热电联产-第一章PPT课件

.,1,热电联产,教师：赵鹏飞,.,2,1.热负荷及供热系统,1-1热负荷的分类及其确定方法1-2热负荷持续时间图1-3供热系统的组成及热网载热质选择1-4热电厂的供热系统1-5厂外供热系统的连接型式1-6供热系统中的调峰设备,.,3,1-1热负荷的分类及其确定方法,一、热负荷分类1.年内用热工况不同：（1）季节性热负荷采暖、通风、空调（2）非季节性热负荷工艺热负荷、吸收式制冷、喷射式制冷、浴室、洗衣房。2.根据不同建筑物用热形式分：（1）住宅建筑、（2）公共建筑、（3）工业建筑与构筑物等三种典型用。,.,4,1-1热负荷的分类及其确定方法,二、采暖热负荷的确定：粗算：估算，按地区、按小区等细算：一楼、一房的算。,.,5,1-1热负荷的分类及其确定方法,采暖热负荷,.,6,1-1热负荷的分类及其确定方法,.,7,1-1热负荷的分类及其确定方法,.,8,1-1热负荷的分类及其确定方法,概算的两种方法,.,9,1-1热负荷的分类及其确定方法,X的确定：对于工业厂房由于采光率不免不断地采用新式的轻型结构以及厂房内部设备、照明等的放热是变动的，使x的变动很大，因此上业厂房值不能依靠纯粹的计算方法确定，而需要由经验来确定。（见有关建筑、采暖、通风手册）,.,10,室内计算温度ti,室内计算温度是指距地面2米以内人们活动地区的平均空气温度。室内空气温度的选定，应满足人们生活和生产工艺的要求。生产要求的室温,一般由工艺设计人员提出。生活用房间的温度，主要决定于人体的生理热平衡。,.,11,冬季室内温度标准,根据国内有关卫生部门的研究结果认为：当人体衣着适宜，保暖量充分且处于安静状况时，室内温度20比较舒适。18无冷感，15是产生明显冷感的温度界限。,.,12,采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)规定,集中供暖冬季室内计算温度，按下列规定采用：1民用建筑的主要房间,宜采用1624；2生产厂房的工作地点轻作业：1821，中作业：1618,重作业：1416,过重作业：1214；,工业企业设计卫生标准（GBZ1）,室内空气质量标准（GB/T18883）,.,13,采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)规定,对于高度较高的生产厂房，通过上部围护结构的传热量增加。层高超过4m的建筑物或房间，冬季室内计算温度tn，应按下列规定采用：(1)计算地面的耗热量时，应采用工作地点的温度，tg()(2)计算屋顶和天窗耗热量时，应采用屋顶下的温度，td()(3)计算门、窗和墙的耗热量时，应采用室内平均温度tp.j=(tg+td)/2(),.,14,采暖通风与空气调节设计规范规定,屋顶下的空气温度td确定公式tdtg+(H2)t对于散热量小于23wm2的生产厂房，其温度梯度值不能确定时，可用工作地点温度计算围护结构耗热量，但应按高度附加的方法进行修正。注意：我国住宅建筑室内计算温度一般取16-18,.,15,二、供暖室外计算温度tw,供暖室外计算温度的确定，对供暖系统设计有很关键性的影响。如采用过低的tw值，使供暖系统的造价增加；如采用值过高，则不能保证供暖效果。,目前国内外选定供暖室外计算温度的方法，可以归纳为两种：是根据围护结构的热惰性原理；二是根据不保证天数的原则来确定。,.,16,采用热惰性原理,规定供暖室外计算温度要按50年中最冷的八个冬季最冷的连续5天的日平均温度的平均值确定根据热惰性原理确定供暖室外计算温度，规定值比较低,.,17,采用不保证天数方法的原则,人为允许有几天时间可以低于规定的供暖室外计算温度值，亦即容许这几天室内温度可能稍低于室内计算温度值。不保证天数根据各国规定而有所不同，有规定1天、3天、5天等。