热力发电厂动力循环及其热经济性ppt课件

第一章热力发电厂动力循环及其热经济性,热力发电厂热经济性的评价方法凝汽式发电厂的主要热经济性指标发电厂的动力循环,1,第一节热力发电厂热经济性的评价方法,热量法（热效率法）以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定量分析做功能力法（熵方法、火用方法）以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定性分析,2,一、热量法,通过热量的利用程度（热效率）或损失大小（热量损失、热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性,热量守衡：供给热量=有效利用热量+损失热量,3,简单凝汽式发电厂循环系统图,B,C,b,i,cp=bpimg,g,m,p,Qb,Q0,4,G,5,（1）锅炉效率hb,锅炉能量平衡关系：输入燃料热量Qcp=锅炉热负荷Qb+锅炉热损失Qb,排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、排污损失,6,管道能量平衡关系：锅炉热负荷Qb=汽轮机热耗量Q0+管道热损失Qp,（2）管道效率hP,7,（3）汽轮机效率hi,8,汽轮机机械能量平衡关系：汽轮机内功率Wi=发电机轴端功率Pax+机械损失Qm,（4）机械效率hm,9,发电机能量平衡关系：发电机输入功率Pax=发电机输出功率Pe+能量损失Qg,（5）发电机,10,全厂能量平衡关系：全厂热耗量Qcp=发电机输出功率Pe+全厂能量损失Qj,（6）全厂总效率,Qb+Qp+Qc+Qm+Qg,11,火力发电厂的各项损失（%）,12,热流图,13,二、熵方法,实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增熵方法通过熵增（熵产）的计算来确定做功的损失环境温度Ten，则熵增s引起的做功损失I为：I=Tens,14,典型不可逆过程的做功能力损失,（1）有温差的换热过程放热过程：熵减sa吸热过程：熵增sb,Ten,放热量=吸热量,做功损失：,换热过程熵增：,分析：T，I,锅炉、冷凝器、加热器,I,15,过程熵增:s火用损E,（2）不可逆绝热膨胀过程汽轮机做功损失：,16,（3）不可逆绝热压缩过程水泵做功损失：,17,（4）节流过程汽轮机进汽调节结构做功损失：,18,（二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率,做功能力损失部位锅炉Ib管道Ip汽轮机内部做功It凝汽器Ic传动装置Im发电机Ig回热加热器、给水泵（忽略）,19,en,凝汽式发电厂做功能力损失分布图,20,凝汽式发电厂做功能力损失做功损失ICP：,全厂效率：,21,能流图,22,小结,1总体：热量法与作功能力法的全厂总效率相同2局部：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,23,二凝汽式发电厂的主要热经济指标,能耗（汽耗量、热耗量、煤耗量）能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）热效率,24,1、能耗,反映发电机组每小时生产所消耗的能量全厂煤耗Bcp全厂热耗Qcp汽轮机热耗Q0汽轮机汽耗D0热平衡方程式：3600Pe=Bqnetcp=Qcpcp=Bqnetbpimg=Q0img=Q0e=D0wimgkJ/h,25,发电厂热耗量（kJ/h）：发电厂煤耗量（kg/h）：汽轮发电机组汽耗量（kg/h）：汽轮发电机组热耗量（kJ/h）：注意能耗指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性；,26,2、能耗率,反映每生产1kW.h电能所消耗的能量全厂热耗率qcp（kJ/(kW.h)）全厂发电煤耗率bcp（kg/(kW.h)）汽轮机热耗率q（kJ/(kW.h)）汽轮机汽耗率d（kg/(kW.h)）,27,标准煤q1=29270kJ/kg发电标准煤耗率,供电标准煤耗率（扣除厂用电）,（kg标准煤/(kW.h)）,（