热力发电厂热经济性

热力发电厂单元二发电厂的热经济性发电厂能量转换过程的各种热损失和效率凝汽式发电厂的主要经济指标提高发电厂热经济性的途径发电厂原则性热力系统热力发电厂热经济性的评价方法发电厂中能量的转换过程（存在各种损失）化学能

—热能

—机械能—电能

（煤）（锅炉）（汽轮机）（发电机）发电厂热经济性的评价——通过能量转换过程中能量的利用程度或损失大小来衡量目的：研究损失产生的部位、大小、原因及其相互关系，找出减少这些热损失的方法和相应措施1热量法、热效率法

基于热力学第一定律

——以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定量分析2熵方法、火用方法、做功能力法

基于热力学第一、二定律

——以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定性分析热力发电厂热经济性的评价方法热量法热量法以热效率或热损失率的大小衡量电厂的热经济性热效率反映热力设备将能量转换或输出有效能量的程度，不同阶段热效率不同。能量平衡关系： 供给热量=有效利用热量+损失热量1发电厂能量转换过程的热损失和效率GBTC

凝汽式发电厂的各项能量损失1、锅炉设备中的能量损失2、管道的散热损失3、冷源损失4、汽轮机中的能量损失5、机械损失6、发电机中的能量损失发电厂的总效率：目前，现代化的大型凝汽式发电厂的总效率接近40％，但是个别设备比较陈旧的电厂，效率还不到24％。主要是因为冷源损失太大。（1）锅炉效率锅炉能量平衡关系：输入燃料热量Qcp

=锅炉热负荷Qb

+锅炉热损失△Qb锅炉热损失△Qb

：排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、排污损失等0.9~0.94（2）管道效率管道能量平衡关系：锅炉热负荷Qb=汽轮机热耗量Q0+管道热损失△QpGBTC0.98~0.99（3）循环热效率pvTS123

412341-2-3-4-1 卡诺循环

4´

3´

1´

2´

1´

2´

3´

4´1´-2´-3´-4´-1´

朗肯循环（3）循环热效率0.40~0.45GBTC（4）汽轮机内效率汽轮机能量平衡关系：汽轮机热耗Q0=汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失△Qc冷源热损失△Qc

：凝汽器中汽轮机排汽的汽化潜热损失 膨胀过程中的节流、排汽、内部损失GTηiQ0Wi△Qc0.87~0.900.35~0.49（5）机械效率汽轮机机械能量平衡关系：汽轮机内功率Pi=发电机轴端功率Pax+机械损失△Qm

0.965~0.99（6）发电机效率发电机能量平衡关系：发电机输入功率Pax=发电机输出功率Pe+能量损失△Qg

0.95~0.98（7）全厂总效率锅炉管道朗肯循环汽轮机设备发电机机械0.25~0.35（8）发电厂的热平衡项目高参数超高参数超临界参数△qb1098△qp10.50.5△qc57.552.550.5△qm0.50.50.5△qg0.50.50.5总能量损失69.56360全厂总效率30.53740火力发电厂的各项损失（%）2凝汽式发电厂的主要经济指标能耗（汽耗量、热耗量、煤耗量）能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）热效率工程中的意义:衡量电厂热经济性的好坏。(1)能耗——反映生产电功率Pe所消耗的能量电厂热耗Qcp电厂煤耗B汽轮机热耗Q0、汽轮机汽耗D0(2)能耗率——反映每生产1kW.h电能所消耗的能量发电厂热耗率qcp

发电厂煤耗率b汽轮机热耗率q0汽轮机汽耗率d0

(3)煤耗率１千克标准煤低位发热量29270kJ/kg发电标准煤耗率

供电标准煤耗率

3提高发电厂热经济性的途径(1)、提高蒸汽初参数（提高初温、初压）(2)、降低蒸汽终参数（降低背压）(3)、采用给水回热(4)、采用蒸汽中间再过热ηi￪(5)、热电联产——提高热能有效利用程度提高初温（t0)的热经济性分析

提高初温对

t的影响

t0↑，

t↑提高初温对

ri的影响t0↑，排汽湿度↓，

ri

↑t0↑，漏汽损失↓，

ri

↑(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响结论：t0↑，

t↑和

ri↑，因此，

i↑o'oc提高初压（p0)的热经济性分析(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响提高初压，可以提高平均吸热温度，从而提高循环热效率，但却使乏汽干度降低，对汽轮机相对内效率、安全运行不利(x>0.85~0.88)发展方向：越来越高中压

