《热电联产》PPT课件

热电联产课件,中国矿业大学电力工程学院何光艳主讲,课程主要内容,绪论热负荷及供热系统热电联产的热经济性供热式机组的动力特性热化系数的确定及供热式机组的选择热网热电联产与供热的技术经济分析冷热电三联产,参考教材,刘志真2006-11,葛斌2011-09,绪论,热电联产是根据能源梯级利用原理，先将煤、天然气等一次能源发电，发电后余热用于供热的先进能源利用形式。热电联产与集中供热是一种公认的节能环保技术，目前我国的热电联产规模已经位居世界第二位。大力发展热电联产集中供热将可在“十一五”末形成1亿吨标准煤以上的节能能力，为实现我国的节能减排目标做出更大贡献。,返回,绪论,热电联产优点：,节约能源减轻大气污染，改善环境质量增加电力供应节约城市用地提高供热质量便于综合利用改善城市形象减少安全事故等,热电厂不利因素：投资比同容量凝汽式电厂大工质损失比凝汽式电厂大得多，补水率大，水处理设备投资和运行费用增加，热力设备可靠性降低机组热经济性比凝汽式差,绪论,热电联产比热电分产可以节约1/3左右的燃煤（仅从热源角度进行比较，未比较二者的热网损失），综合效率可由50%提高到75%,图0-1燃煤热电联产与热电分产的能源效率比较,绪论,图0-2郎肯循环、供热循环的T-S图,绪论,我国的热电联产规模已经位居世界第二位。2006年，我国单台6MW及以上的供热机组装机容量已经增长到80.48GW，占全国同期火电装机容量的18%左右。从中长期看，我国未来的热电联产集中供热仍然存在着巨大的市场发展潜力。有效促进热电联产集中供热，将为实现我国的节能减排目标和全球温室气体减排做出积极的贡献。,绪论,图0-3热力消费量发展现状（Mtce）,图0-4热力消费市场部门构成,绪论,图0-5我国历年的火电装机容量和热电联产装机容量（GW）,绪论,图0-6我国热电联产装机容量占火电装机容量的比重,绪论,到2006年底，我国单台6MW及以上的供热机组共2606台，总装机容量80.48GW，占全国同期火电机组总装机容量的18%左右，占全国发电机组总装机容量的14.6%。年供热量2275.65PJ，比2005年增长18.18%。目前，我国的热电联产承担了全国总供热蒸汽量的81.2%，热水采暖供热量的29.5%。与热电分产相比，由于热电联产能源效率提高可形成6700万吨标准煤左右的节能能力。,绪论,表0-1热电联产机组供热量（PJ）,绪论,国内北京、沈阳、郑州、太原、秦皇岛等中心城市已有200、300MW抽凝机组或供热机组在运行。南京华润电力公司、福建鸿山热电有限公司600MW超临界燃煤抽凝机组分于2010年和2011年先后投运。,绪论,集中供热是我国政府长期以来积极鼓励的供热方式。集中供热面积由1991年的276.5Mm2增长到2000年的1107.66Mm2，进一步增长到2005年的2521Mm2，年均增长速度超过17%（见图6）。集中供热面积快速增长的区域主要集中在华北地区与东北地区。集中供热区域包括住宅和商业建筑。其中，住宅供热面积约占总供热面积的70%，商业建筑占集中供热面积的30%左右。,绪论,图0-7我国集中供热面积发展现状（Mm2）,绪论,表0-2我国集中供热发展状况（20002005）,绪论,截止2005年：（来自建设部中国城市建设统计年报，集中供热数据中未包括工业行业的蒸汽与热水供热）集中供热总供热量（包括蒸汽和热水）为2110.3PJ，其中热电联产占47%左右，区域锅炉房占51%左右；在蒸汽和热水的供热量中，蒸汽供热总量为714.9PJ，热电联产占81%左右，区域锅炉房占17%左右；热水供热总量为1395.4PJ，热电联产占29%左右，区域锅炉房占69%左右；热电联产与区域锅炉房采暖供热量分别为992PJ与1086PJ。虽然这两组数字相差不大，但主要区别在于供热方式的不同。以热水方式供热对区域锅炉房而言更为经济，而热电联产在蒸汽供热系统中占主导地位，比例超过80%。,绪论,我国的热电联产市场潜力：随着经济增长和居民生活水平提高，我国未来的工业和居民采暖热力需求仍将保持快速增长态势。十一五期间新增供热机组装机容量60GW（曾预计50GW），到2010年，供热机组总装机容量从2005年的69.8GW达到130GW，占同期全国火电机组总装机容量的18.2%。与热电分产相比，新增的60GW热电联产机组可形成4800万吨标准煤左右的节能能力。可进一步考虑采用热电联产替代目前既有的工业供热和居民采暖供热的部分小锅炉。如果把当前30%的既有工业锅炉和20%的既有采暖锅炉改造为热电联产供热方式，将可形成近2000万吨标准煤的节能能力。,绪论,现役电厂中具备改造为热电联产机组的潜力也很大。经调研，目前单机容量135300MW的现役纯凝火电机组中，具备供热改造调节的有86个电厂，总装机台数244台，总装机容量63.47GW。分析表明，纯凝火电机组供热改造技术可行，投资不大（130220元/kW），改造工期较短（23个月），可形成5000万吨标准煤左右的节能能力。综上所述，到2010年，如果从新增热电联产装机、对现役纯凝火电机组进行供热改造、对既有的部分小锅炉改造为热电联产供热等方面进一步加大发展热电联产的力度，将可形成1亿吨标准煤以上的节能能力，从而为推动实现我国的节能减排目标做出更大贡献。,绪论,国家发改委编制2010年热电联产发展规划及2020年远景发展目标提出：到2020年，全国热电联产总装机容量将达到2亿kW（200GW），其中城市集中供热和工业生产用热的热电联产装机容量都约为1亿kW。