热力发电厂第一章 评价电厂热经济性的方法--杨义波.ppt

第1章热力发电厂热经济性评价方法与指标 1 2凝汽式发电厂的主要热经济指标 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 本章主要内容有 第1章热力发电厂热经济性评价方法与指标 为什么要进行热经济性评价 热经济性主要用来说明火电厂燃料利用程度 以及热力过程中各部分的能量利用情况 这些均直接影响到火电厂的发电成本 利润和燃料节约量 一般用热经济性指标来表示 如电厂热效率 汽轮发电机组热效率 热电厂全年的燃料节约量等 火电厂的经济效益包括非常广泛的内容 一般用综合经济效益来予以说明 它包括热经济性 安全可靠性 投资 建设工期 物资消耗 人员配置等 由于热经济性代表了火力发电厂能量利用 热功转换技术的先进性和运行的经济性 故它是火电厂一切经济性的基础 也是本章讨论的内容之一 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 热力发电厂的电能生产过程 通过能量转换过程中能量的利用程度 正平衡方法 或损失的大小 反平衡方法 来衡量 研究损失产生的部位 大小 原因及其相互关系 找出减少这些热损失的方法和相应措施 进而提高发电厂的热经济性 转换过程的不同阶段产生各种损失 能量不能被全部利用 发电厂的热经济性是用来表明电厂燃料利用程度以及热力过程中各部分的能量利用或损失的情况 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 热量法以燃料产生的热量被利用的程度对电厂热经济性进行评价 可以用各种效率或损失率的大小来衡量 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 以能量做功能力的有效利用程度或做功能力损失的大小作为评价动力设备热经济性的指标 1 1 1热量法 在以汽轮机为原动机的热力发电厂中 燃料的化学能转变为电能的过程是在朗肯循环的基础上完成的 图1 1所示为朗肯循环的热力系统图 图1 2所示为对应朗肯循环的T S图 如图1 2所示 4 5 6 1是工质在锅炉中定压加热 汽化 过热过程 1 2是过热蒸汽在汽轮机中等熵膨胀作功过程 2 3是乏汽在凝汽器中的等压凝结过程 3 4是凝结水在水泵中的等熵压缩过程 一 基本热力循环在发电厂的应用 朗肯循环热效率 t表示1kg工质在循环中产生的净功wt 不包括1kg水在给水泵中的焓升 与其从锅炉 热源 中吸收的热量q 之比 即 式中wt 朗肯循环的净功 kJ kgqo 朗肯循环工质的吸热量 kJ kgh0 hna 蒸汽在汽轮机内等熵膨胀过程的初焓和终焓 kJ kg 锅炉给水焓和凝汽器凝结水焓 对纯凝汽式发电厂 kJ kg 返回 朗肯循环热效率 t反映了冷源损失的大小 其数值约在40 一45 蒸汽初压力在10MPa以上时 给水泵消耗的压缩功使给水在给水泵中的焓升不容忽略 其计算公式为 kj kg式中 不计入容积损失的给水泵效率 一般在0 8 0 85之间pgs 给水泵出口和入口水的压力 Pa vgs 绐水泵中水的平均比容 m3 kg 在发电厂的实际生产过程中 任何情况下都不可能实现理想循环 即循环的各个过程都是不可逆的 在整个能量转换过程的不同阶段都存在着数量不等 原因不同的各种损失 为此 采用各种效率采反映不同阶段的输入能量转变为有用能量的利用程度 二 纯凝汽式发电厂的各种热损失和效率 返回 一 锅炉效率锅炉设备中的热损失主要包括有排烟 散热热损失 未完全燃烧热损失 排污热损失等 其中排烟热损失约占总损失的40 一50 锅炉效率表示锅炉在完成燃料化学能转变为蒸汽热能的过程中 锅炉设备的热负荷与输入燃料的热量之比 其表达式为 锅炉效率反映了锅炉设备运行经济性的完善程度 其影响因素很多 如锅炉的参数 容量 结构特性及燃料种类等 大 中型锅炉的效率一般在85 一94 范围内 返回 二 管道效率在工质流过蒸汽管道和给水管道时 会有一部分热损失 热损失的大小用汽轮机组的热耗量与锅炉设备热负荷的比值的百分数来表示 其表达式为 对于给水管道的散热损失 可视为水在水泵中的焓升值与之相平衡 管道效率反映了管道绝热保温的完善程度 若不计工质损失 则管道效率的数值一般为99 