动力工程-热工基础

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1、2018/12/8,动力工程热工基础,1,发电厂热力设备 主讲：卞双,2018/12/8,2,动力工程热工基础,本课程的主要内容,绪论 第一章 工程热力学基础 第二章 传热学基础 第三章 锅炉设备 第四章 汽轮机 第五章 热力发电厂,2018/12/8,3,动力工程热工基础,本课程的主要内容,绪论 第一章 工程热力学基础 第二章 传热学基础 第三章 锅炉设备 第四章 汽轮机 第五章 热力发电厂,2018/12/8,4,动力工程热工基础,绪 论,热能利用及在电力工业中的地位与作用 电能及其生产方式 中国电力工业发展概貌 现代汽轮机发电厂的组成及生产过程 本课程的任务与主要内容,2018/12/8

2、,动力工程热工基础,5,能源与人类文明,2018/12/8,动力工程热工基础,6,自然界中蕴藏着丰富的能量，如：风力、水力、太阳能以及原子能等。按物质运动的形式不同，能量可相应地分为：机械能、热能、电能、化学能、辐射能（核能）等多种形式。,2018/12/8,动力工程热工基础,7,2018/12/8,8,动力工程热工基础,热能：是指组成物质的所有微粒作各种不规则热运动时的总能量。 热能的利用 直接：加热、采暖、蒸煮、烘干。 间接：热能机械能电能,2018/12/8,动力工程热工基础,9,电能及其生产方式,电能是最具生命力的优质洁净能源，它能很方便地转换成其他多种形式的能量，如：机械能、热能、化

3、学能等。 电能便于通过变压设备和电力输送线路，实现远距离输送而损失较少。 电能在国民经济发展中占据着重要地位，电力工业的发展直接影响到国民经济的发展。,2018/12/8,动力工程热工基础,10,电能可以由自然界的各种能源（一次能源）转换而来：化石燃料、水力、核能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等，其中以应用化石燃料（热力发电）、水力资源和原子能来发电占主要地位。,2018/12/8,动力工程热工基础,11,2018/12/8,动力工程热工基础,12,2018/12/8,13,动力工程热工基础,能源问题,2018/12/8,动力工程热工基础,14,热力发电特点： 投资较少、建期较短、布局和规模灵

4、活、可以既发电又供热； 消耗大量燃料、发电成本高、技术管理较复杂、对环境有污染。 水力发电特点： 不消耗燃料、发电成本低、 运行操作比较简单、对环境无污染； 工程浩大、投资多、建期长、布局和规模受自然条件限制、发电能力在枯水季节将大幅度减小 。,2018/12/8,动力工程热工基础,15,原子能发电特点： 核燃料热值比煤的热值高出250万倍，因而核燃料的消耗量少，运输量小，发电成本低。污染小； 初投资大，用于放射性污染的防护费用高,2018/12/8,动力工程热工基础,16,中国电力工业发展概貌,光绪三十一年（1905年）镇江大照电灯有限公司全景,2018/12/8,动力工程热工基础,17,1

5、949年全国发电装机容量为185 万kw，发电量为43亿kwh，人均用电量 9 kwh； 1978年全国发电装机容量为5712 万kw，发电量为2566 亿 kwh； 2001年全国发电装机容量为3.3861 亿kw，发电量为14839 亿kwh。 截止到2005年底，全国发电装机容量为5 亿kw。 到2004年底，火电、水电、核电、风电在电力总装机中的比重分别为73.7%,24.5%,1.6%,0.2%。,2018/12/8,动力工程热工基础,18,核电的发展,中国核电起步于上世纪80年代，经过20年来的发展，已经建成和在建核电机组共19台，总装机容量约1600万千瓦，已经建成的9台核电机组

