热电厂热力过程及效率分析

热电厂热力过程及效率分析热电厂热力过程及效率分析 第一部分：热力学基础第一部分：热力学基础 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。 一、热力学的基本概念：一、热力学的基本概念： 1热力系： 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。 外界：热力系以外的物质世界统称为外界或环境； 边界：热力系与外界的分界面称为边界；因此热力系即为由界面包围的作 为研究对象的物体的总和。 按热力系与外界进行物质、能量交换的情况不同，热力系主要有： 闭口系：热力系与外界无物质交换； 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； 孤立系：热力系与外界既无能量交换又无物质交换； 2.热力过程与热力循环： 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。 2.2 工程中常见的两类热力循环：P 热能动力和制冷装置 热机的经济性用热效率衡量，等于净功与向循环输入11 2 2 的热量比，=W/Q43 T 0热力循环 Q1Q1 WW Q2Q2 热能动力装置 制冷装置 二、热力学第一定律：二、热力学第一定律： 1.第一定律的实质： 热力学第一定律是能量守恒与能量转换定律在热力学中的具体体现。 热力学第一定律：在任何发生能量传递和转换的热力过程中，传递和转换 的能量的总量保持恒定不变。 “永动机是不可能制造成功的” 。 2.热力过程的两种能量传递方式： 热力系与外界传递能量的方式有两种：作功和传热。 2.1 功： 力学中功的定义为物体所受的力与沿力的方向所产生的位移之积。 W=F.dx 在热力学中功的定义为：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。 在工程中，热与功的相互转换常常是通过气体的体积变化（膨胀或压缩） 来实现的。 2.2 热： 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 高温热源 低温热源 热机 高温热源 热机 低温热源 第 3 页 共 22 页 负。 Q=m.c.dT 热与功是物系在与外界相互作用的过程中传递的能量，传热和作功是热力 系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” 。 3.热力学第一定律表达式： 3.1 基本表达式： 根据能量守恒定律，对于闭系能量守恒方程式： Q=U+W Q=dU +W 式中：U 为物质的内能，是以一定方式储存于热力系内部的能量，是热力 系的状态函数。 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，不牵涉任何其它形式能的转换，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。 3.2 稳定流动能量方程式： 稳定流动： 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。 稳定流动的条件： 单位时间进入和流出热力系的工质质量相等，并等于常数； 单位时间加入热力系的净热及热力系输出的净功不随时间而变； 1Wnet2 p1 v1 T1p2 v2 T2 u1 c1 z1u2 c2 z2 2 1Q 稳定流动能量方程式： 因为存在工质的进出及能量的转化，因此在研究稳定流动过程时，应以能 量守恒定律为基础，同时兼顾热力学能量变化与宏观机械能等能量的变化。 工质进入热力系界面 1-1 时携带的能量： 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。 同理，工质流出热力系界面 2-2 时携带的能量为：E2= U2+1/2mc22+ mgz2。 因而，工质流经热力系统时，热力系统储存能量的变化为： E=E2-E1=(U2-U1)+1/2m(c22- c12)+mg(z2- z1) =U+1/2mc+mgz 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 Wnet；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。