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）：。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(kgK)。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。=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。（2）循环热效率永远小于100；（3）当T1T2时，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/p1c，选渐缩喷管；pb/p1c，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：T=（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（p2.944.90MPa）、高压（p7.810.8MPa）、超高压（p11.814.7MPa）、亚临界压力（p15.719.6MPa） 、超临界压力（p22.2MPa ) 、超超临界压力（p27MPa ) 。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、硫S、灰分A、水分M。在实验室条件下分析的煤样：水分、挥发分、固定碳、灰分。挥发分：煤在加热过程中有机质分解而析出的气体物质。发热量：每千克收到基燃料完全燃烧时所放出的热量。标准煤：定压低位发热量Qar,net,p=29308kJ/kg的煤。电厂燃煤的种类及其挥发分和发热量：分为无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤、泥煤。挥发分无烟煤贫煤烟煤褐煤Mt（驱动力矩），d/d0（转速下降）：a，c点为支点，b ,滑阀，油动机活塞，调节阀，进汽量增大，Mg增大到等于Mt。活塞上移同时带动杆，滑阀复位到原来的位置，切断油的通路，油动机活塞停止移动，处于平衡位置。调节系统的静态特性：不同稳定工况下转速与机组负荷P之间的单值对应关系，称为调节系统的静态特性。有差调节：调节系统的静态特性平衡工况下转速发生变化的调节。同步器的作用：改善调节系统的静态特性。（1） 对单机运行的机组，当外界负荷变化时导致转速变化时，调整转速回复到额定值ne。（2） 对并网运行机组，各机组先进行一次调频，然后调峰机组进行二次调频。（3） 机组启动时，调节空转转速，使其与电网同步。速度变动率：是指汽轮机由满负荷减至零负荷时的转速改变值与额定转速的比值。一次调频：电网中并列运行的机组在电网负荷变化引起电网频率变化时，各机组按其静态特性线自动承担一定的负荷变化的调节过程。二次调频：调峰机组同步器静态特性曲线上移，使网内频率恢复正常值。承担基本负荷机组则回到原基本负荷下工作，同时调峰机组功率进一步提高，承担全部电网负荷的增加量。功频电液调节系统及控制系统组成：测速机构、信号放大机构、执行机构、反馈机构。功频电液调节系统及控制系统调节过程：保安控制系统的作用：对汽轮机的转速、轴向位移、排汽口真空、润滑油压和抗燃油压(调节系统用油)等参数进行测量、监视、限值判断。当任何一项测量值超出允许范围时，通过中间转换及执行机构使汽轮机的所有进汽阀关闭，迫使汽轮机停机，以保证设备的安全。DEH系统中的保安控制的分类（汽轮机一般设有的保护装置）：第十章 水力学基础和水力发电开发利用方式一、我国水利水电开发现状和水电开发方针水能储量；年发电量；2010年水电装机容量、5万KW以上、100万KW以上、小型水电厂：5.4164亿KW；2.474亿万KW.h ；1.9亿KW、230座、25座、4万余座。目前最大的水电站：三峡水电厂：32700（）二、水能资源特性和水力发电基本原理 水力发电的基本过程：水能机械能电能。水力发电的主要生产过程大体可分为四个阶段：集中能量阶段：建坝集中河流径流和分散的河段落差，形成水电厂集中的水体和发电用的水头；输人能量阶段：利用渠道或管道，把水以尽可能小的损失输送至水电厂；转换能量阶段：调整水轮发电机组的运行，将水能高效率地转换成电能；输出能量阶段：将发电机生产的电能，经变压、输电、配电环节供给用户。