发电厂的热经济性评价（热力发电厂课件）

热量法及其应用知识点3发电厂的总效率及热平衡发电厂的总效率及热平衡发电厂总效率：表示发电厂在整个能量转化过程中能量损失的大小。其值为发电厂输出的电能与其消耗的能量之比。ηcp=3600Pe／BQnet

发电厂生产过程中的能量转换示意图△qbpe△qppe△qcape△qripe△qmpe△qgpe锅炉ηb管道ηp朗肯ηt汽机ηri机械ηm发电机ηgBQnetQbQ03600Pia3600Pi3600Pax3600Pe项目电厂初参数中参数高参数超高参数超临界参数锅炉热损失111098管道损失110.50.5汽轮机冷源热损失61.557.552.550.5汽轮机机械损失10.50.50.5发电机损失10.50.50.5总热损失75.569.56360全厂效率24.530.537≥40不同参数凝汽式发电厂各项损失及全厂效率的大致情况某超高压凝汽式电厂热流图（蒸汽初参数为13MPa，535℃，终参数为5KPa）热平衡方程(对凝汽式电厂）燃料输入热量=电厂输出功量+各项热损失BQnet=3600Pe+Qlb+Qlp+Qli+Qlm+Qlg

或：1=ηcp+ζb+ζp+ζi+ζm+ζg（反平衡）

ηcp=1－ζb－ζp－ζi

－ζm

－ζg发电厂总效率（正平衡）ηcp=3600Pe/BQnet=ηbηpηiηmηg其中：ηi＝ηt×ηri热量法及其应用知识点2凝汽式发电厂的各项热损失和效率凝汽式发电厂的各项热损失和效率发电厂实际生产过程的不可逆性，使得能量的转化和能量的传递过程中存在着各种损失，一般情况下，用热力过程和设备的热效率来表述其损失的大小。1.锅炉热损失和锅炉效率锅炉设备中的热损失主要包括：排烟热损失、散热损失、化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失、排污热损失、灰渣热物理损失等，其中排烟热损失最大，占锅炉总损失的40％～50％。锅炉效率锅炉设备输出的被有效利用的热量(锅炉热负荷)与输入热量(燃料在锅炉中完全燃烧时的放热量)之比。锅炉热负荷：Qb=Db(hb－hfw)+Dbl(hbl－hfw)锅炉热效率：ηb=Qb／BQnet

ηb=90～94%影响锅炉效率的主要因素锅炉参数、容量、结构、燃料性质、燃烧方式以及炉内的空气动力工况等。一般情况下，需要通过试验来测定各项损失的大小。现代大型锅炉效率一般为90%～94%。2.管道热损失和管道效率管道热损失主要包括：通过主蒸汽管道、再热蒸汽管道时的散热损失及工质排放和泄漏造成的热损失。注意：蒸汽在主、再热管道中流动时还有节流损失，但通常都在汽轮机的相对内效率中考虑。

管道效率表示汽轮机组的耗热量与锅炉热负荷之比

。锅炉热负荷：Qb=Db(hb－hfw)汽轮机组耗热量：Q0=D0(h0－hfw)管道效率：ηp=Q0／Qb

=D0(h0－hfw)/Db(hb－hfw)

ηp=98～99%管道效率反映了管道设施保温的完善程度和工质在主、再热蒸汽管道上的泄漏和排放的大小。一般情况下，现代发电厂的管道效率在99%以上。3.汽轮机设备的冷源损失及汽轮机绝对内效率理想冷源损失即理想情况下（汽轮机无内部损失）汽轮机排汽在凝汽器中的放热量，与其对应的能量被有效利用的程度用理想循环效率来反映。附加冷源损失即蒸汽在汽轮机中实际膨胀过程中产生的损失，包含进汽节流、排汽及内部（包括喷嘴、动叶、余速、漏汽、摩擦、湿汽等）损失，这些损失使蒸汽做功量减少，使汽轮机实际排汽焓hc大于理想排汽焓hca，从而增加的一部分冷源损失。汽轮机相对内效率蒸汽在汽轮机中的实际焓降与理想焓降的比值。ηri=(h0-hc)/(h0-hca)ηri

