《发电厂热力设备及系统》第一章热力学基本概念资料重点
(完整word版)工程热力学概念总结
工程热力学总结第一章基本概念1.基本概念热力系统：这种被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统（简称系统，体系）。
边界：系统与外界之间的分界面，称为边界。
外界：与系统发生质能交换的物体称为外界。
闭口系统：一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换的系统称为闭口系统，因闭口系统内的质量保持恒定不变，所以闭口系统也称控制质量。
开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。
绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。
孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。
单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。
复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。
单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。
多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。
均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。
非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。
热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。
平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。
状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。
如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。
温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。
热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。
压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
第一章、发电厂的热力系统
N600-17.75/540/540型机组发电厂原则性热力系统 图4－7
二、超临界参数机组发电厂原则性热力系统 超临界参数机组：压力大于23.54MPa，小于
32MPa。
超超临界参数机组： 压力大于32MPa。
引进的超临界K-500-240-4型机组发电厂原则性热力系统 图4－8
二、发电厂形式和容量的确定 1、发电厂设计程序：初步可行性研究，可行 性研究，初步设计，施工图设计。 2、建电厂形式： （1）只有电负荷：凝汽式电厂； （2）需供热：热电联产； （3）燃烧低热值燃料：坑口电厂； （4）天然气充足：燃气－蒸汽联合循环。 3、容量确定：尽量建大容量高参数电厂。
第二节、主要设备选择原则
第三节、发电厂原则性热力系统举例
一、亚临界参数机组发电厂原则性热力系统 蒸汽进入汽轮机初参数：压力小于16.18MPa
汽轮机按主蒸汽参数分类 低压汽轮机：小于1.47 MPa； 中压汽轮机：1.96 ~ 3.92 MPa； 高压汽轮机：5.88 ~ 9.81 MPa； 超高压汽轮机：为11.77 ~ 13.93 MPa； 临界压力汽轮机：15.69 ~ 17.65 MPa； 超临界压力汽轮机：大于22.15 MPa； 超超临界压力汽轮机：大于32 MPa。
2 汽论机分类：
按作功原理分
冲动式汽轮机 反动式汽轮机
汽 轮 机
按功能分
凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 供热式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 低压汽轮机 中压汽轮机 高压汽轮机
按参数高低分
超高压汽轮机
亚临界压力汽轮机
超临界压力汽轮机
N300-16.7/538/538型机组的发电厂原则性热力系统 图4－5
N600-16.47/537/537型机组的发电厂原则性热力系统 图4－6
电厂热力系统培训讲义
电厂热力系统培训讲义一、热力系统简介热力系统是指以热能传递为主要功能的系统。
在电厂中，热力系统主要用于发电设备的冷却和供暖等用途。
热力系统包括锅炉、蒸汽系统、冷却水系统、循环水系统等组成部分。
热力系统的设计和运行对电厂的生产效率和安全性具有重要影响。
因此，对热力系统的了解和掌握是电厂工作人员必须具备的基本技能。
二、锅炉1. 锅炉的类型：常见的锅炉类型包括燃煤锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉等。
不同类型的锅炉在结构和运行原理上存在差异，员工需要了解各种类型锅炉的特点和使用方法。
2. 锅炉的运行原理：锅炉主要通过燃料燃烧产生热能，将水加热生成蒸汽。
在运行过程中，需要注意炉膛内燃烧情况、水位控制、烟气排放等问题。
3. 锅炉的维护和保养：定期对锅炉进行清洗、检查和维护，保证锅炉的正常运行和安全性。
三、蒸汽系统1. 蒸汽的产生和输送：燃煤、燃气等燃料燃烧后产生高温高压的蒸汽，蒸汽通过管道输送到发电机等设备中，驱动设备转动产生电能。