,.,18,我国供暖室外计算温度值的确定原则,暖通规范规定；“供暖室外计算温度，应采用历年平均不保证5天的日平均温度”。对大多数城市来说，是指1951一1980年共30年的气象统计资料里。不得有多于150天的实际日平均温度低于所选定的室外计算温度值我国北方一些城市的供暖室外计算温度值，详见暖通规范附录。,.,19,暖通规范附录,.,20,暖通规范附录,.,21,1-1热负荷的分类及其确定方法,我国是采用全昼夜室外平均气温为十5时开始或停止供热。,.,22,1-1热负荷的分类及其确定方法,.,23,1-1热负荷的分类及其确定方法,2根据建筑物的性质和建筑面积进行计算间歇采暖：连续采暖：,.,24,1-1热负荷的分类及其确定方法,三、通风热负荷的确定,.,25,1-1热负荷的分类及其确定方法,四、热水供应热负荷的确定：,.,26,1-1热负荷的分类及其确定方法,.,27,1-1热负荷的分类及其确定方法,.,28,1-1热负荷的分类及其确定方法,五、生产工艺热负荷的确定,.,29,1-2热负荷持续时间图,热负荷图：描述某一期间内热负荷变化规律的曲线，亦称热负荷曲线。日热负荷图：表示小时耗热量在一昼夜变化规律；年热负荷图：表示各月份热负荷变化情况的图热负荷持续时间图：表示季节性热负荷在采暖期不同小时用热量的持续性曲线，它描不同室外气温持续时间，确定的热负荷变化规律,.,30,1-2热负荷持续时间图,.,31,1-2热负荷持续时间图,.,32,热负荷随室温变化图,.,33,1-2热负荷持续时间图,集中供热系统规划、设计与技术经济分析的重要基本资料一、热负荷持续时间图及其绘制方法作用：1.用以计算年供热量及有关热经济指标；2.选择热源设备；确定热电联产系统的最佳热化系数；3.确定热网供水与回水温度的最佳值；4.选择供热设备的经济工况等等。,.,34,1-2热负荷持续时间图,.,35,1-2热负荷持续时间图,.,36,1-2热负荷持续时间图,.,37,1-2热负荷持续时间图,持续曲线分析：1.面积为年总用热量。2.最大利用小时数nmax：用热量的矩形面积代替曲线图形面积，则矩形的底边长度就是nmax其含意为：以最大小时用热量运行时，在nmax时间内正好耗用曲线下的全年用热量。3.最大利用小时数愈长说明热负荷持续时问曲线愈平缓。,.,38,1-2热负荷持续时间图,二、采暖热负荷年供热量的精确计算,.,39,1-2热负荷持续时间图,.,40,.,41,.,42,1-2热负荷持续时间图,.,43,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,一、供热系统的组成供热系统是由热源、热网、用户引入口和局部用热系统构成热源：热电厂或、大型区域集中供热锅炉房。分类：封闭式、半封闭式和开放式。水网、汽网。,.,44,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,有水供热系统和蒸汽供热系统两类热源：热电联产的热电厂或是大型区域集中供热锅炉房。供热系统分为：封闭式、半封闭式和开放式。双管式封闭系统：用户只利用载热质所携带的部分热量双管式半封闭系统：用户利用载热质的部分热量，同时耗用一部分载热质，剩余的载热质及其所含的余热返回到热源。单管开放式系统：载热质本身和它携带的热量全部被用户所利用。用户引入口：热量由热网转移到局部用热系统中，或载热质直接进入局部用热系统中去，同时对转移到局部系统中的热量和热能的能位进行局部调节，以控制局部系统的正常运行。,.,45,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,二、用蒸汽或水作载热质的比较汽网的压损：0.10.15MPa.