热力发电厂动力循环及其热经济性PPT课件

1、 第一节 热力发电厂热经济性的评价方法n热量法（热效率法）热量法（热效率法） 以燃料化学能从以燃料化学能从数量数量上被利用的程度来评价电上被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于厂的热经济性，常用于定量定量分析分析n做功能力法（做功能力法（熵方法、熵方法、火用方法）火用方法） 以燃料化学能的以燃料化学能的做功能力做功能力被利用的程度来评价被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于电厂的热经济性，常用于定性定性分析分析第1页/共77页一、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损失能量有效利用能量供给总能量热力设备1001100供给热量损失

2、热量供给热量有效利用热量热效率热损失率z z热量守衡： 供给热量 = 有效利用热量 + 损失热量第2页/共77页简单凝汽式发电厂循环系统图GBCbicp=bpimggmpTQbQ0第3页/共77页有再热的凝汽式发电厂循环系统图G第4页/共77页（1）锅炉效率h h b 锅炉能量平衡关系：锅炉能量平衡关系：输入燃料热量输入燃料热量Qcp = 锅炉热负荷锅炉热负荷Qb +锅炉热损失锅炉热损失QbbcpQbQbh hz z D D 1cpQbQcpQbQBqbQbD D 1neth h0.90.94BQbQbQcp排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、排污损失第5页/共77页管道能量平衡关系：管道能量

3、平衡关系：锅炉热负荷锅炉热负荷Qb = 汽轮机热耗量汽轮机热耗量Q0 +管道热损失管道热损失Qp（2）管道效率h h PQbTQ0BQp)1 (pbcpQpQphhzD0.980.99bQpQbQQpD10h第6页/共77页汽轮机能量平衡关系：汽轮机能量平衡关系：汽轮机热耗汽轮机热耗Q0= 汽轮机内功率汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失汽轮机冷源损失Qc汽轮机排汽的汽化潜热损失、 膨胀节流、排汽、内部损失TWiQ0GQC010QcQQiWiDh0.450.450.470.47)1(ipbcpQcQchhhzD（3 3） 汽轮机效率h h i第7页/共77页汽轮机机械能量平衡关系：汽轮机机械能量平

4、衡关系：汽轮机内功率汽轮机内功率Wi= 发电机轴端功率发电机轴端功率Pax +机械损失机械损失Qm（4）机械效率h h mTWiPaxGQm0.965 0.965 0.99 0.9936001PQaxmmWWiihD(1)mQmmbp iQcpzh hhhD第8页/共77页发电机能量平衡关系：发电机能量平衡关系：发电机输入功率发电机输入功率Pax=发电机输出功率发电机输出功率Pe+能量损失能量损失Qg（5）发电机(1)gQggbp imQcpzh hh hhD0.95 0.95 0.98 0.9813600QPgegPPaxaxhDPaxGQgPe第9页/共77页全厂能量平衡关系：全厂能量平衡

5、关系：全厂热耗量全厂热耗量Qcp =发电机输出功率发电机输出功率Pe + 全厂能量损失全厂能量损失Qj（6）全厂总效率 DcpjcpQcpjQgmipbcpQePcpzhhhhhh113600DcpjcpQcpjQgmipbcpQePcpzhhhhhh11360020.42QjcpQcpz zDz zjcp0.580.580.760.76Qb b + + Qp p + + Qc c + + Qm m + + Qg g第10页/共77页火力发电厂的各项损失（%）项目项目高参数高参数超高参数超高参数超临界参数超临界参数锅炉锅炉Qb1098管道管道Qp10.50.5汽轮机冷源汽

6、轮机冷源Qc57.552.550.5汽轮机机械汽轮机机械Qm发电机发电机Qg总能量损失总能量损失69.56360全厂总效率全厂总效率30.53740第11页/共77页热流图DDcpjcpcpjeQQQBqP13600第12页/共77页二、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Tenen，则熵增 s 引起的做功损失 I 为：I = Tenen s 第13页/共77页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s a吸热过程：熵增s bTenaabbdqTsTsDD放热量 = 吸热量e

7、nenaaTdqITsTTTTDD D做功损失：babaaadqdqTdqsssTTTTTDD D D D换热过程熵增：分析：T ， I 锅炉、冷凝器、加热器I第14页/共77页过程熵增: s火用损E（2）不可逆绝热膨胀过程 汽轮机做功损失：tentuITsD不可逆绝热膨胀21spcp1Tenstu12aTp0p02第15页/共77页（3）不可逆绝热压缩过程 水泵做功损失：tenITsD不可逆绝热压缩 21sp2p1Tens12T第16页/共77页（4）节流过程 汽轮机进汽调节结构 做功损失：penpITsD21Tsp1p2Tensh=const第17页/共77页（二）凝汽式发电厂各种损失及全