Wf= P2V2- P1V1=PV 称为流动功。 综上，根据能量守恒定律有： Q= E2-E1+Wnet+ Wf=E+Wnet+ Wf=U+1/2mc+mgz+ Wnet+ Wf = (U2+ P2V2)- (U1+ P1V1)+ 1/2mc+mgz+ Wnet 定义 H=U+PV 或对于单位工质 h=u+pv 分别为焓及比焓，则有： Q=H+1/2mc+mgz+ Wnet 其微分形式为：Q=dH+1/2mdc+mgdz+ Wnet 此即为稳定流动的能量方程式。 焓的概念及实质： 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。 第 5 页 共 22 页 稳定流动的能量方程式是热电厂分析中最常用的工具。 第二部分：蒸汽动力循环：第二部分：蒸汽动力循环： 一、概述：一、概述： 蒸汽动力循环系指以蒸汽作为工质的动力循环。热电厂即是以蒸汽动力循 环为理论依据设计、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。 1、动力循环的热效率： 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=wt- wp，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；wt和 wp分别表示循环的作功量和耗功量；则循环效率为： =w/q1=( q1-q2)/ q1=1- q2/ q1 2、卡诺循环： 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。 对于可逆过程有 q2/ q1= T2/ T1，故循环热效率为：T =1- T2/ T14 1 而对于一般的动力循环，如图，引入平均吸热T1 温度T1和平均放热温度T2，则循环效率可表达为：T2 =1- T2 / T1 3 2 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T 内的定压吸热过程，定温放热过程 2-3 是在冷凝器中 T1 4 1 的定压放热过程，定熵膨胀过程是在汽轮机中的理想 绝热膨胀过程，定熵压缩过程 3-4 是在压缩机中的理 T2 3 2 想绝热压缩过程。 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朗肯循环。 2、蒸汽的朗肯循环： 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 wt=h1-h2。 冷凝器内的放热过程 2-3：定压过程。过程中工质放热 q2=h2-h3。 第 7 页 共 22 页 水泵中的压缩过程 3-4：定熵过程。过程中工质接受外功 wp=h4-h3。 锅炉中的吸热过程 4-1：定压过程。过程中工质吸热 q1=h1-h4。 朗肯循环的热效率为： =w/q1=(wt-wp)/ q1=( h1-h2)-( h4-h3)/( h1-h4) 功比 rw=w/wt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： rw=w/wt=(wt-wp)/ wt=( h1-h2)-( h4-h3)/( h1-h2) 由于水的不可压缩性，故泵功常用下式近似计算： wp=v3(p4-p3) 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：=( 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？ 