预计到2020年，全国总发电装机容量将达9亿kW左右，热电联产占22%，在火电机组中达37%。据上述规划，20012020年期间，全国每年要增加热电联产装机容量约900万kW，年增加节能能力约800万吨标准煤。,绪论,应用范围普遍化；机组容量大型化；洁净煤技术高新化；节能技术系统化；热能计费计量化；使用燃料清洁化；能源系统新型化；投资经营市场化。,世界热电联产主要发展趋势：,绪论,热电冷联产（CCHP）基于能源梯级利用概念，将制冷、供热及发电过程一体化的联产系统。CCHP利用汽轮机的抽汽、排汽集中供热制冷，也可用燃气轮机、内燃机动力装置或其他原动机构成小规模、分布式系统布置在用户附近，独立地输出电、热或（和）冷能。,绪论,燃料输入,100%,排放15%,电能输出,原动机,发电机,余热回收装置,供热系统,吸收制冷,冷、热能输出,图0-8冷热电三联产系统简图,35%,50%,绪论,表0-3冷热电联产系统构成,绪论,美国对CCHP做了很多开创性的工作和商业化研究，工业界提出了“CCHP创意”和“CCHP2020年纲领”，支持能源部总体商用建筑CCHP规划。2020年美国实施CCHP战略目标为：50%新建商用、写字楼类建筑采用CCHP；15%现有商用、写字楼类建筑采用CCHP。日本能源供应中热电联产系统为热源的区域供热（冷）系统是仅次于燃气、电力的第三大公益事业。日本广泛采用热电冷联产，热驱动的制冷机用于大型建筑空调，电空调不足三成。燃气轮机热电（冷）联产和汽轮机驱动压缩式制冷设备是日本热电（冷）联产的主要形式。,绪论,绪论,世博新村：发电量5MW制冷量60MW供热量44MW管网长44km冷水储罐15000m3方式燃气发电，余热锅炉产汽，供热供冷；总效率较分产由30提高到85。,绪论,绪论,返回,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的选择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,返回,1-1热负荷的分类及其确定方法,返回,一、热负荷分类及特性1.热负荷根据一年内用热工况不同：季节性热负荷采暖热负荷、通风热负荷、空调热负荷非季节性热负荷热水供应热负荷、生产工艺热负荷、吸收式制冷、喷射式制冷热负荷。2.热用户根据不同建筑物用热形式分：住宅建筑、公共建筑、工业建筑物与构筑物等三种典型用户。,1-1热负荷的分类及其确定方法,3.不同热负荷有不同的变化特性4.集中供热系统热负荷常采用以综合指标为基础的近似计算法粗算：估算，按地区、按小区等细算：一幢楼、一间房的计算。5.确定热负荷的主要内容有：确定计算热负荷，即每小时最大热负荷；确定热负荷随时间变化规律及所需全年热负荷；确定载热质的种类及其参数。,1-1热负荷的分类及其确定方法,表1-1各类热负荷特点,1-1热负荷的分类及其确定方法,6.热负荷的重要性热负荷是热电联产系统设计的基础；热负荷选取决定了热电厂的效益好坏。,二、采暖热负荷的确定通常后两项视为相等而抵消：工业厂房计算采暖用热量时，后两项必须计算而不能忽略,1-1热负荷的分类及其确定方法,建筑物所有房间的散热损失相加就是整个建筑物的散热损失，即建筑物的采暖耗热量,还可用H.C.耶尔莫拉也夫公式：,上述计算需预先知道各建筑物围护结构性能和尺寸，但在供热工程初步设计或规划设计阶段常无法提供，故需采用近似概算方法。,1-1热负荷的分类及其确定方法,1.根据建筑物性质和外部体积计算,与耶尔莫拉也夫公式比较，可求得采暖体积热指标：,采暖热指标大小主要与建筑物构造和外形有关：与建筑物的平面图形有关；与建筑物的外部体积有关；与建筑物围护层的传热系数有关；与采光率的大小有关。,1-1热负荷的分类及其确定方法,我国推荐采用的各种建筑物采暖热指标见有关建筑、采暖、通风手册，根据不同条件选用,采暖室内计算温度：指房间内距地面2m以内人们活动地区的平均空气温度。我国大致在1624左右。,决定于：人体生理热平衡要求；生产工艺要求；生活要求、生活习惯等。,1-1热负荷的分类及其确定方法,国内衣着适宜保暖充分安静状况室内温度20比较舒适，18无冷感，15是产生明显冷感界限。,采暖通风与空气调节设计规范GB50019-2003规定：民用建筑主要房间，宜采用1624。甲等高级2024，乙等中级1820，丙等普通1618。卧室、起居室1618厨房1216盥洗室、厕所1416浴室2126,1-1热负荷的分类及其确定方法,生产厂房工作地点：轻作业1821，中作业1618，重作业1416，过重作业1214。,采暖室外计算温度：一个假想室外温度值，既不是当地当年最低气温，更不是当地历史上的最低气温，而取一个比最低室外温度稍高的较合理温度。,理由：,极低室外温度出现很少，持续时间不长；,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB50736-2012,1-1热负荷的分类及其确定方法,采暖房间有热惯性，短时间内破坏其热平衡状态，对室内温度不会造成多大影响；取温度过低造成设备和投资的浪费，系统长期运行在非设计工况，运行效率不高，取温度过高，投资减小，但难以保证采暖效果。,我国采用历年平均不保证5天的日平均温度作为采暖室外计算温度,国内开始或停止采暖的日期则采用全昼夜室外平均气温+5,1-1热负荷的分类及其确定方法,工业建筑采暖期的起点和终点也由室外温度确定，一般取使围护结构的失热量与室内散热量相等的室外温度，这使得其采暖期的延续时间大多比居住和公用建筑短。