热电厂的经济性及供热系统.ppt

1,第三章 热电厂的经济性及其供热系统,热负荷及其载热质 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配 热电厂的主要热经济性指标与热电联产 节约燃料的条件 热电厂的热化系数与供热式机组的选型 热电厂的供热系统,2,31 热负荷及其载热质,凝汽式发电厂： 只发电 热电厂： 同时发电和供热 分散供热： 小锅炉供应 集中供热： 热电厂或区域性大锅炉房,3,（一）热负荷及其载热质,热负荷：供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热 1、热负荷分类 季节性热负荷：用热量主要与气候条件有关 采暖、通风、空调 特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小 非季节性热负荷：用热量与室外气温无关 热水供应、生产工艺用热 特点：年变化小，日变化大,4,2、季节性热负荷,（1）供暖设计热负荷 保持建筑物损失热量与获得热量的平衡 体积指标法： 面积指标法：,供暖体积指标W（m3）,供暖面积指标W（m2）,5,（2）通风设计热负荷 加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量 体积热指标法： 百分数法：,通风体积指标W（m3）,建筑物通风、空调新风加热负荷系数，0.30.5,6,2 全年性热负荷,（1）生活用热设计热负荷 热水供应用热 其它生活用热 供暖期的热水供应平均小时热负荷： m用热水单位数 v每个用热水单位每天的热水用量 T-每天供水小时数 热水送水温度一般为6065,7,（2）生产工艺用热设计热负荷 满足生产过程中的各种用热 其大小和变化规律完全取决于工艺性质、生产设备的形式及生产的工作制度 低温供热：130 150 中温供热：150 250 高温供热：250 300 集中供热系统的最大生产工艺热负荷,同时使用系数，0.7-0.9,各个工厂最大生产工艺热负荷之和,8,3 热负荷图,反映热负荷随室外温度或时间的变化 （1）全日热负荷,9,10,（2）热负荷随室外温度变化图,1供暖热负荷；2冬季通风热负荷； 3热水供应热负荷；4总热负荷,11,4 热负荷持续时间图,表示不同小时用热量的持续性曲线 季节性热负荷持续时间图 不同室外温度持续时间确定的热负荷变化规律,12,13,14,15,（二）载热质及其选择,供热系统: 热源、热网、用户引入口及局部用热系统 热网: 将热能由热源通过管网输送给热用户的系统 载热质：蒸汽和热水,16,热网分类,按载热质的回收情况分类： 按载热质分：水网和汽网,17,18,32 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配,（一）热电联合生产 热电分产 只生产电能或热能一种能量,分散供热、分产电,集中供热、分产电,19,热电联产 同时生产电能和热能 热电联产优点： 先发电，再供热； 发电和供热两种形式同时存在 按质用能 节约能源，环保有利,20,热电联产典型系统图,调节抽汽式,背压式,N=NC+Nh,21,供热循环在理想工况和实际工况下的供热循环的热效率:,22,（二）热电厂总热耗能的分配,热电联产总热耗能的分配方法： 热量法（热电联产效益归电） 实际焓降法（热电联产效益归热） 做功能力法（热电联产效益折中）,对热电联产，由于同一股联产汽流既发电又供热，电能与热能形式上不同，质量上不等价，故必须对热电厂总热耗量或煤耗量合理地分配给两种产品，以便确定电能与热能的生产成本及其相关的热经济指标,23,1、热量法（好处归电法） 将热电厂的总热耗量按产品数量比例进行分配 热电厂总热耗量： 分配给供热的热耗量： 能量平衡式： 汽轮机内效率：,24,分析： 从热能数量利用的观点来分配热耗； 没有考虑热能质量上的差别； 供热热耗量Qtp(h)是几种方法中最大的； 好处归电（发电部分没有冷源热损失）； 不能调动改进热功转化过程的积极性； 不利于鼓励热用户降低用热参数,25,2、实际焓降法（好处归热法） 按联产供热汽流在汽轮机中少做的功（实际焓降不足）与新蒸汽实际的焓降来分配供热的热耗量。 