1、,第三章 能源系統(tǒng)火用分析,1.2,熱力發(fā)電廠,能源系統(tǒng)的火用分析方法,以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的熱量法，即熱效率法 從數(shù)量上分析能源被利用的程度。 以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的熵方法，或“火用”的方法 以能源系統(tǒng)的做功能力被利用的程度來評價其熱經(jīng)濟(jì)性，一般做定性分析。,能量和火用,根據(jù)熱力學(xué)第二定律，環(huán)境所具有的的能量全有火無組成，即環(huán)境的火用為0.通常將環(huán)境狀態(tài)作為火用的基準(zhǔn)狀態(tài)。 1.機(jī)械火用 一個系統(tǒng)若處于運動狀態(tài)且相對某參考坐標(biāo)系具有一高度，則系統(tǒng)所具有的的宏觀動能和位能都是機(jī)械能。理論上它們能夠全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?，故全為火?式中: ExM為機(jī)械火用；c,z分別是系統(tǒng)的運動速度和相對參考坐

2、標(biāo)系的高度。,2.熱量火用 熱力學(xué)第二定律，溫度為T 的系統(tǒng)吸收熱量Q,在環(huán)境溫度為Ten條件下，系統(tǒng)從狀態(tài)1到狀態(tài)2吸收的熱量火用為,對于單位質(zhì)量工質(zhì)吸收的熱量q,穩(wěn)定流動系統(tǒng)工質(zhì)的火用（焓火用,單位質(zhì)量穩(wěn)定物流的比火用為,忽略穩(wěn)定流動工質(zhì)的動能和位能時：,第一節(jié) 火用損失和火用平衡方程式,3.1 不可逆過程和火用損失 火用損失：在任何不可逆過程中，必然發(fā)生火用向火無的轉(zhuǎn)變，并使火用的總量減少。這部分減少的火用轉(zhuǎn)變成了火無，稱之為不可逆過程的火用損失，簡稱火用損失,能量=火用+火無 可逆過程中:能量=火用（恒量）+火無（恒量） 不可逆過程中:能量=火用+火無,1.9,熱力發(fā)電廠,（三）凝汽式

3、發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)換的熵方法,實際動力過程都是不可逆過程，引起系統(tǒng)的熵增，引起做功能力的損失。 在溫度為T0 的環(huán)境中，某設(shè)備或不可逆過程中的熵增 s 所引起的可用功的耗散功為： I T0 s,1.10,熱力發(fā)電廠,求得各設(shè)備或各過程的耗散功后，相加即可求得整個動力裝置或整個系統(tǒng)可用功總的損失為：,熵方法的作用： 求得各設(shè)備可用功的耗散及其總的功量損失后，即可分析該動力裝置工作效果及其導(dǎo)致功量耗散的原因，從而設(shè)法改進(jìn)這些熱力設(shè)備和熱力過程，以使整個動力裝置熱經(jīng)濟(jì)性得到提高。,1.11,熱力發(fā)電廠,典型不可逆過程的火用損失,溫差換熱 工質(zhì)節(jié)流 工質(zhì)膨脹 工質(zhì)混合 思考題：在熱力發(fā)電廠生產(chǎn)過程中存在哪些

4、不可逆做功損失？舉例說明。,1.12,熱力發(fā)電廠,（一）溫度差對熱交換過程作功能力損失的影響,1.13,熱力發(fā)電廠,上圖為工質(zhì)A經(jīng)過12過程被冷卻（平均溫度 ） B工質(zhì)經(jīng)34過程被加熱（平均溫度為 ）。 因而不可逆熱交換過程引起的作功能力損失為圖中陰影部分面積，表示為：,1.14,熱力發(fā)電廠,可見，有溫差的熱交換過程的溫差T越大，作功能力損失越大。因此，溫差是熱交換過程不可逆性的起因，而溫差的大小又決定了不可逆熱交換的后果，所以要減少溫差熱交換的不可逆性，以減少作功能力損失，即使要減少熱交換過程的溫差。,當(dāng)熱交換的溫差T為一定時，工質(zhì)的平均溫度（ 、 ）越高，作功能力損失越小，所以從熱能有效利

5、用來看，高溫?zé)峤粨Q比低溫?zé)峤粨Q更為有利。,1.15,熱力發(fā)電廠,（二）壓力降對絕熱節(jié)流過程作功能力損失的影響,如圖：,1.16,熱力發(fā)電廠,水蒸氣節(jié)流過程T-S圖,1.17,熱力發(fā)電廠,在節(jié)流過程中，工質(zhì)的壓力一定下降。理想氣體節(jié)流過程的作功能力損失應(yīng)為：,節(jié)流過程作功能力損失可用下式計算：,1.18,熱力發(fā)電廠,（三）工質(zhì)膨脹過程作功能力損失,蒸汽在汽輪機(jī)中不可逆膨脹，水在水泵中被不可逆壓縮都屬于有摩阻的絕熱過程，工質(zhì)作功能力的損失應(yīng)為：,1.19,熱力發(fā)電廠,工質(zhì)膨脹過程T-S圖,1.20,熱力發(fā)電廠,（四）兩種介質(zhì)混合,兩種不同狀態(tài)參數(shù)的工質(zhì)相混合而不引起化學(xué)變化時，其混合焓、作功能力損

6、失為：,1.21,熱力發(fā)電廠,能量系統(tǒng)火用分析的應(yīng)用凝汽式發(fā)電廠火用損失及全廠火用效率,鍋爐的做功能力損失 主管道做功能力損失 汽輪機(jī)作功能力損失 凝汽器作功能力損失 汽輪機(jī)機(jī)械摩擦損失 發(fā)電機(jī)作功能力損失 凝汽式發(fā)電廠的作功能力損失及全廠效率,1.22,熱力發(fā)電廠,純凝汽式發(fā)電廠做功能力損失分布圖,燃燒煙氣溫度,1.23,熱力發(fā)電廠,鍋爐的作功能力損失,1.鍋爐散熱引起的作功能力損失： 2.化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤?的作功能力損失： 3.工質(zhì)溫差傳熱引起的作功能力損失： 鍋爐總作功能力損失為前三項之和,1.24,熱力發(fā)電廠,主蒸汽管道的作功能力損失,蒸汽流過主蒸汽管道時，沿程壓力損失和局部壓力損失之和,1.25,熱力發(fā)電廠,汽輪機(jī)內(nèi)部作功能力損失,蒸汽膨脹的摩擦阻力造成的熵增引起作功能力損失：,1.26,熱力發(fā)電廠,凝汽器中的作功能力損失,1.27,熱力發(fā)電廠,汽機(jī)機(jī)械摩擦損失產(chǎn)生的作功能力的損失,1.28,熱力發(fā)電廠,發(fā)電機(jī)的作功能力損失,1.29,熱力發(fā)電廠,凝汽式電廠的作功能力損失和全廠效率,q生