,非采暖室外计算温度下的热负荷计算,对于一定建筑物其x与ti均可认为是常数，故有,1-1热负荷的分类及其确定方法,对供热范围很大的地区进行概算时建筑物外部体积Vo很难确定，x值又随不同建筑物的用途和性质而异，计算结果难以准确。,1-1热负荷的分类及其确定方法,2.根据建筑物性质和建筑面积计算,目前国内外供热工程热负荷概算最常用方法，总面积用统计方法确定，同时不同类型采暖建筑物面积要加以区别。,过去的设计值：,间歇采暖取住宅建筑取连续采暖民用住宅建筑取,1-1热负荷的分类及其确定方法,面积热指标大小并不直接取决于建筑面积，而与建筑物性质、构造和所处地区气象条件等有关；面积热指标不如体积热指标物理概念清楚，但更易于近似计算。,表1-2采暖面积热指标推荐值（W/m2）,注热指标中已考虑了5%的管网热损失表格来自我国CJJ34-2002城市热力网设计规范,1-1热负荷的分类及其确定方法,三、通风热负荷的确定,对生产厂房和公共建筑通风是为了使室内空气的清洁度和温湿度达到规定标准。生产厂房通风多为排除生产过程中产生的有害气体，有时是技术或劳动保护的需要；公共建筑物中是为把二氧化碳、水分和过多热量排除。通风热负荷就是将室外新鲜空气加热到室内所需温度的耗热量，也是室外气温的函数。,设计工况下：,平均比热一般取,1-1热负荷的分类及其确定方法,也可用概算法近似计算,通风换气次数与通风热指标的关系：,而通风次数取决于建筑物的性质和要求，可由生产、采暖通风资料提供。,通风室内计算温度就取采暖室内计算温度ti,1-1热负荷的分类及其确定方法,冬季通风室外计算温度根据不同性质建筑物的设计要求选取,对冬季通风的局部送风、补偿局部送风和消除有害物质（有害气体、蒸汽和粉尘）的全面通风应采用采暖室外设计温度；对其它厂房和公共建筑物则采用，此值一般取历年最冷月平均温度；室外气温低于该通风室外计算温度时，通风热负荷不得超出通风设计热负荷，可采用部分空气再循环减少换气次数实现，提高通风设备利用率，降低运行费用和节约投资。,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,全年存在，四季平衡，具昼夜周期性，每天热水用量变化不大，小时用量变化较大,1-1热负荷的分类及其确定方法,采暖季每昼夜热水供应的小时平均用热量,设计中局部热水供应系统的管径和长度通常未知，因此只能大致估定,1-1热负荷的分类及其确定方法,夏季自来水温较高，热水用热量减少,可用热指标估算,根据建筑物类型采用实际统计资料，缺乏资料则按下列推荐值选取：住宅无生活热水设备、只对公共建筑供热水23W/m2全部住宅有浴盆并供给生活热水时515W/m2,1-1热负荷的分类及其确定方法,采暖季每昼夜热水供应的小时最大用热量,小时变化系数按建筑给水排水设计规范选用,图1-4住宅区典型热水供应日负荷图,热网热水供应设计热负荷与用户与热网连接方式有关：,有储水箱，小时平均热负荷无储水箱，小时最大热负荷热网干线因连接用水单位很多，按小时平均热负荷计算,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,全年性热负荷包括动力源、加热、烘干、蒸煮、清洗、溶化等工艺过程,无固定公式计算,负荷统计必须分类核实（水、蒸汽）,同期使用系数用热设备运行实际最大热负荷与全部用热设备最大热负荷之和的比值,一般取0.70.8,1-1热负荷的分类及其确定方法,再考虑供热系统中近期热负荷增长因数F,用热参数：,低温供热130150以下0.3920.588MPa中温供热130150以上250以下0.7851.27MPa高温供热高于250新蒸汽减温减压,返回,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平面曲线，亦称热负荷（时间）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：表示一年中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，它描述不同室外气温持续时间确定的热负荷变化规律,返回,1-2热负荷持续时间图,一、热负荷时间图,图1-5全日热负荷时间图,工厂需绘制冬季夏季典型工作日全日生产工艺热负荷图由此确定生产工艺最大、最小热负荷和冬、夏季平均热负荷季节性供暖、通风热负荷取决于室外温度，绘随室外温度变化图,1-2热负荷持续时间图,平均热负荷,热负荷（充满）系数衡量热负荷图平稳性指标,热负荷利用小时数实际热负荷所供给热量与热负荷设计容量之比,热负荷维持其设计容量时，在y时间内产生热量等于实际热负荷所需热量，这就是热负荷利用小时数的意义。,1-2热负荷持续时间图,图1-6年热负荷图,作为规划供热系统运行、确定设备检修程序和日期的基本参考资料；季节性供暖、通风热负荷按该月室外平均温度确定；热水供应热负荷按平均小时热负荷确定；生产工艺热负荷按日平均热负荷确定,1-2热负荷持续时间图,二、热负荷随室外温度变化图,线1供暖热负荷线性线2通风热负荷先线性后不变线3热水供应热负荷水平直线线4总热负荷叠加而成,图1-7热负荷随室外温度变化,1-2热负荷持续时间图,图1-8采暖和通风热负荷与室外温度的关系,考虑冷风渗透，采暖热负荷曲线具有凹形性质，并非严格的线性关系；对于工业建筑的采暖，计算热负荷时，由于室内发热量的存在而小于其计算热损失量。