分配给供热的热耗量： 减温减压器的热耗量： 供热总热耗量： 发电热耗量：,26,特点： 考虑向外供热抽汽在汽轮机中做功的影响； 考虑热能质上的差别； 供热部分没有分担热功转换过程中的冷源损失和不可逆损失； 供热热耗量Qtp(h) 最小，好处归热； 可鼓励热用户降低用热参数,27,3、做功能力法 把联产汽流的热耗量按蒸汽的最大做功能力在电、热两种产品之间分配 分配给供热的热耗量： 比火用： 分析： 同时考虑热能的质量和数量； 热电联产的热经济效益分配到热电两种产品上； 供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际焓降法近似,28,热经济性指标表示设备或系统能量利用及能量转换过程中的技术完善程度 一、热电厂总的热经济性指标 1、热电厂的燃料利用系数tp 热电厂对外供电、热之和与输入能量之比,33热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件,数量利用指标 估算燃料消耗量,29,2、热化发电率 质量不等价的热电联产部分的热化发电量与热化供热量的比值 热化供热量： 热化发电量：,外部热化发电量（供热蒸汽）,内部热化发电量 （加热抽汽）,30,一般内部热化发电量在总的热化发电量中所占的份额不大，在近似计算中可忽略，则热化发电率为,31,热化发电率分析： 热电联产质的指标，比较供热机组间热功转换过程技术完善的程度； 只与热电联产部分的热、电有关； 只能比较抽汽参数相同的供热机组间的热经济性,32,二、热电厂的分项热经济性指标,1、发电方面的热经济性指标 热电厂发电热效率 热电厂发电热耗率 热电厂发电标准煤耗率,33,2、供热方面的热经济性指标 热电厂供热热效率 热电厂供热标准煤耗率,34,三、热电联产较分产的燃料节约量,（一）比较基础 （1）遵循能量供应相等原则，假定联产与分产的热负荷Q 、电负荷分别相等； （2）热电分产的凝汽式机组（代替凝汽式机组）的b、p、m和g与联产发电相同； （3）联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉效率,35,热电联产与分产的对比系统模型,Bsdp = Bscp+Bsd,Bstp = Bstp(h)+Bstp(e),热电分产,热电联产,36,（二） 联产较分产的节煤量,在能量供应水平相等的前提下： 热电分产标煤量： Bsdp = Bscp+Bsd 热电联产标煤量： Bstp = Bstp(h)+Bstp(e) 差值为： Bs = Bdps Btps =（Bcps Btp（e）s）+（Bds Btp（h）s） =Bes +Bhs,联产发电节煤量,联产供热节煤量,37,1、供热方面的燃料节省 分产供热时的标准煤耗量 联产供热时的标准煤耗量 联产供热较分产供热时节省的燃料量Bhs,38,分产供热时的标准煤耗率 联产供热时的标准煤耗率,39,2、发电方面的燃料节省 分产发电时的标准煤耗量 联产发电时的标准煤耗量(供热汽流、凝汽流) 联产供热较分产供热发电时节省的燃料量Bes,40,热化发电比热化发电量占整个机组发电量的比值 联产较分产节省的燃料量Bs,实际计算时是计算热电联产较热电分产时全年节煤量，这时的B、W、Q均以全年计。,发电节煤量,供热节煤量,联产和分产同时发Wh电量时，联产较分产的节煤量,供热机组凝汽发电与代替凝汽式发电同样发Wc电量时，供热机组多耗的煤量,41,（三）热电联产节省燃料的条件,1、联产供热节省燃料的条件,42,并不是在任何条件下联产较分产都节煤，而是存在着节煤量为零的临界条件，超过此条件则不节煤,联产与分产同时发Wh电量时，联产较分产的节煤量,供热机组凝汽发电与代替凝汽式机组同样发Wc电量时，供热机组多耗的煤量,联产发电的实际节煤量是两者的代数和,2、联产供电节省燃料的条件,43,（1）单抽（C型）机的节煤条件,单抽机节煤的临界热化发电比为,单抽机节煤，即Beso 的条件为 Xc Xc ,分析： Xc 越大，节煤的条件越苛刻 i ，ic ： Xc 越大,44,（2）背压（B型）机的节煤条件,背压机：强迫电负荷，即电负荷是由热负荷决定的。,当用户的热负荷降低时，机组的发电量也必然减小，根据能量供应相等原则，这时发电量的不足部分Wcs=(WWh)要由电力系统补偿，补偿发电量的煤耗率应以电网中火电机组的平均标煤耗率bavs计算,背压机的节煤条件：XB XB ,45,（3）采暖凝汽两用（NC）机的节煤条件,是抽汽供热，但其供热是在减小发电量的基础上进行的，期间少发的电量应有电网补偿，煤耗率也应为bavs，临界条件为,临界热化发电比为：,两用机节煤的条件：XNC XNC ,凝汽-采暖式机组,46,3、联产热、电较分产热、电的节煤条件,1）XX 2)bhsb(d) 在满足上述两个条件下，则有Be0,Bh0,必有B=BeBh 0,说明热电联产较热电分产节煤,47,4、生产相同电量W和热量Qh时 联产与热电分产的总燃料消耗量之比值 热电联产节省的标准煤耗量达25%75%,48,34 热电厂的热化系数与供热式机组的选型,热电联产的效果不仅表现在热电厂，而且表现在地区能量供应系统，涉及到了电网的补偿电量的问题。 