第一章 发电厂的热经济性

1、主讲教师：于静梅主讲教师：于静梅本章教学目的：本章教学目的： 本课程是在学过工程热力学、传热学、工程流体力学、泵本课程是在学过工程热力学、传热学、工程流体力学、泵与风机、电站锅炉、电站汽轮机和生产实习的基础上进行的，与风机、电站锅炉、电站汽轮机和生产实习的基础上进行的，是本专业学生必修的一门综合性的专业课，是为将来同学进入是本专业学生必修的一门综合性的专业课，是为将来同学进入和电厂有关的单位工作打基础的。和电厂有关的单位工作打基础的。本章教学内容：本章教学内容： 主要介绍评价发电厂热经济性的主要介绍评价发电厂热经济性的2个方法，即：个方法，即： 效率分析法效率分析法 1. 作功能力法，作功能力

2、法中主要介绍火用分析法及发电厂的作功能力法，作功能力法中主要介绍火用分析法及发电厂的主要热经济指标。主要热经济指标。第一章第一章发电厂的热经济性发电厂的热经济性(heat economy of power plant)(heat economy of power plant)本章教学重点：本章教学重点： 是效率分析法，是通常采用的传统评价方法。是效率分析法，是通常采用的传统评价方法。第一章第一章发电厂的热经济性发电厂的热经济性(heat economy of power plant)(heat economy of power plant)本章教学难点：本章教学难点： 是作功能力法，是以热一和

3、热二定律为基础的，从能量是作功能力法，是以热一和热二定律为基础的，从能量的作功能力角度出发，把能量分为有作功能力和无作功能力的作功能力角度出发，把能量分为有作功能力和无作功能力两部分，重在研究各个热力过程中作功能力的变化。两部分，重在研究各个热力过程中作功能力的变化。本章教学方法和手段：本章教学方法和手段： 采用多媒体教学，课堂中主要以讲课为主，但也加入和采用多媒体教学，课堂中主要以讲课为主，但也加入和同学互动情况，以发电厂中各种损失图示为例，对重点和难同学互动情况，以发电厂中各种损失图示为例，对重点和难点进行解释。点进行解释。本章难点的处理：本章难点的处理： 首先复习首先复习工程热力学工程热

4、力学中学过的火用方法，使同学能中学过的火用方法，使同学能回忆起以前所学课程章节，进而加入一些新内容，并伴以各回忆起以前所学课程章节，进而加入一些新内容，并伴以各种公式进行解释。种公式进行解释。第一章第一章发电厂的热经济性发电厂的热经济性(heat economy of power plant)(heat economy of power plant)第一章第一章热力发电厂的评价及可持续发展热力发电厂的评价及可持续发展一、发电厂热经济性评价的理论基础一、发电厂热经济性评价的理论基础【了解】【了解】0WA2Q1T2T1Q热力学第一定律：热力学第一定律： 从能从能量转换的角度看，有多少热就量转换的角

5、度看，有多少热就可以作多少功。可以作多少功。WQ 1热力学第二定律：热力学第二定律： 从从高温热源吸热高温热源吸热 ，不可能全部，不可能全部转换为功转换为功 必须要有一部分损必须要有一部分损失失 。201QWQ1Q0W2Q第一章第一章热力发电厂的评价及可持续发展热力发电厂的评价及可持续发展1.1 1.1 热力发电厂的安全生产与环境保护热力发电厂的安全生产与环境保护（一）安全管理（一）安全管理电非常重要就不用说了。电非常重要就不用说了。电力企业必须坚持电力企业必须坚持“安全第一、预防为主安全第一、预防为主”的方针。的方针。一、热力发电厂的安全可靠性一、热力发电厂的安全可靠性（二）可靠性管理（二）

6、可靠性管理1 1、火电厂可靠性管理的任务与作用、火电厂可靠性管理的任务与作用定义：定义：是指在预定时间内和规定的技术条件下，保持系统、设备、是指在预定时间内和规定的技术条件下，保持系统、设备、部件、元件发出额定电力的能力，并以量化的一系列可靠性指部件、元件发出额定电力的能力，并以量化的一系列可靠性指标来体现。标来体现。可靠性的理论研究与开发利用，最早是用于空间技术和军工方面，可靠性的理论研究与开发利用，最早是用于空间技术和军工方面，6060年代中期一些工业发达国家相继发生特大停电事故，才将可年代中期一些工业发达国家相继发生特大停电事故，才将可靠性管理用于电力工业。靠性管理用于电力工业。6868

