热电厂是以蒸汽为工质的一个热力系统，因此，对热电厂的分析必须建立在热力学定律及理想热力循环的基础上。

　　在分析热力过程或现象时，常从若干物体中取出需要研究的对象，这被取出的研究对象称为热力系。热力系可以是元件或设备，也可以是系统或空间。在同一个大的热力系统中，因研究问题的不同所选择的热力系也不同。以热电厂为例，可以把锅炉、汽轮机或单独一部分蒸汽管道作为一个热力系研究锅炉运行、汽轮机运行或管道损失问题，也可以把锅炉、管道及汽轮机共同作为一个热力系研究发电供汽过程存在的问题。

　　开口系：热力系与外界之间有物资交换，或者说有物质穿过边界。按热力系绝热系：热力系与外界无热量交换；

　　2.1概念：热力系状态连续变化的过程称为热力过程。热力系统从一个初态出发经历一系列状态变化后又回到初始状态封闭的热力过程，称为热力循环。

　　在热力学的定义为：功是物系间相互作用而传递的能量，当系统完成作功时，其对外界的作用可用在外界举起重物的单一效果来代替。热力系对外作功符号为正，外界对热力系作功符号为负。

　　热是系统与外界交换能量地另一种形式，它是与物质内部分子运动有关的能量，当热力系与外界间温度不等而发生接触时，彼此将进行能量交换。热力系与外界之间依靠温差传递的能量称为热。热力系吸热时符号为正，放热时为负。

　　与外界传递能量的两种方式，它们是过程量而不是状态量，因此不能说“物体具有多少热量”和“物体具有多少功量”。

　　在闭系中，不存在与外界的物质交换，只存在能量交换，只涉及内能、热、功的相互转换，不牵涉任何形式能的转换，上述方程的惟一依据是能量守恒定律，因而适用于闭系内进行的一切热力过程。

　　工程中常遇到工质流过热力设备时，工质不但与外界有能量传递与转换，而且有质量交换，即有工质流进流出，如汽轮机，是开口系。

　　在流动过程中，开口系内部及其边界上各点，工质的热力参数及运动参数都不随时间而变，这种流动过程称为稳定流动过程。

　　工质的内能：U1；工质因具有流速c1而具有的宏观动能1/2mc12；工质在进口截面相对某一基准面有一定的高度而具有的重力势能mgz1；因此工质进入热力系统时携带的能量为：E1= U1+1/2mc12+ mgz1。

　　热力系与外界功、热量的变化为：外界加入Q的热量；系统输出净功W net；工质进入热力系克服系统内工质阻力而对热力系作的功P1V1，工质流出热力系克服外界阻力而对外界作功P2V2。W f= P2V2- P1V1=ΔPV称为流动功。

　　在稳定能量方程中引入了一个新的参数焓H=U+PV，显然焓是由状态参数组成的，因此它也是一个状态参数。从物理意义上讲，焓实际上是流动工质的内能与流动功之和，可以认为是流动工质所携带的能量。

　　为理论依据设计、建设的，因此研究蒸汽动力循环，分析循环热效率是分析提高热电厂运行效率的基础。

　　动力循环过程的热力学第一定律表达式为：q=w，其中q=q1-q2，w=w t-w p，q和w分别表示循环的净热量和净功量；q1和q2分别表示循环的吸热量和放热量；w t和w p分别表示循环的作功量和耗功量；则循环效率为：

　　根据热力学第二定律，当冷热源温度确定时，可逆循环的热效率最高。由两个定温过程及两个绝热工程组成的可逆循环称为卡诺循环。

　　可见欲提高循环效率，应设法提高平均吸热温度和O S 降低平均放热温度。卡诺循环在蒸汽卡诺循环中，定温吸热过程4-1是在锅炉

　　在实际工程中，前三个过程均可近似的实现，但S 第四各过程，将汽水混合物压缩则需要耗费很大的一般的热力循环压缩功，而且压缩机工况极为恶劣，难于实现。因此，蒸汽动力循环的卡诺循环是难以被采用的。为了改进上述压缩过程，人们将汽轮机出口的低压湿蒸汽完全凝结成水，以便采用水泵来完成压缩过程，如此改进的结果即构成了蒸汽动力循环的朗肯循环。