2. 蒸汽的压力控制：蒸汽的压力控制对于设备的安全运行至关重要，员工需要了解蒸汽压力的调节方法和工艺。
3. 蒸汽的凝结和排放：蒸汽在发电设备中驱动转子转动后，会凝结成水，需要及时排放和处理。
四、冷却水系统1. 冷却水的供应和循环：在发电设备运行过程中，会产生大量热能，冷却水系统负责将设备和管道散热，保证设备的正常运行。
2. 冷却水的质量控制：员工需要了解冷却水的循环和清洁方法，保证冷却水的质量和流通畅通。
五、循环水系统1. 循环水的回收和利用：循环水系统通过回收和利用循环水，减少用水量，降低生产成本。
2. 循环水的杂质控制：循环水中会积累各种杂质，员工需要学习循环水的过滤和处理方法，确保循环水的清洁和流通。
六、安全操作规程1. 安全意识培养：员工需要了解热力系统中存在的安全隐患，培养正确的安全意识和操作习惯。
2. 紧急事故处理：员工需要学习热力系统中的紧急事故处理方法，确保在发生事故时能够迅速做出正确的应对措施，保护自己和设备的安全。
热工基础 1 第一章 基本概念
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
平衡：时间上 均匀：空间上
Fundamentals of thermal engineering
热 工 基 础
1-2 平衡状态和状态参数
2、基本状态参数 热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体 积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测 量的状态参数如压力、温度、比体积，称为基本状 态参数。 （1）压力 单位面积上所受到的垂直作用力（即压强）
ds 0 ， q 0 ， 系统吸热； ds 0 ， q 0 ， 系统放热。 ds 0 ， q 0 ，系统绝热，定熵过程。
比体积和密度二者相关，通常以比体积作为状态参数 。
Fundamentals of thermal engineering
热 工 基 础
1-3 状态方程与状态参数坐标图 1 状态公理 对于和外界只有热量和体积变化功（膨胀功或 压缩功）的简单可压缩系统，只需两个独立的参数 （如p、v；p、T 或v、T）便可确定它的平衡状态。
温度相等
热平衡
Fundamentals of thermal engineering
热
工基Βιβλιοθήκη 础1-2 平衡状态和状态参数
② 热力学温标（绝对温标） 英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学第二定 律基础上建立，也称开尔文温标。用符号 T 表示， 单位为 K（开）。
热力学温标取水的三相点为基准点，并定义其 温度为273.16 K。温差1K相当于水的三相点温度的 1/273.16.。
规定：系统对外界作功“＋”，外界对系统作功“－”
膨胀：dv > 0 , w > 0
Fundamentals of thermal engineering
《发电厂热力设备及系统》第一章 热力学基本概念
W δW
1
2
pAdx pdV
1 1
2
2
▲功是过程量 ▲功可以用p-v图上过程线 与v轴包围的面积表示
功的符号约定： 系统对外作功为“+” 外界对系统作功为“-” 功和功率的单位：
J
或Hale Waihona Puke kJJ/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
讨论
有用功概念
Wu W Wl W p
讨论：
1）系统平衡与均匀 2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系； 状态方程
f p, v, T 0
1．理想气体状态方程
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
T K
摩尔质量
2 3 p Pa N/m v m /kg
流进系统：
流出系统：
u1 p1v1 h1
u2 p2 v2 h2 , ws
内部储能增量： 0
h1 h2 ws wt
(2)压气机，水泵类
流入
c h1 , gz1 , ws 2
2 f1
流出
cf22 h2 , gz2 , q 2
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
3
２、系统及边界示例
• 移动和虚构边界
注意：
1）系统与外界的人为性 2）边界可以是： a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
３、 系统分类：按系统与外界质量交换
闭口系 （控制质量CM） —没有质量越过边界
热力学基本概念1状态参数、热力学温标
Walther Hermann Nernst • (1864-1941) • 德国 • 热化学，熵基准 • 1920年诺贝尔化 学奖
工程热力学
热力学方面获诺贝尔奖的科学家（4）
• L.昂萨格 Lars Onsager
• (1903-1976) • 美国 • 不可逆过程热力学理
论 • 1968年诺贝尔化学奖
工程热力学
能源转换利用的关系
生物质
风 能
水 能
化 学 能
燃
料 电 池
风 车
水水
轮 机
车
燃 烧
核 能
聚裂 变变
热
地太 热阳 能能
利 用
光转 热换
能 90%
一次能源 (天然存在)
光 电 转 换
机械能 发电 电动 机机
热机 电
直接利用 能
二次能源
工程热力学
Future Energy to Low-Carbon Town in China
New Energy Technologies
Renewable e nergy
Future energy
Conventional Energy clean
工程热力学
工程热力学与节能
工程热力学
