热力发电厂动力循环及其热经济性-课件.ppt

1、第一节 热力发电厂热经济性的评价,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第三节 发电厂的动力循环,结束,热力发电厂动力循环及其经济性,第一章,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,第一节 热力发电厂热经济性的评价,第一章,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

2、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,第一节 热力发电厂热经济性的评价,第一章,热流图,第一节 热力发电厂热经济性的评价,第一章,火用流图,第一节 热力发电厂热经济性的评价,第一章,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,总 结,第一节 热力发电厂热经济性的评价,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,能耗（汽耗量D、热耗量Q、煤耗量B） 能耗率（汽耗率d、热耗率q

3、、煤耗率b） 热效率,第一章,第一章,p,Qb,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,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 = D0Wimg kJ/h,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,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： 提示 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

4、济指标。,第一章,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,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,标准煤 qnet=29270kJ/kg 发电标准煤耗率,供电标准煤耗率,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,我国火力发电厂历年煤耗率， kg/(kWh),第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,（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

5、,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,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 ：,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,（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,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,汽轮发电机组的绝对电效率e,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,管道效率p,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,全厂毛效率cp,全厂净效

6、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%。,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,图1-7 具有一次中间再热的火力发电机组热流图 1输入热量，%；2锅炉热损失，%；3管道热损失，%；4凝汽流发电量，%；5机械热损失，%；6发电机热损失，%；7输出能量，%； 8抽汽流发电量，%；9汽轮发电机组冷源损失 %；10凝结水热量，%； 11给水热量，%,11,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标,第一章,火力发电厂的各项热损失（%）,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济

7、性指标,第一章,1-2-3-4-1 郎肯循环,第三节 发电厂的动力循环,第一章,提高蒸汽初参数的经济性 提高初温t0 t=wa/q0=1-(Tc/T0) 定压升温：整个循环的加热平均温度不断升高，工 质高温侧温差传热的不可逆性减轻，循环热效率t 提高，同时使排气干度X提高，减少低压缸排气湿汽 损失，因而ri提高 i = t ri,如图,第一章,第三节 发电厂的动力循环,T0,T0,S,T,O,X,X,第一章,第三节 发电厂的动力循环,提高初压p0 定温升压：对应的饱和温度ts也随之升高，热效率t随之升高,尤其是初压较低初温较高时效果显著； 但随着的p0提高，水的沸腾、汽化、过热三个吸热过程中，

8、汽化潜热比重相对不断减少，而该压力下沸腾段吸热量比重相对增加，而过热段平均温度高于汽化段，汽化段平均温度又高于沸腾段， 当初压提高一极限值时，整个平均加热温度 T0av T0av时，t t 。 当t0 =400 时极限压力约20MP以上，故从工程实际上讲，提高p0可增加t,如图,第一章,第三节 发电厂的动力循环,P0,P0,S,T,O,X,X,第一章,第三节 发电厂的动力循环,S,h,O,h0,t0,p0,hca,X,Wa=(h0-hca) max,第一章,第三节 发电厂的动力循环,同时提高初温、初压,P0,P0,T,O,X,X,第一章,第三节 发电厂的动力循环,提高蒸汽初参数的限制,1）提高

9、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,Pe=300MW,200,150,100,450 500 550 600 650,P0OP,t0,第三节 发电厂的动力循环,第一章,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/wa 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,第三节 发电厂的动力循环,电厂用水量和供水系统的选择 考虑一水多用、综合利用，

10、提高重复水利用率， 减少废水排放量 冷却水系统的选择：开式供水和闭式供水 开式供水 利用江河、湖泊、水库、海湾等水源取水， 当地表水源充足且靠近厂址，供水高度不 大时宜采用开式供水 闭式供水 指凝汽器使用了的冷却水经冷却设施冷却降温 后，由循环水泵再送往凝汽器重复使用的系统。,第一章,第三节 发电厂的动力循环,第一章,第三节 发电厂的动力循环,第一章,第三节 发电厂的动力循环,第一章,第三节 发电厂的动力循环,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 ri Pcvc余速损失 i ,结论：在

11、极限背压以上，降低pc对热经济性有利,第三节 发电厂的动力循环,第一章,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 = tc1 t t t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,第三节 发电厂的动力循环,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

12、循环水泵耗功之差取得最大值时的pc,第三节 发电厂的动力循环,第一章,最佳运行真空,第三节 发电厂的动力循环,第一章,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,第三节 发电厂的动力循环,第一章,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,第三节 发电厂的动力循环,第一章,（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

13、：,单级回热循环的汽流分配,同参数朗肯循环的汽轮机的绝对内效率,回热式汽轮机的动力系数,分析：,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 ， ,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,第三节 发电厂的动力循环,第一章,焓升分配,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),第三节 发电厂的动力循环,第一章,最佳给水温度 回热

14、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：,第三节 发电厂的动力循环,第一章,给水温度tfw 1、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； 2、锅炉内的换热温差，相应的火用损； 3、回热加热器内换热温差，相应的火用损Er； 4、与总火用损最小对应的最佳给水温度tfwop； 5、通常给水温度 tfw=（0.650.75）tfwop,第三节 发电厂的动力循环,第一章,给水加热级数Z 1、tfw一定时，回热级数z增加，

15、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,第三节 发电厂的动力循环,第一章,第三节 发电厂的动力循环,第一章,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,4,1,2,3,b,a,S,T,1,2,4,3,6,5,a,b,c,第三节 发电厂的动力循

16、环,第一章,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，ri 2、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,蒸汽中间再热的热经济性,第三节 发电厂的动力循环,第一章,1、再热后蒸汽温度trh trh越高，热经济性越好，但受材料限制，常取 trh=t0 2、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,再热参数的合理选择,第三节 发电厂的动力循环,第一章,利用锅炉烟道中烟气加热蒸汽 可加热蒸汽到5006000C 热