=90～92%意义：反映汽轮机中能量转换过程完善程度。汽轮机绝对内效率（实际循环热效率）汽轮机的实际内功率与汽轮机组的热耗量的比值。ηi=3600Pi/Q0=D0(h0-hc)/D0(h0-hfw)=ηtηriηi

=35～49%3600—电热当量，1kw.h的电能相当于3600kJ的热量。意义：反映机组实际冷源热损失大小。4.汽轮机的机械损失和机械效率汽轮机的机械损失主要包括：支撑轴承和推力轴承的机械摩擦损失，以及拖动主油泵和调速器的功率消耗。机械效率汽轮机轴端功率与汽轮机的内功率的比值。机械效率：ηm=Pax／Pi

ηm

：大于99%。5.发电机的能量损失和发电机效率发电机的能量损失主要包括：机械方面的轴承摩擦损失，通风耗功和电气方面的铜损、铁损等。发电机效率发电机输出的电功率与汽轮机输入的轴功率的比值。发电机效率：ηg=Pe／Pax

ηg

：发电机效率与发电机的冷却方式和冷却介质有关。空冷：97%～98%氢冷：98%～99%双水内冷：96%～98.7%热量法及其应用火力发电厂生产过程

锅炉汽轮机发电机

蒸汽化学能(燃料)热

能机械能电

能如何评价发电厂生产过程中的热经济性?是以热力学第一定律和第二定律相结合的做功能力分析法或以热力学第二定律为基础的熵分析法（火用分析法、熵分析法）

——定性分析。是以热力学第一定律为基础的热量法(效率法、热平衡法)——定量分析。第一种方法热经济性评价方法第二种方法不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体。克劳修斯表述：热力学第二定律开尔文-普朗克表述：01分析第二类永动机效率为100%，虽然它不违反能量守恒定律，但大量事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取的热量变成有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温物体，因此效率不会达到100%。第二类永动机违反了热力学第二定律。OPTION01OPTION03OPTION02熵熵是热力系内微观粒子无序度的一个量度，熵的变化可以判断热力过程是否为可逆过程。1854年，克劳修斯找出了热与温度之间的某一种确定产关系，他证明当能量密集程度的差异减小时，这种关系在数值上总在增加。热力学第二定律宣布宇宙的熵永远在增加着。1824年，法国物理学家卡诺证明：为了作功，在一个系统中热能必须非均匀地分布，系统中某一部分热能的密集程度必须大于平均值，另一部分则小于平均值，所得功的数量取决于这种密集程度之差。在作功的同时，这种差异也在减小。当能量均匀分布时，就不能再作功了，尽管此时所有的能量依然还存在着。用什么物理量来度量这种不等价性呢?通过研究，找到了“熵”这个物理量。两个温度不同的物体相互接触时，高温物体会自发地将热传给低温物体，最后两个物体温度达到相等。但是，相反的过程不会自发地发生。上述现象说明，自然界发生的一些过程是有一定的方向性的，这种过程叫不可逆过程。过程前后的两个状态是不等价的。举例？通常关心的不是熵的数值，而是熵的变化趋势。对实际的绝热膨胀过程，熵必然增加。熵增加的幅度越小，说明损失越小，效率越高。总结OPTION01OPTION03OPTION04OPTION02引入：以前很长一段时间，人们习惯于从能量的数量来量度能的价值，却不管所消耗的是什么样的能量。“焓”与“内能”虽具有“能”的含义和量纲，但它们并不能反映出能的质量。而“熵”与能的“质”有密切关系，但却不能反映能的“量”，也没有直接规定能的“质”。众所周知，各种不同形态的能量，其动力利用的价值并不相同。即使是同一形态的能量，在不同条件下也具有不同的作功能力。为了合理用能，就需要采用一个既能反映数量又能反映各种能量之间“质”的差异的同一尺度。——火用火用0102分析当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为火用。因为只有可逆过程才有可能进行最完全的转换，所以可以认为（㶲）是在给定的环境条件下，在可逆过程中，理论上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。知识点1循环热效率目前，在我国电厂的热经济性评价主要用（），为什么？A.热量法