,1-2热负荷持续时间图,三、热负荷持续时间图及其绘制方法,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，描述不同室外气温持续时间确定的热负荷变化规律。是集中供热系统规划、设计与技术经济分析的重要基本资料，制定经济合理供热方案的重要分析计算手段。,作用：用以计算年供热量及有关热经济指标；选择热源设备；确定热电联产系统的最佳热化系数；确定热网供水与回水温度的最佳值；选择供热设备的经济工况，确定各供热设备间的热负荷分配等等。,1-2热负荷持续时间图,表1-3全国主要城市20年间某一室外温度持续天数,1-2热负荷持续时间图,图1-09季节性热负荷持续时间曲线,1-2热负荷持续时间图,作图需要热负荷与室外气温关系曲线和不同室外气温的持续时间曲线；计算中所采用的采暖期持续时间不完全真实，相应的热负荷图是一种近似；象限曲线围成的面积就是以一定比例表示的年总用热量；年平均小时用热量和最大利用小时数缺乏气象资料地区，可用无因次公式确定和绘制。,最大利用小时数愈长说明热负荷持续时间曲线愈平缓,1-2热负荷持续时间图,四、采暖热负荷年供热量的精确计算,令并用一个多项式逼近：,逼近次数一般控制在6以下若热负荷持续曲线曲率变化较大，采用分段拟合方法,1-2热负荷持续时间图,各常系数利用计算机求出,返回,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,返回,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（热用户）构成。热源：热电厂或大型区域集中供热锅炉房。也有利用核能、地热、电能、工业余热的。按载热质流动形式分：封闭式、半封闭式和开放式。按热源和热用户间分布情况分：分布式和集中式。热网按载热质分：水网、汽网。,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,二、用蒸汽或水作载热质的比较,载热质选择主要取决于热源特性、热负荷种类、能耗与投资及热网的调节性能等技术经济方面因素。热电厂为热源，热负荷仅由采暖、通风和生活热水组成，一般用热水。基本热负荷为生产工艺和动力热负荷而季节性负荷所占比例较小时，宜采用蒸汽。,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,热水作为载热质特点：供热循环热化发电率增加，提高热经济性；热网半径大，供热距离远，且热损失较小；抽汽在面式热网加热器放热，加热热网水供热，凝结水可全部回收，节省水处理投资和运行费用；在热源处通过改变水温进行中央调节，易实现机组集中控制和经济调度，简单、经济、稳定、可靠；水网蓄热能力大，短时水力热力工况失调供热工况波动不显著。,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,蒸汽作为载热质特点：通用性较好，可满足各种用热形式需要；输送蒸汽能耗小，耗电量低；密度小，地形变化（高差）形成静压小，对事故敏感性弱，汽网泄漏量较水网小2040倍；减小换热器面积，降低设备造价；管网压损较大，在热源端需保持较高压力，热化发电率减少，削弱热化经济效果；蒸汽直供，易被污染，凝水回水率低，大量工质和热量损失，水处理投资和运行费用增加，热电厂供热能力和热经济性下降，甚至影响锅炉可靠运行。,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,三、高温水载热质供热的特点,热电联产集中供热的发展趋向,用于生产工艺加热过程，温度稳定，调节比蒸汽容易，有时还有利于提高产品质量；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时还可继续利用；大温差小流量输热，提高了单位工质的载热能力，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；,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,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；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。同时采用多级抽汽加热可提高热电厂的热经济性。,1-3供热系统的组成及热网载热质的选择,返回,带来问题：因回水温度高，热网的定压方式较为困难；系统承受压力增大，增加了投资；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；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。,1-4热电厂的供热系统,返回,一、热电厂的蒸汽供应方式,图1-10直接供汽方式的原则性热力系统(a)用背压式汽轮机排汽；(b)用抽汽式汽轮机的可调整抽汽,图1-11间接供汽方式的原则性热力系统,1-4热电厂的供热系统,二、热电厂的热水供应系统及设备,图1-12高参数热电厂热网加热设备的原则性热力系统,一般热网加热设备包括：23个串联的热网加热器，热网水泵，热网加热器的凝结水泵及连接上述设备的汽水管道。