8、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）第18页/共77页enIbI锅炉散热做功损失锅炉能量转换做功损失IIbIIIIbI锅炉温差传热做功损失pI管道做功损失汽轮机内部做功损失tI凝汽器做功损失cI机械摩擦做功损失mI发电机做功损失gI凝汽式发电厂做功能力损失分布图第19页/共77页 凝汽式发电厂做功能力损失 做功损失 ICP： cpbptcmgIIIIIIIIbIIIbIIIIbIenpItIcImIgIcpenetIPBq3600 全厂效率：cpcpcpBqI1h第20页/共77页能流图cpbptcmg

9、IIIIIIIIbI()PItDmIgItIIIIIIbbII()PIpDrcII第21页/共77页小 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13600BqPecph第22页/共77页二 凝汽式发电厂的主要热经济指标n能耗 （汽耗量、热耗量、煤耗量）n能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）n热效率第23页/共77页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

10、平衡方程式：3600Pe = Bqnetcp = Qcpcp = Bqnetbpimg = Q0img = Q0e = D0wimg kJ/h第24页/共77页发电厂热耗量（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；3 6 0 0ecpn etcpPBqh3 6 0 0ecpn etcpPQB qheePQh36000gmiewPDhh36000第25页/共77页2、能耗率反映每生产1kW.h电能所消耗的能量全厂热耗率q qcp（kJ/(kW.h)） 全厂发电煤耗率bcp

11、（kg/(kW.h)） 汽轮机热耗率q q（kJ/(kW.h)） 汽轮机汽耗率d（kg/(kW.h)） cpcpeBbPcpcpeQqP0eQqP0eDdP第26页/共77页cpcpsbhh123. 0292703600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）ncpsnbh123. 0)1 (apsb（kg标准煤/(kW.h)）（kg标准煤/(kW.h)）第27页/共77页3、热效率（1 1）凝汽式汽轮机的绝对内效率i i 汽轮机能量平衡式： 绝对内效率i i： W Wi i汽轮机汽耗为D D0 0时实际内功率 W Wa a汽轮机汽耗为D D0 0时理想内功

12、率i i汽轮机的绝对内效率t t汽轮机的理想热效率riri汽轮机的相对内效率0icQWQ DTWiQ0GQC00iaiitriaWWWQQWhh h第28页/共77页1kg1kg新汽的热耗汽轮机能量能量平衡：比热耗q q0 0（kJ/kg） ：比内功w wi i（kJ/kg） ：比冷源热损失q qc c ：内效率i i ：ciqwqD0001qqqwciiDh000DQq0DWwii0DQqccDD第29页/共77页示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）0QWiihrhrhfwfwrhrhqDhhDhDqDhD)(00000cczjjrhrhhDhDqDhD100第30页/共77页

13、汽轮机实际做功 W Wi 的计算：（1 1）Wi 汽轮机凝汽流内功各级回热汽流内功（2 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)()()()(02021010rhzzrhcciqhhDhhDhhDqhhDWcczjjrhrhihDhDqDhDW100iW00,hD11,hDcchD ,22,hDrhq第31页/共77页2 2、汽轮发电机组的绝对电效率eegmieeQPhhhh03600汽轮发电机组热耗汽轮发电机组输出功率eh)3600(gmieWPhhGTQ03600PeQ第32页/共77页3 3、凝汽式电厂热效率cpcp （全厂热效率）全厂净热效率（扣

14、除厂用电功率的电厂效率）cpeecpQPBqP360036001hepbgmipbhhhhhhhh)1 ()(36001apcpapencpBqPPhh厂用电率（平均为8.2%8.2%）300MW300MW及以上机组电厂： 4.7%4.7%5.5%5.5%； 125125200MW200MW机组电厂： 8.5%8.5%；中小容量机组电厂： 9%9%12%12%。 第33页/共77页三 发电厂的动力循环（一）朗肯循环及其热经济性TS1-2-3-4-11-2-3-4-1郎肯循环 1 2 3 4TC00111acctwqTqqTh 1T平均放热温度平均吸热温度GBCT 1 2 3 4第34页/共77