温降：10c/km，不用额外的动力；水网压损：可加中继泵，温损：1c用蒸汽作为载热质的优点是：(1)通用性较好，可满足各种用热形式的需要，特别是某些生产工艺用热必须要用蒸汽(2)输送载热质所需的电能少(仅增加输送蒸汽凝结水返回热源的耗电量)。(3)由于蒸汽的密度比水小得多，所以蒸汽因高度差而形成的静压力很小。(4)在散热器或加热器中，蒸汽的温度和传热系数都比水的高，因此可减小换热器面积，降低设备造价,.,46,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,以热电厂为热源向采暖、通风用户供热时，一般是用水作为载热质。用供热汽轮机的可调整抽汽在热网加热器中将水加热后送往热用户，水作为载热质比用蒸汽优越性：1.进行远距离供热，可达2030km，温降可低于1/km。2.抽汽的压力可保持得很低(从0.060.22MPa)，供热循环的热化发电率增加3.供热系统能保存全部供热蒸汽的凝结水，因而不用装设庞大的补充水设备。4.局部供暖网路的投资较低。5.改变水温来实行简单且方便的集中供热调节。6.水网蓄热能力大，短时间的水力和热力工况失调时不会显著引起供热工况的波动。7.水的供暖温度较温和，不易使室内有局部过热现象,.,47,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,三、高温水网供热特点中国：90130C中温欧洲：150C高温苏联：180250C,.,48,高温水载热质供热的特点,实践证明，以工业热负荷为主、采暖热负荷为辅的热电厂，全年具有较高的经济效益，而且热、电负荷的调节也具有较大的灵活性，但却使供热系统及有关设备大为复杂因此目前世界范围内采用高温水供热是热电联产集中供热的一个发展趋向。高温水可同时满足生产工艺用热和供采暖通风用热，热网数目减少。在用户入口装设混水降温装置，低进入用户的水，减小热网供回水干管的管径。我国：110l50，中温供热系统。欧洲各国普遍采用150供水温度。苏联和西欧一些国家巳提出把供水温度提高别180250。,.,49,烘干、萃取、浓缩、镕解、反应釜等是各类工业普通采用的生产工艺过程，完全可用高温水代替。而汽锤、水煤气生成、制蒸馏水、烟道吹灰可改造成使用高温水，用户处把高温水通过汽水换热器变换为蒸汽。,高温水载热质供热的特点,.,50,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,优点：(1)高温水用于生产工艺的加热过程，温度稳定、调节比蒸汽容易，有时还有利于提高产品质量。(2)用于干燥工艺的面式加热器使用高温水后，其排水温度高于100时还可继续用于其它工艺过程或采暖用热。(3)高温水供热是大温差小流量的输热，提高了工质的载热能力，管径和输送电耗减小，管网投资和运行费降低，使热价成本降低。(4)扩大供热半径，可发展更多工业热用户，提高供应区域的热负荷密度，有利于发挥热电厂的供热能力，提高电厂的经济性。(5)采用高温水供热，可保存全部抽汽凝结水，降低水处理设备投资，提高电厂的安全性。同时可采用多级抽汽加热，有利于提高热电厂的热经济性。,.,51,1-3供热系统的组成及热网载热质选择,采用高温水供热系统带来的问题有：(1)因回水温度高，热网的定压方式较为困难(2)系统承受压力增大，增加了投资。(3)水力工况稳定性和水量分配较为复杂，必须严格按水压图运行(4)热网与用户的连接比较复杂，应防止超压和发生高温水汽化,.,52,1-4热电厂的供热系统,过热器,主加热器,高峰加热器,抽气式供热系统,.,53,1-4热电厂的供热系统,过热器,背压式供热系统,.,54,1-4热电厂的供热系统,区域性锅炉热水供热系统,.,55,1-4热电厂的供热系统,区域性锅炉蒸汽供热系统,.,56,换热器,热水换热器，按参与热交换的介质分类，分为汽-水（式）换热器和水-水（式）换热器，按换热器热交换（传热）的方式分类，分为表面式换热器和混合式换热器。