,1-4热电厂的供热系统,图1-13超高参数采暖机组热网加热设备的原则性热力系统,返回,1-5厂外供热系统的连接型式,返回,一、水的供热系统,闭式水供热系统热网一般采用双管式系统。,图1-14双管闭式热水供热系统示意图,1-5厂外供热系统的连接型式,二、蒸汽供热系统,图1-15蒸汽供热系统示意图,1-5厂外供热系统的连接型式,图1-16采暖系统与热水供应系统的连接方式,1-5厂外供热系统的连接型式,图1-17蒸汽供热系统原理图,1-5厂外供热系统的连接型式,1-5厂外供热系统的连接型式,1-5厂外供热系统的连接型式,1-5厂外供热系统的连接型式,返回,1-6供热系统中的调峰设备,返回,一、尖峰热水锅炉,厂内设置：130150厂外设置：热网末端9095,热水锅炉采用室燃炉直流式比采用自然循环式更优,原苏联大容量燃烧煤粉直流式热水炉效率达8891%,热水锅炉参数系列标准GB3166-1988GB/T3166-2004,返回,返回,1-6供热系统中的调峰设备,要求：必须有定压装置；结构简单，降低造价；负荷调节性能好；对热网的不正常工况有一定的适应能力；系统中应设水处理和除氧设施，避免水侧产生水垢和气体腐蚀。,1-6供热系统中的调峰设备,图1-18热水锅炉房的原则性示意图（用在厂外尖峰锅炉房或大型区域热水锅炉房）,双管制热网,部分热水用循泵打回入口回水管路与回水混合，将入口水温提高到烟气露点温度以上，使流经锅炉的水温保持恒定,热网质调节时供水干管可通过旁通管掺混回水降低水温,1-6供热系统中的调峰设备,二、蒸汽蓄热器,保持热量的供需平衡，避免热负荷的突然增减影响供热设备的安全和经济运行。是进行供热调节也是热负荷的调节方法之一。,以卧式变压蓄热器为主：保证工况稳定；保证锅炉安全运行；提高应急用汽能力。,1-6供热系统中的调峰设备,图1-19变压蓄热器原理图,1-6供热系统中的调峰设备,应用目的与场合：热电联产供热系统中，使汽机调节抽汽不受急剧热负荷变化影响，保证机组正常运行和经济性；背压机组中，平衡热电负荷变化时互相制约的矛盾，减少运行效率的降低；区域蒸汽锅炉房供热系统中，平衡热负荷保证锅炉效率和稳定运行；电力系统中调峰凝汽式电厂，增加高峰负荷时的调峰能力和机组运行稳定性；热用户中，均衡断续用汽机械的用汽量；造纸、印染、纺织、化工、钢铁、制糖等行业中，与小型工业锅炉配合，起到经济和安全作用。,1-6供热系统中的调峰设备,图1-19变压蓄热器的各种连接方案,返回,2.热电联产的热经济性,返回,2-1热电联产的类型2-2热电联产的热经济性分析2-3热电联产的主要热经济指标2-4热电联产的燃料节省,2-1热电联产的类型,返回,传统分类：（1）汽轮机热电厂型（2）燃气蒸汽热电厂型（3）原子能热电厂型（4）热泵热电厂型现在分类：（1）燃气轮机热电联产（2）内燃机热电联产（3）蒸汽轮机热电联产（4）联合循环热电联产（5）燃料电池热电联产,系统组成：原动机（热机）、发电机、余热回收装置、热力管道、监控系统等。,2-1热电联产的类型,表2-1热电联产的技术特点,2-1热电联产的类型,背压式汽轮机B型、CB型无冷源损失，热能利用率高；结构简单，无凝汽器，投资少；偏离设计工况或低功率运行时相对热效率显著下降；以热定电，热、电不能独立调节。调节抽汽式汽轮机C型、CC型0.781.23MPa供工业用汽，0.1180.245MPa供采暖用汽。相当于背压+凝汽复合运行，热电负荷一定范围内独立调节；存在最小凝汽流量，以保证低压缸有足够的冷却蒸汽；抽汽流量和压力通过旋转隔板来调节，凝汽流有节流损失，绝对内效率比同参数凝汽机组低,2-1热电联产的类型,凝汽采暖两用机组NC型中低压缸间导汽管上加装蝶阀调节抽汽量，采暖期减少发电增加对外供热，非采暖期纯凝汽方式运行。因蝶阀压损，国产200MW两用机热经济性会下降0.10.5%。采暖期运行类似调节抽汽式汽轮机，但比单抽机组热经济性稍低，非采暖期却比其高。设计、制造简单，改造容易，成本低。,2-1热电联产的类型,低真空供热凝汽式机组将小型凝汽式机组改造为供热式机组，冬季采暖期提高机组背压，用减少发电获得循环水供热。降低汽机排汽真空度，用高背压的排汽加热循环冷却水，将提高温度的循环冷却水输入供热系统，代替热网循环水。代价是发电功率减少。,返回,2-2热电联产的热经济性分析,返回,一、热电联产的热经济性,热电厂的燃料利用系数,热电厂总热耗量仅生产电能时的热效率,供热机组的热电比,凝汽式发电厂热电比为零，两热效率相等目前电网中主力机组热效率约为40%,热电厂总热效率,2-2热电联产的热经济性分析,背压机组热电比可达68，机组热效率最高85%左右背压变化对热效率影响不大，大致为0.8左右调整抽汽式机组热电比变化范围较大，热效率介于背压机和纯凝机组之间抽汽背压式机组兼具两种机组的特点，热电比和热效率变化幅度介于调整抽汽式和背压式之间热效率计算将两种不同品位的能量产品按相同量纲直接相加，是数量指标，不能比较供热机组间的热经济性，不能比较同一机组不同运行方式间的热经济性,2-2热电联产的热经济性分析,除了与热电比有关，还与热电厂生产电能的热效率有关，包括锅炉效率、管道效率、机械效率、发电机效率、供热机组相对内效率和循环效率,热电比Rh,供热机组对热电比有底线要求纯凝机组热电比为零，背压机组最高，抽凝机组介于两者之间,2-2热电联产的热经济性分析,影响因素：供热机组新汽参数供热机组供热参数汽轮机相对内效率,只能是量的指标（供热量份额大小），不能作为质的指标（衡量用能是否先