B.做功能力法直观、易于理解，计算方便。注意：它单纯以数量来衡量，没有考虑能量的质量问题。A热量法定义是以燃料产生的热量被有效利用的程度对电厂热经济性进行评价。是通过热量的利用程度（如各种效率）或损失大小（如热量损失或热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性。热量法实质热效率某一热力过程或设备有效利用的能量占所消耗能量的百分数：热效率的大小定量地表征了设备或热力过程的能量转换效果，反映了设备的技术完善程度。热力发电厂循环热效率1.卡诺循环及在发电厂中应用研究卡诺循环的实际意义2.朗肯循环及在发电厂中应用3.朗肯循环热效率的计算补充当初压很高时，水泵做功约占汽轮机做功2%。在粗略计算中，仍可将水泵做功忽略不计，但在较精确计算时，即使初压不高，也不应忽略水泵做功。ηt＝Wt／q1=(h0-hca)-(h’fw-h’c)/(h0-h’fw)由于水的压缩性很小，当蒸汽初压力不高时（P0<10MPa时），给水泵耗功和给水在给水泵中的焓升可忽略不计，则：ηt＝(h0-hca)/(h0-h’fw)做功能力分析法及其应用知识点2火用分析法火用分析法引入：以前很长一段时间，人们习惯于从能量的数量来量度能的价值，却不管所消耗的是什么样的能量。众所周知，各种不同形态的能量，其动力利用的价值并不相同。即使是同一形态的能量，在不同条件下也具有不同的作功能力。“焓”与“内能”虽具有“能”的含义和量纲，但它们并不能反映出能的质量。而“熵”与能的“质”有密切关系，但却不能反映能的“量”，也没有直接规定能的“质”。为了合理用能，就需要采用一个既能反映数量又能反映各种能量之间“质”的差异的同一尺度。——火用0102当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为火用。因为只有可逆过程才有可能进行最完全的转换，所以可以认为（㶲）是在给定的环境条件下，在可逆过程中，理论上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。分析0304与此相对应，一切不能转换为㶲的能量，称之为火无。任何能量E均由㶲和火无两部分所组成。在一切实际不可逆过程中，不可避免地发生能的贬值，㶲将部分地“退化”为（火无），成为㶲损失。因为这种退化是无法补偿的，所以㶲损失才是能量转换中的真正损失。分析火用表示在给定的环境条件下，能量具有的最大做功能力。火用在某种程度上可以被理解为能够被利用的能量。火用损失可以理解为损失掉的可被利用的能量。火用分析法利用火用效率（可用能利用率）和火用损（做功能力损失）来评价电厂能量的质量利用情况。一、火用的一般概述如图，1kg工质在变温情况下沿1-2过程吸热，吸热量为q12。取一微元吸热过程的吸热量为dq，工质熵的变化为ds，吸热温度为T，则dq=Tds，根据热力学第二定律，热流dq所能完成的最大功，即热流dq的火用deq为：1.热量（热流）火用热量q12的火用为面积122‘1’1，其计算公式为：01热流火用的大小不但与热量的数量有关，而且与过程的温度有关，过程平均温度越高，热量火用越大，热量的品味也越高。分析假定吸热过程的平均温度为，则：2.工质火用如图，1kg工质进入热力系统时的参数p1、t1可逆地变到与环境相同的参数pamb、tamb，在状态变化时，没有其它热源，只与环境交换热量，并对外做功。忽略工质动能和位能变化，则由热力学第一定律得：由热力学第二定律得：综上可得，1kg工质在状态p1、t1下的火用：3.其它有关能量的火用理论上机械能和电能都可以全部转变为功，所以：

机械能的火用机械能的热当量

电能的火用电能的热当量固体燃料的化学火用固体燃料的低位发热量4.火用损失、火用平衡、火用效率火用损失各种热力过程的不可逆因素都将会有熵增，熵增将带来做功能力的损失即火用损失，使一部分可用能变成无用能。对任何实际热力过程来说，热力系统输出各种火用的总和永远小于进入热力系统总和，两者之差就是热力过程的火用损失：进、出热力系统的任何形式的火用。整个发电厂的火用损失：某一热力设备或能量传递过程中的火用损失。举例火用效率有效利用的火用与消费的火用之比。某凝汽式发电厂煤耗为B，总火用损失为，发电功率为Pe，则其效率：01问题下列哪个指标可用于与其它热力设备进行经济性比较（），为什么另外一个指标不能相互比较？