解：查表 h1=784kcal/kg=3281kJ/kg s=6.75kJ/kg.K h2=553.1kcal/kg=2080kJ/kg x=0.794 h3=h2=32.56kcal/kg=136.3kJ/kg h4=33.62kcal/kg=140.73kJ/kg 则：汽轮机作功为：wt=h1-h2=3281-2080=1201kJ/kg 水泵耗功为： wp=h4-h3=140.73-136.3=4.43kJ/kg 循环功量为： w=wt-wp=1196.57kJ/kg 吸热量为： q1=h1-h4=3281-140.73=3140.27kJ/kg 放热量为： q2=h2-h3=2080-136.3=1943.7kJ/kg 热效率为： =w/q1=1196.5/3140.27=38.10% 功比为： rw=w/wt=1196.57/1201=0.996 汽耗率为： d=3600/w=3.008kg/kw.h 若忽略泵功，则循环热效率为：=wt/q1=1201/3140.27=38.25% 3.蒸汽参数对循环热效率的影响 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。 3.1 蒸汽初压力的影响： 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。 3.2 蒸汽初温度的影响： 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。 3.3 蒸汽终参数的影响： 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。 综上所述，蒸汽参数对循环热效率的影响可归纳如下： 提高蒸汽初参数和降低终参数可以提高循环热效率。 4.朗肯循环的改进： 第 9 页 共 22 页 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。 回热循环是在朗肯循环的基础上，对其吸热循环改进而得到的。 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 67%。 5、热电循环： 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。 热电循环经济性： 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 =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。 第三部分：热电厂热经济性分析及指标第三部分：热电厂热经济性分析及指标 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。 第 11 页 共 22 页 一、热电厂能量转换过程中的各种能量损失及效率： 1、锅炉的热损失与锅炉效率： 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。 锅炉的热效率等于锅炉的热负荷与消耗燃料热量之比，即 b=Db(hb-hfw)/BQnet 式中：Db锅炉每小时的产汽量，kg/h hb过热器出口蒸汽焓值，kJ/kg hfw锅炉给水焓，kJ/kg B锅炉每小时的消耗燃料量，kg/h Qnet燃料的低位发热值，kJ/kg 2、管道热损失与管道效率： 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： p=(h0- hfw)/(hb- hfw) 式中 h0汽轮机的进汽焓，kJ/kg 3、汽轮机损失与热效率 汽轮机损失可分为冷源损失与机械损失。 3.1 冷源损失： 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：t=( h0-hca)/( hb- hfw)，式中 hcr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：ri=( h0-hc)/ ( h0-hca)，式中 hc为实际汽 轮机乏汽焓。 汽轮机的绝对内效率等于汽轮机的实际作功（称为内功）与汽轮机的耗热 量之比，i=( h0-hc)/ ( h0-hfw)= t. ri。 3.2 汽轮机的机械损失与机械效率 汽轮机的各部轴承、调速系统和油系统的转动部件都会因为存在摩擦阻力 而消耗一部分内功，汽轮机机械部分的能量损失称为机械损失，常用机械效率 表示，其值等于汽轮机的输出功与内功之比，m=Pax/Pi= Pax/( h0-hc)。 