　　最简单的水蒸汽动力循环装置由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成，如图所示。其工作过程如下：水在锅炉中吸热，由水变为过热蒸汽；过热蒸汽进入汽轮机中膨胀，对外作功；在汽轮机出口，工质为低压湿蒸汽状态（称为乏汽），此乏汽进入冷凝器向冷却水放热，凝结为饱和水（称为冷凝水）；水泵消耗外功，将凝结水升压并送回锅炉，完成动力循环。上述理想的简单蒸汽动力循环称为朗肯循环。可以看出，朗肯循环过程即是一个基本的冷凝机组循环。

　　汽轮机中的膨胀过程1-2：可逆绝热过程，即定熵过程。应用开口系能量方程，过程中对外作功w t=h1-h2。

　　功比r w=w/w t是反映动力循环经济性的另一指标，其定义为循环的净输出功量与汽轮机作功量之比值。朗肯循环的功比为：

　　水泵耗功一般运小于汽轮机作功，因此近似计算中常忽略泵功不计，此时循环热效率为：η=( h1-h2) /( h1-h4)；

　　评价蒸汽动力装置的另一重要指标是汽耗率d，其定义是装置每输出1kwh 功量所耗费的蒸汽量：d=3600/w；

　　朗肯循环是最基本的蒸汽动力循环，其结构简单而热效率较低。现代蒸汽动力装置中实际所采用的较复杂的蒸汽动力循环都是在其基础上加以改进后得到的。

　　例题：蒸汽参数为p1=5.0Mpa t1=4350C p2=0.0049Mpa，试计算循环功量、吸收热量、热效率、功比、汽耗率，若忽略泵功，循环效率又为多少？

　　前面提过，对一般动力循环，提高平均吸热温度，降低平均放热温度，即可提高蒸汽动力循环的热效率。因此进出汽轮机的蒸汽参数将对循环的热效率产生影响。我们把汽轮机进口处的蒸汽参数称为初参数，出口处称为终参数。

　　维持汽轮机终参数不变，当提高初压力后，因饱和温度的提高，平均吸热温度提高，由一般动力循环热效率公式可知，循环效率提高，特别是初压较低的时候，效率随初压的提高有显著的增加。因此，现代大型火力发电机组蒸汽压力选用高参数、汽轮机运行中要求保证进汽压力。但有两点需要注意：1.机组选型参数增大对机组制造材料的要求增高，且高参数时，饱和蒸汽与水的比容差减少，不利于锅炉工质循环；2.汽轮机运行中单纯提高初压，会使汽轮机膨胀终了时的乏汽干度下降，而蒸汽中含水过多将危及机组安全，因此，在提高初压的同时应提高蒸汽温度。

　　若维持初压和终压不变，而将初温提高，必然会提高循环的平均吸热温度，循环热效率亦必然提高。另外，初温度提高后，循环功量将增大，汽耗率降低，且乏汽干度增加，对汽轮机的工作有利。但要注意的是：1.提高初温，锅炉过热器、汽轮机的高压部分要使用较高性能的材料。而且初温度的提高受到材料耐热性能的限制。2.运行中初温度超出规定值，一方面影响汽轮机动静膨胀，另外，降低汽轮机材料寿命。

　　当初参数不变，而降低终压（即降低终温）时，循环的放热平均温度将明显下降，因此循环热效率将有明显的提高。

　　为了提高动力循环的热效率，人们在朗肯循环效率分析的基础上，对朗肯循环的过程加以改进，从而产生了再热循环、回热循环。

　　从朗肯循环的T-S图可见，水的预热阶段是整个吸热阶段中吸热温度最低的部分，若能改善此低温吸热段，使循环的平均吸热温度有较大的提升，则可较大程度地提高循环热效率。

　　利用在汽轮机中作过功的蒸汽来加热锅炉给水，以减少工质在低温液态阶段从锅炉的吸热，从而提高循环的平均吸热温度的循环，称为回热循环。采用分级

　　（即在不同压力的蒸汽压力下）从汽轮机中抽出部分已作过一些功的蒸汽，在回热加热器中加热给水，从而减少了低温水从热源的吸热，这种循环称为抽汽回热循环。见图示；

　　在回热循环中，锅炉进口水的温度（即凝结水被回热加热的最高温度）称为给水回热温度或简称给水温度，是回热循环的一个重要参数。根据回热级数、给水温度的不同，循环效率增长幅度不一，以公司现有3#、4#机组分析，给水温度1500C，估算循环热效率提高6～7%。

