第二章 能源转换与利用
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Ch第apt二er 章2nd 能源转换与利用
Energy conversion and utilization
能源转换利用的关系
生物质
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 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
热机 机械能 发电 电动 机机
17.8
81
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。
现代汽轮机发电厂的生产过程 从能量的观点看，热力发电厂基本过程是：
燃料的化学能
热能
（锅炉） （汽轮机)
机械能
电能
（发电机）
第一节 蒸汽动力循环
火电
656
2437
744
2533
864
2651
868
2902
924
3183
945
3551
1002
3971
1092
4359
1185
4662
1263
4950
1248
5527
1315
6227
1516
6868
1668
7470
1868
8074
1869
8781
1946
9252
2043
9388
2129
10047
2431
▪ 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
分类 方法 一次 能源 能量 供应 原动机 类型 电厂总 容量 蒸汽 初参数 电厂 位置 承担 负荷 机炉 配合 服务 范围
热力发电厂类型
化石燃料电厂，原子能发电厂，地热发电厂，太阳能发 电厂，磁流体发电厂 供应电能的凝汽式电厂，供应电能、热能的热电站
汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽 －燃气轮机发电厂 小容量发电厂、中容量发电厂、大容量发电厂
中、低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界 发电厂，超临界、超超临界发电厂 坑口、港口、路口电厂，负荷中心电厂，位于煤源与负 荷中心间电厂 带基本负荷、带中间负荷、带尖峰负荷电厂
非单元机组、单元机组电厂
气量称为理论氧气需要量。
31.7
68.3
31.6
68.4
32
68
30.3
69.7
29.4
70.6
29.3
70.7
28.3
71.7
27.3
72.7
26.1
73.9
25
75
24.4
75.6
24.5
75.5
24.5
74.4
24
75
23.5
75.6
23.5
75.6
23.5
75.7
24.4
74.8
24.9
74.4
发电量（亿千瓦时）
水电
系统中发电厂，区域性电厂，自备电厂，列车电站，孤 立电厂
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
中国年发电量居世界的位次
时间 1950 1957 1965 1978 1980 1985 1990 1995 2003
位次
25 13 9 7 6 5 4 2 2
历年电力装机和发电量的构成比（1981～2000）
电
直接利用
能
二次能源
能源转换利用的主要途径
一次能源
人类利用
热机种 类 heat engine 能量利用率
Energy efficiency
发电（火力、核能）
40%
车辆发动机（内燃机）
25~35%
轮船发动机 25~35%
航空发动机 20~30%
第一节 蒸汽动力循环
最早大规模、当前最常用的发电技术和模式即蒸汽 动力循环
由于朗肯循环中平均吸热温度非常低，以致进一步 提高其循环热效率受到很大的限制。为了大大提高 蒸汽动力装置的热经济性，现代热力发电厂都不直 接应用这种循环，而是广泛采用结构上复杂得多的 回热循环和再热循环。
二、空气燃料比和过量空气系数
燃烧
C、H、O、N、S
燃料 热量和烟气
？？ 燃烧 空气
这是化学反应：可燃元素（如C/H/S)+O2 根据化学方程式得到1kg可燃元素需要的氧
6064
2754
6628
3019
7271
3270
8280
3458
9206
3605
10184
3788
11359
4068
12585
4489
13802
4906
14874
5218
16294
5558
17886
5973
19241
6507
20988
7297
22343
7935
23754
比 重（%）
水电
火电
31.7
68.3
朗肯循环是由以下热力过程组 成的：
▪ 1—2：过热蒸汽在汽轮机内的 绝热膨胀作功过程
w h h
t
1
2
▪ 2—3：乏汽在凝汽器中的定压
放热过程 q h h
2
2
3
▪ 3—4：凝结水在给水泵中的绝
热压缩过程
w h h
p
4
3
▪ 4—5—6—1：给水在省煤器、
汽锅和过热器中定压吸热过程
q h h
1
1
4
二十年前俗称的火力发电；现在多为热电联产。
热力发电特点：
▪ 投资较少、建期较短、布局和规模灵活、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 。
火力发电装置基本特点
1、热源，冷源
过热器 汽轮机 2、工质（水，蒸
锅 炉
给水泵
汽）
3、膨胀做功 发电机 4、循环 (加压、
凝 汽
加热、膨胀做功、
器 放热)
鉴于热力发电厂的产品（电能或热能）是无法储存 的，这就迫使发电厂只能是随产随销，并需做到产 销之间的严格协调，否则就难以保证产品的质量。 为此，要求发电厂的生产必须具有高度的安全性、 可靠性和机动性，这些正是发电厂生产的主要特点。
11079
比 重（%）
水电
火电
21.2
78.8
22.7
77.3
24.6
75.4
23
77
22.5
ຫໍສະໝຸດ Baidu77.5
21
79
20.1
79.9
20
80
20.3
79.7
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18.4
81.6
17.4
82.6
18.1
81.9
18
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18.6
80.2
17.3
81.3
17.2
81.6
17.6
81.1
17.3
81.5
年份 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