7、年美国和加拿大联合成立了年美国和加拿大联合成立了北美电北美电力可靠性协会力可靠性协会；8080年美国电气电子工程师学会制订了年美国电气电子工程师学会制订了“统计、统计、评价发电设备可靠性、可用率和生产能力用的术语定义评价发电设备可靠性、可用率和生产能力用的术语定义”试用试用标准。我国标准。我国7070年代以后才开始起步，现建有中国电力可靠性管年代以后才开始起步，现建有中国电力可靠性管理中心。理中心。 1.1 1.1 热力发电厂的安全生产与环境保护热力发电厂的安全生产与环境保护2 2、火电厂的可靠性指标、火电厂的可靠性指标AH(AH(可用小时）可用小时）=SH(=SH(运行小时）运行小时）+RH

8、+RH（备用小时）（备用小时）POH=POH=为计划停用小时数为计划停用小时数UOH=UOH=非计划停运小时数非计划停运小时数FOH=FOH=强迫停用小时强迫停用小时PH=PH=统计时间统计时间（2 2）UOHUOH2 2需需6h6h内停运内停运（1 1）UOHUOH1 1需立即停运需立即停运（3 3）UOHUOH3 3在在6h6h以上，但在周末前停运以上，但在周末前停运（4 4）UOHUOH4 4可延至周末后，但需在下次计划可延至周末后，但需在下次计划停用前从可用状态退出运行的停运停用前从可用状态退出运行的停运（5 5）UOHUOH5 5超过计划停用期限的延长时间超过计划停用期限的延长时间的

9、停运。的停运。1.1 1.1 热力发电厂的安全生产与环境保护热力发电厂的安全生产与环境保护火电厂可靠性指标有火电厂可靠性指标有2323个，其中最主要的是可用系数个，其中最主要的是可用系数AFAF，非计，非计划停运系数划停运系数UOFUOF，等效可用系数，等效可用系数EUFEUF，强迫停用率，强迫停用率FORFOR和非计和非计划停用次数划停用次数-后两项是目前考核发电厂可靠性的指标。后两项是目前考核发电厂可靠性的指标。100100AHPHSHPHAHAF100PHUOHUOF100)(PHESDHEUNDHAHEUF100FORSHFOHFOH1.1 1.1 热力发电厂的安全生产与环境保护热力发

10、电厂的安全生产与环境保护2 2、火电厂的可靠性指标、火电厂的可靠性指标国外：国外：用用LOLPLOLP（缺电时间概率）用作电力系统的可靠性指标，（缺电时间概率）用作电力系统的可靠性指标，为一定时间内（通常为为一定时间内（通常为1 1年）系统发电容量不能满足负荷年）系统发电容量不能满足负荷需要的时间概率期望值的总和。需要的时间概率期望值的总和。（三）寿命管理（三）寿命管理二、发电厂的环保评价二、发电厂的环保评价1.1 1.1 热力发电厂的安全生产与环境保护热力发电厂的安全生产与环境保护一、评价热力发电厂热经济性的两种基本分析方法一、评价热力发电厂热经济性的两种基本分析方法1.2 1.2 热力发电

11、厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价1 1、热量法（效率法、热平衡阀、第一定律分析法）、热量法（效率法、热平衡阀、第一定律分析法） 从现象出发看问题，只以燃料产生的热能被利用的程度来从现象出发看问题，只以燃料产生的热能被利用的程度来对电厂进行评价，具有直观、计算方便、简捷等优点，目前被对电厂进行评价，具有直观、计算方便、简捷等优点，目前被世界各国广泛应用于定量计算。世界各国广泛应用于定量计算。 其指标为热力学第一定律效率：其指标为热力学第一定律效率： 对发电厂热经济性进行评价有两种方法：以热一定律为基对发电厂热经济性进行评价有两种方法：以热一定律为基础的热量法和以热一、热二定律为基础的础的

