简单系统火用分析

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1、火用分析摘要：火力发电厂，是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成为蒸汽，在这过程中燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。本文主要在分析了火力发电厂热动力装置的工作原理后，提出系统火用分析数学模型及火用分析法，通过分析每个单元的火用损失，并由此建立简单蒸汽动力循环的火用平衡方程。关键词：数学模型火用分析火用损火用平衡方程火用分析的研究现状长期以来人们在不断探求能量系统的分析方法，近几年來人们对节能关注度很高，

2、特别地人类能源面临着匮乏的危机，加大了各个国家在各个领域节能技术的研究，为此，火用分析理论对过程的热力学分析、工艺过程节能降耗和新工艺的开发设计有着十分重要的作用而得到迅速的发展。人们通过对生产工艺系统的火用分析，可以展示系统用火用的状况。揭示火用损分布规律，由此得到対系统能量的科学评价目前，国内外在石化、动力、冶金、制冷等技术领域以及以火用方法评价和指导用能实践，己获得日益广泛的应用。目前，美国已经将火用分析方法用于热力系统的经济分析屮，而我国在实际火电机组热力系统的分析方法都是依据热力学第一定律，依然还是建立在能量量的守恒上。也

3、有一些学者做出了基于热力学第二定律的分析研究，但这些优化方法多是理论指导只是单一的因素，还缺乏应用实践。所以，我们的研究水平与发达国家还有很大的差距，为了热力系统的经济性、安全性以及更准确可靠地评价热力系统，这些方面的研究有待进一步的完善和发展火用分析的基本知识（一）火用的定义和意义热力学定义：在坏境条件下任意形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量称为该能量的火用，而不能转变为用用功的那部分能暈称为火无。于是，我们可以将任何一种形式的能量都看成是由火用和火无组成的:能量二火用+火无w：E=E^An用火用的概念将热力学第一定律

4、可以描述为：任何能量转换的过程，火用和火无的总和保持不变。根据热力学第二定律中高位能总是能自发变为低级位能，而低级位能不可能自发变为高位级能，能质或能级的降低意味着火用减少，故可用火用的概念从能质或能级上来评价某一能量或用能系统的转换过程。（二）火用的分类未了后面的火用分析，必须掌握各种形态能量的火用值计算。（1）物理火用①热量火用热源温度T（大于环境温度几）可提供的热量屮可转化为有用功的最大值热量火用：②冷量火用：温度低于环境温度7；)的系统温度T,当吸收热量Q)时做出的最大有用功称为冷量火用：③闭口系统的火用：闭口系统从任意状态

5、可逆变到坏境状态时所能提供的最大有用功,也即工质的热力学能火用：E^=U-U.-Tq(S-S^-P()(V.-V)④稳定流动工质系统火用：在稳流工质只与环境作用下，从给定状态可逆变化到环境状态所能做出的最大有用功，即为稳流工质的物理火用(工质的动能、位能相对于焙值忽略不计)：E「h=H_Ho_T°(S_S°)(2)化学火用与环境温度，压力相平衡的系统，经可逆的物理或化学反应过程达到与环境化学平衡时所做出的最大有用功。火用分析的模型和方法在工质分析应用屮，根据分析对象的不同，分析要求的不同，对建立的分析模型可以采用不同精度的模型。目前

6、广泛应用于工程火用分析的模型，按分析精度可分为三种：黑箱分析模型、白箱分析模型、灰箱分析模型。其中，黑箱分析模型适用于粗略分析，白箱分析模型适用于精细分析，灰箱则介于前面两者之间。火用分析是以系统火用平衡原理为基础，在实际过程中火用是不守恒的，即输入系统的火用与系统输出的火用是不相等的。火用分析法就是以热力学第二定律和火用平衡为基础，对各种能量进行火用分析，求取各种性能指标，以考察系统各部位的火用损失分布，找到火用损失的最大环节，对所研究的系统进行评价，是工程项日、工程设计和节能分析的有效方法。为了建立火用平衡方程，就要引入火用损失

7、的概念，只有在计算出系统的各项火用损失之后，才能揭示出系统的各项能量向之间的火用平衡关系，然后确定过程的火用效率和火用损失，找出损失和损耗的原因以及能量利用的薄弱环节，从而为节能降耗，提高能量利用率指明正确方向。分析法徳主要内容有以下几部分：(1)确定出入系统的各种物理量、热流量和功流量，及各种物流的状态参数；(2)火用流计算；(3)由火用平衡方程确定过程的火用损失；(4)确定热力学第二定律效率、及火用耗简单蒸汽动力装置循环的火用平衡方程的建立在火力发电厂的热动力装置屮主要就是蒸汽动力装置，其屮有三类循环：简单蒸汽动力循环一一朗肯循

8、环，复杂蒸汽动力循环一一再热循环和回热循环，由于冋热蒸汽动力循环是大多数火电厂中动力循环的基础，在这里我们只分析简单的一级回热蒸汽动力循环。（一）一级冋热蒸汽动力循坏示意图5—1可逆定压加热过程1一2和l—a水蒸气在汽轮机中定爛膨胀过