热力发电厂第4章：热电厂的经济性及供热系统

1、第第4 4章章 热电厂的经济性及其供热系统热电厂的经济性及其供热系统 热负荷及其载热质热负荷及其载热质 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配热电联合生产及热电厂总热耗量的分配 热电厂的主要热经济性指标与热电联产热电厂的主要热经济性指标与热电联产 节约燃料的条件节约燃料的条件 热电厂的热化系数与供热式机组的选型热电厂的热化系数与供热式机组的选型 热电厂的供热系统热电厂的供热系统4.1 热负荷及其载热质热负荷及其载热质凝汽式发电厂：凝汽式发电厂： 只发电只发电热电厂：热电厂： 同时发电和供热同时发电和供热分散供热：分散供热： 小锅炉供应小锅炉供应集中供热：集中供热： 热电厂或区域性大锅炉房热电厂或区

2、域性大锅炉房4.1.1热负荷及其载热质热负荷及其载热质热负荷：热负荷：供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热(1)(1)热负荷分类热负荷分类 季节性热负荷：用热量主要与气候条件有季节性热负荷：用热量主要与气候条件有关关采暖、通风、空调采暖、通风、空调特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小非季节性热负荷：用热量与室外气温无关非季节性热负荷：用热量与室外气温无关热水供应、生产工艺用热热水供应、生产工艺用热特点：年变化小，日变化大特点：年变化小，日变化大类别特点生 产 热 负 荷热水供应负荷采暖及通风热负荷用 途用于加热、干

3、燥、蒸馏等工艺热负荷；用作驱动汽锤、压气机、水泵等动力热负荷。印染、漂洗等生产用热水；城市公用设施及民用热水生产、城市公用事业及民用的采暖及通风主要用户石油、化工、轻纺、橡胶、冶金等生产及人民生活生产及人民生活负荷特性非季节性，昼夜变化大，全年变化小非季节性，昼夜变化大，全年变化小季节性，昼夜变化小，全年变化大介质及参数一般为0.150.6MPa饱和蒸汽，也有高于1.43.0MPa的蒸汽6070热水70150或更高温度的热水或0.070.28MPa蒸汽工质损失率直接供汽：20%100%间接供汽：0.5%2%100%水网循环水量的0.5%2%(2)(2)季节性热负荷季节性热负荷供暖设计热负荷供暖

4、设计热负荷保持建筑物损失热量与获得热量的平衡保持建筑物损失热量与获得热量的平衡体积指标法：体积指标法：面积指标法：面积指标法：30() 10dhVioQq V tt310hAQq A通风设计热负荷通风设计热负荷加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量体积热指标法：体积热指标法：百分数法：百分数法：30() 10dVtiovQqV ttVthQK Q空调设计热负荷空调设计热负荷 冬季采暖冬季采暖 夏季制冷：夏季制冷：310aaQq A310/acQq ACOP（2） 全年性热负荷全年性热负荷生活用热设计热负荷生活用热设计热负荷热水供应用热热水供应用热 其它生活用热

5、其它生活用热供暖期的热水供应平均小时热负荷：供暖期的热水供应平均小时热负荷：热水送水温度一般为热水送水温度一般为606065651,()hhw avcm v ttQT生产工艺用热设计热负荷生产工艺用热设计热负荷满足生产过程中的各种用热满足生产过程中的各种用热其大小和变化规律完全取决于工艺性质、生产设备其大小和变化规律完全取决于工艺性质、生产设备的形式及生产的工作制度的形式及生产的工作制度低温供热：低温供热：130 150中温供热：中温供热：150 250高温供热：高温供热：250 300（3） 热负荷图热负荷图反映热负荷随室外温度或时间的变化反映热负荷随室外温度或时间的变化热负荷时间图热负荷时