按构造分类，管式、板式和直接混合式。表面式换热器是冷热两种流体被金属壁隔开，而通过金属壁而进行热交换的换热器，如壳管式、套管式、容积式、板式和螺旋板式换热器等。混合式换热器是冷热两种流体直接接触进行混合而实现热交换的换热器，如淋水式、喷管式换热器等。,.,57,常用热水换热器的型式及构造特点,(一)壳管式换热器1壳管式汽水换热器，上要有下列几种型式：（1）固定管板式汽水换热器（2）带膨胀节的壳管式汽水换热器（3）U形管壳管式汽水换热器（4）浮头式壳管式汽水换热器（5）波节型壳管式换热器,.,58,固定管板式汽水换热器,.,59,（一）壳管式换热器,1、壳管式汽-水换热器固定管板式汽-水换热器带有蒸汽进出口连接短管的圆形外壳1，由小直径管子组管束2，固定管束的管栅板3，带有被加热水进出口连接短管的前水室4及后水室5。蒸汽在管束的外表面流过，被加热水在管束的小管内流过，通过管束的壁面进行热交换。主要优点是结构简单、造价低、制造方便和壳体内径小；缺点是壳体与管板连在一起，造成泄漏；管间污垢的清洗也较困难。,.,60,（一）壳管式换热器,固定管板式汽-水换热器,.,61,带膨胀节的壳管式汽水换热器,.,62,1、壳管式汽-水换热器,带膨胀节的壳管式汽-水换热器克服了固定管板式汽-水换热器的缺点，但制造要复杂些。,.,63,1、壳管式汽-水换热器,带膨胀节的壳管式汽-水换热器,.,64,U形管壳管式汽水换热器,.,65,1、壳管式汽-水换热器,U形管壳管式汽-水换热器U形管束可以自由伸缩，以补偿其热伸长。结构简单。缺点是管内无法用机械方法清洗，管束中心附近的管子不便拆换，管栅板上布置管束的根数有限，单位容量及单位重量的传热量低。它适用于温差大、水质较好的场合。,.,66,1、壳管式汽-水换热器,U形管壳管式汽-水换热器,.,67,浮头式壳管式汽水换热器,.,68,浮头式壳管汽-水换热器浮头侧的管栅板不与外壳相连，该侧管栅板可在壳体内自由伸缩，以补偿其热伸长。清洗便利，且可将其管束从壳体中拔出。,浮头式壳管式汽水换热器,.,69,1、壳管式汽-水换热器,浮头式壳管汽-水换热器,.,70,波节型壳管式换热器,.,71,1、壳管式汽-水换热器,波节型壳管式换热器特点是采用薄壁不锈钢（1Cr18Ni19Ti）波节管束（见图12-9b）代替传统的等直径管束，作为壳管式换热器的受热面。由于采用了波节管束，强化了传热，传热系数明显增高；波节管束内径较大些，水侧的流动压力损失降低；同时靠波节管束补偿热伸长，可以采用固定管板的简单结构型式。,.,72,2、壳管式水-水换热器,壳管式水-水换热器分段式水-水换热器每个分段外壳设波形膨胀节，以补偿其热伸长。各段之间采用法兰连接。套管式水-水换热器是最简单的一种壳管式，它是由钢管组成（管套管）的型式。套管之间用焊接连接。套管式换热器的组合换热面积小。,.,73,2壳管式水水换热器，上要有下列几种型式：（1）为分段式水水换热器（2）为套管式水水换热器,.,74,为分段式水水换热器,.,75,分段式水-水换热器,.,76,为套管式水水换热器,.,77,壳管式水-水换热器,.,78,小结：（1）汽水换热器有立式和卧式之分。卧式占场地，应留出检修作业台。立式占空间，要求厂房高度。（2）水水换热器，两流体逆向流可以提高传热效率。（3）优点：结构简单，流通截面较宽，阻力小，易清垢缺点：占地大，传热系数小，造价高。,.,79,(二)容积式换热器分类：容积式汽水换热器容积式水水换热器应用：生活热水制备兼作水箱。特点：传热系数低。,.,80,（二）容积式换热器,.,81,(三)板式换热器特点：仅可作水水加热。传热系数高，结构紧凑，组配传热面积灵活，对水质要求高，应用最广泛。阻力大。