综上汽轮机的总效率为汽轮机输出功与耗热量之比， q= Pax/( h0-hfw)= i. m=t. ri. m 4、发电机损失及效率 发电机损失包括机械部分和电气部分损失，常用发电机效率表示，它等于 发电机输出功率与有效功率之比，g=Pe/Pax。 5、凝汽式发电厂的损失及效率： 上述能量损失的总和极为凝汽式发电厂的损失，凝汽式发电厂的效率就等 于汽轮发电机组发出的电能与消耗的燃料能之比： cp=3600 Pe/BQnet=b.g. t. ri. m 凝汽式发电厂的总效率决定于各设备的分效率，其中提高任何环节设备的 效率均可提高发电厂效率，且两者提高的相对值相等。因此，欲提高电厂的综 合效率，必须提高各设备的能源利用率。 6、热电厂的损失与效率： 与凝汽式电厂不同的是热电厂存在外供热能，相应增加了一部分外供管网 损失，它由汽轮机抽汽至用热户之间输送管道的散热及泄漏损失组成，其值为： wp=hpc/hcs。 则热电厂的热效率等于汽轮发电机组发出的电能与外供配出热能之和与消 第 13 页 共 22 页 耗的燃料能之比。 =（3600 Pe+Dpc. hpc）/BQnet 二、热电厂效益影响因素及小指标： 上述分析仅从入炉燃料开始进行了热效率分析，热电厂实际生产过程中还 存在着其它消耗，如动力电、工业水等，都对热电厂的综合效益产生影响。 1、燃料管理及指标： 作电厂热效率分析时，我们自入炉燃料量及低位发热值开始，实际生产中， 在燃料入炉前，还存在着原煤采购、验收、储存管理及输送等环节，这些环节 对电厂的生产效益有着重要的影响，特别是原煤入厂和煤场管理问题是电厂控 制煤耗的最关键的一步。 1.1 入厂原煤与入炉原煤热值差： 入厂原煤的平均发热值（收到基低位发热值的加权平均值）与入炉原煤平 均发热值之差。部颁标准要求该值不超过 3%，国家一流电厂标准不超过 502kJ/kg，达标标准不超过 627 kJ/kg。 指标控制措施： a 规范并加强原煤的检斤、采样、外观检验、化验管理，实现检斤率、检 斤合格率、检验率、检验合格率 100%。 b 通过外观检查、化验分析及时发现并纠正煤质指标不合格项，保证满足 锅炉正常燃烧。 c 控制库存存储煤量，避免长期堆放造成损失并积压资金。 1.2 上煤用电率： 上煤用电率是指燃煤电厂将 1T 煤从储煤场输送至锅炉煤仓中，上煤系统 所消耗的电量，计算公司为： 上煤用电率（kwh/t）=计算期内上煤系统耗电量 kwh计算期内上煤量 t 指标控制措施： a 合理调度，减少输送设备空载或轻载运行时间；采用非全日制工作使上 煤系统仅在满负荷下工作若干小时，其他时间不运行； b 保证筛分设备效率，只使不符合锅炉然用标准的原煤进入粉碎机，减少 粉碎机负荷； c 做好照明用电管理； 1.3 入炉燃煤颗粒度合格率： 入炉燃煤颗粒度是实现锅炉长时间稳定、经济运行的保障，保证燃煤颗粒 最大直径不大于 10mm，并且粒径分布合理，对循环流化床锅炉运行至关重要。 指标控制措施： a 保证输煤系统筛分设备、粉碎设备完好； b 定期测试入炉原煤颗粒组成； 2.锅炉运行管理及指标： 锅炉运行损失主要有：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、灰渣物理热损失等，如何通过表记显示及化验分析结 果指导锅炉运行调整，降低各类损失，提高锅炉效率是锅炉运行管理的重要内 容。 2.1 蒸汽参数： 锅炉蒸汽参数过热蒸汽压力、温度是决定电厂运行经济性的最重要参数 之一，其原因在前面已说明。 2.2 最佳过量空气系数： 当炉膛出口过量空气系数增大时，燃烧生成的烟气量增多，烟气在对流烟 道中的温降减少，使排烟温度升高，排烟量和排烟温度增大，使排烟热损失 q2 变大；但在一定范围内炉膛出口过量空气系数增大，空气量增大，由于氧量充 分，炉内气流混合扰动性好，有利于充分燃烧，使燃烧损失（q3+ q4）减少。因 此存在一个最佳的过量空气系数，可使损失之和（q2+ q3+ q4）最低，锅炉效率 最高。最佳的过量空气系数可以通过燃烧试验来确定，运行中应按确定的最佳 过量空气系数来控制锅炉送风量。过量空气系数过大或过小都会降低锅炉运行 效率。 在一台锅炉运行中，过量空气系数的大小与锅炉负荷、燃料性质、配风方 式等有关。锅炉负荷越高，所需过量空气系数越小；煤质差（如燃用低挥发分 煤、矸石等）时，着火及燃烬困难，需要较大的过量空气系数；送风不均，则 锅炉效率下降，需要的过量空气系数增大。 