若考虑工质损失 则其值为96 一97 返回 三 汽轮机相对内效率汽轮机在实际工作过程中存在着进汽节流 排汽及内部 包括漏汽 摩擦 湿汽等 损失 使工质的实际焓降小于理想焓降 汽轮机的实际焓降与理想焓降之比的百分数 称为汽轮机的相对内效率 其表达式为 式中h hna 汽轮机的实际排汽焓和理想排汽焓 kJ kg 汽轮机的相对内效率 般为78 一85 汽轮机组的绝对内效率为 返回 四 汽轮机机械效率汽轮机输出给发电机轴端的功率与汽轮机的内功率之比的百分数 称之为机械效率 即 汽轮机机械效率反映了汽轮机支持轴承 推力轴承与轴和推力盘之间的机械摩擦耗功 以及拖动主油泵 凋速系统耗功量的大小 机械效率一般为96 一99 返回 发电机的输出电功率与轴端输入功率之比的百分数称为发电机效率 d 即 发电机效率反映了发电机轴与支持轴承摩擦耗功 以及发电机机内冷却介质的摩擦和铜损 线圈发热 铁损 激磁铁芯涡流发热等 造成的功率消耗 发电机效率随发电机的冷却方式和冷却介质的不同而有一些差异 如大型空冷发电机效率 d 97 一98 氢冷发电机效率 d 98 一99 水内冷发电机效率 d 96 0 98 7 水内冷发电机效率较低的原因是 由于水的冷却效果好且一般都是直接冷却 制造发电机的材料与同容量空冷 氢冷发电机相比较可减少30 左右 发电机体积的减小 导致铁损 铜损增大 使发电机效率较低 返回 五 发电机效率 六 纯凝汽式发电厂的总效率1 已知电厂的各项上述损失 则纯凝汽式发电厂的总效率 ndc为 2 若已知汽轮发电机组输出功率户Pd 燃料消耗量Bd 燃料低位发热量QDW 则纯凝汽式发电厂的总效率也可由下式进行计算 返回 以发电厂每发出1kW h的电能为基础 根据发电厂的能量分配情况 得出其热平衡式为 图1 3为一个简单凝汽式发电厂的热平衡图 它反映了发电厂的能量分配情况 由发电厂总效率的汁算值和热平衡图可知 纯凝汽式发电厂对燃料热能的有效利用程度是很低的 这主要是由于排汽传给冷源的热量损失太大的缘故 所以 提高发电厂燃料热能利用程度的途径 主要是减少冷源损失 我们在后面将要讲述的回热 供热等 就是以减少进入凝汽器中的蒸汽量来减少冷源损失的 三 发电厂的热平衡 热效率 效率分析法的实质是能量的数量平衡 所以也称为热力学第一定律效率 热量法 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 1 1 2做功能力分析法 若环境温度为 某一热力过程或设备中的熵为 则引起的做功损失为 1 熵分析法 孤立系统熵增原理 熵分析法是通过计算熵增来确定做功能力损失的方法 通常取环境状态作为衡量系统做功能力大小的参考状态 即认为系统与环境相平衡时 系统不再有做功能力 发电厂总的能量损失 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 1 有温差的换热 冷凝器 加热器 三种典型的不可逆过程 工质膨胀 或压缩 工质绝热节流 存在温差的换热 l 2过程 工质A放热 平均温度为 单位工质的熵减少了 放热量为 3 4过程 工质B吸热 平均温度为 单位工质的熵增加了 吸热量为 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 据能量平衡 单位工质的换热量为 单位工质做功能力的损失为 可知 Tamb一定时 换热过程的熵增 结论 高温换热比低温换热做功能力损失小 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 2 工质绝热节流过程 蒸汽在汽轮机进汽调节机构中的节流过程 节流前后工质的焓不变 即 并非等焓过程 由热力学第一定律解析式 对于微元可逆过程 有 即 节流过程的熵增为 图中阴影部分的面积 由此式可知 压降愈大 做功能力的损失愈大 此外 还与工质的比体积和温度有关 在损失相等时 高温高压的蒸汽管道可以采用较大的工质压降 因此可使用小管径的通道 以节省投资 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 3 工质膨胀或压缩过程 蒸汽在汽轮机中的膨胀过程是一个不可逆过程 由不可逆引起的熵增为 做功能力的损失为 同理 