第三章热电厂的经济性及供热系统

第三章热电厂的经济性及供热系统1第一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四§3－1热负荷及其载热质凝汽式发电厂：只发电热电厂： 同时发电和供热分散供热： 小锅炉供应集中供热： 热电厂或区域性大锅炉房第二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（一）热负荷及其载热质热负荷：供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热1、热负荷分类 ——季节性热负荷：用热量主要与气候条件有关采暖、通风、空调特点：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热水供应、生产工艺用热特点：年变化小，日变化大第三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、季节性热负荷（1）供暖设计热负荷——保持建筑物损失热量与获得热量的平衡体积指标法：面积指标法：供暖体积指标W／（m3·℃）供暖面积指标W／（m2·℃）第四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（2）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体积热指标法：百分数法：通风体积指标W／（m3·℃）建筑物通风、空调新风加热负荷系数，0.3~0.5第五页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2全年性热负荷（1）生活用热设计热负荷 热水供应用热其它生活用热供暖期的热水供应平均小时热负荷：m—用热水单位数v－每个用热水单位每天的热水用量T-每天供水小时数热水送水温度一般为60—65℃第六页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（2）生产工艺用热设计热负荷——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、生产设备的形式及生产的工作制度低温供热：130—150℃中温供热：150—250℃高温供热：250—300℃集中供热系统的最大生产工艺热负荷同时使用系数，0.7-0.9各个工厂最大生产工艺热负荷之和第七页，共七十一页，编辑于2023年，星期四3热负荷图——反映热负荷随室外温度或时间的变化（1）全日热负荷024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)住宅区典型热水供应全日热负荷图

第八页，共七十一页，编辑于2023年，星期四年生产热负荷曲线热负荷月份12 34 56789101112第九页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（2）热负荷随室外温度变化图4123Qh,GJ/hto,℃+50-5-10-15-201－供暖热负荷；2－冬季通风热负荷；3－热水供应热负荷；4－总热负荷第十页，共七十一页，编辑于2023年，星期四4热负荷持续时间图——表示不同小时用热量的持续性曲线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变化规律第十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四Qτ,hτ,ht0Qh=f(t0)t0=g(τ)季节性热负荷持续时间图绘制室外气温持续时间采暖热负荷室外温度-5-10a1a2采暖热负荷持续时间第十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四第十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四总热负荷持续时间图τ,hQQs-季节性Qns-非季节性全年8760h第十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（二）载热质及其选择供热系统:——热源、热网、用户引入口及局部用热系统热网:——将热能由热源通过管网输送给热用户的系统载热质：蒸汽和热水第十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热网分类按载热质的回收情况分类：按载热质分：水网和汽网供热系统封闭室式系统半封闭式系统开放式系统第十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期四水网汽网供热距离20~30km10km供热汽轮机的经济性热化发电比高热化发电比低补充水处理费用低高管网投资及运行费用高低第十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期四§3－2热电联合生产及热电厂总热耗量的分配（一）热电联合生产热电分产——只生产电能或热能一种能量

分散供热、分产电集中供热、分产电第十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热电联产——同时生产电能和热能热电联产优点：先发电，再供热；发电和供热两种形式同时存在按质用能节约能源，环保有利第十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期四BTG热电联产典型系统图调节抽汽式背压式N=NC+NhBGNCNhG第二十页，共七十一页，编辑于2023年，星期四供热循环在理想工况和实际工况下的供热循环的热效率:

wah

q2ah

’第二十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（二）热电厂总热耗能的分配热电联产总热耗能的分配方法：热量法（热电联产效益归电）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）对热电联产，由于同一股联产汽流既发电又供热，电能与热能形式上不同，质量上不等价，故必须对热电厂总热耗量或煤耗量合理地分配给两种产品，以便确定电能与热能的生产成本及其相关的热经济指标第二十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四1、热量法（好处归电法）

——将热电厂的总热耗量按产品数量比例进行分配热电厂总热耗量：分配给供热的热耗量：能量平衡式：汽轮机内效率：QtpBGQQ0Qh第二十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四分析：从热能数量利用的观点来分配热耗；没有考虑热能质量上的差别；供热热耗量Qtp(h)是几种方法中最大的；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；不利于鼓励热用户降低用热参数第二十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、实际焓降法（好处归热法）

——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量。分配给供热的热耗量：减温减压器的热耗量：供热总热耗量：发电热耗量：Dh,thhDchcBTGh’hDh，b第二十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期四特点：考虑向外供热抽汽在汽轮机中做功的影响；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和不可逆损失；供热热耗量Qtp(h)最小，好处归热；可鼓励热用户降低用热参数第二十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期四3、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、热两种产品之间分配分配给供热的热耗量：比火用：分析：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；供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际焓降法近似第二十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热经济性指标——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一、热电厂总的热经济性指标1、热电厂的燃料利用系数ηtp

