第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性.ppt

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,第一节热力发电厂热经济性的评价方法,发电厂中能量的转换过程（存在各种损失）化学能热能机械能电能（煤）（锅炉）（汽轮机）（发电机）发电厂热经济性的评价通过能量转换过程中能量的利用程度或损失大小来衡量目的：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,一、评价发电厂热经济性的两种方法：,1热量法、热效率法基于热力学第一定律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2熵方法、火用方法、做功能力法基于热力学第一、二定律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,二、热量法,热量法以热效率或热损失率的大小衡量电厂的热经济性热效率反映热力设备将能量转换或输出有效能量的程度，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,有再热的凝汽式发电厂循环系统图,Q0,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、排污损失等,（1）锅炉,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,G,B,T,C,0.980.99,Qb,Q0,p,汽轮机能量平衡关系：汽轮机热耗Q0=汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失Qc冷源热损失Qc：凝汽器中汽轮机排汽的汽化潜热损失膨胀过程中的节流、排汽、内部损失,（3）汽轮机,0.450.47,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Qm3600Pax=Wi-Qm,（4）机械效率,0.9650.99,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,0.950.98,全厂能量平衡关系：发电机输出功率Pe=全厂热耗量Qcp-全厂能量损失Qj,（6）全厂总效率,0.380.42,全厂总能量损失Qj=Qb+Qp+Qc+Qm+Qg,火力发电厂的各项损失（%）,热流图,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,典型不可逆过程的做功能力损失,（1）有温差的换热过程冷凝器、加热器放热过程：熵减sa吸热过程：熵增sb吸热量=放热量换热过程熵增：做功损失：T、，I,Ten,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：,（3）不可逆绝热压缩过程水泵做功损失：,（4）节流过程汽轮机进汽调节结构做功损失：,（二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率,1锅炉的做功能力损失（1）锅炉的散热损失做功损失,（2）化学能转化为热能熵增：做功损失：,（3）工质温差传热熵增：做功损失：锅炉中做功总损失：,2主蒸汽管道的做功能力损失熵增：做功损失：,3汽轮机内部做功能力损失熵增：做功损失：,4凝汽器中做功能力损失熵增：做功损失：,5汽轮机机械摩擦产生的做功能力损失做功损失：,6发电机的做功能力损失做功损失：,7凝汽式发电厂做功能力损失做功损失：全厂效率：,能流图,四、火用方法,1火用效率与火用损能量平衡关系：供给的可用能=有效利用的可用能+火用损火用效率ex,火用平衡方程的图解,火用损：,凝汽式电厂纯凝汽工况运行时的火用损分布,火用流图,小结：,1热量法与作功能力法计算的全厂总效率相同；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,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,1、能耗,反映生产电功率Pe所消耗的能量电厂热耗Qcp、电厂煤耗Bcp、汽轮机热耗Q0、汽轮机汽耗D0功率方程式：3600Pe=Bqnetbpimg=Bqnetcp=Qcpcp=Q0img=Q0e=D0wimgkJ/h,发电厂热耗量：发电厂煤耗量：汽轮发电机组热耗量：汽轮发电机组汽耗量：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；当q0不同时，即使Pe一定，D0也不能作为热经济指标。,3600Pe=Bqnetbpimg=Bqnetcp=Qcpcp=Q0img=Q0e=D0wimg,2、能耗率,反映每生产1kW.h电能所消耗的能量发电厂热耗率qcp发电厂煤耗率bcp汽轮机热耗率q汽轮机汽耗率d,标准煤q1=29270kJ/kg发电标准煤耗率,供电标准煤耗率,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,以1kg新汽为基准汽轮机能量能量平衡：比热耗q0：比内功wi：qc比冷源热损失：内效率i：,示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）,计算过程：,（1）汽轮机热耗Q0、比热耗q0,（2）汽轮机实际做功量Wi、比内功wi,（3）汽轮机内效率i、净内效率,2、汽轮发电机组的绝对电效率e,3、管道效率p,4、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）,平均厂用电率为8.2%125200MW机组电厂：8.5%；300MW及以上机组电厂：4.7%5.5%；中小容量机组电厂：9%12%。,三发电厂的动力循环,（一）朗肯循环及其热经济性,1-2-3-4-1郎肯循环,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（2）提高初温对ri的影响t0，排汽湿度，rit0，漏汽损失，ri,（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、提高初压（p0)的热经济性分析,（1）提高初压对t的影响,提高初压对wa的影响：存在一个极限压力当p0达到极限压力时，t最高。之后增大p0，t反而减小。,初压对Wa的影响,极限压力范围内：p0，h0，Dh，t,不同温度下的极限压力p0与t,（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,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,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,1）理论上的初参数选择配合参数（排汽湿度不超过最大允许值所对应初参数）初温由选用钢材确定初压在初温、排汽压力、排汽湿度、容量确定下选择ri=wi/wa2）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,1、降低蒸汽终参数pc对热经济性的影响（1）有利影响t（t=1-Tc/T1，wa）凝汽器火用损Ec（2）不利影响Pc叶片寿命湿气损失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,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汽轮机背压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，t=tctc2，tc决定因素：冷却水温、冷却水量、换热面积、换热面清洁度,2、降低蒸汽终参数的限制,3、最佳蒸汽终参数,1）设计最佳终参数以年计算费用最小时所对应的pc为最佳终参数。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。2）运行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,最佳运行真空,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,（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,（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：,多级无再热的回热循环，汽轮机的绝对内效率：,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，,（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,非再热机组全混合式加热器回热系统,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,同理：,最佳回热分配：,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),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),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因此：最小，最大做功不足系数：再热前：再热后：,提高给水温度tfw的影响：抽汽压力，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，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，相应的火用损；回热加热器内换热温差，相应的火用损Er；与总火用损最小对应的最佳给水温度tfwop；通常给水温度tfw=（0.650.75）tfwop,3给水加热级数Z（1）tfw一定时，回热级数z增加，可充分利用低压抽汽代替部分高压抽汽，使回热抽汽做功，从而使i；（2）回热级数z，各加热器中的换热温差，Er，当级数z为无穷多级时，将不存在换热温差，亦不存在Er；（3）回热级数z，最佳给水温度；（4）随z的增长，i增长率i是递减；（5）实际给水温度稍偏离最佳给水温度时，对I影响不大,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,1、再热对汽轮机相对内效率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的影响当附加循环吸热过程的平均温度Trh大于基本循环吸热过程平均温度T0，t,（一）蒸汽中间再热的热经济性,1、再热后蒸汽温度trhtrh越高，热经济性越好，但受材料限制，常取trh=t02、再热后蒸汽压力prh存在一个最佳再热压力当trh=t0，prh=（18%26%）p0再热后前有抽汽，prh=（18%26%）p0再热后前无抽汽，prh=（18%26%）p0,（二）再热参数的合理选择,1、烟气再热利用锅炉烟道中烟气加热蒸汽可加热蒸汽到5006000