三、水力学基础知识和水流的水能计算水流的理论出力（功率）：汇集水量在单位时间内，由坝前通过引水设施引泄到坝后下游河道时，所做的功。P=9.81HQ（kw）四、水资源开发方式和水电厂基本类型利用自然水资源发电的开发方式：坝式开发、引水式、混合式、抽水蓄能式。坝式开发：在河道上拦河建坝、治高上游水位，造成坝上下游水位差。坝式水电厂：采用坝式开发修建起来的水电厂。坝和水电厂类别：厂房相对布置位置的不同，分为河床式（厂房直接和大坝并建造在河床中）和坝后式（厂房建在大坝的后面）。无压引水式水电厂：地势险峻、水流湍急的河流中上游，或河道坡度较陡的河段上，可修筑纵向坡度远小于天然河段的引水明渠(或无压隧道)集中水头，然后用压力水管把水引入置于河段下游的水电厂。有压引水方式：谿线深度大的上游河段或水体，可采用有压引水方式。混合式开发和混合式水电厂：开发利用具有堤坝式和引水式两方面的特点，这便是混合式开发，建立混合式水电厂。梯级开发和梯级电厂：当一条河流可开发的全长超过了一级开发所能达到的技术、经济允许长度时，就要合理地分段开发利用，在河段上开发工程自上而下，一个接一个，犹如一级级的阶梯，称为梯级开发。梯级开发布置的水电厂又称作梯级电厂。抽水蓄能式水电厂：它既是电源，又是负荷，须具有高、低两个水池，厂房位于低水池，水轮机为可逆式水轮机。抽水蓄能电厂在电力系统中的作用：1、调频；2、调相；3、调负荷；4、事故备用；5、提高电网运行的灵活性和可靠性。第十一章 河流径流调节和水电厂装机容量的选择一、河流径流和径流调节径流调节的重要设施：水库。水库的库容：不同水位下水库的蓄水容积。水库的特征水位和相应库容：（1）死水位：水库一个最小的水位；【1】死库容：死水位以下的库容。（2）正常高水位：允许水库在丰水期末蓄水到的水位。【2】有效库容：高水位和死水位之间的库容。（3）汛前水位：汛前水库降低到的水位。（4）超高水位：出现特大洪水时，水库被迫蓄水到的水位。【3】超高库容：正常高水位和超高水位之间的库容。（5）淤沙水位径流调节的主要类型：（1）日调节或周调节在深夜或周休日用电负荷低时，把多余的水量存入水库，到白天或工作日用电负荷高时用来加大发电量。减少系统煤耗和具有较高的运行效率。（2）年调节和多年调节解决枯水期水量不足、洪水期水量过剩的矛盾。在一年（多年）内对天然径流进行重新分配。二、水电厂的特点及其在电力系统中的运行方式 水电厂的特点：1、水电厂出力和发电量受河流径流变化的影响。2、水电厂设备结构简单，辅机数量也少，易于管理和实现自动化，运行管理人员较少。3、水电厂运行中不消耗燃料。4、水轮发电机组启停方便、易于调整。5、水电厂能为电力系统提供重复装机容量。6、水电厂对大气和环境的无污染。电力系统的负荷曲线：表示电力系统中的负荷变化。负荷曲线是三个代表性的特征负荷值：日最大负荷、日平均负荷、日最小负荷。水电厂的运行方式：1、无调节径流水电厂：无论汛期还是枯水期，基荷下工作。2、具有短期(日或周)调节能力的水电厂：峰荷或腰荷下工作。3、有长期(年或多年)调节能力的水电厂：全年在电力系统的调峰负荷下工作，同时进行日、周调节。只有当水库的存水水位较高、有可能发生弃水时，才加大水电机组的发电量，转移到系统的腰荷或基荷下工作。4、抽水蓄能式水电厂：调峰调频，并且在电力系统作事故备用的功能。三、水电厂装机容量的选择和主要技术经济指标水电厂的设计保证率：在设计水电厂时，要充分考察和论证水电厂在一定工作时段（年、月、日）内能够正常工作的机率。设计水电厂原则上考虑的因素：（1）水电厂的装机容量愈大，机组不能正常工作时造成的后果愈严重，故大型水电厂原则上应选用较高设计保证率；中小型水电厂的设计保证率可相应取得低些。（2）水电厂的装机容量在电力系统中所占得比重愈大，则当水电机组不能正常工作时，所造成的处理不足愈难以用系统中的火电备用通量来代替，故水电机组在系统总装机容量中所占的比重大时，应选用较高的水电厂设计保证率。（3）水电厂的电力用户中，有较多的重要企业时，其设计保证率应选得高些。（4）考虑到充分利用水资源，水电厂的设计保证率就不宜选得过大；但如果天然径流量在年内或年际间变化不大，或建有较大的调节库容时，则可适当选用较高的水电厂设计保证率，仍能充分地利用水力资源。第十二章 水电厂主要水工建筑物和动力设备一、水电厂主要水工建筑物拦水建筑物：坝，坝是截断河流、集中落差和水量、形成水库的大型水工建筑。坝是水利