——热电厂对外供电、热之和与输入能量之比§3－3热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件

3600tphtpQQW+=h

数量利用指标估算燃料消耗量第二十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、热化发电率ω

——质量不等价的热电联产部分的热化发电量与热化供热量的比值热化供热量：热化发电量：外部热化发电量（供热蒸汽）内部热化发电量（加热抽汽）第二十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期四一般内部热化发电量在总的热化发电量中所占的份额不大，在近似计算中可忽略，则热化发电率为第三十页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热化发电率分析：

—热电联产质的指标，比较供热机组间热功转换过程技术完善的程度；—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经济性第三十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四二、热电厂的分项热经济性指标1、发电方面的热经济性指标热电厂发电热效率热电厂发电热耗率热电厂发电标准煤耗率)()(3600etpeetpQP=h)()()(3600etpeetpetpPQqh==)()()(123.0etpesetpsetpPBbh==第三十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、供热方面的热经济性指标热电厂供热热效率热电厂供热标准煤耗率)()()(按热量法分配hspbhtphhtpQQhhhh==)(6)()(1.3410/htphshtpshtpQBbh==第三十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四三、热电联产较分产的燃料节约量（一）比较基础

（1）遵循能量供应相等原则，假定联产与分产的热负荷Q、电负荷Ｗ分别相等；（2）热电分产的凝汽式机组（代替凝汽式机组）的ηb、ηp、ηm和ηg与联产发电相同；（3）联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉效率

第三十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热电联产与分产的对比系统模型Bsdp=Bscp+Bsd

Bstp=Bstp(h)+Bstp(e)

热电分产

热电联产

第三十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（二）联产较分产的节煤量在能量供应水平相等的前提下：热电分产标煤量： Bsdp=Bscp+Bsd

热电联产标煤量： Bstp=Bstp(h)+Bstp(e)

差值为：△Bs=Bdps–Btps

=（Bcps–Btp（e）s）+（Bds–Btp（h）s）=△Bes+△Bhs联产发电节煤量联产供热节煤量第三十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期四1、供热方面的燃料节省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较分产供热时节省的燃料量ΔBhs

第三十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期四分产供热时的标准煤耗率联产供热时的标准煤耗率第三十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、发电方面的燃料节省分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)联产供热较分产供热发电时节省的燃料量ΔBes

第三十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热化发电比——热化发电量占整个机组发电量的比值联产较分产节省的燃料量ΔBs

实际计算时是计算热电联产较热电分产时全年节煤量，这时的B、W、Q均以全年计。发电节煤量供热节煤量联产和分产同时发Wh电量时，联产较分产的节煤量供热机组凝汽发电与代替凝汽式发电同样发Wc电量时，供热机组多耗的煤量第四十页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（三）热电联产节省燃料的条件1、联产供热节省燃料的条件第四十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四并不是在任何条件下联产较分产都节煤，而是存在着节煤量为零的临界条件，超过此条件则不节煤联产与分产同时发Wh电量时，联产较分产的节煤量供热机组凝汽发电与代替凝汽式机组同样发Wc电量时，供热机组多耗的煤量联产发电的实际节煤量是两者的代数和2、联产供电节省燃料的条件第四十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（1）单抽（C型）机的节煤条件单抽机节煤的临界热化发电比为单抽机节煤，即△Bes>o的条件为Xc>［Xc

］分析：

［Xc

］越大，节煤的条件越苛刻ηi，ηic：［Xc

］越大第四十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（2）背压（B型）机的节煤条件背压机：强迫电负荷，即电负荷是由热负荷决定的。当用户的热负荷降低时，机组的发电量也必然减小，根据能量供应相等原则，这时发电量的不足部分Wcs=(W－Wh)要由电力系统补偿，补偿发电量的煤耗率应以电网中火电机组的平均标煤耗率bavs计算背压机的节煤条件：XB>［XB

］QtpBGQQ0Qh第四十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（3）采暖－凝汽两用（NC）机的节煤条件

是抽汽供热，但其供热是在减小发电量的基础上进行的，期间少发的电量应有电网补偿，煤耗率也应为bavs，临界条件为临界热化发电比为：两用机节煤的条件：XNC>［XNC

