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1、动力工程系（热能工程研究所 ）火电厂热工及热力设备基础止於至善Date1动力工程系（热能工程研究所 ）主要内容 ： 1. 工程热力学基础2. 传热学基础3. 锅炉设备4. 汽轮机5. 火电厂热力系统及其热经济性止於至善Date2动力工程系（热能工程研究所 ）2002年我国能源状况 一次能源消费量为14.8亿吨标准煤，为世界第二大能源消费国 一次能源产量为13.87亿吨标准煤 煤炭产量13.8亿吨，居世界第1位原油1.67亿吨，居世界第5位天然气产量326.6亿立方米，居世界第16位 发电装机容量3.57亿千瓦，居世界第2位Date3动力工程系（热能工程研究所 ）目前全世界能源总消费量约为130
2、亿吨标准 煤,化石能源占80%以上工业国家能源消费经历由煤炭向优质能源（ 石油、天然气）转变，再进一步向可再生能 源过渡为实现可持续发展，欧洲、日本等正大力发 展风电、太阳能、生物质能等可再生能源， 每年增长率达30%以上世界能源发展趋势Date4动力工程系（热能工程研究所 ）世界能源发展趋势（续） 人均能源消费量与人均GDP的增长有很强的相关性 从世界范围看，人均GDP达1万美元（中等发达国家水平）以前，人均能源消费量增长较快，其值约为4吨标煤，其后增长变缓 在人均GDP达1万美元阶段，日本人均能源消费量为4.25吨标煤 (1980年)，韩国为4.07吨标煤(1997年)，而美国为8吨标煤
3、(1960年)Date5动力工程系（热能工程研究所 ）05,00010,00015,00020,00025,00019601970197519801985199019951999美元/人美国（人均PPP）日本韩国中国0.002.004.006.008.0010.0012.00吨标煤/人美国（人均能源消费）日本韩国中国世界能源发展趋势（续）Date6动力工程系（热能工程研究所 ）未来我国能源需求预测2020年，我国一次能源需求值在2533亿吨标煤之间，均值是29亿吨标煤煤 炭：2129亿吨石 油：4.56.1亿吨天然气 ：14001600亿立方米发电装机容量：8.69.5亿千瓦，其中水电2.02
4、.4亿千瓦2050年要达到目前中等发达国家水平，人均能源消耗应达3.0吨标煤以上，能源需求总量约为50亿吨标煤Date7动力工程系（热能工程研究所 ）我国能源面临的矛盾与挑战1、能源供需矛盾突出 我国人均能源可采储量远低于世界平均水平, 石油2.60吨，天然气1074立方米，煤炭90吨，分 别为世界平均值的11.1%，4.3%，55.4% 我国目前人均能源消费约为1吨标煤，世界平 均值为2.1吨标煤，美国11.7吨标煤，OECD 国家 6.8吨标煤 到2050年，我国能源供应将面临更为严峻挑 战，国内常规能源难以满足需求的增长Date8动力工程系（热能工程研究所 ）我国能源面临的矛盾与挑战（续
5、 ） 到2020年，我国石油消费量将为4.56.1亿吨，届时国内石油产量为1.82.0亿吨，对外依存度将达60% 我国煤炭资源丰富，但探明程度低，可供建矿的精查储量严重不足2 2、能源安全，尤其是石油安全问题凸现、能源安全，尤其是石油安全问题凸现Date9动力工程系（热能工程研究所 ） 我国能源效率约为31.4%，与先进国家相差10 个百分点，主要工业产品单位能耗比先进国 家高出30%以上 目前，我国正面临着重化工业新一轮增长， 国际制造业转移以及城市化进程加速的新情 况，经济发展对能源的依赖度增大，能源翻 一番保GDP翻两番的任务艰巨3、能源利用效率低下，节能任务十分艰巨我国能源面临的矛盾与