12、热量法和以热一、热二定律为基础的 方法或熵方法。方法或熵方法。%100供给的热量有效利用的热量t1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价1Qwat1111QQQQQjjjjj12 2、 方法（可用能法、做功能力法、第二定律分析法）方法（可用能法、做功能力法、第二定律分析法） 透过现象看本质，能发现在能量转换过程中引起作功能透过现象看本质，能发现在能量转换过程中引起作功能力损失的根本原因，定量计算复杂，使用不方便，只用于定力损失的根本原因，定量计算复杂，使用不方便，只用于定性分析。性分析。 其指标为热力学第二定律效率（其指标为热力学第二定律效率（ 效率）：效率）：1.2

13、1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价supsupsupEAEEWjejaetjjjejEA11sup 两种基本分析方法效率之间的关系式为：两种基本分析方法效率之间的关系式为：1sup1QEQWetatctetctetQQ11二、二、 方法方法1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价（一）（一） 效率与效率与 损损 以相对量计，以相对量计， 损的通式为：损的通式为：outaqineweeesTeneninenenininssThhe111max1TTqqweenctq（二）典型不可逆过程的熵增及其（二）典型不可逆过程的熵增及其 损损 热力发电厂的热功能

14、量转换工作都是不可逆过程，引起熵热力发电厂的热功能量转换工作都是不可逆过程，引起熵增和增和 损，下面介绍几种典型的不可逆过程。损，下面介绍几种典型的不可逆过程。（1 1）温差换热过程：温差换热过程：1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价aaTdqsbbTdqsabsssbaTTTdqTenTen分析：分析： TConstT BATT 所以高压加热器比低压加所以高压加热器比低压加热器经济。热器经济。1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价sconstdq s 蒸汽在汽轮机可逆膨胀时，蒸汽在汽轮机可逆膨胀时， 由于汽轮机内部存在各种不由于汽轮机内部

15、存在各种不可逆因素，引起工质的摩擦与扰动实际排汽可逆因素，引起工质的摩擦与扰动实际排汽 。（2 2）有摩阻的膨胀或压缩过程：有摩阻的膨胀或压缩过程：1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价2s2s 可见，减少工质膨胀或压缩可见，减少工质膨胀或压缩过程作功能力损失的途径是减少过程作功能力损失的途径是减少其过程的扰动摩擦以及工质的泄其过程的扰动摩擦以及工质的泄漏等不可逆程度。漏等不可逆程度。12ssst（3 3）有摩阻的流动及散热）有摩阻的流动及散热1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价 新蒸汽流过主蒸汽管道时，既有沿程压力损失又有沿程新蒸汽流过主

16、蒸汽管道时，既有沿程压力损失又有沿程散热损失；假设蒸汽先由散热损失；假设蒸汽先由0 0等压散热到等压散热到1 1，而后由，而后由1 1节流至节流至1 1状态点。状态点。散热熵产：散热熵产：节流过程熵产：节流过程熵产：1010ssThhen11ss1010ssThhsenp绝热节流过程：绝热节流过程：分析：分析： 节流总是伴随着压力的降节流总是伴随着压力的降低低， ， ， ； ， ， ，所以减所以减少工质节流过程作功能力损失的少工质节流过程作功能力损失的途径是尽量减少节流引起的压降。途径是尽量减少节流引起的压降。0dp0gS0lWdpgSlW绝热节流1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发

17、电厂的热经济性评价（三）凝汽式发电厂的（三）凝汽式发电厂的 损分布损分布1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价bfwqhhg10fwbhhqg011.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价三、热量法三、热量法 是以热效率或热损失率是以热效率或热损失率来衡量能量转换过程的经济来衡量能量转换过程的经济性能。性能。1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价四、两种热经济性评价方法的比较及其应用四、两种热经

18、济性评价方法的比较及其应用 现以按朗肯循环工作的同一凝汽式发电厂为例，用两种现以按朗肯循环工作的同一凝汽式发电厂为例，用两种热经济性评价方法的具体计算结果予以说明。热经济性评价方法的具体计算结果予以说明。1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价 由计算结果可知：由计算结果可知： （1 1）本例中供入的热量和可用能相等，因此两种方法算得的全）本例中供入的热量和可用能相等，因此两种方法算得的全厂效率是相同的。厂效率是相同的。 （2 2）对于损失的分布，两种分析方法得出了完全不同的结果。）对于损失的分布，两种分析