6、间图0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)住宅区典型热水供应全日热负荷图住宅区典型热水供应全日热负荷图 年生产热负荷曲线年生产热负荷曲线热热负负荷荷月份月份1 23 45 6 7 8 9 10 11 12热负荷随室外温度变化图热负荷随室外温度变化图4123Qh,GJ/hto, +5 0 -5 -10 -15 -20 1 1供暖热负荷；供暖热负荷；2 2冬季通风热负荷；冬季通风热负荷；3 3热水供应热负荷；热水供应热负荷；4 4总热负荷总热负荷 热负荷持续时间图热负荷持续时间图表示不同小时用热量的持续性曲线表示不同小时用热量的

7、持续性曲线季节性热负荷持续时间图季节性热负荷持续时间图不同室外温度持续时间确定的热负荷不同室外温度持续时间确定的热负荷变化规律变化规律Q,h,ht0Qh=f(t0)t0=g()季节性热负荷持续时间图绘制季节性热负荷持续时间图绘制室外气温室外气温持续时间持续时间采暖热负荷采暖热负荷室外温度室外温度-5 -10a1a2采暖热负荷采暖热负荷持续时间持续时间总热负荷持续时间图总热负荷持续时间图,hQQs-季节性季节性Qns-非季节性非季节性全年全年8760h.2 载热质及其选择载热质及其选择供热系统供热系统: :热源、热网、用户引入口及局部用热系统热源、热网、用户引入口及局部用热系统热

8、网热网: :将热能由热源通过管网输送给热用户的系统将热能由热源通过管网输送给热用户的系统热网分类热网分类 按载热质的回收情况分类：按载热质的回收情况分类： 按载热质分：水网和汽网按载热质分：水网和汽网封封 闭闭 式式 系系 统统热热 用用 户户 只只 利利 用用 载载 热热 质质 的的部部 分分 热热 量量 ， 载载 热热 质质 本本 身身没没 有有 损损 耗耗半半 封封 闭闭 系系 统统热 用 户 不 仅 利 用 了 载 热 质 的 部 分热热 量量 ， 而而 且且 载载 热热 质质 本本 身身 也也 耗耗 损损了了 一一 部部 分分开开 放放 式式 系系 统统载载 热热 质质 本本 身身

9、及及 其其 热热 量量 全全 部部为为 热热 用用 户户 所所 利利 用用供 热 系 统供热系统供热系统封闭室式系统封闭室式系统半封闭式系统半封闭式系统开放式系统开放式系统水网水网汽网汽网供热距离供热距离2030km10km供热汽轮机的经济性供热汽轮机的经济性 热化发电比高热化发电比高热化发电比低热化发电比低补充水处理费用补充水处理费用低低高高管网投资及运行费用管网投资及运行费用 高高低低l 供热距离远；供热距离远； l 水网是利用供热式汽轮机的调节抽汽，在面式热网加水网是利用供热式汽轮机的调节抽汽，在面式热网加热器中凝结放热，将网水加热并作为载热质通过水网热器中凝结放热，将网水加热并作为载热

10、质通过水网对外供热，该加热蒸汽被凝结成的水可全部收回热电对外供热，该加热蒸汽被凝结成的水可全部收回热电厂，即回水率厂，即回水率 = 100%；l 水网设计供水温度水网设计供水温度130150，可用供热汽轮机的低压，可用供热汽轮机的低压抽汽作加热蒸汽，使热化发电比加大，提高其热经济抽汽作加热蒸汽，使热化发电比加大，提高其热经济性；性；l 可在热电厂内通过改变网水温度进行集中供热调节，可在热电厂内通过改变网水温度进行集中供热调节，而且水网蓄热能力大，热负荷变化大时仍稳定运行，而且水网蓄热能力大，热负荷变化大时仍稳定运行，水温变化缓和。水温变化缓和。 汽网的优点汽网的优点 要求蒸汽作工质的热用户；要