进）表明热电联产利用程度，衡量机组本身利用率或节能竞技效果，不宜热电机组间横向比较,2-2热电联产的热经济性分析,供热式机组的绝对内效率,无再热单抽供热机组：生产电能的绝对内效率供热机组总绝对内效率供热机组绝对内效率,凝水焓,回水焓,2-2热电联产的热经济性分析,无抽汽时，三式统一为一种0.30.4,朗肯循环绝对内效率即简单凝汽机组内效率,无凝汽流时，即为背压机组,热化发电率，又称电热比，是供热汽流生产的电能和热能的比值，评价热电联产部分技术完善程度的质量指标,2-2热电联产的热经济性分析,供热抽汽份额增加，在的范围内，机组绝对内效率降低，机组生产电能的效率和总效率则从纯凝工况下的热效率值提高到背压工况下的最大值1,机组绝对内效率不能表征热电联产的经济性，但可用来比较供热参数相同的供热机组的技术完善性,热化发电率,影响因素：机组参数、回水参数、回水引入点、回水率、补充水温度、设备技术完善程度、回水流经加热器的级数等。,2-2热电联产的热经济性分析,图2-1供热机组的热力系统简图(a)实际回热加热(b)假想回热加热,常规热平衡法计算,2-2热电联产的热经济性分析,供热汽流作功Wh和热化发电率均由相应两部分组成,外部热化发电率,外部热化发电量,内部热化发电量,联产供热量,2-2热电联产的热经济性分析,内部热化发电率,整个机组热化发电率为,方法准确，但各级回热抽汽量和抽汽焓未知，求取各级回热抽汽量很复杂，故常采用简化计算方法,2-2热电联产的热经济性分析,假想回热系统法计算,假定供热返回水只在假想的一级回热加热器中加热至给水温度,该假想回热抽汽量,得,与假想抽汽焓对应饱和水温,2-2热电联产的热经济性分析,表面式加热器的端差，也称上端差（出口端差），若不特别注明，通常都是指加热器汽侧出口疏水温度（饱和温度）tsj与水侧出口温度twj之差。,图2-2回热加热器及疏水冷却器,端差越小，热经济性就越好,无过热蒸汽冷却段，取36，有过热蒸汽冷却段，取-12,2-2热电联产的热经济性分析,采用疏水冷却段（器）可减少疏水逐级自流排挤低压抽汽导致附加冷源热损失，或因疏水压力降产生热能贬值，又可避免采用疏水泵方式带来其他问题，对系统安全运行也有好处。,分内置式和外置式两种,加装疏水冷却器（段）后，疏水温度与本级加热器进口水温之差称为下端差（入口端差，疏水端差）,下端差一般推荐510,2-2热电联产的热经济性分析,无因次法计算,作如下假定：令回水率为1，则令回热抽汽焓等于供热抽汽焓，并把回水加热至给水温度，即,2-2热电联产的热经济性分析,整理后得,供热汽流生产电能的热效率,热化发电率是评价供热机组热电联产部分技术完善程度的质量指标,不能用于不同抽汽参数的供热机组，以及热电厂和凝汽式电厂间的热经济性比较，只可用于相同抽汽参数或背压供热机组间的热经济性比较,对机组绝对内效率起决定性作用,2-2热电联产的热经济性分析,和都不能全面评价热电厂热经济性，常用计算热电厂全年燃料绝对节约量来全面评价，同时利用分项热经济指标来说明供电、供热的热经济性,联产发电与分产发电热经济性分析,2-2热电联产的热经济性分析,与凝汽机组发电相比，生产电能热效率相对变化,由于凝汽流作功绝对内效率总小于1，故恒为正，且供热抽汽流作功系数越大，热电联产生产电能的热效率越高，热效率相对提高越多,注意前提是两种机组相对内效率相同，且不随热化汽流变化，故在一定的运行范围内上述结论成立。,2-2热电联产的热经济性分析,表2-2供热式机组产电的热经济性比较表（）,高参数背压机组0.8抽汽式供热机组0.30.8抽汽背压机组0.8原子能热电站0.8,热电联产热效率,2-2热电联产的热经济性分析,20001268号文关于发展热电联产的规定提出用热电比和总热效率两个经济指标考核热电厂的经济效果。规定如下：,供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下列指标：1)总热效率年平均大于45%。2)热电联产的热电比：单机容量在50MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于100%；单机容量在50MW至200MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于50%；单机容量200MW及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50%。燃气蒸汽联合循环热电联产系统应符合下列指标：1)总效率年平均大于55%；2)各容量等级燃气蒸汽联合循环热电联产的热电比应大于30%。,2-2热电联产的热经济性分析,二、热电联产的分析,基于平衡方程式进行分析，并以效率来评价其热力过程的完善程度。,综合效率确定原则：如果是由几个子系统串联组成，系统的综合效率为各子系统效率的连乘积；如果是由几个子系统并联组成，系统的综合效率为各子系统效率的加权平均值。