19、方法得出了完全不同的结果。n e tpc pec peQ化学能1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价 热量法中的能量损失热量法中的能量损失以散失到环境为准以散失到环境为准，不区分能量，不区分能量品味的高低，故汽轮机的损失为最大（其中以凝汽器散热品味的高低，故汽轮机的损失为最大（其中以凝汽器散热于冷源为绝大部分）。于冷源为绝大部分）。 方法中的可用能损失以过程的不可逆性为准方法中的可用能损失以过程的不可逆性为准，指的，指的是在不可逆过程中可用能转换为火无的部分，至于产生的是在不可逆过程中可用能转换为火无的部分，至于产生的无是在当时就排向环境，或暂时仍包含在工质内，通过后

20、无是在当时就排向环境，或暂时仍包含在工质内，通过后续设备再排向环境是无关紧要的。续设备再排向环境是无关紧要的。 锅炉的能量损失虽不多，但由于燃烧、传热的严重的锅炉的能量损失虽不多，但由于燃烧、传热的严重的不可逆性，可用能损失却占供入可用能的不可逆性，可用能损失却占供入可用能的56.7%56.7%。其中以巨。其中以巨大的换热温差导致的可用能损失为主，在凝汽器中的能量大的换热温差导致的可用能损失为主，在凝汽器中的能量损失数量虽然很大，但其品味很低，主要是在锅炉、汽轮损失数量虽然很大，但其品味很低，主要是在锅炉、汽轮机等设备中已转变为焐得能量，凝汽器造成的可用能损失机等设备中已转变为焐得能量，凝汽器

21、造成的可用能损失却很小，仅占供入可用能的却很小，仅占供入可用能的20%20%。1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价 （3 3）热量法只表明能量数量转换的结果，不能揭示能）热量法只表明能量数量转换的结果，不能揭示能量损失的本质原因；用方法不仅表明能量转换的结果，并量损失的本质原因；用方法不仅表明能量转换的结果，并能确切揭示能量损失的部位、数量及其损失的原因，考虑能确切揭示能量损失的部位、数量及其损失的原因，考虑了不同能量有其本质的区别，两者从不同的角度分析，用了不同能量有其本质的区别，两者从不同的角度分析，用方法是在热量法基础上进行的，二者相辅相成，但不能相方法是在热

22、量法基础上进行的，二者相辅相成，但不能相互取代。互取代。 （4 4）发电厂的热经济性指标计算，中外各国仍广泛采）发电厂的热经济性指标计算，中外各国仍广泛采用热量法。本书的定量计算即采用热量法，定性分析采用用热量法。本书的定量计算即采用热量法，定性分析采用用方法。用方法。 锅炉内理论燃烧温度达到锅炉内理论燃烧温度达到1700170018001800，而在炉膛燃烧中心水冷壁内，而在炉膛燃烧中心水冷壁内水的温度只能达到水的温度只能达到300300左右，在炉膛出口处烟气温度为左右，在炉膛出口处烟气温度为11001100，而在那，而在那个区域的过热蒸汽温度也只是个区域的过热蒸汽温度也只是540540，可

23、见换热温差是很大的，这些是我，可见换热温差是很大的，这些是我们不容易改变的。因为蒸汽温度的提高受到各方面的限制。如水冷壁、省们不容易改变的。因为蒸汽温度的提高受到各方面的限制。如水冷壁、省煤器一般使用煤器一般使用2020号钢，如果提高温度，就得使用珠光体、奥氏体钢，增加号钢，如果提高温度，就得使用珠光体、奥氏体钢，增加了投资成本。还有提高受到汽包的限制，如果水变成蒸汽量等对汽包造成了投资成本。还有提高受到汽包的限制，如果水变成蒸汽量等对汽包造成冲击，蒸汽携带水分增加，对电厂效率是不利的。随着科学技术的不断进冲击，蒸汽携带水分增加，对电厂效率是不利的。随着科学技术的不断进步，我们能够进一步减少由

24、于换热温差造成的作功能力损失，如我们现在步，我们能够进一步减少由于换热温差造成的作功能力损失，如我们现在采用即能减少换热温差又保证安全的方法，就是采用直流炉。采用即能减少换热温差又保证安全的方法，就是采用直流炉。 减少冷源损失的方法我们也有许多方法：如以后要讲到的提高蒸汽初减少冷源损失的方法我们也有许多方法：如以后要讲到的提高蒸汽初参数、降低蒸汽终参数、采用给水回热、采用蒸汽中间再热、进行热电联参数、降低蒸汽终参数、采用给水回热、采用蒸汽中间再热、进行热电联产等。产等。1.2 1.2 热力发电厂的热经济性评价热力发电厂的热经济性评价热流图热流图cpjcpcpjeQQQBqP136001.3 1