装机容量（万千瓦）
水电
火电
2193
4720
2296
4940
2416
5228
2560
5452
2641
Energy conversion and utilization
能源转换利用的关系
生物质
风 能
燃
水 能
化 学 能
料 电 池
风 车
水 轮 机
水 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
热机 机械能 发电 电动 机机
17.8
81
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。
现代汽轮机发电厂的生产过程 从能量的观点看，热力发电厂基本过程是：
燃料的化学能
热能
（锅炉） （汽轮机)
机械能
电能
（发电机）
第一节 蒸汽动力循环
火电
656
2437
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2533
864
2651
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2043
9388
2129
10047
2431
▪ 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
分类 方法 一次 能源 能量 供应 原动机 类型 电厂总 容量 蒸汽 初参数 电厂 位置 承担 负荷 机炉 配合 服务 范围
热力发电厂类型
化石燃料电厂，原子能发电厂，地热发电厂，太阳能发 电厂，磁流体发电厂 供应电能的凝汽式电厂，供应电能、热能的热电站
汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽 －燃气轮机发电厂 小容量发电厂、中容量发电厂、大容量发电厂
中、低压发电厂，高压发电厂，超高压发电厂，亚临界 发电厂，超临界、超超临界发电厂 坑口、港口、路口电厂，负荷中心电厂，位于煤源与负 荷中心间电厂 带基本负荷、带中间负荷、带尖峰负荷电厂
非单元机组、单元机组电厂
气量称为理论氧气需要量。
31.7
68.3
31.6
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69.7
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24.4
74.8
24.9
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发电量（亿千瓦时）
水电
系统中发电厂，区域性电厂，自备电厂，列车电站，孤 立电厂
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
中国年发电量居世界的位次
时间 1950 1957 1965 1978 1980 1985 1990 1995 2003
位次
25 13 9 7 6 5 4 2 2
历年电力装机和发电量的构成比（1981～2000）
电
直接利用
能
二次能源
能源转换利用的主要途径
一次能源
人类利用
热机种 类 heat engine 能量利用率
Energy efficiency
发电（火力、核能）
40%
车辆发动机（内燃机）
25~35%
轮船发动机 25~35%
航空发动机 20~30%
第一节 蒸汽动力循环
最早大规模、当前最常用的发电技术和模式即蒸汽 动力循环
由于朗肯循环中平均吸热温度非常低，以致进一步 提高其循环热效率受到很大的限制。为了大大提高 蒸汽动力装置的热经济性，现代热力发电厂都不直 接应用这种循环，而是广泛采用结构上复杂得多的 回热循环和再热循环。
二、空气燃料比和过量空气系数
燃烧
C、H、O、N、S
燃料 热量和烟气
？？ 燃烧 空气
这是化学反应：可燃元素（如C/H/S)+O2 根据化学方程式得到1kg可燃元素需要的氧
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比 重（%）
水电
火电
31.7
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朗肯循环是由以下热力过程组 成的：
▪ 1—2：过热蒸汽在汽轮机内的 绝热膨胀作功过程
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1
2
▪ 2—3：乏汽在凝汽器中的定压
放热过程 q h h
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2
3
▪ 3—4：凝结水在给水泵中的绝
热压缩过程
w h h
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3
▪ 4—5—6—1：给水在省煤器、
汽锅和过热器中定压吸热过程
q h h
1
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二十年前俗称的火力发电；现在多为热电联产。
热力发电特点：
▪ 投资较少、建期较短、布局和规模灵活、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 。
火力发电装置基本特点
1、热源，冷源
过热器 汽轮机 2、工质（水，蒸
锅 炉
给水泵
汽）
3、膨胀做功 发电机 4、循环 (加压、
凝 汽
加热、膨胀做功、
器 放热)
鉴于热力发电厂的产品（电能或热能）是无法储存 的，这就迫使发电厂只能是随产随销，并需做到产 销之间的严格协调，否则就难以保证产品的质量。 为此，要求发电厂的生产必须具有高度的安全性、 可靠性和机动性，这些正是发电厂生产的主要特点。
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比 重（%）
水电
火电
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77.3
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年份 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
装机容量（万千瓦）
水电
火电
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