（注：不能在高温下使用）,板式换热器的构造示意图1-加热板片；2-固定盖板；3-活动盖板；4-定位螺栓；5-压紧螺栓；6-被加热水进口；7-被加热水出口；8-加热水进口；9-加热水出口,.,82,（三）板式式换热器,.,83,（三）板式式换热器,我国目前生产的主要是“人字形片板”，它是一种典型的“网状板”板片。,.,84,（三）板式式换热器,主要组成部分传热板片固定盖板活动盖板定位螺栓压紧螺栓等,.,85,（三）板式式换热器,优点：板式换热器是一种传热系数很高，结构紧凑，适应性大，拆洗方便，节省材料的换热器。缺点：板式换热器的板片间流通界面窄，水质不好形成水垢或污垢沉积都容易堵塞，密封垫片耐温性能差时，容易渗漏和影响使用寿命。,.,86,(四)螺旋板式换热器分类：螺旋板式换热器有汽水式和水水式两种。特点：传热系数较高，主要缺点不能拆卸清洗。,.,87,（四）螺旋板式换热器,由两张平行金属板卷制两个螺旋通道组成的表面式换热器。加热介质和被加热介质分别在螺旋版辆车流动。螺旋板式换热器有汽-水、水-水式两种结构紧凑，换热系数一般高于管壳式换热器，流通界面较宽不易堵塞。缺点：不能拆卸清洗,.,88,(五)淋水式换热器（混合换热）特点：结构紧凑，换热效率高。兼作水箱与定压装置。不足之处是凝水无法回收。,淋水式换热器示意图1-壳体；2-淋水板,.,89,(六)喷管式汽水换热器特点：体积小，制造简单，安装方便，调节灵敏，凝水无法回收，应用生活热水制备或采暖,喷管式汽-水换热器构造示意图1-外壳；2-喷嘴；3-泄水栓；4-网盖；5-填料,.,90,（六）喷管式汽-水换热器,优点：体积小、制造简单、安装方便、调节灵敏，加热温差大、运行平稳换热量不大，一般只用于热水供应和小型热水供暖系统上。用于供暖系统时，多设置在循环水泵的出水口侧。,.,91,在热水供热系统中，根据热网循环水是否被直接取出，用于生产或热水供应系统，可分为闭式热水供热系统和开式热水供热系统。在闭式热水供热系统中，作为热媒的热网循环水，沿热网供水管输送到各个热用户，在热用户系统的用热设备内放出热量后，沿热网回水管返回热源。闭式热网只供应用户所需热量，水作为供热介质不被取出，我们可认为系统的流量是不变的，但实际上热媒通过阀门、水泵轴承、补偿器（套筒或膨胀节）以及其它不严密处时，总会向外部泄漏少量循环水，使系统循环水流量减少。在正常情况下，系统的泄漏水量一般不超过系统总容水量的1%，泄漏的水靠补水装置来补充。闭式双管（由一条供水管和一条回水管组成）热水供热系统是我国目前应用最广泛的一种供热系统形式。图8-3所示为双管闭式热水供热系统示意图。,热水供热系统,.,92,.,93,图8-3双管闭式热水供热系统示意图a)无混合装置的直接连接；b)设水喷射器的直接连接；c)设混合水泵的直接连接；d)供暖热用户与热网的间接连接；e)通风热用户与热网的连接；f)无储水箱的连接方式；g)装设上部储水箱的连接方式；h)装置容积式换热器的连接方式；i)装设下部储水箱的连接方式l-热源的加热装置；2-网路循环水泵；3-补给水泵；4-补给水压力调节器；5-散热器；6-水喷射器；7-混合水泵；8-表面式水-水换热器；9-采暖热用户系统的循环水泵；10-膨胀水箱；11-空气加热器；12-温度调节器；13-水-水换热器；14-储水箱；15-容积式换热器；16-下部储水箱；17-热水供应系统的循环水泵；18-热水供应系统的循环管路,热水供热系统,.,94,（1）直接连接直接连接是用户系统直接连接于热水网路上。1）无混合装置的直接连接(图8-3a)2）装水喷射器的直接连接(图8-3b)3）设混合水泵的直接连接(图8-3c),热水供热系统,.,95,.,96,.,97,(2)间接连接间接连接方式是在采暖系统热用户入口处设置表面式水-水换热器(或在热力站处设置担负该区采暖热负荷的表面式水-水换热器)，用户系统与热水网路被表面式水-水换热器隔离，形成两个独立的系统。