］凝汽-采暖式机组第四十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期四3、联产热、电较分产热、电的节煤条件1）X>［X］2)ηbηhs>ηb(d)在满足上述两个条件下，则有ΔBe>0,ΔBh>0,必有ΔB=ΔBe＋ΔBh>0,说明热电联产较热电分产节煤第四十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期四4、生产相同电量W和热量Qh时

——联产与热电分产的总燃料消耗量之比值热电联产节省的标准煤耗量达25%—75%第四十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期四§3－4热电厂的热化系数与供热式机组的选型热电联产的效果不仅表现在热电厂，而且表现在地区能量供应系统，涉及到了电网的补偿电量的问题。在发电节煤方面，各种类型的供热机组都存在削弱热电联产效果的不利因素：1）C型机存在凝汽流发电问题2）B型机存在着电网补偿发电的问题3）NC型机存在电网补偿发电和凝汽流发电问题应当如何选择供热机组的最大热负荷额定电负荷以热用户的最大热负荷确定供热机组的最大热负荷合理吗？究竟选择哪种机型才能使联产的效益最大呢？第四十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期四一、热化系数αtp——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αtp：年热化系数αtpa：第四十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期四1、热化系数的定性分析（1）αtp=1

满足最大热负荷的需要，不需设置分产供热设备；大部分时间热负荷都小于最大热负荷，因而供热机组的热化发电量Wh↓，热化发电比↓；凝汽流发电量Wc↑，这部分发电耗煤↑（其热经济性小于代替电站）；非采暖期只剩下很少的热水热负荷结论：

αtp=1不可取第五十页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（2）αtp<1（不是太小）

供热机组的最大供热量比最大热负荷小，需设置分产供热设备、代替电站的凝汽式机组；不足的热负荷ΔQh： 分产设备供应同样热负荷比供热机组要多耗燃料；不足的发电量（供热汽流ΔWh+凝汽汽流ΔWc）： 代替电站发ΔWh电比供热机组供热汽流发多耗煤，代替电站发ΔWc电比供热机组凝汽汽流少耗煤；对整个地区能量供应系统而言是节省燃料的

结论：

αtp<1可取第五十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四（3）αtp<<1绝大多数热负荷不是靠供热机组的热化供热，而是由分产供热设备来提供，此时多耗标煤；类似αtp<1时的分析，多耗标煤结论：没有节煤反而多耗煤，不合理

第五十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四热化系数αtp应用背景:已建成投运的热电厂： 提高αtp，供热机组热化发电量Wh愈大，热化发电比X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好新建的热电厂： αtp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热化系数αtp选择:工业热负荷=0.6～0.75采暖热负荷=0.50～0.55第五十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四1、供热机组的机型选择机型及其特点

背压式抽汽式凝汽-采暖式二、供热机组的选择纯背压式（B）抽汽背压式（CB）全年性热负荷全年性热负荷、季节性热负荷季节性热负荷第五十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四背压式机组第五十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期四凝汽-采暖式机组抽汽式机组第五十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、供热机组单位容量的选择供热机组的总发电容量热负荷——αtp——初定热电厂容量和汽轮机的最大热化供热量——机组的具体型式和单位容量、台数——计算最佳热化系数——尽可能选用大容量机组第五十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期四3、供热机组参数的选择给水回热加热实质上是内部热化，ηih=1；对高参数大容量供热机组通常也采用蒸汽中间再热以进一步提高其热经济性；提高供热机组的蒸汽初参数，可提高机组热化发电比X；降低供热抽汽参数，也可达到同样的效果第五十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期四总结1．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“以热定电”，尽可能采用较高的初参数和再热循环，完善回热系统；2．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。机组最大供热量应小于热负荷最大值，即αtp<1；3．扩大城市热化规模，改造淘汰小型锅炉。第五十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期四§3－5热电厂的供热系统一、供热系统分类分散供热系统：热源与热用户的用热装置直接结合，或者相距很近，无需热网集中供热系统组成：热源、热网、热用户热源：热电联产装置、城市锅炉房、区域锅炉房、 工业锅炉等载热质：热水、蒸汽第六十页，共七十一页，编辑于2023年，星期四二、蒸汽供热系统及设备

1、直接供汽方式

第六十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期四2、间接供汽方式

第六十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期四三、热水供热系统及设备

高参数热电厂热网加热器的原则性热力系统1－基本热网加热器；2－尖峰加热器；3－热网水泵；4－热网凝结水泵；5－尖峰热水炉；6－循环水泵；7－凝汽器内热网水加热管束；8—疏水冷却器第六十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期四第六十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期四供热设备热网加热器：表面式换热器（立式、卧式）

基本热网加热器（基载加热器BH） 尖峰热