过程，所做的功为w=h
4、1-h2；23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， 其放热量为q2=h2-h3；34为凝结水通过水泵的理想绝热压缩过程，所消耗的功为wph4-h3；41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，所吸收的热量为q1=h1-h4。,朗肯循环的四个过程,朗肯循环的热效率,吸热 q1=h1-h4 放热 q2=h2-h3机械功 w=h1-h2 水泵耗功 wph4-h3对外做功：w0= w - wp=(h1-h2)(h4-h3)朗肯循环的热效率 w0/q1=(h1-h2)(h4-h3)/(h1-h4)由于wp很小，忽略之： (h1-h2) /(
5、h1-h2)h1：汽轮机的进汽焓 h2：汽轮机排汽压力下的排汽焓h2：排汽压力下的饱和水焓结论：提高蒸汽的初参数、降低排汽压力可以提高效率。,（一）朗肯循环,(二)中间再热循环,二、水和水蒸气的动力循环,水蒸汽再热循环的T-S图,1采用再热技术的目的：增加吸热环节提高吸热过程平均吸热温度提高循环效率,2、再热循环的特点（1）可以提高乏汽的干度，有利于汽轮机安全工作，提高了汽轮机的内效率；（2）提高循环热效率（约45）；（3）减少了汽耗率，减小了设备尺寸；（4）（不利因素）设备复杂，运行管理要求高。,二、水和水蒸气的动力循环,(二)中间再热循环,（三） 给水回热循环,二、水和水蒸气的动力循环,在
6、朗肯循环基础上，从汽轮机的中间部位抽出一部分做过功的蒸汽，送入回热加热器中用加热凝结水，提高锅炉的入口水温。从而提高工质在锅炉内的平均吸热温度T1，使循环热效率提高。一般超高压以上的机组采用79级回热。,1采用给水回热循环的目的：提高给水温度 提高吸热过程平均吸热温度 提高循环效率减少汽轮机排汽量 减少冷源损失 提高循环效率2给水回热的特点（1）提高了循环的效率（2）减轻了汽轮机末级的工作负荷,（三） 给水回热循环,二、水和水蒸气的动力循环,（四）热电联产循环,所谓热电联产循环就是将电能生产和热能生产联合成一体，既供热又供电，所供热能是已做功发电的汽轮机排汽所携带的热能。（1）热电联产循环的做
7、功发电收益（高品位能量）（2）热电联产循环的供热收益（低品位能量）,二、水和水蒸气的动力循环,（四）热电联产循环,二、水和水蒸气的动力循环,将相对于朗肯循环少做的功和朗肯循环的冷源损失全部（或部分）地送到热用户利用了。所以热电联产循环的热量有效利用程度比纯动力循环要高得多，这正是热电联产循环的意义之所在。,1,2,3,4,背压式汽轮机热电联产循环,User,Boiler,Turbine,Pump,qin,qout,Generator,Electricity,Heat exchanger,热电联产循环,抽汽调节式热电联产设备系统图,Turbine,Boiler,Pump,Pump,Generat
8、or,Electricity,OpenFWH,Condenser,qin,qout,Regulator valve,Heat exchanger,User,热电联产循环,改变循环参数,提高初温度,提高初压力,降低乏汽压力,改变循环形式,回热循环,再热循环,采用联产形式,热电联产,燃气-蒸汽联合循环,新型动力循环,IGCC,PFBC-CC,多联产,三、 提高循环热效率的途径,燃气-蒸汽联合循环（原理）,整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（IGCC）,增压流化床燃气-蒸汽联合循环（PFBC-CC）,燃料电池,燃料,电能,利用燃料的化学能,微型燃气轮机,利用高品位的热能,余热锅炉及汽轮机,吸收式冷热水机组,不可利用的废热,利用低品位的热能,利用极低品位的热能,用 户,电能,电能,空调用冷水、热水及卫生用热水,理想的CCHP系统,分布式供能系统,天然气,微型燃气轮机,利用高品位的热能,特种吸收式冷热水机组,不可利用的废热,利用低品位的热能,用 户,电能,空调用冷水、热水及卫生用热水,烟气,理想的CCHP系统,分布式供能系统,