11、求蒸汽作工质的热用户； 通用性好，可满足各种用热形式的需要；通用性好，可满足各种用热形式的需要； 耗电少；耗电少； 因高度差形成的静压力很小，运行稳定；因高度差形成的静压力很小，运行稳定； 蒸汽的传热系数高，可减少传热面积，降低换蒸汽的传热系数高，可减少传热面积，降低换热设备造价热设备造价4.2 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配热电联合生产及热电厂总热耗量的分配4.2.1 4.2.1 热电联合生产热电联合生产热电分产热电分产 只生产电能或热能一种能量只生产电能或热能一种能量 分散供热、分产电分散供热、分产电集中供热、分产电集中供热、分产电热电联产热电联产 同时生产电能和热能同时生产电能和热能

12、热电联产优点：热电联产优点： 先发电，再供热；先发电，再供热； 发电和供热两种形式同时存在发电和供热两种形式同时存在 按质用能按质用能 节约能源，环保有利节约能源，环保有利BTG热电联产典型系统图热电联产典型系统图 C型汽轮机型汽轮机B型、型、N型汽轮机型汽轮机N=NC+NhBGNCNhG供热循环在理想工况供热循环在理想工况和实际工况下的供热和实际工况下的供热循环的热效率循环的热效率: : 1)()(0012hhhahahahathhhhhhhqqw (5-13) 1)()(0012hhhhhhiihhhhhhhqqw (5-14) wah q2ah 4.2.2 4.2.2 热电厂总热耗能的分

13、配热电厂总热耗能的分配热电联产总热耗能的分配方法：热电联产总热耗能的分配方法： 热量法（热电联产效益归电）热量法（热电联产效益归电） 实际焓降法（热电联产效益归热）实际焓降法（热电联产效益归热） 做功能力法（热电联产效益折中）做功能力法（热电联产效益折中）（1 1）热量法）热量法 将热电厂的总热耗量按产品将热电厂的总热耗量按产品数量数量比例进行分配比例进行分配热电厂总热耗量：热电厂总热耗量：分配给供热的热耗量：分配给供热的热耗量：能量平衡式：能量平衡式：汽轮机内效率：汽轮机内效率：0( )ihehQWQQQ0btptpnetbbpQQQB q ( )( )( )1eiieeQWQQ( )htp

14、 hbpbphsQQQ 分析：分析： 从热能从热能数量利用数量利用的观点来分配热耗；的观点来分配热耗； 没有考虑热能质量上的差别；没有考虑热能质量上的差别； 供热热耗量供热热耗量Q Qtp(h)tp(h)是几种方法中最大的；是几种方法中最大的； 好处归电（发电部分没有冷源热损失）；好处归电（发电部分没有冷源热损失）； 不能调动改进热功转化过程的积极性；不能调动改进热功转化过程的积极性； 不利于鼓励热用户降低用热参数不利于鼓励热用户降低用热参数（2 2）实际焓降法）实际焓降法 按联产供热汽流在汽轮机中少做的功（实际按联产供热汽流在汽轮机中少做的功（实际焓降不足）与新蒸汽实际的焓降来分配供热的热耗

15、量焓降不足）与新蒸汽实际的焓降来分配供热的热耗量分配给供热的热耗量：分配给供热的热耗量：减温减压器的热耗量：减温减压器的热耗量：供热总热耗量：供热总热耗量：发电热耗量：发电热耗量：,00()()tptph thctcDhhQQD hh,0()tph thhbpDhhQ ( )( )( )tp htp htbtp hQQQ( )( )tp htp etpQQQ特点：特点： 考虑外供热抽汽在汽轮机中做功的影响；考虑外供热抽汽在汽轮机中做功的影响； 考虑热能质上的差别；考虑热能质上的差别； 供热部分没有分担热功转换过程中的冷源损失供热部分没有分担热功转换过程中的冷源损失和不可逆损失；和不可逆损失；