6、挑战（续 ）Date10动力工程系（热能工程研究所 ） 从环境容量看，二氧化硫为1620万吨，氮氧化物为1880万吨，到2020年，如不采取措施，两者的排放量将分别达到4000万吨和3500万吨 我国CO2的排放量已成为世界第2位，未来将面临巨大的国际压力4、环境污染严重，可持续发展面临较大压力我国能源面临的矛盾与挑战（续 ）Date11动力工程系（热能工程研究所 ）我国能源发展战略我国应以保障供应为主线，实施“节能优先、供应安全、结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略。远近结合、分阶段部署，争取用三个15年，初步实现我国能源可持续发展的目标。Date12动力工程系（热能工程研究所 ）第一章
7、、工程热力学基础主要内容： 工程热力学的任务及基本概念 热力学第一定律 理想气体的性质及其主要热力过程 稳定流动能量方程及其分析 水和水蒸汽的性质及其主要热力过程 热力学第二定律 蒸汽动力循环分析Date13动力工程系（热能工程研究所 ）工程热力学的任务及基本概念 工程热力学的主要任务 基本定义 工程热力学的应用及其发展 能量转换面临的三个问题 工程热力学的理论支柱 基本概念 热力系 工质、工质的状态与状态参数 基本状态参数及其测量第一章、工程热力学基础Date14动力工程系（热能工程研究所 ）基本定义 热力发电厂：利用各种热能转换为电能的企业 火电厂：热力发电厂中使用化石燃料的电厂 火电厂中
8、的能量转换： 通过燃烧将燃料化学能转化为烟气的热能（炉内） 烟气热能以辐射对流等方式加热水为蒸汽（锅内） 蒸汽在汽缸各级内将热能转化为转子动能（汽机） 凝汽器凝水经水泵升压加热器升温至锅炉（回热） 涉及热力学原理、传热原理、热力设备工作原理 热力学：研究热现象规律的科学 工程热力学：研究热能与机械能转换的科学第一章、工程热力学基础Date15动力工程系（热能工程研究所 ）工程热力学的应用及其发展 工程热力学研究以提高热能利用率为核心 热力机械、低温制冷、空气分离、采暖通风 航空航天、海水淡化、超导传递、化学精炼 工程热力学的研究方法 现象或者经典热力学 统计热力学 工程热力学的发展 同物理学、
9、化学、生命科学等学科交叉渗透第一章、工程热力学基础Date16动力工程系（热能工程研究所 ）能量转换面临的三个问题 热能与机械能相互转换间的数量关系 热能与机械能的转换是否存在定量？ 不耗能而输出功的第一类永动机是否现实？ 热能与机械能相互转换间的质量关系 热能与机械能是否存在质量上的差异？ 冷却单一热源作功的第二类永动机是否现实？ 工质的热力性质如何影响热与功的转换 理想气体（空气或者烟气） 实际工质（水和水蒸汽工质）第一章、工程热力学基础Date17动力工程系（热能工程研究所 ）工程热力学的理论支柱 热力学第一定律 热能与机械能相互转换存在守恒关系！ 第一类永动机是不现实的！ 热力学第二定
10、律 能量的不等价表现为转换方向与限度的差异！ 第二类永动机是不现实的！ 工质的热力学性质 理想气体的状态方程与典型热力过程 水蒸汽的热力学性质方程与典型热力过程第一章、工程热力学基础Date18动力工程系（热能工程研究所 ）热力系 热力系的定义 为分析问题方便而人为分离出来的研究对象 其边界可真实可虚构；可以固定亦可涨缩 热力系的种类 流动系：热力系与外界有物质交换及能量交换 封闭系：热力系与外界无物质交换有能量交换 绝热系：热力系与外界有物质交换无能量交换 孤立系：热力系与外界无物质交换无能量交换第一章、工程热力学基础Date19动力工程系（热能工程研究所 ）工质、工质的状态与状态参数 工质