25、.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电厂的热经济性一、汽轮发电机组的热经济性指标一、汽轮发电机组的热经济性指标 我国火力发电厂采用热量法定量评价热经济性，常用的我国火力发电厂采用热量法定量评价热经济性，常用的热经济性指标主要有能耗（汽耗、热耗、煤耗），能耗率热经济性指标主要有能耗（汽耗、热耗、煤耗），能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）汽耗率、热耗率、煤耗率）（一）凝汽式汽轮机组的绝对内效率（一）凝汽式汽轮机组的绝对内效率1 1、正、反平衡法的绝对内效率表达式、正、反平衡法的绝对内效率表达式ciQWQ0ritaiaiiWWQWQW00或或01QQci1.3 1.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电

26、厂的热经济性 若以进入汽轮机蒸汽量为若以进入汽轮机蒸汽量为1kg1kg计，即用相对量时则比热耗计，即用相对量时则比热耗为为2 2、汽轮机的实际内功或比内功、汽轮机的实际内功或比内功ciqwq00qwii01qqci以相对量即进汽轮机的蒸汽量为以相对量即进汽轮机的蒸汽量为1kg1kg计：计：（1 1）功）功= =输入能量输入能量- -输出能量输出能量 ccrhrhzzrhrhihhhhhhhw 221101.3 1.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电厂的热经济性（2 2）凝汽流与各级回热抽汽流所做内功之和：）凝汽流与各级回热抽汽流所做内功之和：rhccrhzziqhhqhhhhhhw00202

27、101rizjcichh1（4 4）等效于）等效于 kg kg的凝汽流的实际焓降：的凝汽流的实际焓降：cjzrhcjjciihhqhhhw321（3 3）1kg1kg凝汽流做内功与各段抽汽流做功不足之差：凝汽流做内功与各段抽汽流做功不足之差：zjjrhceqiiYqhhhw101zjjY111.3 1.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电厂的热经济性3 3、给水泵焓升、给水泵焓升 的处理的处理（5 5）ciqqw0czcrhzihhqhhhhhhw2212111011）（）（fp以简单的朗肯循环为例来分析讨论以简单的朗肯循环为例来分析讨论ccafwcfwcaathhhhhhhhhhqw0000

28、0式中：式中： 以热量计给水泵泵功，以热量计给水泵泵功，kJ/kgkJ/kgcfwfphhh1.3 1.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电厂的热经济性 按不可压缩流体、绝热系统按不可压缩流体、绝热系统 在计算热经济性指标时，考虑给水泵泵功使给水焓升的方在计算热经济性指标时，考虑给水泵泵功使给水焓升的方法有法有2 2种，一种是作为内部热源处理，另一种是作为外部热源处种，一种是作为内部热源处理，另一种是作为外部热源处理。一般采用作内部热源处理，故理。一般采用作内部热源处理，故 不变，但不变，但wiwi中应扣除给水中应扣除给水泵功使给水焓升，且要考虑还有损失，用泵功使给水焓升，且要考虑还有损失，用

29、 为从发电机至拖为从发电机至拖动给水泵电动机的一系列损失。包括（动给水泵电动机的一系列损失。包括（1 1）电网输电与变压器的）电网输电与变压器的损失；（损失；（2 2）变速器和液体联轴器的损失；（）变速器和液体联轴器的损失；（3 3）拖动给水泵电）拖动给水泵电动机损失。动机损失。twhq)(21 fpfpfpppvvdph 给水泵泵功使给水焓升给水泵泵功使给水焓升fpfpfwh0qpug1.3 1.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电厂的热经济性 4 4、 另一种表达式另一种表达式00) 11(1qqqwpugfwcpugfwitirhfwpugfwrizjciciiqhhhhqw0101.3 1.3 凝汽式发电厂的热经济性凝汽式发电厂的热经济性 （二）汽耗和汽耗率（二）汽耗和汽耗率gmrhjjrhccqhhDqhhDPe0036000100)1 (13600czj