6、发电量占大陆总发电量的2.3。 1991年10月31日，我国自行设计建造的第一座核电站-秦山核电站（300MW）并网发电成功。 1994年大亚湾核电站两套900MW压水堆机组投入商业运行。 “九五”期间我国又有4座核电站投入建设。它们是：秦山二期2600MW压水堆核电站，秦山三期2 700MW重水堆核电站，岭澳两个百万千瓦级压水堆核电站，连云港2 1000MW压水堆核电站。,2018/12/8,动力工程热工基础,19,2000年底运行中的主要水电站 (1000MW及以上),2018/12/8,动力工程热工基础,20,中国年发电量居世界的位次,2018/12/8,动力工程热工基础,21,历年电力

7、装机和发电量的构成比（19812000）,2018/12/8,动力工程热工基础,22,2018/12/8,动力工程热工基础,23,2018/12/8,动力工程热工基础,24,热力发电厂的分类,2018/12/8,动力工程热工基础,25,现代汽轮机发电厂的组成及生产过程,现代热力发电厂的主要组成部分包括热力和电气两大部分，锅炉、汽轮机和发电机为发电厂的三大核心设备。,2018/12/8,动力工程热工基础,26,2018/12/8,动力工程热工基础,27,现代汽轮机发电厂的生产过程 从能量的观点看，热力发电厂的基本过程是： 燃料的化学能 热能 机械能 电能 （锅炉）（汽轮机）（发电机）,2018/

8、12/8,动力工程热工基础,28,火力发电厂生产系统示意图,2018/12/8,动力工程热工基础,29,制粉及燃烧系统,制粉系统 煤 皮带运送机 原煤仓 给煤机 磨煤机 粗粉分离器 旋风分离器 煤粉仓 给粉机 输粉管 喷燃器 炉膛,2018/12/8,动力工程热工基础,30,燃烧系统 燃料在炉膛内燃烧，以辐射换热方式将热量传递给炉墙内壁四周的水冷壁内的介质；燃烧产物为高温烟气和灰渣。 高温烟气：依次经过过热 器、省煤器、空气预热器、 除尘器、引风机、烟囱， 排入大气。 灰渣、飞灰：用水冲入冲 渣沟和冲灰沟。,2018/12/8,动力工程热工基础,31,汽水系统,锅炉给水由给水箱 给水泵 高压回

9、热加热器 省煤器 汽包 下降管 下联箱 水冷壁管 汽包 过热器 主蒸汽管 汽轮机 凝汽器 热井 凝结水泵 低压回热 加热器 除氧器 给水箱,2018/12/8,动力工程热工基础,32,冷却水系统,江河（或冷却水池）中的水 吸水滤网 循环水泵 冷却水进水管 凝汽器 冷却水出水管 江河（或冷却水池）,2018/12/8,动力工程热工基础,33,2018/12/8,动力工程热工基础,34,本课程的主要内容,绪论 第一章 工程热力学基础 第二章 传热学 第三章 锅炉设备 第四章 汽轮机 第五章 热力发电厂,2018/12/8,动力工程热工基础,35,第一章 工程热力学基础,2018/12/8,动力工程

10、热工基础,36,本章主要包括以下内容,工质及其基本状态参数 热力学第一定律 稳定流动能量方程式与焓 水蒸汽在定压下的形成过程 水蒸汽图表及其应用 水蒸汽的典型热力过程 热力学第二定律 朗肯循环,2018/12/8,动力工程热工基础,37,2018/12/8,动力工程热工基础,38,工程热力学是研究热现象的学科。工程热力学是热力学的一个分支，主要研究热能与机械能之间相互转换时的量与质的关系，着重研究热能转变为机械能的基本规律，并寻求进行这种转换的最有利的条件。 工程热力学为人们正确理解发电厂中的能量转换过程，正确理解热力设备的原理等提供了必要的基础理论知识。,2018/12/8,动力工程热工基础