高压

超高压

亚临界

超临界

超超临界o'oc(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响1‘2‘2345TsT01p0P0’pcp0↑，v0↓，漏汽损失↑，

ri↓p0↑，湿度损失↑，

ri↓结论：提高p0，对

i的影响，视

t和

ri的变化情况定热力发电厂(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响大容量机组初参数↑，

i↑小容量机组初参数↑，

i↓高参数必须是大容量(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响提高蒸汽初参数的限制1）提高初温的限制

金属材料性能限制2）提高初压的限制

安全性、热经济性措施：（1）提高P0的同时采用蒸汽再热（2）提高P0的同时增大单机容量Pe=300MW200150100450500550600650P0OPt0蒸汽初参数的选择(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响1）理论上的初参数选择

——配合参数（排汽湿度不超过最大允许值所对应初参数）初温由选用钢材确定初压在初温、排汽压力、排汽,湿度、容量确定下选择

ri=wi/wa2）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(1)蒸汽初参数对电厂热经济性的影响高参数必须是大容量！(2)蒸汽终参数对电厂热经济性的影响(凝汽器中的乏汽压力，即汽轮机背压)降低终压可以降低平均放热温度，从而提高热效率。不利影响Pc↓→叶片寿命↓→湿气损失↑→

ri↓Pc↓→vc↑→余速损失↑→

i↓降低蒸汽终参数的限制(2)蒸汽终参数对电厂热经济性的影响1）自然条件（理论限制）自然水温t1；2）技术水平冷却水量和凝汽器面积都不可能无限大末级长叶片的设计和制造水平汽轮机背压pc由排汽饱和温度tc决定

tc

=t1

t

t

t—冷却水温升

t—凝汽器传热端差，

t=tc

t2，tc决定因素：冷却水温、冷却水量、换热面积、换热面清洁度最佳蒸汽终参数(2)蒸汽终参数对电厂热经济性的影响1）设计最佳终参数以年计算费用最小时所对应的pc为最佳终参数。 根据该终参数确定凝汽器面积、冷却水量及循环水泵、冷却塔（循环供水时）的选型和配置等。2）运行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pc(3)给水回热加热给水回热加热

——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（一）回热的热经济性

1、回热的意义

(1)

Wij无冷源损失，当Wi不变时，可减少Wic部分的冷源损失，从而使整个装置的冷源损失￬，

。(3)给水回热加热（二）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，wi减小，D0增大，削弱了Dc的减小（三）给水回热过程主要参数(3)给水回热加热回热主要参数:1、回热加热（抽汽）级数Z2、回热加热分配（回热加热在各级中焓升的分配）3、给水温度tfw采用一次回热，经济性的提高最明显，采用二次回热，经济性提高的较少，采用三次回热，经济性提高的就更少了。增加回热级数意味着回热系统设备投资费用大为增加，因此回热级数不宜过多，否则反而会提高发电成本。一般中小机组采用4～6级，大机组6～8级。回热加热（抽汽）级数Z

（1）tfw一定时，回热级数z增加，可充分利用低压抽汽代替部分高压抽汽，使回热抽汽做功↑，从而使

i↑；（2）回热级数z↑，各加热器中的换热温差↓，

Er↓，当级数z为无穷多级时，将不存在换热温差，亦不存在

Er；（3）回热级数z↑，最佳给水温度↑；（4）随z的增长，

i增长率

i是递减；（5）实际给水温度稍偏离最佳给水温度时，对

I影响不大

回热加热（抽汽）级数Z最佳回热分配

在给定总给水温升（tfw-tc）和加热器级数Z以后，怎样把总的加热温升分配到各个加热器中去，在众多的分配方案中，有一种最佳分配，它的热效率最高，经济性最高。总原则：给水应加热到最有利的给水温度，使凝汽器中热量损失为最小，蒸汽在汽轮机内的可用焓降达到最大。最佳回热分配实质:在给水温度tfw和加热级数Z一定时,寻求一种热交换不可逆损失总和为最小的分配方式。目的:最终目的是确定汽轮机的抽汽口位置。方法：（三种）最佳回热分配：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)平均分配法(各级加热器中的焓升相等)等焓降分配法(每级加热器焓升=汽轮机各级组的焓降)最佳回热分配最佳给水温度—回热循环汽轮机绝对内效率为最大值时对应的给水温度当p1￪，tfw￪，可使qo=（ho-hfw）￬