15、页1 1 提高初温（t t0 0) )的热经济性分析（1 1）提高初温对h ht t的影响t t0 0，h ht t（二）蒸汽初参数对电厂热经济性的影响结论： t t0 0，h ht t和h hr ri i，因此，h hi iitrihhh00111acctwqTqqTh （2 2）提高初温对h hr ri i的影响 t t0 0，排汽湿度，h hr ri i t t0 0，漏汽损失，h hr ri i 51234TsT0T11T02T1第35页/共77页2 2、提高初压（p p0 0) )的热经济性分析（1 1）提高初压对h ht t 的影响极限压力p p* *1) p1) p0 0 p p

16、 p* *, p, p0 0，h ht tP0=22MPasPc=4kPahwa工程压力小于极限压力t t0 0第36页/共77页不同温度下的极限压力与h ht tT T, ,极限压力p p* *, , h ht t第37页/共77页s s1 12 22 23 34 45 5T TT T0 01 1P P0 0 （2 2） 提高初压对h hr ri i 的影响p p0 0，v v0 0，漏汽损失，h hr ri ip p0 0，湿度损失，h hr ri i 结论：提高p p0 0，对h hi i的影响，视h ht t和h hr ri i的变化情况定P P0 0第38页/共77页3 3 蒸汽初参

17、数对发电厂热经济性的影响 大容量机组 初参数，h hi i 小容量机组 初参数，h hi i高参数必须是大容量第39页/共77页4 4、提高蒸汽初参数的限制 1 1）提高初温的限制 金属材料性能限制2 2）提高初压的限制 安全性、热经济性措施：（1 1）提高P P0 0的同时采用蒸汽再热（2 2）提高P P0 0的同时增大单机容量Pe=300MWPe=300MW200200150150100100450 500 550 600 650450 500 550 600 650P P0 0OPOPt t0 0第40页/共77页1 1）理论上的初参数选择 n初温由选用钢材确定n初压由最大允许排汽湿度确

18、定2 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 5、蒸汽初参数的选择 第41页/共77页1 1、降低蒸汽终参数p pc c对热经济性的影响( (最大) )（1 1）有利影响nh ht t（ h ht t =1-T =1-Tc c/T/T1 1，w wa a）n凝汽器做功损I I （2 2）不利影响nPcPc湿气损失叶片寿命 h hr ri inPcPcvvc c余速损失 h hi 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p pc c对热经济性有利2 22 23 34 45 5T Ts s1 1P Pc cP Pc c第42页

19、/共77页排汽压力与理想循环热效率关系曲线 第43页/共77页汽轮机排气压力（背压）pc由排汽饱和温度tc决定tc = tc1 D Dt t D Dt冷却水温升 t凝汽器传热端差t tc c决定因素：冷却水温、冷却水量、换热面积、换热面清洁度1 1）自然条件（理论限制）n自然水温t tc1c1； 2 2）技术水平n冷却水量和凝汽器面积都不可能无限大n末级长叶片的设计和制造水平2 2、降低蒸汽终参数的限制第44页/共77页3 3、最佳蒸汽终参数n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p pc cn根据该终参数确定凝汽器面积、冷却水量及循环水泵、

20、冷却塔（循环供水时）的选型和配置等。第45页/共77页三、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TS123546897S81234567ABa aA A a aB B 第46页/共77页（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，w wi i减小，D D0 0增大，削弱了D Dc c的减小S81234567ABa aA A a aB B 第47

21、页/共77页（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：单级回热循环的汽流分配1kg0h1jcjhjcchhc回热式汽轮机的动力系数（抽汽做功/凝汽做功）00000()()1()()1jjccrRiriiRjjccrihhhhwAqhhhhAhhh同参数朗肯循环的汽轮机的绝对内效率00()()Rccicchhhhh00()()jjrcchhAhh0RriiAhh分析：riAhciriww第48页/共77页多级无再热的回热循环，汽轮机的绝对内效率：总内功：0010001()()11()()zjjccRiriizRrijjcchhhhwAqAhhhhhhh00()()Rccicchhh

22、hh010()()zjjrcchhAhh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 ， ， ririwXwriwrXihciriiwwwciriwwihrA第49页/共77页（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 回热加热级数第50页/共77页非再热机组全混合式加热器回热系统第51页/共77页1 1号加热器：1 1q q1 1=(1- =(1- 1 1) )h hw1w11 1= = h hw1w1/(q/(q1 1+ + h hw1w1), 1- ), 1- 1 1= q= q1

23、1/(q/(q1 1+ + h hw1w1) )2 2号加热器：2 2q q2 2=(1-=(1-1 1- - 2 2) )h hw2w22 2= (1-= (1-1 1) )h hw2w2/(q/(q2 2+ + h hw2w2) )1-1-1 1- - 2 2=q1/(q=q1/(q1 1+ + h hw1w1) )* *q2/(qq2/(q2 2+ + h hw2w2) )1多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配h1h2h3hw1hw2hw3hw41kg123)1 (21)1 (321高低1#2#3#)1 (1hw1第52页/共77页同理：DDDDDDDDDDDDDzwjjjzjc