16、供热热耗量供热热耗量Q Qtp(h)tp(h) 最小，好处归热；最小，好处归热； 可鼓励热用户降低用热参数可鼓励热用户降低用热参数（3 3）做功能力法）做功能力法 把联产汽流的热耗量按蒸汽的最大做功能力在电、热把联产汽流的热耗量按蒸汽的最大做功能力在电、热两种产品之间分配两种产品之间分配分配给供热的热耗量：分配给供热的热耗量：比火用：比火用：分析：分析： 同时考虑热能的质量和数量；同时考虑热能的质量和数量； 热电联产的热经济效益分配到热电两种产品上；热电联产的热经济效益分配到热电两种产品上； 供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际焓

17、降法近似焓降法近似 ( ),00()tp htph tthDeQQDe000enehT shhen hehT sBTG热电联产典型系统图热电联产典型系统图 C型汽轮机型汽轮机B型、型、N型汽轮机型汽轮机N=NC+NhBGNCNhG4.3 热电厂的主要热经济性指标热电厂的主要热经济性指标 与热电联产节约燃料的条件与热电联产节约燃料的条件热电分产热电分产 只生产电能或热能一种能量只生产电能或热能一种能量 分散供热、分产电分散供热、分产电集中供热、分产电集中供热、分产电4.3.1 热电厂的分项热经济性指标热电厂的分项热经济性指标（1 1）发电方面的热经济性指标）发电方面的热经济性指标热电厂发电热效率

18、热电厂发电热效率热电厂发电热耗率热电厂发电热耗率热电厂发电标准煤耗率热电厂发电标准煤耗率)()(3600etpeetpQP)()()(3600etpeetpetpPQq)()()(123. 0etpesetpsetpPBb热经济性指标热经济性指标表示设备或系统能量利用及能量转换过表示设备或系统能量利用及能量转换过程中的技术完善程度程中的技术完善程度（2 2）供热方面的热经济性指标）供热方面的热经济性指标热电厂供热热效率热电厂供热热效率热电厂供热标准煤耗率热电厂供热标准煤耗率)()()(按热量法分配按热量法分配hspbhtphhtpQQ)(6)()(1 .3410/htphshtpshtpQBb

19、4.3.2 热电厂总的热经济性指标热电厂总的热经济性指标（1 1）热电厂的燃料利用系数）热电厂的燃料利用系数tptp 热电厂对外供电、热之和与输入能量之比热电厂对外供电、热之和与输入能量之比 3600tphtpQQW 数量利用指标数量利用指标 估算燃料消耗量估算燃料消耗量（2 2）热化发电率）热化发电率 质量不等价的热化发电量与热化供热量的比值质量不等价的热化发电量与热化供热量的比值热化供热量：热化供热量：热化发电量：热化发电量：,hh tWQ,6()10h thhh tDhhQ0ihhhWWW外部热化发电量外部热化发电量（供热蒸汽）（供热蒸汽）内部热化发电量内部热化发电量（加热抽汽）（加热抽

20、汽）0()278()hmghhhhhh 分析：分析： 热电联产质的指标，比较供热机组热功转热电联产质的指标，比较供热机组热功转换过程技术完善的程度；换过程技术完善的程度；只与热电联产部分的热、电有关；只与热电联产部分的热、电有关；只能比较抽汽参数相同的供热机组间的热只能比较抽汽参数相同的供热机组间的热经济性经济性（3 3）发电厂的热比）发电厂的热比 表明本机组热电联产利用程度表明本机组热电联产利用程度,36003600()tp ttp ttphcQQRWWW4.3.3 热电联产较分产的燃料节约量热电联产较分产的燃料节约量（1 1）比较基础）比较基础 遵循能量供应相等原则，假定联产与分产的遵循能

21、量供应相等原则，假定联产与分产的热负荷热负荷Q Q 、电负荷分别相等；、电负荷分别相等； 热电分产的凝汽式机组（代替电站）的热电分产的凝汽式机组（代替电站）的b b、p p、m m和和g g与联产发电相同；与联产发电相同；联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉效率炉效率 热电联产与分产的对比系统模型热电联产与分产的对比系统模型B Bs sdp dp = B= Bs scpcp+B+Bs sd d B Bs stp tp = B= Bs stp(h)tp(h)+B+Bs stp(e)tp(e) 热电分产热电分产 热电联产热电联产 （2 2）联产较分产的节煤