在发电厂热力系统中 工质在水泵中被不可逆绝热压缩也将引起做功能力的损失 显然 减少工质膨胀或压缩过程做功能力损失的途径是减少其做功过程中的扰动 摩擦等不可逆影响 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 系统所提供的热量中可转化为有用功的最大值 2 分析法 的类型 闭口系从给定的状态可逆地变到与环境相平衡的状态所能做的最大有用功称为该状态下闭口系的 开口系统中 当稳态流动工质只与环境作用时 从给定的状态可逆地变到环境状态所能做出的最大有用功 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 方程和 效率 方程 稳流热力系统 开口稳流系统 平衡的通用方程 效率 相对指标 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 输入 输出 损 系统的 变 对比总结 用各种效率来反映热力设备将能量转换或输出有效能量的程度 用能量损失率来反映各阶段能量损失的大小 不同阶段热效率不同 能量平衡关系 供给热量 有效利用热量 损失热量 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 1 热量法 简单凝汽式电厂能量转换过程的热流图 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 平衡关系 供给的可用能 有效利用的可用能 损 2 分析法 凝汽式发电厂能量转换的全过程是由若干不可逆过程组合而成的 每一不可逆过程均存在 损失 通过对各设备中的 损失的计算确定做功能力的损失 全厂总的做功能力损失包括 锅炉的 管道的 汽轮机的 凝汽器的 机械的 发电机的 计算以1kg工质为基准 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 流图 燃料 以100 计 简单凝汽式发电厂蒸汽的初参数为16 5MPa 550 终参数为5kPa时各项 损失所占的份额示于 流图中 1 1热力发电厂热经济性的评价方法 小结 1 热量法及做功能力损失法从不同的角度分析发电厂的热经济性 所得结论不同 效率法认为 在凝汽器中的能量损失数量最大 而锅炉的热损失却很小 做功能力损失法 方法 认为 发电厂中 锅炉的做功能力损失最大 而凝汽器中做功能力损失却很小 原因 热量法从数量上计算各设备及全厂的热效率 不区分能量品位的高低 而 方法的可用能损失则是以不可逆为准 考虑了不同能量质的区别 即在凝汽器中的能量损失数量虽然很大 但其品位很低 2损失分析不同 热量法 从热损失的角度分析 作功能力法 从做功能力损失的角度分析 3用途 热量法 定量分析 指导工程实际 作功能力法 定性分析 指导技术革新 小结 1 2凝汽式发电厂的主要热经济指标及评价 凝汽式发电厂只生产电能 即把汽轮机做完功的蒸汽排入凝汽器 凝结成水 完成由热能向电能的转换 由上节的分析可知 按热量法分析 发电厂的主要损失是由冷源放热引起的热损失 按做功能力损失法分析 其主要损失来自于循环过程存在的不可逆性 为此 要提高发电厂的热经济性 就要从如何降低冷源损失以及减少不可逆损失两方面着手 采用给水回热加热 蒸汽中间再热循环等 教学目的 掌握汽轮发电机组的汽耗率 热耗率 发电厂的厂用电率 发电标准煤耗率和供电标准煤耗率等主要经济指标的意义 计算方法和数值范围 凝汽式发电厂主要热经济指标 一 汽轮发电机组的汽耗量D0和汽耗率d0在汽轮发电机组中 热能转变为电能的热平衡方程为 式中 汽轮机的汽耗量 kg h 此方程式也称为汽轮发电机组的功率方程式或能量平衡方程式 它可以决定汽轮发电机组每小时的汽耗量和汽耗率 汽耗量为 kg h每生产lkw h的电能所需要的蒸汽量 称为汽轮发电机组的汽耗率 即 汽耗率 返回 一 纯凝汽式发电厂的热经济指标 一 汽轮发电机组的热耗量和热耗率a 汽轮发电机组的热耗量等于汽耗量乘以进入汽轮机前的新蒸汽焓与给水进入锅炉时的焓之差 即kj h 二 全厂经济指标 b 每生产1kw h的电能所需要的热量称为热耗率 即 kj kw h 二 发电厂的热耗量和热耗率a 发电厂的热耗量Qndc 即锅炉设备的热耗量 为 kj hb