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
建立节能的理论基础
工程热力学
(1) 中国能源资源缺乏 (2) 中国能源利用效率低下 (3) 能源环境问题突出
注意：只有绝对压力 p 才是状态参数
工程热力学
U-tube manometer
示意图
Bourdon Tube
绝对压力与相对压力
absolute pressure relative pressure
热力发电厂 全书重点
课号： 24基本课题：复习总结目的要求：总结《热力发电厂》这门课程的主要内容。
思路：按章节以基本概念、基本原理、基本内容为主线进行总结。
发电厂的经济性基本概念：1、热量法2、作功能力法3、各种损失4、热经济性指标、意义5、回热作功比6、作功不足基本内容：1、提高经济性的途径；2、回热、再热、蒸汽初终参数对经济性的影响。
给水回热加热系统1、回热加热器的类型、特点、抽汽压损、端差2、排挤抽汽原理3、回热系统疏水连接方式及经济性比较：疏水泵、疏水逐级自流、疏水冷却器、蒸汽冷却器给水除氧系统1、除氧任务、热除氧原理2、除氧器的类型、特点3、除氧器运行方式及其特点、存在的问题热电厂的经济性及供热系统基本概念：热电联产、热化发电比、热电厂燃料利用系数、热化发电率、汽网、水网发电厂原则性热力系统1、典型机组原则性热力系统图2、热力计算发电厂全面性热力系统1、主蒸汽管道：定义、附件的作用2、旁路系统：定义、作用、类型3、给水管道：定义、附件的作用4、锅炉排污系统5、补充水系统6、公用汽水系统一、名词解释：1.火电厂发电标准煤耗率、供电标准煤耗率2.q q03.ηi4.回热做功比5.表面式回热加热器端差6.凝汽器最佳真空7.除氧器自生沸腾8.发电厂原则性热力系统、全面性热力系统9.热电厂、热电联产、热化系数、热化发电率10.旁路系统11.主蒸汽管道系统的单元制、切换母管制系统、母管制系统二、简答题1.简述评价发电厂热经济性的热量法与做功能力法的特点。
2.提高热力发电厂初参数对热经济性的影响？3.用热量法分析化学补充水引入除氧器或引入凝汽器的热经济性。
4.提高热力发电厂热经济性的基本途径有哪些？5.简述火力发电厂典型不可逆过程的做功能力损失。
6.简述除氧器的除氧原理。
7.简述疏水冷却器、蒸汽冷却器的作用。
8.什么是旁路系统，有什么作用？α<才是经济的？9.说明热化系数及热化系数最优值的含意，为什么说热化系数值1tp三、绘图题：绘制国产CC200-12.75/535/535型双抽汽凝汽式机组在设计工况下的原则性热力系统图。
发电厂动力部分课件-第一章 热力学基本概念与基本定律
二、热力学第二定律、熵增原理
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 发动机是造不或功的。
三、卡诺循环与卡诺定理
卡诺循环与卡诺定律主要解决了如何提高从高温热 源所吸取热量中转变为功的比例，即提高循环热效 率的问题。 1、卡诺循环
卡诺循环是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。
hupv
第三节 热力学第二定律
一、熵、自然过程的方向性 热力学第一定律，能量之间可以相互转换，以及转
换过程中的数量关系，而没有指明此种能量与他种能 量相互转化的差异。
状态参数熵结出了自然过程方向性的定量描述。
dS dQ T
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。理论证明了熵确实是一个状态参 数，单位质量熵〔符号s)的单位是kJ／(kg·K)。
2．稳定流动能量方程
1
Q W m (c2 c2) m (z g z) U
22
1
2
1
W W p V p V W (p)V
s
22
11
s
1
Q U (p)V m c2 m z g W
2
s
1
Q H m c2m z g W
2
s
1
q h c2g zw
2
s
H—焓，h—质量焓或比焓
放热和可逆膨胀或压缩都是不可能的。 主要结论如下： (1)在两个不同湿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 间工作曲可逆循环。
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非准平衡(高温传热至低温) 不可逆
准平衡 可逆
３、作功过程
F
p
pb
f
pA F cos f pb A
非准静态过程
pA F cos f pb A 准静态过程，不可逆 pA F cos pb A ( f 0) 准静态过程，可逆
讨论：
1.可逆=准静态+没有耗散效应 2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
•热平衡 ： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外界 处处温
度相等。
•力平衡： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
讨论：
1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
四、纯物质的状态方程
状态方程——对简单可压缩热力系统，参数服从一定的关系；
又：广延量的比性质具有强度量特性，母表示单位质量参数。
２、系统状态相同的充分必要条件
系统两个状态相同的充要条件： 所有状态参数一一对应相等
简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
三、平衡状态
1．定义：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态
２、热量
定义：仅仅由于温差而通过边界传递 的能量。