kg标准煤/(kW.h)）,28,3、热效率,（1）凝汽式汽轮机的绝对内效率i汽轮机能量平衡式：绝对内效率i：Wi汽轮机汽耗为D0时实际内功率Wa汽轮机汽耗为D0时理想内功率i汽轮机的绝对内效率t汽轮机的理想热效率ri汽轮机的相对内效率,29,1kg新汽的热耗汽轮机能量能量平衡：比热耗q0（kJ/kg）：比内功wi（kJ/kg）：比冷源热损失qc：内效率i：,30,示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）,31,汽轮机实际做功Wi的计算：（1）Wi汽轮机凝汽流内功各级回热汽流内功（2）Wi汽轮机输入能量输出能量（3）Wi汽轮机热耗Q0汽轮机冷源损失Qc,32,2、汽轮发电机组的绝对电效率e,33,3、凝汽式电厂热效率cp（全厂热效率）,全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率）,厂用电率（平均为8.2%）300MW及以上机组电厂：4.7%5.5%；125200MW机组电厂：8.5%；中小容量机组电厂：9%12%。,34,三发电厂的动力循环,（一）朗肯循环及其热经济性,T,S,1-2-3-4-1郎肯循环,1,2,3,4,TC,平均放热温度,平均吸热温度,35,1提高初温（t0)的热经济性分析（1）提高初温对t的影响t0，t,（二）蒸汽初参数对电厂热经济性的影响,结论：t0，t和ri，因此，i,（2）提高初温对ri的影响t0，排汽湿度，rit0，漏汽损失，ri,36,2、提高初压（p0)的热经济性分析,（1）提高初压对t的影响,极限压力p*1)p0p*,p0，t,P0=22MPa,工程压力小于极限压力,t0,37,不同温度下的极限压力与t,T,极限压力p*,t,38,s,1,2,2,3,4,5,T,T0,1,P0,（2）提高初压对ri的影响,p0，v0，漏汽损失，rip0，湿度损失，ri,结论：提高p0，对i的影响，视t和ri的变化情况定,P0,39,3蒸汽初参数对发电厂热经济性的影响,大容量机组初参数，i小容量机组初参数，i,高参数必须是大容量,40,4、提高蒸汽初参数的限制,1）提高初温的限制金属材料性能限制2）提高初压的限制安全性、热经济性措施：（1）提高P0的同时采用蒸汽再热（2）提高P0的同时增大单机容量,41,1）理论上的初参数选择初温由选用钢材确定初压由最大允许排汽湿度确定2）技术经济上的初参数选择热经济性的提高投资和维修增加、安全性降低回报投资,5、蒸汽初参数的选择,42,1、降低蒸汽终参数pc对热经济性的影响(最大)（1）有利影响t（t=1-Tc/T1，wa）凝汽器做功损I（2）不利影响Pc湿气损失叶片寿命riPcvc余速损失i,（三）蒸汽终参数对电厂热经济性的影响,结论：在极限背压以上，降低pc对热经济性有利,43,排汽压力与理想循环热效率关系曲线,44,汽轮机排气压力（背压）pc由排汽饱和温度tc决定tc=tc1ttt冷却水温升t凝汽器传热端差tc决定因素：冷却水温、冷却水量、换热面积、换热面清洁度1）自然条件（理论限制）自然水温tc1；2）技术水平冷却水量和凝汽器面积都不可能无限大末级长叶片的设计和制造水平,2、降低蒸汽终参数的限制,45,3、最佳蒸汽终参数,以年计算费用最小时所对应的pc为最佳终参数汽轮机功率增加值与循环水泵耗功之差取得最大值时的pc根据该终参数确定凝汽器面积、冷却水量及循环水泵、冷却塔（循环供水时）的选型和配置等。,46,三、回热循环及其热经济性,给水回热加热汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽，送入回热加热器对锅炉给水进行加热的过程目的：减少冷源热损失，提高电厂的热经济性,47,（一）给水回热加热的意义1）汽轮机进入凝汽器的凝汽量减少，冷源损失降低；2）提高锅炉给水温度，工质的平均吸热温度提高；3）抽汽加热给水的传热温差小，做功能力损失小。