第 15 页 共 22 页 过量空气系数与烟气含氧量存在如下关系：=21/(21-O2)；锅炉运行中常 通过测量烟气含氧量确定过量空气系数，指导锅炉燃烧调整。 对于循环流化床锅炉，其最佳炉膛过量空气系数一般为 1.21.25,对应的烟 气含氧量应在 3.54.2 之间。 但锅炉烟气含氧量测定装置一般安装在低温过热器出口或省煤器出口，由 于存在尾部烟道漏风，测量装置点的氧量与炉膛出口存在偏差，应按炉膛出口 至测点的漏风系数加以修正。如炉膛至测点漏风系数为 0.02,则对应炉膛出口氧 量 4.2 时的测量氧量则为 4.5。由此可见，运行监督氧量值时，必须保证锅炉的 漏风工况正常，否则，当烟道漏风增加时，控制氧量值也应增大。 2.3 排烟温度： 排烟温度升高会使排烟焓增加，排烟损失增大。排烟温度每升高 10C，锅 炉效率约下降 0.050.06%。但考虑到烟气的低温腐蚀，排烟温度也不能过低， 一般锅炉运行排烟温度应不超过设计值的 105%。 排烟温度与锅炉负荷、送风温度、送风量、尾部受热面积灰、烟道严密性、 炉膛温度等因素有关。 2.4 炉渣、飞灰可燃物（含碳量） 炉渣、飞灰可燃物决定了机械不完全燃烧热损失，该损失主要取决于锅炉 燃烧的调整，即给煤量、送风量、一二次风的比例、冷渣排放量等。飞灰可燃 物每降低 1%，锅炉效率约提高 0.3%。 2.5 排污率： 排污率是指锅炉连续排污量与实际蒸发量的百分率，计算公式为： 排污率=连续排污量/锅炉实际蒸发量*100% 每增加 1%的排污量，约使热耗率升高 0.350.4%。对于以除盐水为补给 水的热电厂，排污率应控制在 2%以下。 2.6 提高锅炉运行效率的措施： a 保证吹灰装置完好率，加强吹灰管理，保证锅炉受热面外部清洁； b 提高运行人员责任心，保证锅炉在额定参数运行； c 开展锅炉燃烧调整试验，加强燃烧调整，合理控制氧量，降低炉渣、飞 灰可燃物； d 对炉渣、飞灰可燃物实行严格化验、考核； e 严格控制汽水品质合格，保证锅炉受热面内部清洁； f 严格控制补给水水质合格，降低排污率； g 减少炉膛、烟道漏风； h 保证空气预热器完好，提高入炉空气温度。一般入炉空气温度提高 500C，可使理论燃烧温度提高 15200C，节约燃料 23%。 I 防止“跑、冒、滴、漏” ； 3.汽轮机运行管理及指标： 汽轮机运行是热电厂生产过程的枢纽，其运行状况直接影响的热电厂的产 出，热电厂的经济效益好坏的重要环节。汽轮机运行控制环节多且影响因素复 杂。 3.1 给水温度： 提高给水温度可以有效地提高动力循环效率，一般给水温度每升高 10C， 循环热耗率降低 0.0350.05%，考虑锅炉效率，燃料耗增加 0.040.06%。因 此运行中应充分利用回热加热设备，尽量提高给水温度。 控制措施： a 检修时应清扫、清洗加热器管子内外，保持加热器清洁，降低加热器端 差； b 消除加热器旁路阀内漏，防止给水短路； c 消除低压加热器不严密现象，防止空气漏入； d 保证加热器疏水器正常工作，维持加热器疏水在最低水位，防止疏水积 存淹没冷却水管； e 注意监控各级加热器的端差和相应抽汽的充分利用，使回热系统处于最 经济的运行方式； f 启动加热器时，应保持加热器排汽通畅，将加热器内非凝结气体排出。 监视加热器的端差可以判断排汽是否畅通。 g 保证加热器完好及正确投用； 3.2 高压加热器投入率： 高压加热器是保证提高给水温度的重要设备，由于其处于高压下工作，容 第 17 页 共 22 页 易损坏。如高加不能投入运行，则给水温度将大幅度下降（以我公司为例： 500C） ，将严重影响循环效率。 高压加热器投入率等于高压加热器投入运行的小时数与汽轮机运行小时数 之比。随机组启停的高压加热器要求投入率不小于 98%。 控制措施： a 要规定并控制高压加热器启停中的温度变化率，防止温度急剧变化。冷 态启动或变工况时，应严格控制温度变化率不超过 400C/h。 b 避免加热器超负荷运行。加热器在超负荷工况运行时，蒸汽和给水都会 加大加热器的工作应力，缩短加热器使用寿命； c 投用加热器时应避免发生水冲击现象； 3.3 真空与排汽压力： 凝汽器内的真空值影响汽轮机的排汽压力与温度，汽轮机的排汽压力等于 当地大气压力减真空值，它对循环效率有着严重的影响。