符号约定：系统吸热“+”； 放热“-”
单位： J kJ
计算式及状态参数图
（T-s图上）表示
2
Q 1 TdS
δQ TdS
(可逆过程）
热量是过程量
３、热量与功的异同：
（1）.均为通过边界传递的能量；
（2）.均为过程量；
（3）.功传递由压力差推动，比体积变化是作功标志； 热量传递由温差推动，比熵变化是传热的标志；
是否传质
有 开口系
无 闭口系
是否传热
非绝热系 绝热系
是否传功
非绝功系 绝功系
是否传热、功、质 非孤立系 孤立系
热力系统
1
m
Q W
4
1 开口系
2
1+2 闭口系
1+2+3 绝热闭口系
1+2+3+4 孤立系
3 非孤立系＋相关外界 ＝孤立系
二、热力学状态和状态参数
热力学状态 —系统宏观物理状况的综合 状态参数 —描述物系所处状态的宏观物理量
３、 系统分类： 按能量交换
绝热系— 与外界无热量交换; 孤立系— 与外界无任何形式的质能交换。
简单可压缩系 —由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交 换容积变化功的有限物质系统。
注意：1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。
以系统与外界关系划分：
功
热是无条件的；
热
功是有条件、限度的。
八、热力循环
１、定义：
封闭的热力过程
特性：一切状态参数恢复原值，即 dx 0
２、可逆循环与不可逆循环
３、动力循环（正向循环）
输出净功；
在p－v图及T－s图上顺时针进行；
膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
３、动力循环（正向循环）
锅 炉(热源):燃料燃烧
• 汽缸-活塞装置（闭口系例）
3
２、系统及边界示例
• 移动和虚构边界
注意：
1）系统与外界的人为性 2）边界可以是：
a）刚性的或可变形的或有弹性的 b）固定的或可移动的 c）实际的或虚拟的
３、 系统分类：按系统与外界质量交换
闭口系 （控制质量CM） —没有质量越过边界
开口系 （控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
产生热量,将水变成蒸
汽
锅炉
(吸热过程)
汽轮机:将蒸汽携带的
热能→动能→转子旋转
汽轮机
机械能
(对外作功过程)
冷凝器(冷源):将作功后
水泵
的低温低压蒸汽凝结成
冷凝器
水
(对外放热过程)
水 泵:提高水的压力,将
简单蒸汽动力循环过程图
水送入锅炉
(消耗外功)
４、逆向循环
▲制冷循环 ▲热泵循环
一般地讲：输入净功； 在状态参数图逆时针运行； 吸热小于放热。
１、状态参数的特性和分类
(1)．状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效 应， 只有平衡态才有状参，系统有多个状态参数，如
p,V ,T,U, H, S
(2)．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
dx 0
dx dx
1b2
1a2
(3)．状态参数分类 广延量（extensive property） 强度量（intensive property ）
▲功是过程量
▲功可以用p-v图上过程线
与v轴包围的面积表示
功的符号约定： 系统对外作功为“+” 外界对系统作功为“-” 功和功率的单位：
J 或 kJ J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
讨论
有用功概念
Wu W Wl Wp
pb
f
其中: W—膨胀功
Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
系统内部及系统与外界作用的总效果 3.一切实际过程都不可逆 4. 可逆过程可用状态参数图上实线表示
七、功和热量
１、功的定义和可逆过程的功
功的力学定义 沿力的方向的位移与力的乘积
功的热力学定义：通过边界传递的能量，其全部 效果可表现为举起重物。
可逆过程功的计算
2
W 1 δW
2
2
1 pAdx 1 pdV
第一章 热力学基本概念与基本定律 第一节 热能转换的基本概念
一、热力系统（热力系、系统、体系）、 外界和边界 １、定义：
• 系统：人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统
• 外界：与体系发生质、能交换的 物系。 • 边界：系统与外界的分界面 （线）。
２、系统及边界示例
• 汽车发动机
2
２、系统及边界示例
p
p1 1
T
T2
2
p
p3
3
O
v1
vO
s2
sO
T3
T
六、工质的状态变化过程
１、准静态过程(准平衡过程）
定义：偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程。
进行条件： 破坏平衡的势—
p, T 无穷小
过程进行无限缓慢 工质有恢复平衡的能力
准静态过程可在状态参数图上用连续实线表示
２、可逆过程
定义：系统可经原途径返回原来状 态而在外界不留下任何变化 的过程。
状态方程 f p, v,T 0
1．理想气体状态方程
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
p Pa N/m2 v m3/kg
Rg —气体常数
J/(kg K)
T K
R—通用气体常数
R 8.3145J/(mol K)
摩尔质量
R MRg
五、 状态参数坐标图
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平 面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐 标上找到对应点，如：