,2-2热电联产的热经济性分析,以国产B25-8.83/0.98型背压机组热电联产方案与国产N25-3.43-7型凝汽机组加区域锅炉房的热电分产方案为例进行分析比较,图2-3热电联产计算系统图,图2-4热电分供计算系统图,2-2热电联产的热经济性分析,表2-3热电联产与热电分产的比较,联产比分产节省燃料23.63%,2-2热电联产的热经济性分析,燃料总利用系数较高，但两方案的效率仍然很低,抽汽式机组热力学完善程度不如凝汽式，配用锅炉参数也低于主力凝汽机组的，承担供电部分的综合效率就偏低，不如背压式机组的效率高,三、供热抽汽及其回水参量对给水回热效果的影响,蒸汽动力循环采用回热加热，减少冷源损失和给水炉内换热的不可逆损失，提高循环热经济性，发电方面的效率会有较大提高,2-2热电联产的热经济性分析,图2-05热电厂的回热加热系统简图,图2-06热电厂中回热加热的效果与供热抽汽份额的关系,返回,2-3热电联产的主要热经济指标,返回,热能和电能形式上不同，质量上不等价，必须将联产中的总热耗量合理分配到生产的两种产品上去，再制定其相应的热经济指标,遵从热力学规律分配方法：热量法、实际焓降法、方法、日本的热焓基准法等。遵从热经济学理论分配方法：损失功率法和单耗分配法等（分析热电联产系统的质能流和成本流）,我国目前采用热量法,2-3热电联产的主要热经济指标,一、热电联产热经济效益的分摊,热电联产总热耗量分摊方法：热电联产效益归电法热量法、卡路里法、热焓基准法热电联产效益归热法实际焓降法、轴功率法、固定发电煤耗法热电联产效益折衷分配法方法、能量等价法、净效益法,2-3热电联产的主要热经济指标,图2-07国产C50供热机组热经济效益的分析图,面积ACGI代表纯凝汽发电的总耗热量,面积DGIF是冷源损失,面积ACDF是其总有效发电以热量计,热电联产，面积ACOQ代表机组（考虑给水回热加热后）总耗热量,2-3热电联产的主要热经济指标,面积ACDEJK代表机组总发电量（以热量计）,热量法将热电厂总热耗量按生产热、电两种能量产品数量比例来分配。,实质：热化发电部分不再有冷源损失，热电联产的节能效益全部由发电部分独占。,供热方面仅获得热电厂高效率大锅炉的好处，且被热网效率反映供热管网散热损失而削弱。,2-3热电联产的主要热经济指标,实际焓降法按汽轮机供热抽汽的实际焓降不足（少作内功）与进汽的总实际焓降（所作内功）的比例来分配总热耗量。,实质：热化发电的冷源损失无偿供给了热用户，热电联产的好处全部归供热所有。,冷源热损失全划归发电方面，供热汽流实际焓降不足少发了电，且抽汽式机组必定有一部分凝汽流发电，使热电厂不但得不到好处，反而多耗煤。,2-3热电联产的主要热经济指标,净效益法将热电联产带来的净效益所代表的热耗量合理分摊给热、电双方。,热电联产发电AACDEJK热电联产供热AJMNK凝汽流补抽汽少发电对应冷源损失ATWIF补、回水致回热多抽汽少发电对应冷源损失APHWU热电联产带来净效益AEPUT,图2-07国产C50供热机组热经济效益的分析图,2-3热电联产的主要热经济指标,净效益,按比例分给电厂，热用户应承担的总热耗量为：,2-3热电联产的主要热经济指标,前式简化整理为,各级回热抽汽量和抽汽焓未知，求取复杂，可参照第二节假定只有一级回热抽汽，得热用户承担热耗量,热电联产净效益中分摊给电厂的效益份额,2-3热电联产的主要热经济指标,上式适用于任何类型供热机组；进行背压机组分摊计算时，值可近似取为同一参数级的凝汽式机组的排汽焓。,发电方面分摊热耗量为,方法（做功能力法）按供热汽流的最大做功能力占新蒸汽的最大做功能力比值分配总热耗量。,以分产供热量为零为前提,2-3热电联产的主要热经济指标,二、热电联产的主要热经济指标,总热耗量合理分摊后，可求出：,热电联产总的燃料消耗量,供热分摊的燃料消耗量,发电分摊的燃料消耗量,2-3热电联产的主要热经济指标,发电方面的热经济指标,热电联产的发电热效率,热电联产的发电热耗率,热电联产的发电标准煤耗率,0.225kg/(kWh),2-3热电联产的主要热经济指标,返回,供热方面的热经济指标,热电联产的供热热效率,按热量法分配,热电联产的供热标准煤耗率,3842kg/GJ,2-4热电联产的燃料节省,返回,讨论基于联产与分产能量供应水平相等前提,一、热电联产节省燃料的原因,热电联产的燃料消耗量,热电分产的燃料消耗量,2-4热电联产的燃料节省,热电联产节省的燃料,式子可简化为,表明燃料节省主要决定于：热负荷的大小、参数和特性；供热机组的型式、参数和容量；电网中代替凝汽式机组的热效率；分产锅炉的热效率等。,2-4热电联产的燃料节省,二、热电联产节省燃料的条件,（一）热电联产生产电能节省燃料的条件,或,热化发电份额X足够大时，才能节省燃料,即热电联产凝汽流多耗的燃料等于供热汽流节省燃料这一临界点,其中,2-4热电联产的燃料节省,利用煤耗率与热效率对应关系，假定热电联产和热电分产锅炉效率、管道效率、机电效率均相等,而供热机组,上式即为,两绝对内效率、与机组的初、终参数，机组采用回热及再热情况，机组技术完善程度等有关,推导说明,2-4热电联产的燃料节省,一般情况下X大于如下数值热电联产才节约燃料：供热机组与代替的凝汽机组初参数相同时，要求的热化发电份额为：供热机组初参数比代替凝汽机组的低一档时，要求的热化发电份额：供热机组初参数比代替凝汽机组的低二档时，要求的热化发电份额：,2-4热电联产的燃料节省,（二）热电联产生产热能节省燃料的条件,需要满足条件即,分产供热的标准煤耗量,分产供热的标准煤耗率,2-4热电联产的燃料节省,热电厂供热的标准煤耗量,热电厂供热的标准煤耗率,热电联产节约标准煤量,按,得,2-4热电联产的燃料节省,三、热电联产节省燃料的程度,（一）产同等电量W时,当不对外供热，仅凝汽流发电时,多耗燃料,2-4热电联产的燃料节省,当机组为背压机，无凝汽流发电时,（二）产相同热量Qht时,2-4热电联产的燃料节省,返回,（三）产相同电量W和热量Qht时,发电量合并计算,热电联产燃料节省与机组参数、设备技术完善程度有关，与热电比有关,3.