，但抽汽作功（ho-hj）￬，do￪；Z不变当p1￬，tfw￬

，使qo=（ho-hfw）￪，但抽汽作功（ho-hj）￪

，do￬；∴必然存在一最佳值Z￪时，，这是因为Z￪

，不可逆因素￬，故不同级数的抽汽回热循环，其最有利的给水温度是不同的，回热级数愈多时理论上最有利的给水温度愈高。一般说来，实际最有利的给水温度，大致为锅炉压力下饱和温度的68～77％。最佳给水温度抽汽回热的其它效果锅炉受热面可以减少一些汽轮机前面几级的流量增大，后面几级的流量减少，对汽轮机有利。凝汽器换热面积可以减少应用回热，对机组有利无弊。现代电厂无一例外都采用回热循环抽汽回热的其它效果(4)蒸汽中间再热（一）再热循环的提出

如上所述，提高蒸汽的初压力，可以提高朗肯循环的热效率，但如果蒸汽的初温度不能同时提高，则蒸汽在汽轮机内膨胀终了时的干度降低，影响汽轮机的安全运行。因此，为了提高蒸汽的初压又不致使乏气的干度过低，常采用蒸汽中间再过热的方法。如图所示,新蒸汽在高压汽轮机中膨胀作功到某一中间压力以后,全部抽出导入锅炉中的再热器，吸收烟气放出的热量，然后再导入低压汽轮机继续膨胀作功到终压力，这种循环称为蒸汽再热循环，简称再热循环。(4)蒸汽中间再热一次再热循环在T-s图中的表示如图所示。可以看出，蒸汽经中间再过热以后，其乏汽的干度明显地提高了。再热循环的吸热平均温度将高于基本的朗肯循环，使整个再热循环的热效率有所提高。(4)蒸汽中间再热（二）中间再热参数(4)蒸汽中间再热再热对汽轮机相对内效率的影响再热使排汽湿度↓，湿度损失↓，

ri

↑再热对汽轮机理想热效率的影响当附加循环吸热过程的平均温度Trh大于基本循环吸热过程平均温度T0，

t↑ST124365abc(4)蒸汽中间再热再热后蒸汽温度trh

trh越高，热经济性越好，但受材料限制，常取trh=t02、再热后蒸汽压力prh

存在一个最佳再热压力当trh=t0，prh=（18%—26%）p0再热后前有抽汽，prh=（18%—26%）p0再热后前无抽汽，prh=（18%—26%）p0ST124365ba烟气再热利用锅炉烟道中烟气加热蒸汽可加热蒸汽到500—6000C热经济性提高6%—8%用途：电厂中再热主要手段(4)蒸汽中间再热

(a)

烟气再热(4)蒸汽中间再热蒸汽再热利用新汽或抽汽加热再热蒸汽再热后汽温较低热经济性提高3%—4%用途：再热温度调节（与烟气再热同时使用）核电站

(b)

蒸汽再热

热力发电厂再热对回热经济性影响两点:

一是会使回热的热经济效果减弱,二是影响回热的最佳分配。(4)蒸汽中间再热热力发电厂

显然，抽汽的过热度愈高，不可逆传热损失愈大。所以，再热增加了蒸汽过热度，增加了不可逆传热损失，从而削弱了回热的热经济性。T再热对回热热经济性的影响(4)蒸汽中间再热热力发电厂