11、的定义 工质是参与热功转换的媒介物质 热功转换完成后工质本身并无变化 工质的状态 工质在某瞬间的物理特性 工质的状态参数 描述状态的物理量定义为状态参数 状态参数与与达到该状态的路径无关 基本状态参数 物理意义明确且易于测量的状态参数第一章、工程热力学基础Date20动力工程系（热能工程研究所 ）温度及其测量 基本定义 表示物体冷热程度的物理量 单位 绝对温度T是SI单位制的基本单位，单位为K 摄氏温度t 是日常计量单位，单位为 上述温度的相互关系为： Tt273.15 温度测量 利用物体的物理或者化学性质与温度相关性 水银温度计、热电阻温度计、热电偶温度计 半导体温度计、辐射式温度计第一章、
12、工程热力学基础Date21动力工程系（热能工程研究所 ）压力及其测量 基本定义 单位面积上受到的垂直作用力 单位 压力用符号p 表示；基本单位为N/m2；符号Pa 单位液柱高：1mmHg=133.322 (Pa) 工程大气压：1kgf/cm2=9.8067104 (Pa) 压力测量 压阻式、压磁式、压电式与力平衡式压力计 大气压力、表压力（真空）与绝对压力 当绝对压力高于大气压力时：p=pb+pg 当绝对压力低于大气压力时：p=pb- pv第一章、工程热力学基础Date22动力工程系（热能工程研究所 ）热力学第一定律 热力学第一定律表达式 内能、功量和热量第一章、工程热力学基础Date23动力
13、工程系（热能工程研究所 ）热力学第一定律表达式 本质 是能量转换与守恒定律在工程热力学中的应用 没有一种机器可以不消耗能量而连续作功 表述 热功可以相互转换，而且在数量上守恒 封闭系热力学第一定律的数学表达式 能量平衡：Q-AW=E2-E1 式中：Q为热量；W为功量；EEk+Epu 对于封闭热力系：Q-AW=u2-u1 对单位工质微小变化：dq=du+pdv第一章、工程热力学基础Date24动力工程系（热能工程研究所 ）内能、功量和热量 内能 各种微观能量的总和为内能， 其中内动能与温度有关而内势能取决与比容 功与压容图 微分功量为：dw=pdv 压力是作功的推动力；比容变化是作功的标志 热与
14、温熵图 微分热量为：dq=Tds 由此定义：ds=dq/T 温度是传热的推动力；比熵变化是传热的标志 实际上热量需要由其他的定义式计算第一章、工程热力学基础Date25动力工程系（热能工程研究所 ）理想气体的性质及其主要热力过程 理想气体的性质 理想气体的其他状态参数 理想气体的定容过程 理想气体的定压过程 理想气体的定温过程 理想气体的定熵过程 理想气体的多变过程第一章、工程热力学基础Date26动力工程系（热能工程研究所 ）理想气体的性质 理想气体的定义与意义 理想气体假设其分子不占体积，分子间无作用 该模型的引入具有三个方面的意义 状态方程（基本状态参数之间的关系） 状态方程：pv=RT
15、 (R为气体常数) 对同种气体，无论在什么状态，R恒为常数 通用气体常数 同温同压下，不同气体的比容不同，故R不同 根据阿付加德罗定律，摩尔质量的容积相等 通用气体常数：RmR103 8.3143 (分子量)第一章、工程热力学基础Date27动力工程系（热能工程研究所 ）理想气体的其他状态参数 气体比热 定义气体比热：c=dq/dT 据此有：dqcdT 种类、单位、过程和温度区间是影响c的因素 理想气体内能（用第一定律分析定容过程） 第一定律：dqv=cvdT=du 则：du=cvdT 理想气体比焓（用第一定律分析定压过程） 第一定律：dqp=cPdT=dh 则：dh=cpdT 理想气体比熵 熵定义：ds=dq/T=(du+pdv)/T=(cvdT+pdv)/T第一章、工程热力学基础Date28动力工程系（热能工程研究所 ）理想气体的定容过程 定容过程方程：vconst 状态方程：p/T=R/v=const 过程膨胀功：dw=pdv=0 过程吸热量：dq=du+pdv=du=cvdT 熵增：ds=cvdT/T 在温熵图上为