用户与管网水力工况不发生直接联系的连接方式称为间接连接，如图8-3d。间接连接系统的工作方式是：热网供水管的热水进入设置在建筑物用户引入口或热力站的表面式水-水换热器内，采暖系统热用户的循环水也进入表面式水-水换热器，二者通过换热器的表面进行热量交换，冷却后的热网回水返回热网回水管去，被加热的采暖系统热用户的循环水由热用户系统的循环水泵驱动循环流动。,热水供热系统,.,98,（3）通风系统热用户与热网的连接通风系统中加热空气的设备的承压能力较高，对热媒参数也无严格限制，因此用户通风系统与热水供热管网的连接，通常采用简单的直接连接，如图8-3e所示。（4）热水供应热用户与热网的连接1）无储水箱的连接方式(图8-3f)2）装设上部储水箱的连接方式(图8-3g)3）装设容积式换热器的连接方式(图8-3h)4）装设下部储水箱的连接方式（图8-3i）,热水供热系统,.,99,蒸汽供热管网与热用户的连接方式有直接连接和间接连接两大类。蒸汽热力网的蒸汽管道，可采用单管式（同一蒸汽压力参数）、双管式（两种蒸汽压力参数）或多管式（不同蒸汽压力参数），凝结水可采用回收或不回收的方式进行。当各用户之间所需蒸汽参数相差不大，或季节性负荷占总负荷比例不大时，一般都采用一根蒸汽管道供汽，这样最经济，也比较可靠，采用的比较普遍。当用户间所需蒸汽参数相差较大，或季节性负荷较大时，可以采用双管或多管。,蒸汽供热系统,.,100,.,101,图8-4为蒸汽供热系统示意图。锅炉产生的高压蒸汽进入蒸汽管网，经热用户放热后产生凝水，经凝结水管网返回热源处的总凝结水箱，经锅炉给水泵加压进入锅炉重新加热变成蒸汽。图8-4e为生产工艺热用户与蒸汽网路连接方式示意图。图8-4b为蒸汽采暖用户系统与蒸汽网路的连接方式示意图。图8-4f是热水采暖用户系统与蒸汽供热系统采用蒸汽-水换热器的连接图。图8-4c是采用蒸汽喷射装置的直接连接方式。图8-4d是通风系统与蒸汽网路系统采用直接连接方式。热水供应系统与蒸汽网路的连接方式，见图8-4f、图8-4g、图8-4h。,热用户与蒸汽网路的连接方式,蒸汽供热系统,.,102,蒸汽供热系统,.,103,图8-4蒸汽供热系统示意图a)生产工艺热用户与蒸汽管网连接图；b)蒸汽供暖用户系统与蒸汽管网直接连接图；c)采用蒸汽-水换热器的连接图；d)采用蒸汽喷射器的连接图；e)通风系统与蒸汽网路的连接图；f)蒸汽直接加热的热水供应图示；g)采用容积式加热器的热水供应图式；h)无储水箱的热水供应图式l-蒸汽锅炉；2-锅炉给水泵；3-凝结水箱；4-减压阀；5-生产工艺用热设备；6-疏水器；7-用户凝结水箱；8-用户凝结水泵；9-散热器；10-采暖系统用的蒸汽-水换热器；11-膨胀水箱；12-循环水泵；13-蒸汽喷射器；14-溢流管；15-空气加热装置；16-上部储水箱；17-容积式换热器；18-热水供应系统的蒸汽-水换热器,蒸汽供热系统,.,104,.,105,蒸汽在用热设备内放热凝结后，经疏水器、凝结水管道返回热源的管路系统及其设备组成的整个系统，称为凝结水回收系统。按驱使凝水流动的动力不同，可分为重力回水、余压回水和机械回水等。凝结水依靠自身重力，利用凝水位能差或管线坡度，流回锅炉房的，称为重力回水系统；凝结水依靠疏水器的剩余压力返回锅炉房的，称为余压回水系统；当凝结水先流入用户（或凝结水泵分站）凝结水箱，再通过水泵加压返回锅炉房总凝结水箱的，称为加压回水（或机械回水）系统。,蒸汽供热系统,.,106,凝结水回收系统与大气相通的，为开式凝结水回收系统；凝结水回收系统不与大气相通的，为闭式凝结水回收系统。按凝水的流动方式不同，凝结水回收系统可分为单相流和两相流两大类，单相流又可分为满管流和非满管流两种。满管流是指凝水靠水泵动力或位能差，充满整个管道截面，呈有压流动的流动形式；非满管流是指凝水并不充满整个管道断面，靠