A.火用损失B.火用效率B二、发电厂的火用分析基准工质流量1kg、忽略水在给水泵中的焓升。1.锅炉中的火用损失进入锅炉

火用ecp

（来自燃料eq和给水的火用efw）锅炉有效利用的火用eb锅炉火用损△eb锅炉火用损△eb散热引起的火用损化学能转变为热能引起的火用损工质温差传热引起的火用损2.主蒸汽管道的火用损失锅炉出口蒸汽的火用eb=汽轮机入口蒸汽的火用eo+主蒸汽管道的火用损△ep

主蒸汽管道的火用损△ep

3.汽轮机内部火用损失汽轮机入口蒸汽的火用eo=汽轮机排汽的火用ec+工质膨胀所做的内功wi+膨胀引起的火用损△et

汽轮机内部的火用损△et

4.凝汽设备的火用损失汽轮机排汽的火用ec=凝结水的火用+温差传热引起的火用损△ec

凝汽设备中的火用损△ec

5.汽轮机机械摩擦阻力引起的火用损失工质膨胀所做的内功wi=汽轮机轴端的有效功we+机械摩擦产生的火用损△em

机械摩擦产生的火用损△em

6.发电机的火用损失汽轮机轴端的有效功we=发电机输出的电能Pe+发电机的火用损△eg

发电机的火用损△eg

7.全厂的总火用损失及火用效率全厂总火用损失等于组成循环过程的各设备火用损失的和，即

全厂的“火用”平衡式为进入锅炉

火用eq=发电机输出的电能Pe+发电厂的总火用损△ecp

凝汽式发电厂的“火用”效率某超高压凝汽式电厂火用流图（蒸汽初参数为13MPa，535℃，终参数为5KPa）

做功能力分析法及其应用知识点1熵分析法熵分析法熵是热力系内微观粒子无序度的一个量度，熵的变化可以判断热力过程是否为可逆过程。熵1824年，法国物理学家卡诺证明：为了作功，在一个系统中热能必须非均匀地分布，系统中某一部分热能的密集程度必须大于平均值，另一部分则小于平均值，所得功的数量取决于这种密集程度之差。在作功的同时，这种差异也在减小。当能量均匀分布时，就不能再作功了，尽管此时所有的能量依然还存在着。1854年，克劳修斯找出了热与温度之间的某一种确定产关系，他证明当能量密集程度的差异减小时，这种关系在数值上总在增加。热力学第二定律宣布宇宙的熵永远在增加着。用什么物理量来度量这种不等价性呢?通过研究，找到了“熵”这个物理量。两个温度不同的物体相互接触时，高温物体会自发地将热传给低温物体，最后两个物体温度达到相等。但是，相反的过程不会自发地发生。上述现象说明，自然界发生的一些过程是有一定的方向性的，这种过程叫不可逆过程。过程前后的两个状态是不等价的。举例？通常关心的不是熵的数值，而是熵的变化趋势。对实际的绝热膨胀过程，熵必然增加。熵增加的幅度越小，说明损失越小，效率越高。总结熵方法以热力学第二定律为理论基础，通过熵增原理来分析和评价实际电厂热经济性的方法熵增的大小表征热力过程不可逆性的大小，可用来确定做功能力损失的大小。发电厂能量转换过程是由一系列的不可逆过程组成，因此，发电厂总的能力损失：温度度为环境中，某一热力过程或设备中的熵增为，则引起的做功能力损失

为：举例发电厂中三种典型的不可逆过程有温差的换热工质绝热节流工质膨胀或压缩1.有温差的换热过程l-2过程，工质A放热，平均温度为单位工质的熵减少了，放热量为3-4过程，工质B吸热，平均温度为单位工质的熵增加了，吸热量为据能量平衡，单位工质的换热量：

换热过程的熵增：单位工质做功能力的损失：0102当环境温度一定时，平均换热温差越大，换热过程的做功能力损失也越大；相同的换热量和平均换热温差，流体的平均换热温度越高，换热的做功能力损失越小。分析应用：凝汽器、加热器