11、,39,第二节 工质及其基本状态参数,2018/12/8,动力工程热工基础,40,工质是指参与热功转换的媒介物质。 如：汽轮机是以水蒸汽作为工质的。,2018/12/8,动力工程热工基础,41,状态参数是描述工质在某一给定瞬间的物理特性的各个宏观物理量。 基本状态参数温度、压力、比容。,2018/12/8,动力工程热工基础,42,温度：表示物体冷热程度的物理量。 热力学中，温度的测量采用热力学温度 T），单位是开尔文（K）。 T = t+273.15 (K) 温度计：测量温度的仪表。如： 水银玻璃杆温度计 热电偶温度计 光学温度计，等。,2018/12/8,动力工程热工基础,43,压力(p)：

12、大量分子对容器壁面频繁撞击的平均结果。以单位面积承受的力的大小来表示。 压力的单位：Pa，kPa，MPa。(1 Pa = 1 N/m2) 非SI单位：mmHg、mmH2O、kgf/cm2等。 1at=1kgf/cm2=98067Pa 1mmHg=133.321Pa 1mmH2O=9.8067Pa,2018/12/8,动力工程热工基础,44,压力的测量： 当实际压力P高于当地大气压Pb时，压力测量表的读数为表压力Pg；当实际压力低于当地大气压时，压力测量表的读数为真空度Pv 。 P = Pb+ Pg P = PbPv,2018/12/8,动力工程热工基础,45,比容(v)：单位质量的工质所占有的

13、容积。 单位：m3/kg 密度()：比容的倒数。单位容积内工质的质量。,2018/12/8,动力工程热工基础,46,热力学的几个概念 热力系统：工程热力学中把所要研究的，为一定界面所包围的物质系统，称为热力系统。 外界：热力系统以外的其它物体统称外界。 开口系：与外界有物质交换的热力系。 闭口系：与外界无物质交换的热力系。 绝热系：与外界无热量交换的热力系。 孤立系：与外界既无物质交换也无能量交换的热力系。 平衡状态：在外界条件不变的情况下，即使经历较长时间，系统的宏观特性仍不发生变化，这种状态称为平衡状态。,2018/12/8,动力工程热工基础,47,热力系统、外界和边界,热力系统就是人为分

14、割出来，作为热力学研究对象的有限物质系统。热力系统简称系统、体系。与热力系统发生质、能交换的物系称为外界。热力系统与外界的分界线（面）称为边界。,*和力学中取分离体的方法一样，为分析问题方便起见，把热力学分析的对象从周围物体中隔离出来。,2018/12/8,动力工程热工基础,48,A,B,1）热力系统的分割完全是“人为”的，因此对于不同的问题，甚至对于同一问题可取不同的系统。 例如研究向容器充气，可以取容器为系统，也可取充入容器的气体和原在容器内的气体一起为系统。,2018/12/8,动力工程热工基础,49,若没有质量越过边界，则系统称为闭口系 （又称控制质量，用CM表示。）； 若通过边界系统

15、与外界有质量交换，则称为开口系（又称控制体积，用CV表示。）； 与外界无热量交换的系统称为绝热系； 与外界无任何形式的质量和能量交换系统称孤立系。 本课程研究最多的是由可压缩物质组成的，无化学反应、与外界有能量交换的有限物质系统，称为简单可压缩系统。,2018/12/8,动力工程热工基础,50,2018/12/8,动力工程热工基础,51,理想气体与实际气体,理想气体：它的分子是不占有容积的质点，分子之间也不存在相互作用的内聚力。 常见气体，其性质大致接近于理想气体。那些离液态不远的气体（如：水蒸气）除外。 实际气体。,为什么定义理想气体这种假想的模型？,2018/12/8,动力工程热工基础,52,热力发动机中用来作为工质的水蒸气和制冷机中的制冷剂距液态不远，而且工作过程中有物质的集态变化。因此，这些工质一般不能作为理想气,体看待。饱和状态是这类工质的重要性质对蒸汽动力循环、制冷循环和湿空气过程的理解和分析有重要作用。,2018/12/8,动力工程热工基础,53,物理学告诉我们： p 气体的绝对压力（N/m2 or Pa）； v 气体的比容（m3/kg）； T 气体的热力学温度（K）； R 气体常数（N.m/kg.K）。,理想气体状态方程,2018/12/8,动力工程热工