22、量）联产较分产的节煤量在能量供应水平相等的前提下：在能量供应水平相等的前提下：热电分产标煤量：热电分产标煤量：B Bs sdp dp = B= Bs scpcp+B+Bs sd d 热电联产标煤量：热电联产标煤量： B Bs stp tp = B= Bs stp(h)tp(h)+B+Bs stp(e)tp(e) 差值为：差值为：B Bs s = B= Bdpdps s B Btptps s = =（B Bcpcps s B Btptp（e e）s s）+ +（B Bd ds s B Btptp（h h）s s） = =B Be es s + +B Bh hs s联产发电节煤量联产发电节煤量联产

23、供热节煤量联产供热节煤量供热方面的燃料节省供热方面的燃料节省分产供热时的标准煤耗量分产供热时的标准煤耗量 联产供热时的标准煤耗量联产供热时的标准煤耗量联产供热较分产供热时节省的燃料量联产供热较分产供热时节省的燃料量BBh hs s )()()()(6)()(61 .3429270102927010dpdbhshdpdbhshdpdbsdQQQBpbhhspbhshhspbshtpQQQB1 .342927010292701066)()1(1 .34)()()(pbdpdbhshshtpsdshQBBB分产供热时的标准煤耗率分产供热时的标准煤耗率 联产供热时的标准煤耗率联产供热时的标准煤耗率)(

24、)()(1 .341 .34htphspbshtpshtpQBb)()(1 .34dpdbsdsdQBb发电方面的燃料节省发电方面的燃料节省分产发电时的标准煤耗量分产发电时的标准煤耗量 联产发电时的标准煤耗量联产发电时的标准煤耗量( (供热汽流、凝汽流供热汽流、凝汽流) )联产供热较分产供热发电时节省的燃料量联产供热较分产供热发电时节省的燃料量BBe es s gmicpbcgmpbhcscehshesetpWWWbWbB123. 0123. 0.)(setpscpseBBB)()(123. 0icchigmpbWWW0.1230.123sscpcpcpbpimgWWBb W 热化发电比热化发

25、电比热化发电量占整个机组发电量的比值热化发电量占整个机组发电量的比值 联产全年节省的燃料量联产全年节省的燃料量BBs s hWXW33( )( )0.123 101111(1)()134.1 10()sssehahbpmgiciciahshb dp dbpBBBWXQ Wc=WWh 代入 单抽凝汽式机组与代替电站的凝汽式机组相比，就蒸汽初参数而言，同档次时Xc 13%15%；低一档时Xc 40%；低两档时 Xc 50%。.00 .1 2 30 .1 2 3110 .1 2 30 .1 2 3111111sssssehecehecc pssecc pbpi cmgbpimghi cicsse c

26、e hbpi cmgbpmgii cii ccBWbbWbbbbWXWbbKMKXM 令，临 界 热 化 发 电 比（3）联产比分产节煤的条件）联产比分产节煤的条件( )()(.)()()鬃D=-=+-+=-ssssssecptp ecphcehheccsssshcpe hce ccpBBBb WWbWbWW bbW bb 背压式机组以供热量 Qh 单值地决定了其热化发电量 Wh ，根据能量供应相等的原则，其不足的发电量 (WWh) 要由电力系统来补偿 Wcs ，该补偿发电量的煤耗率应以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。 同理，背压式机组的节煤条件式为 将 Wcs=WWh 关系代入上式，并整

27、理为savb()()0sssssehcpehcsavcpBWbbWbb1111ssaravcpavcphiiBssavehaveharibbqqWXWbbqq两用机在采暖期要抽汽对外供热而少发的电，由电力系统补偿，其煤耗率也以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。两用机的产电节煤条件式为：将 Wc=WWhWcs 关系式代入并整理为：两用机产电的临界热化发电比 XN(c) 为：savb()()()0sssssssehcpe hcecavcsavcpBW bbW bbWbb()()()0sssssssehece hecavcsecavBW bbW bbWbb( )()()()()1111()111(