2.绝热节流过程图1-4中的0-a过程所示为蒸汽在汽轮机进汽调节机构中的节流过程。0102压降愈大，做功能力的损失愈大做功能力损失与工质的比体积成正比，工质温度成反比。分析绝热节流过程的做功能力损失：0102减少工质节流过程做功能力损失的途径？为什么高温高压蒸汽管道可使用小管径通道，而低温低压不可以？问题3.有摩擦阻力的膨胀或压缩过程蒸汽在汽轮机中为可逆膨胀做功时，排汽的熵为sca；由于汽轮机内部存在蒸汽与动、静叶的摩擦等种种不可逆因素，实际排汽熵为sc。01减少工质膨胀或压缩过程做功能力损失的途径是减少其过程的扰动、摩擦以及工质的泄露等不可逆程度。分析应用：汽轮机、水泵汽轮机膨胀过程的做功能力损失：01试分析水泵工作时，水的绝热压缩（升压）过程？问题做功能力分析法及其应用知识点3做功能力分析法与热量法的比较做功能力分析法与效率分析法比较用效率分析法和做功能力分析法分别对超高压机组计算，得发电厂的各损失和效率如下：问题对于凝汽式发电厂生产过程中的最大损失，为什么热量法和做功能力法分析的结果不一致？0102因燃料供入热量=进入系统的可用能火用，故两种方法计算的效率相等；两种方法所揭示的损失原因不同：效率分析法中，能量损失=散失到环境的能量，不区分能量品位的高低，即不考虑所排放的能量是否能继续做功，故以汽轮机的损失为最大，占58.6%。做功能力分析法中，可用能损失=不可逆过程中可用能转换为火无的部份，不区分能量排放的时间，即不论产生的是在产生时就排向环境，或暂时仍包含在工质内，通过后续设备再排向环境，其损失都是同样的，故以锅炉中因较大的温差换热和燃烧不完全导致的可用能损失为最大，占58%。分析总结2.效率分析法的概念直观，计算简单，但不能揭示能量损失的本质原因。做功能力分析法不仅能表明能量转换的结果，还能确切揭示能量损失的部位、数量及原因，但计算方法较繁杂。

01问题对于凝汽式发电厂生产过程中的最大损失，为什么热量法和做功能力法分析的结果不一致？02下列哪种方法用于电厂经济性定性分析（），为什么？A.做功能力分析法B.效率分析法A提高热力发电厂热经济性的根本途径减少电厂能量转换过程中的各种不可逆损失，特别是减少温差换热、工作膨胀和压缩过程、工质节流以及燃料燃烧过程中的做功能力损失。纯凝汽式发电厂的主要热经济性指标汽轮发电机组的热经济性指标一1.汽轮发电机组的汽耗量和汽耗率汽耗量单位时间内汽轮发电机组生产电能所消耗的蒸汽量。热能转变为电能的热平衡方程式：D0(ho-hc)ηmηg=3600pe则汽耗量:D0=3600pe／(h0-hc)ηmηg㎏／h汽耗率汽轮发电机组生产单位电能所消耗的蒸汽量。应用：可反映生产电能时消耗的汽水数量，影响到汽水设备的尺寸和规格，从而影响电厂的设备投资。d0=D0／pe=3600／(h0-hc)ηmηg㎏／kW·h2.汽轮发电机组的热耗量和热耗率热耗量单位时间内汽轮发电机组生产电能所消耗的热量。Q0=D0(h0-hfw’)kJ／h热耗率汽轮发电机组每生产单位电能所消耗的热量。即：q0=Q0/pe=d0(h0-hfw’)

=3600(h0-hfw′)/(h0-hc)ŋmŋg

=3600/ŋtŋriŋmŋg=3600/ŋiŋmŋgkJ/(kw·h应用：影响燃料消耗量和运行费用，从而反映电厂运行热经济性。国产汽轮发电机组的热经济指标额定功率

Pe（MW）ηriηiηmηgηcpd

[kg/(KW·h)]qcp

[kJ/(KW·h)]0.75～60.76～0.82<0.300.965～0.9860.930～0.960<0.270～0.284>4.9>1333312～250.82～0.850.31～0.330.986～0.9900.965～0.9750.290～0.3204.7～4.112414～1125050～1000.85～