第3章--凝汽式电厂的火用分析

1、,第三章 能源系统火用分析,1.2,热力发电厂,能源系统的火用分析方法,以热力学第一定律为基础的热量法，即热效率法 从数量上分析能源被利用的程度。 以热力学第二定律为基础的熵方法，或“火用”的方法 以能源系统的做功能力被利用的程度来评价其热经济性，一般做定性分析。,能量和火用,根据热力学第二定律，环境所具有的的能量全有火无组成，即环境的火用为0.通常将环境状态作为火用的基准状态。 1.机械火用 一个系统若处于运动状态且相对某参考坐标系具有一高度，则系统所具有的的宏观动能和位能都是机械能。理论上它们能够全部转变为有用功，故全为火用,式中: ExM为机械火用；c,z分别是系统的运动速度和相对参考坐

2、标系的高度。,2.热量火用 热力学第二定律，温度为T 的系统吸收热量Q,在环境温度为Ten条件下，系统从状态1到状态2吸收的热量火用为,对于单位质量工质吸收的热量q,稳定流动系统工质的火用（焓火用,单位质量稳定物流的比火用为,忽略稳定流动工质的动能和位能时：,第一节 火用损失和火用平衡方程式,3.1 不可逆过程和火用损失 火用损失：在任何不可逆过程中，必然发生火用向火无的转变，并使火用的总量减少。这部分减少的火用转变成了火无，称之为不可逆过程的火用损失，简称火用损失,能量=火用+火无 可逆过程中:能量=火用（恒量）+火无（恒量） 不可逆过程中:能量=火用+火无,1.9,热力发电厂,（三）凝汽式

3、发电厂能量转换的熵方法,实际动力过程都是不可逆过程，引起系统的熵增，引起做功能力的损失。 在温度为T0 的环境中，某设备或不可逆过程中的熵增 s 所引起的可用功的耗散功为： I T0 s,1.10,热力发电厂,求得各设备或各过程的耗散功后，相加即可求得整个动力装置或整个系统可用功总的损失为：,熵方法的作用： 求得各设备可用功的耗散及其总的功量损失后，即可分析该动力装置工作效果及其导致功量耗散的原因，从而设法改进这些热力设备和热力过程，以使整个动力装置热经济性得到提高。,1.11,热力发电厂,典型不可逆过程的火用损失,温差换热 工质节流 工质膨胀 工质混合 思考题：在热力发电厂生产过程中存在哪些

4、不可逆做功损失？举例说明。,1.12,热力发电厂,（一）温度差对热交换过程作功能力损失的影响,1.13,热力发电厂,上图为工质A经过12过程被冷却（平均温度 ） B工质经34过程被加热（平均温度为 ）。 因而不可逆热交换过程引起的作功能力损失为图中阴影部分面积，表示为：,1.14,热力发电厂,可见，有温差的热交换过程的温差T越大，作功能力损失越大。因此，温差是热交换过程不可逆性的起因，而温差的大小又决定了不可逆热交换的后果，所以要减少温差热交换的不可逆性，以减少作功能力损失，即使要减少热交换过程的温差。,当热交换的温差T为一定时，工质的平均温度（ 、 ）越高，作功能力损失越小，所以从热能有效利

5、用来看，高温热交换比低温热交换更为有利。,1.15,热力发电厂,（二）压力降对绝热节流过程作功能力损失的影响,如图：,1.16,热力发电厂,水蒸气节流过程T-S图,1.17,热力发电厂,在节流过程中，工质的压力一定下降。理想气体节流过程的作功能力损失应为：,节流过程作功能力损失可用下式计算：,1.18,热力发电厂,（三）工质膨胀过程作功能力损失,蒸汽在汽轮机中不可逆膨胀，水在水泵中被不可逆压缩都属于有摩阻的绝热过程，工质作功能力的损失应为：,1.19,热力发电厂,工质膨胀过程T-S图,1.20,热力发电厂,（四）两种介质混合,两种不同状态参数的工质相混合而不引起化学变化时，其混合焓、作功能力损

6、失为：,1.21,热力发电厂,能量系统火用分析的应用凝汽式发电厂火用损失及全厂火用效率,锅炉的做功能力损失 主管道做功能力损失 汽轮机作功能力损失 凝汽器作功能力损失 汽轮机机械摩擦损失 发电机作功能力损失 凝汽式发电厂的作功能力损失及全厂效率,1.22,热力发电厂,纯凝汽式发电厂做功能力损失分布图,燃烧烟气温度,1.23,热力发电厂,锅炉的作功能力损失,1.锅炉散热引起的作功能力损失： 2.化学能转变为热能引起 的作功能力损失： 3.工质温差传热引起的作功能力损失： 锅炉总作功能力损失为前三项之和,1.24,热力发电厂,主蒸汽管道的作功能力损失,蒸汽流过主蒸汽管道时，沿程压力损失和局部压力损失之和,1.25,热力发电厂,汽轮机内部作功能力损失,蒸汽膨胀的摩擦阻力造成的熵增引起作功能力损失：,1.26,热力发电厂,凝汽器中的作功能力损失,1.27,热力发电厂,汽机机械摩擦损失产生的作功能力的损失,1.28,热力发电厂,发电机的作功能力损失,1.29,热力发电厂,凝汽式电厂的作功能力损失和全厂效率,q生