真空每降低 1kpa，循 环热耗约增加 1.05%。 凝汽器真空值与循环水入口水温、循环水量、凝汽器清洁度、凝汽系统严 密性等有关。凝汽器真空是影响机组供电煤耗的主要因素，汽轮机要实现经济 运行，应保持在最有利的真空下工作。 提高真空的措施： a 降低冷凝器进口循环水温度。在规定的范围内，冷却水温每降低 10C， 真空度可提高 0.30.5%，煤耗可降低约 0.30.5。 （循环水温的主要影响因素 为冷却塔的运行调整工况，详见后） b 增加循环水流量。当负荷不变时，循环水温升增大，表明循环水量不足。 温升增大，将引起排汽温度升高，真空下降，此时应增加循环水量。 c 加强对凝汽器的清洗，保持凝汽器清洁，提高冷却效率； d 维持真空系统的严密性； 3.4 凝汽器端差： 凝汽器端差是指汽轮机排汽温度与凝汽器循环水出口水温之差。它可以反 映凝汽器管子的洁净程度和真空系统的严密性。一般要求汽轮机运行该值不超 过 80C。 3.5 真空严密性： 保持真空系统的严密性，才能维持凝汽器内的高度真空。真空系统严密性 降低是真空恶化的一个主要原因。空气漏入凝汽器一方面使汽轮机排汽压力和 温度升高，降低循环效率，另一方面，使乏汽与循环水的换热系数下降，导致 端差增大，真空下降。除了对机组经济性影响外，其也使机组的安全性下降， 如过低的真空会引起机组轴向推力增大，低压缸变形，机组振动和凝汽器连接 胀口松动等。 基于上述原因，发电厂对真空系统的要求较高，需要定期试验。真空严密 性试验要求每月进行一次，机组大、小修后必须进行试验。 对于公司现有机组，一般要求凝汽器真空下降速度每分钟不超过 400pa。 真空下降速度是指凝汽器真空系统在抽汽器停止工作状态下，空气漏入凝汽器 后，凝汽器内压力增长数度，单位 pa/min。 3.6 循环水泵耗电率和最有利真空值： 循环水泵的作用是不间断地向凝汽器供给冷却水。循环水泵耗电率是指发 电过程中循环水泵耗用的电量与机组发电量之比。循环水泵耗电率与循环水泵 效率、系统阻力、循环水泵运行方式、循环水系统的严密性有关。 减少循环水量可以降低耗电量，但会使汽轮机真空恶化，增加热损失。在 蒸汽参数和流量保持不变的情况下，提高真空会使蒸汽在汽轮机中的可用焓增 大，相应地增加发电机输出功率。但在提高真空的同时需向凝汽器多供循环水， 从而增加循环水泵的耗电量。因此应确定一个最有利的循环水量，相应存在一 个最有利真空。 最有利真空就是指由于凝汽器真空的提高，使汽轮机功率增加与循环水泵 多耗的电量之差为最大值时的真空值。最有利真空应通过试验确定。 P 发电机输出 M 水泵耗用电量 冷却水量 m3/h 第 19 页 共 22 页 3.7 循环冷却塔的温降： 循环冷却塔的温降是指循环水进入冷却塔的温度与出冷却塔温度之差，它 与冷却塔的清洁程度、堵杂物程度、通风程度、淋水密度、水流分布密度、冷 却塔效率等有关。该值将直接影响汽轮机凝汽器循环水进口温度。 保持冷却塔冷却效果的措施： 做好外观检查，主要包括：喷嘴完好，不脱落，不堵塞；填料外观整齐， 无缺损、无变形；配水系统保持清洁，无漏水，无溢水现象；淋水密度均匀； 循环水清洁等； 做好性能测试，主要包括：大气干、湿度，大气压力，进出塔水温，循环 水量等。性能测试应于夏季炎热季节进行。 4.汽水管道系统运行及指标： 电厂汽水管道连接锅炉、汽轮机等主要设备及用热户，汽水管道系统既是 电厂安全稳定运行的基础保障，同时对电厂的经济性产生影响。 4.1 管道的热损失： 对热电厂，管道热损失包括两部分：电厂内部管道热损失和外供管道热损 失；电厂内部管道热效率即为汽轮机耗热量与锅炉热负荷之比。外供热管道热 损失量为电厂出口热量与售热量之差，损失率即为损失量与电厂出口热量之比； 管道的热损失与管道长度、管道结构、绝热保温状况、工质流速、环境温 度等相关，降低管道热损失可以提高循环效率、降低供汽压力及温度，提高发 电量，提高电厂效率。 4.2 汽水损失率 热电厂中由于阀门泄漏、管道泄漏、疏水等原因（不包括正常排污及外供 热不回收部分） ，存在蒸汽、水工质的损失。电厂热力循环系统中汽水损失量占 锅炉蒸发量的百分数叫汽水损失率。蒸汽损失 1%，约增加煤耗 1%。由于汽水 损失量很难准确计算，因此在电厂中常用化学水补水率来反映汽水损失率大小， 补水率越高，汽水损失率越大。 补水率=锅炉补给水量/