　　尽管采用了高参数和回热等措施，现代蒸汽动力循环的效率一般仍低于50%。即有约50%的热能通过冷凝器换热散失于大气之中。这部分热量虽然数量很大，但由于它接近大气温度，因而很难将其转换为机械功，然而在一定的条件下可以作为热能的形式直接加以利用，如用于工业工程的加热、采暖等。热电循环就是一方面生产电能，一方面将做过功的蒸汽一部分或全部引出，供给工业或生活用热户，使能量得到更加充分利用的一种综合循环方式。

　　从动力循环效率分析的角度，不考虑热能的利用，热电循环效率的计算方法与纯凝循环相同，即η=w/q1=1- q2/ q1，其中q2包括向用热户的供热热量在内。显然，由于背压或抽汽压力的提高，使热电循环的热效率低于凝汽式循环，这也可以说明为何背压机组发电汽耗率高于抽汽机组，抽汽机组高于凝汽式机组。其

　　原因就是动力循环的热效率指标仅把功量作为产出，而未考虑供热热量。如果从能量利用的角度来看，热电循环的能量利用系数则高于凝汽式循环。能量利用系数K定义为：已利用的能量与工质从热源得到的能量之比，其中已利用的能量包括功量和供给用户的热量。

　　循环热效率中未考虑低温热能的利用，而能量利用系数中又未考虑电能与热能的差异（按市场价计算电能118.8元/GJ，热能约31.05元/GJ），二者各有其片面性，在衡量热电循环经济性时，应将两者综合考虑。

　　热电厂生产过程中，以燃料—原煤为投入，产出热能和电能，在产品成本中，燃料费用占总成本的70%左右，因此，发电、供热煤耗率对热电厂的经济效益起着决定性的作用。

　　所谓热电厂的热经济性即为其燃料能量的利用率，研究热经济性，其目的就是减少能量转换过程中的损失，提高燃料能量的利用率。

　　热电厂的热力过程基本为抽汽回热或背压热电循环，以我公司为例，3#、4#机组即是采用了抽汽回热循环的抽汽式汽轮机机组，1#、2#机组为背压式汽轮机机组。因此，分析研究热电厂热经济性必须以朗肯循环、热力学基本定律为理论依据。又由于动力循环仅讨论了以汽轮机为主的理想蒸汽动力过程，而热电厂的整个过程是从燃料能量开始到输出电能、热能的实际运行过程，因此，对热电厂的热经济性分析应当从燃料输送、锅炉运行、管道输送、汽轮机运行、发电机运行以及各种辐助设备的运行全面的分析、研究。

　　锅炉把燃料的化学能转换为热能，并将热能传递给工质—水和蒸汽。在锅炉内的主要损失有排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失以及灰渣物理热损失等。

　　锅炉生产的蒸汽通过主蒸汽管道进入汽轮机，蒸汽作功后凝结成水，经过水泵生压，再通过给水管道回到锅炉重新吸热。工质通过这些汽水管道时，要散失部分热量，其损失为管道的散热和工质的泄漏，这部分热量损失常用管道效率来表示，它等于汽轮机的耗热量与锅炉热负荷之比，即：

　　蒸汽在汽轮机内膨胀作功，乏汽冷凝成水，乏汽焓与冷凝水焓之差即为冷源损失。冷源损失分为两部分：固定冷源损失和附加冷源损失。

　　理想汽轮机乏汽在冷凝器内的放热量，该部分损失即使是理想汽轮机也无法避免，其大小仅决定于动力循环的形式及参数，称为固定冷源损失，通常用循环效率（即动力循环效率）来表示：ηt=( h0-h ca)/( h b- h fw)，式中h cr为理想汽轮机乏汽焓。

　　蒸汽在实际汽轮机内膨胀作功时还要产生一定的损失，包括节流损失、漏汽损失、叶轮摩擦损失、余速损失等，这些损失使蒸汽作功量减少，乏汽焓大于理想乏汽焓，从而增大了冷源损失，称为附加冷源损失。通常用汽轮机相对内效率来表示附加冷源损失，其值为：ηri=( h0-h c)/ ( h0-h ca。