不利：回热抽汽存在作功不足，wi减小，D0增大，削弱了Dc的减小,48,（二）给水回热加热的热经济性单级回热汽轮机的绝对内效率：,49,多级无再热的回热循环，汽轮机的绝对内效率：总内功：,回热抽汽做内功之和,凝汽流做内功,回热抽汽做功比：，,分析：回热抽汽在汽轮机中的做功量，,50,（三）影响回热过程热经济性的因素,1多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配2锅炉给水温度；3回热加热级数,51,非再热机组全混合式加热器回热系统,52,1号加热器：1q1=(1-1)hw11=hw1/(q1+hw1),1-1=q1/(q1+hw1),2号加热器：2q2=(1-1-2)hw22=(1-1)hw2/(q2+hw2)1-1-2=q1/(q1+hw1)*q2/(q2+hw2),1多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配,h1,h2,h3,hw1,hw2,hw3,hw4,1kg,高,低,1#,2#,3#,hw1,53,同理：,最佳回热分配：,54,焓降分配法(每一级加热器焓升=前一级至本级汽轮机中的焓降),hw2=h1-h2=h1,h,0,1,2,3,4,c,55,56,平均分配法(各级加热器中的焓升相等),等焓降分配法(每级加热器焓升=汽轮机各级组的焓降),几何级数分配法(每级加热器绝对温度按几何级数分配),57,2最佳给水温度回热循环汽轮机绝对内效率为最大值时对应的给水温度最小，最大做功不足系数：再热前：再热后：,qrh,58,提高给水温度tfw的影响：抽汽压力，抽汽做功，做功不足系数Yj，汽耗量D0=D0R+YjDj，汽耗率d=D0/Pe；工质吸热量q0=h0-hfw，发电机组热耗率q=dq0、汽轮机内效率i受双重影响；锅炉内的换热温差，相应的做功损失；回热加热器内换热温差，相应的做功损失；存在最佳给水温度tfwop；通常给水温度tfw=（0.650.75）tfwop,59,60,3给水加热级数Z（1）tfw一定，回热级数z增加，可利用低压抽汽代替部分高压抽汽，使回热抽汽做功，i；（2）回热级数z，各加热器中的换热温差，I；（3）回热级数z，最佳给水温度；（4）z，i增长率i；（5）实际给水温度稍偏离最佳给水温度，对i影响不大,61,62,四、蒸汽中间再热循环及其热经济性,蒸汽中间再热将汽轮机高压部分做过功的蒸汽从汽轮机某一中间级引出，送到锅炉的再器加热，提高温度后送回汽轮机继续做功目的：提高电厂的热经济性，适应大机组发展,63,1、再热对汽轮机相对内效率ri的影响再热使排汽湿度，湿度损失，ri2、再热对汽轮机理想热效率t的影响当：TrhT0，t3、采用中间再热，汽轮机总汽耗量；蒸汽初压，增大单机容量,（一）蒸汽中间再热的热经济性,基本循环吸热过程平均温度,附加循环吸热过程平均温度,64,1、再热后蒸汽温度trhtrh，r，但受材料限制，常取trh=t02、再热后蒸汽压力prhprh，r，附加循环热量q最佳再热压力当trh=t0，prh=（18%26%）p0再热前有抽汽，prh=（18%22%）p0再热前无抽汽，prh=（22%26%）p0,（二）再热参数的合理选择,65,1、烟气再热利用锅炉烟道中烟气加热蒸汽可加热蒸汽到5006000C热经济性提高6%8%不利：安全、成本用途：热电厂,（三）再热的方法,66,2、蒸汽再热利用新汽或抽汽加热再热蒸汽热经济性提高3%4%结构简单不利：再热后汽温较低、压力低用途：核电站再热温度调节,67,3、中间载热质再热,热经济性高结构简单中间载热质要求：稳定、比热大、比容小,68,（四）再热对回热经济性的影响,1、再热对回热热经济性的影响再热使做功增加，新蒸汽流量，回热抽汽温度和焓值，抽汽量，抽汽做功，凝汽汽流做功，冷源损失，热效率抽汽点过热度，加热器传热温差，不可逆损失增大,69,2、再热对回热分配的影响影响：再热后第一级抽汽压力的选择各级回热加热分配措施：减少再热后一级加热器给水焓升增加蒸汽冷却器,70,五、热电联产循环,利用在汽轮机中做过功的蒸汽的热量供给热用户，即在同一动力设备中同时生产电能和热能目的：充分利用低位热能，提高热效率,71,传统火力发电，燃煤能源利用率35左右；热电联产，燃煤能源利用率45左右；传统小锅炉分散供热效率60左右；热电厂锅炉集中供热效率可达到90,生产方式：背压式汽轮机调节抽汽式汽轮机,72,吸热量：实际循环的做功量：实际循环的放热量：理想循环热效率：实际