再热对回热分配的影响主要反映在锅炉给水温度和再热后第一级抽汽压力的选择上。目前在各级回热加热分配上，由于高压缸排汽过热度低，而下一级再热后的蒸汽过热度高，一般是采用增大高压缸排汽的抽汽，使这一级加热器的给水焓升为相邻下一级的给水焓升的1.3～1.6倍。其目的是减少给水加热过程的不可逆损失，从而提高回热经济效果。再热对回热分配的影响(4)蒸汽中间再热热力发电厂尽管蒸汽中间再热对给水回热效果带来不利影响，但现代高参数大容量机组均同时采用蒸汽中间再热和给水回热加热，因为二者都可以提高热经济性，节省燃料。如果中间再热和给水回热配合参数选择合理，则热经济性会更高。(4)蒸汽中间再热(5)热电联产（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(5)热电联产热电联产——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，环保有利热电联产典型系统图BTGBGNCNhGTC型汽轮机B型、N型汽轮机(5)热电联产4发电厂原则性热力系统一、热力系统概念热力系统——将热力设备按照热力循环的顺序用管道和附件连接起来的一个有机整体热力系统图——根据发电厂热力循环的特征，将热力部分的主、辅设备及其管道附件按功能有序连接成一个整体的线路图发电厂热力系统的两种基本型式：——发电厂原则性热力系统

——发电厂全面性热力系统 发电厂原则性热力系统

——以规定的符号表示工质按某种热力循环顺序流经的各种热力设备之间联系的线路图目的：表明能量转换与利用的基本过程，反映发电厂能量转换过程的技术完善程度和热经济性特点：简捷、清晰，无相同或备用设备

应用：决定系统组成、发电厂的热经济性

4发电厂原则性热力系统二、

发电厂型式和容量确定

4发电厂原则性热力系统只有电负荷：建凝汽式电厂有供热需要：建热电联产；燃煤： 建在燃料产地附近或矿口发电厂；有天然气：燃气——蒸汽联合循环电厂主要设备选择原则

铭牌出力——汽轮机在额定进汽和再热参数工况下，排汽压力为11.8kpa，补水率为3%时，汽轮发电机组的保证出力汽轮发电机组保证最大连续出力（TMCR）

汽轮机在通过铭牌出力所保证的进汽量、额定主蒸汽和再热蒸汽工况下，在正常的排汽压力（4.9kpa）下，补水率为0%时，机组能保证达到的出力汽轮发电机组调节汽门全开时最大计算出力（VWO）

汽轮机调节汽门全开时通过计算最大进汽量和额定的主蒸汽、再热蒸汽参数工况下，并在正常排汽压力（4.9kpa）和补水率0%条件下计算所能达到的出力

其他：汽轮发电机组在调节汽门全开和所有给水加热器全部投运之下，超压5%连续运行的能力，以适应调峰的需要汽轮机组

（1）汽轮机容量

最大机组容量不宜超过系统总容量的10%；大容量电力系统，选用高效率的300MW、600MW机组（2）汽轮机参数采用高效率大容量中间再热式汽轮机组；大型凝汽式火电厂汽轮机组采用亚临界和超临界：300MW、600MW、800MW、1000MW（3）汽轮机台数汽轮发电机组台数4～6台，机组容量等级不超过两种；同容量机、炉采用同一制造厂的同一型式锅炉（1）锅炉参数锅炉过热器出口额定蒸汽压力；过热器出口额定蒸汽温度；再热蒸汽管道、再热器的压力降；再热器出口额定蒸汽温度（2）锅炉型式采用煤粉炉；水循环方式：自然循环、强制循环、直流（3）锅炉容量与台数凝汽式发电厂一般一机配一炉；联产发电厂，保证锅炉最小稳定燃烧的负荷4发电厂原则性热力系统三、原则性热力系统举例N300-16.7/538/538机组的发电厂原则性热力系统原则性热力系统举例国产N300—16.18／550／550型亚临界参数中间再热式汽轮机，配1000／16.77／555型直流锅炉的发电厂原则性热力系统图原则性热力系统举例

该机组有八级不调整抽汽，回热系统为三台高压加热器、四台低压加热器、一台除氧器。三台高压加热器都设置内置式蒸汽冷却器和疏水冷却器、疏水逐级自流至除氧器。除氧器为滑压运行，给水系统采用汽动调速给水泵FP，主给水泵FP前设电动前置泵TP。驱动小汽轮机TD为凝汽式，其排汽进入主机凝汽器CC，正常工况汽源为第五段抽汽(部分机组现已改为第四段抽汽)。H5低压加热器设有内置式蒸汽冷却器，除H7低压加热器采用疏水泵DP外，其余低压加热器均采用疏水逐级自流方式，H8低压加热器放在凝汽器颈部，其疏水自流入热井。由于直流锅炉没有排污，为保证锅炉的汽水品质，对凝结水需要全部精处理，故设有凝结水除盐设备DE，因DE