供热式机组的动力特性,3-1供热式机组的类型3-2背压式机组的动力特性3-3调整抽汽式机组的动力特性3-4供热机组实际工况图的特点,返回,3-1供热式机组的类型,返回,一、国内现有供热机组简介,二、国外某些供热机组简介,三、供热式机组的新发展,1.不断提高供热机组的初参数和容量,3-1供热式机组的类型,2.采用两级加热的热网水加热系统3.采用新型凝汽器结构4.在低压缸第一级前加装可转动回转隔板5.中间再热供热机组6.采用计算机自动控制系统,返回,3-2背压式机组的动力特性,返回,汽轮机动力特性指汽轮机的汽耗量、热耗量与电功率、对外供热量之间的关系，常用解析式或线图来表示。,一、循环特点,背压与初压比值较大，汽机内蒸汽焓降较小；一般采用喷嘴调节，以免低负荷下节流损失较大，机组效率降低较大；若负荷变化较大，调节级焓降应选得大些，常采用双列速度级，保证工况变动时机组效率改变不大；,3-2背压式机组的动力特性,若热负荷比较稳定，为尽可能提高机组效率，调节级采用单列冲动级，焓降就可选得小些；无冷源损失，燃料利用系数；发电过程中空载损失90%以上转变为热能对外供热，机、电损失也因机组结构简单、尺寸小而减少1020%；背压机组级数少，无低压缸和凝汽器及其复杂的循环水系统，制造成本低,3-2背压式机组的动力特性,基本运行方式是“以热定电”，即“自由热负荷”和“强迫电负荷”；,机组电功率,机组供热量,通汽量最大仍不满足热负荷需要时，由锅炉减温减压装置向外供汽；以热定电的电功率大于外界电负荷需要时，则减少背压机承担的热负荷，让发出的电功率与外界所需相对，不足的热负荷由新汽减温减压供给,3-2背压式机组的动力特性,图3-01背压式机组工况曲线,与凝汽式机组相比：在质方面，凝汽式机组汽耗量是电功率的函数，背压式机组电功率是汽耗量的函数。在量方面，背压式机组汽耗率远大于凝汽式机组，背压越高差值越大；空载率x也如此。,前置式汽轮机,汽耗特性方程,推导,3-2背压式机组的动力特性,二、背压式机组的应用范围,图3-02背压式汽轮机工况图,新建或扩建热电厂时，如有稳定可靠的热负荷，优先考虑装设背压机组的可能性背压机一般与其他类型机组配合使用，背压机带基本负荷，且电力系统有一定补偿容量,返回,3-3调整抽汽式机组的动力特性,返回,较大范围满足外界热、电负荷不同要求，热电负荷不关联调节，运行灵活性大,一、一次调整抽汽供热机组动力特性,通流部分相当于一台背压机和一台凝汽机的复合,机组在设计前，要详细了解主要运行工况，合理确定各汽缸设计流量,1.功率与流量之间的关系,3-3调整抽汽式机组的动力特性,图3-03一次调整抽汽式机组,假设给水回热加热系统没有投入(无任何回热抽汽量)，并忽略调节阀节流作用对功率和流量的影响,3-3调整抽汽式机组的动力特性,高压级组实际焓降,低压级组实际焓降,高低压级组变工况绝热焓降比值,3-3调整抽汽式机组的动力特性,一次抽汽式机组总汽耗量比凝汽式机组多,总汽耗量,若有多级供热抽汽，总汽耗量为,抽汽份额,3-3调整抽汽式机组的动力特性,（1）抽汽压力越低，作功不足系数Yh越小，附加汽耗量越少，热电联产热经济性越高。（2）Yh总小于1，能量供应水平相等条件下，抽汽机组总汽耗量总小于热电分产时总汽耗量。,2.工况图,用热力系统计算方法进行供热机组变工况热电负荷计算或分配，以及决定技术经济指标非常烦琐和复杂,把汽轮机组的功率、流量和一次调整抽汽量三者间的关系画成曲线，这种线图称为供热机组的工况图,3-3调整抽汽式机组的动力特性,图3-04一次调整抽汽机组的工况图,3-3调整抽汽式机组的动力特性,为方便讨论和简化图形，假定低压缸理想焓降和内效率都不随流量而变，使功率和流量之间成直线关系,al凝汽工况线,空载汽耗量,微增汽耗率,以电功率表示的机械损失被消耗掉，并未在发电机输出,由假定条件，微增汽耗率和空载汽耗量都为常数,推导说明,3-3调整抽汽式机组的动力特性,bC背压工况线,背压工况线比凝汽工况线陡一些，且截距更大,3-3调整抽汽式机组的动力特性,bC最小凝汽量工况线,最小凝汽量工况线平行于背压工况线，且在其下方,AA等抽汽量工况线,平行于凝汽工况线，且在其上方,3-3调整抽汽式机组的动力特性,C点是最大抽汽工况点，是最小凝汽工况线与最大抽汽工况线的交点，该点抽汽量为理论上最大抽汽量,一般计算选取最大抽汽量均小于C点抽汽量，以使机组在保证最大抽汽量和低压缸最小流量的条件下，还能在一定范围内增加机组的总功率，便于电负荷的调节,C点下最近的等抽汽量工况线kk为最大抽汽量工况线,3-3调整抽汽式机组的动力特性,等凝汽量工况线,斜率和背压工况线相同，且，位于背压工况线下方，且低压缸流量越大，相同凝汽流发电功率相同时进汽流量越小，工况线越靠下方。,lg为最大凝汽量工况线。这种工况较少，因为此时通流面积太大，经常运行工况的效率太低，故低压缸设计流量一般是最大凝汽量的6580%。,3-3调整抽汽式机组的动力特性,低压缸流量为设计流量Dc(d)时，中压调节阀已全开，当流量继续增大，只能靠升高抽汽室中的压力ph来增加流量，故ef和lg间为抽汽压力ph的不可调区。,高压调门全开时的工况线Cd为最大进汽量工况线，dg为最大电功率工况线。图中围成封闭面积labkkdgl上任何一点，都代表一种运行工况。,当DI、Dc、Dh与Pe四值中任意两个已知时，可由工况图求出另外两个。,3-3调整抽汽式机组的动力特性,3