24、cwwwwwwwwwwwwhqqhqqhqqhqhhqqhqhhqhqqhqhhq112221112122211122212221221111111111111)(1)()1 ()1 (2#1 ,)1 (依此类推可得凝汽系数加热器热平衡式fwcccciihhqqqqqqqwDD0000011hDDzwjjjwbchqqhqq1001(1)(1)(1)(1)1()jw jjwjjjw jjqhqhqqhqDDD最佳回热分配：第53页/共77页焓降分配法( (每一级加热器焓升= =前一级至本级汽轮机中的焓降) )(1)(1)11wjjw jjjjjhqhqhhhD D Dhw2= h1- - h2

25、= h1 h01234c第54页/共77页第55页/共77页平均分配法( (各级加热器中的焓升相等) )(1)01bcwzw zwhhhhhzD D D等焓降分配法( (每级加热器焓升 = = 汽轮机各级组的焓降) )11zzhhhD D D几何级数分配法( (每级加热器绝对温度按几何级数分配) )mTTTTTTczzzfw12第56页/共77页 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： 03 6 0 0()ifwmgdhhhhh0()fwdhhih0jcrhjcrhhhqYhhqfwopt0hjhchqrhrhccjjq

26、hhhhY0111jh第57页/共77页提高给水温度t tfwfw的影响：n抽汽压力，抽汽做功，做功不足系数Y Yj j， 汽耗量D D0 0 = D= D0 0R R + Y+ Yj jD Dj j，汽耗率d d = D= D0 0/P/Pe e；n工质吸热量q q0 0 = h= h0 0 - h- hfwfw， 发电机组热耗率q = dqq = dq0 0 、汽轮机内效率h hi i受双重影响；n锅炉内的换热温差，相应的做功损失；n回热加热器内换热温差，相应的做功损失；n存在最佳给水温度t tfwfwopop；n通常给水温度 t tfwfw= =（0.650.650.750.75）t t

27、fwfwopop第58页/共77页回热级数、给水温度与回热经济性 单级回热多级回热2csoopfwttt第59页/共77页 3 给水加热级数Z（1 1）t tfwfw一定，回热级数z 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，h hi i； （2 2）回热级数z z，各加热器中的换热温差，I I；（3 3）回热级数z z，最佳给水温度；（4 4）z z，h hi i增长率h hi i ；（5 5）实际给水温度稍偏离最佳给水温度，对h hi i影响不大第60页/共77页 表表3 3- -3 3 国国产产凝凝汽汽式式机机组组的的初初参参数数、容容量量、回回热热级级数数、给给水水温温度

28、度 初 参 数 容 量 回 热 级 数 给 水 温 度 热 效 率 相 对 增 长 p0 t0/trh Pe tfw MPa ata MW z hi RiRiihhh % 2.35 24 390 0.75， 1.5， 3.0 13 105 67 3.43 35 435 6， 12， 25 35 145175 89 8.83 90 535 50， 100 67 205225 1113 12.75 130 535/535 200 8 220250 1415 13.24 135 550/550 125 7 220250 16.18 165 535/535 300， 600 8 250280 1516

29、 24.22 247 538/566 600 8 280290 该行系由美国引进机组的参数 第61页/共77页四、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4123再 热 器baST1243651b2第62页/共77页1、再热对汽轮机相对内效率h hriri的影响 再热使排汽湿度，湿度损失， h hri ri 2、再热对汽轮机理想热效率h ht t的影响 当： T Trh rh T T0 0 ，h ht t3、 采用中间再热，汽轮机总汽耗量；蒸汽初压，增大

30、单机容量 （一）蒸汽中间再热的热经济性ST1243651b2基本循环吸热过程平均温度附加循环吸热过程平均温度第63页/共77页1、再热后蒸汽温度t trhrht trh rh ，h hr ，但受材料限制，常取 t trhrh=t=t0 02、再热后蒸汽压力p prhrhp prh rh ，h hr ，附加循环热量q 最佳再热压力当 t trhrh = = t t0 0， p prhrh= =（18%18%26%26%）p p0 0再热前有抽汽， p prhrh= =（18%18%22%22%）p p0 0再热前无抽汽， p prhrh= =（22%22%26%26%）p p0 0（二）再热参数的合理选择ST124365ba第64页/共77页1、烟