在发电节煤方面，各种类型的供热机组都存在削弱热电联产效果的不利因素： 1）C型机存在凝汽流发电问题 2）B型机存在着电网补偿发电的问题 3）NC型机存在电网补偿发电和凝汽流发电问题 应当如何选择供热机组的最大热负荷 额定电负荷 以 热用户的最大热负荷确定供热机组的最大热负荷合理吗？ 究竟选择哪种机型才能使联产的效益最大呢？,49,一、热化系数tp 供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比 小时热化系数tp： 年热化系数tpa：,50,1、热化系数的定性分析 （1）tp=1 满足最大热负荷的需要，不需设置分产供热设备； 大部分时间热负荷都小于最大热负荷，因而供热机组的热化发电量Wh，热化发电比 ； 凝汽流发电量Wc，这部分发电耗煤（其热经济性小于代替电站）； 非采暖期只剩下很少的热水热负荷 结论： tp=1不可取,51,（2）tp1（不是太小） 供热机组的最大供热量比最大热负荷小，需设置分产供热设备、代替电站的凝汽式机组； 不足的热负荷Qh： 分产设备供应同样热负荷比供热机组要多耗燃料； 不足的发电量（供热汽流Wh+凝汽汽流Wc）： 代替电站发Wh电比供热机组供热汽流发多耗煤，代替电站发Wc电比供热机组凝汽汽流少耗煤； 对整个地区能量供应系统而言是节省燃料的 结论： tp 1可取,52,（3）tp 1 绝大多数热负荷不是靠供热机组的热化供热，而是由分产供热设备来提供，此时多耗标煤； 类似 tp1时的分析，多耗标煤 结论：没有节煤反而多耗煤，不合理,53,热化系数tp应用背景: 已建成投运的热电厂： 提高tp，供热机组热化发电量Wh愈大，热化发电比X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好 新建的热电厂： tp的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽式机组的热经济性及其投资有关 热化系数tp选择: 工业热负荷=0.60.75 采暖热负荷=0.500.55,54,1、供热机组的机型选择 机型及其特点 背压式 抽汽式 凝汽-采暖式,二、供热机组的选择,纯背压式（B） 抽汽背压式（CB）,全年性热负荷,全年性热负荷、 季节性热负荷,季节性热负荷,55,背压式机组,56,凝汽-采暖式机组,抽汽式机组,57,2、供热机组单位容量的选择,供热机组的总发电容量,热负荷tp初定热电厂容量和汽轮机的最大热化供热量机组的具体型式和单位容量、台数计算最佳热化系数尽可能选用大容量机组,58,3、供热机组参数的选择,给水回热加热实质上是内部热化，ih=1； 对高参数大容量供热机组通常也采用蒸汽中间再热以进一步提高其热经济性 ； 提高供热机组的蒸汽初参数，可提高机组热化发电比X； 降低供热抽汽参数，也可达到同样的效果,59,总结,1根据电网容量、火电机组单机容量、全厂容量及参数的情况，供热机组的选择要“以热定电”，尽可能采用较高的初参数和再热循环，完善回热系统； 2根据热负荷的特性选择供热式机组，使机组尽可能在经济的设计工况附近运行。机组最大供热量应小于热负荷最大值，即 tp 1； 3扩大城市热化规模，改造淘汰小型锅炉。,60,35 热电厂的供热系统,一、供热系统分类 分散供热系统： 热源与热用户的用热装置直接结合，或者相距很近，无需热网 集中供热系统 组成：热源、热网、热用户 热源：热电联产装置、城市锅炉房、区域锅炉房、 工业锅炉等 载热质：热水、蒸汽,61,二、蒸汽供热系统及设备 1、直接供汽方式,62,2、间接供汽方式,63,三、热水供热系统及设备,高参数热电厂热网加热器的原则性热力系统 1基本热网加热器；2尖峰加热器；3热网水泵；4热网凝结水泵； 5尖峰热水炉；6循环水泵；7凝汽器内热网水加热管束；8疏水冷却器,64,65,供热设备 热网加热器：表面式换热器（立式、卧式） 基本热网加热器（基载加热器BH） 尖峰热网加热器（峰载加热器PH） 热网水泵HP：热水循环的动力源 热网加热器凝结水泵HDP：回收热网加热器中凝结水 热网补充水泵HMP：补充热网水损失 尖峰锅炉WB：热化系数tp1时，在尖峰热负荷期间 投入使用,66,四、供热系统中的调峰设备 1、尖峰热水锅炉 将热网水温提高到热网设计的供水温度 2、蒸汽蓄热器 平衡短时尖峰负荷，进行供热调节 供热调节,质调节（调节供水温度 ） 辅助性调节 （借助设备蓄热能力 ）,67,（1）蒸汽蓄热器的原理和结构,变压蓄热器原理图 (a)变压蓄热器系统图 (b)换流器工作示意图,68,（2）蒸汽蓄热器的连接方式,变压蓄热器的各种连接方案 (a)、(b)饱和蒸汽来自同一汽源；(c)由过热蒸汽充汽； (d)、(e)由一个高压汽源充汽，向一个低压汽源放汽；(