28、1)sssshe cavcse cavN csssse cehe cehecavcse cave ce he ce havavicicsiciicicWbbWbbXWbbW bbqqWqqqqWqqWW （2 2）联产供热节省燃料的条件）联产供热节省燃料的条件)1(1 .34)()()(pbdpdbhshshtpsdshQBBBpbdpdbhs1)()(hsdbb)(4.4 热电厂的热化系数与供热式机组的选型热电厂的热化系数与供热式机组的选型4.4.1 热化系数热化系数tp供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比小时热化系数小时热化系数tptp：年热化系

29、数年热化系数tptpa a：max.maxh ttphQQa=ahathatpQQacdoabcdob.面积面积热化系数热化系数tptp应用背景应用背景: : 已建成投运的热电厂：已建成投运的热电厂： 提高提高tptp，供热机组热化发电量，供热机组热化发电量W Wh h愈大，热化愈大，热化发电比发电比X X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好 新建的热电厂：新建的热电厂： tptp的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽式机组的热经济性及其投资有关式机组的热经济性及其投资有关热化系数热化系数tptp选择选择: :工业热负荷：工业热负荷

30、：50.75采暖热负荷：采暖热负荷：0.500.500.550.55背压式机组背压式机组4.4.2供热机组的选择供热机组的选择（1 1）供热机组的机型选择）供热机组的机型选择机型及其特点机型及其特点 凝汽凝汽- -采暖式机组采暖式机组抽汽式机组抽汽式机组 背压式背压式 抽汽式抽汽式 凝汽凝汽- -采暖式采暖式 纯背压式（纯背压式（B B）抽汽背压式（抽汽背压式（CBCB）全年性负荷全年性负荷全年性负荷、全年性负荷、季节性负荷季节性负荷季节性负荷季节性负荷（2 2）供热机组单位容量的选择）供热机组单位容量的选择maxmaxihtpiitphhtpPQQwawa=+（2 2）供热

31、机组初参数的选择）供热机组初参数的选择小结小结a a根据电网容量、火电机组单机容量、全厂容量根据电网容量、火电机组单机容量、全厂容量及参数的情况，供热机组的选择要及参数的情况，供热机组的选择要“以热定以热定电电”，尽可能采用较高的初参数和再热循环，尽可能采用较高的初参数和再热循环，完善回热系统；完善回热系统； b b根据热负荷的特性选择供热式机组，使机组尽根据热负荷的特性选择供热式机组，使机组尽可能在经济的设计工况附近运行。机组最大供可能在经济的设计工况附近运行。机组最大供热量应小于热负荷最大值，即热量应小于热负荷最大值，即 tp tp 1 1；c c扩大城市热化规模，改造淘汰小型锅炉。扩大城

32、市热化规模，改造淘汰小型锅炉。 4.2.1蒸汽供热系统蒸汽供热系统 （1）直接供汽方式）直接供汽方式 4.2 热电厂的供热系统热电厂的供热系统（2）间接供汽方式）间接供汽方式 4.2.2热电厂的水热网供热系统热电厂的水热网供热系统（1）热网系统热网系统 供热设备供热设备热网加热器：热网加热器：表面式换热器（立式、卧式）表面式换热器（立式、卧式）基本热网加热器（基载加热器基本热网加热器（基载加热器BHBH）尖峰热网加热器（峰载加热器尖峰热网加热器（峰载加热器PHPH）热网水泵热网水泵HPHP：热水循环的动力源热水循环的动力源热网加热器疏水泵热网加热器疏水泵HDPHDP：回收热网加热器中凝结水回收热网加热器中凝结水热网补充水泵热网补充水泵HMPHMP：补充热网水损失补充热网水损失尖峰锅炉尖峰锅炉WBWB：热化系数热化系数