热力发电厂动力循环及其热经济性ppt课件

1、.,第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性,热力发电厂热经济性的评价方法 凝汽式发电厂的主要热经济性指标 发电厂的动力循环,.,第一节 热力发电厂热经济性的评价方法,热量法（热效率法） 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 做功能力法（熵方法、火用方法） 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,.,一、热量法,通过热量的利用程度（热效率）或损失大小（热量损失、热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性,热量守衡： 供给热量 = 有效利用热量 + 损失热量,.,简单凝汽式发电厂循环系统图,B,C,b,i,cp=bpimg,g,m,p

2、,Qb,Q0,.,G,.,（1）锅炉效率h b,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,排烟损失、散热损失、 未完全燃烧损失、排污损失,.,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Qp,（2）管道效率h P,.,（3） 汽轮机效率h i,.,汽轮机机械能量平衡关系： 汽轮机内功率Wi= 发电机轴端功率Pax +机械损失Qm,（4）机械效率h m,.,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,（5）发电机,.,全厂能量平衡关系： 全厂热耗量Qcp =发电机输出功率Pe + 全厂能量损失Qj,

3、（6）全厂总效率,Qb + Qp + Qc + Qm + Qg,.,火力发电厂的各项损失（%）,.,热流图,.,二、熵方法,实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增 熵方法通过熵增（熵产）的计算来确定做功的损失 环境温度Ten，则熵增 s 引起的做功损失 I 为： I = Ten s,.,典型不可逆过程的做功能力损失,（1）有温差的换热过程 放热过程：熵减s a 吸热过程：熵增s b,Ten,放热量 = 吸热量,做功损失：,换热过程熵增：,分析：T ， I ,锅炉、冷凝器、加热器,I,.,过程熵增: s 火用损E,（2）不可逆绝热膨胀过程 汽轮机 做功损失：,.,（3）不可逆绝热压缩过程 水泵

4、做功损失：,.,（4）节流过程 汽轮机进汽调节结构 做功损失：,.,（二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率,做功能力损失部位 锅炉 Ib 管道 Ip 汽轮机内部做功 It 凝汽器 Ic 传动装置 Im 发电机 Ig 回热加热器、给水泵（忽略）,.,en,凝汽式发电厂做功能力损失分布图,.,凝汽式发电厂做功能力损失 做功损失 ICP：,全厂效率：,.,能流图,.,小 结,1 总体：热量法与作功能力法的全厂总效率相同 2 局部：损失分析不同 热量法：从热损失的角度分析 作功能力法：从做功能力损失的角度分析 3 用途 热量法：定量分析，指导工程实际 作功能力法： 定性分析，指导技术革新,.,二 凝汽

5、式发电厂的主要热经济指标,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,.,1、能耗,反映发电机组每小时生产所消耗的能量 全厂煤耗 Bcp 全厂热耗 Qcp 汽轮机热耗 Q0 汽轮机汽耗 D0 热平衡方程式： 3600Pe = Bqnetcp = Qcpcp = Bqnetbpimg = Q0img = Q0e = D0wimg kJ/h,.,发电厂热耗量（kJ/h） ： 发电厂煤耗量（kg/h） ： 汽轮发电机组汽耗量（kg/h）： 汽轮发电机组热耗量（kJ/h） ： 注意 能耗指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性；,.,2、能耗率,反映每生产1kW.

6、h电能所消耗的能量 全厂热耗率qcp（kJ/(kW.h)） 全厂发电煤耗率bcp（kg/(kW.h)） 汽轮机热耗率q（kJ/(kW.h)） 汽轮机汽耗率d（kg/(kW.h)）,.,标准煤 q1=29270kJ/kg 发电标准煤耗率,供电标准煤耗率（扣除厂用电）,（kg标准煤/(kW.h)）,（kg标准煤/(kW.h)）,.,3、热效率,（1）凝汽式汽轮机的绝对内效率i 汽轮机能量平衡式： 绝对内效率i： Wi汽轮机汽耗为D0时实际内功率 Wa汽轮机汽耗为D0时理想内功率 i汽轮机的绝对内效率 t汽轮机的理想热效率 ri汽轮机的相对内效率,.,1kg新汽的热耗 汽轮机能量能量平衡： 比热耗q

7、0（kJ/kg） ： 比内功wi（kJ/kg） ： 比冷源热损失qc ： 内效率i ：,.,示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）,.,汽轮机实际做功 Wi 的计算： （1）Wi 汽轮机凝汽流内功各级回热汽流内功 （2）Wi 汽轮机输入能量输出能量 （3）Wi 汽轮机热耗Q0 汽轮机冷源损失Qc,.,2、汽轮发电机组的绝对电效率e,.,3、凝汽式电厂热效率cp （全厂热效率）,全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率）,厂用电率（平均为8.2%） 300MW及以上机组电厂： 4.7%5.5%； 125200MW机组电厂： 8.5%； 中小容量机组电厂： 9%12%。,.,三 发电厂的

8、动力循环,（一）朗肯循环及其热经济性,T,S,1-2-3-4-1 郎肯循环,1,2,3,4,TC,平均放热温度,平均吸热温度,.,1 提高初温（t0)的热经济性分析 （1）提高初温对t的影响 t0，t,（二）蒸汽初参数对电厂热经济性的影响,结论： t0，t和ri，因此，i,（2）提高初温对ri的影响 t0，排汽湿度，ri t0，漏汽损失，ri ,.,2、提高初压（p0)的热经济性分析,（1）提高初压对t 的影响,极限压力p* 1) p0 p*, p0，t,P0=22MPa,工程压力小于极限压力,t0,.,不同温度下的极限压力与t,T,极限压力p*, t,.,s,1,2,2,3,4,5,T,T0

9、,1,P0,（2） 提高初压对ri 的影响,p0，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,P0,.,3 蒸汽初参数对发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,.,4、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,.,1）理论上的初参数选择 初温由选用钢材确定 初压由最大允许排汽湿度确定 2）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

10、资,5、蒸汽初参数的选择,.,1、降低蒸汽终参数pc对热经济性的影响(最大) （1）有利影响 t（ t =1-Tc/T1，wa） 凝汽器做功损I （2）不利影响 Pc湿气损失叶片寿命 ri Pcvc余速损失 i ,（三）蒸汽终参数对电厂热经济性的影响,结论：在极限背压以上，降低pc对热经济性有利,.,排汽压力与理想循环热效率关系曲线,.,汽轮机排气压力（背压）pc由排汽饱和温度tc决定 tc = tc1 t t t冷却水温升 t凝汽器传热端差 tc决定因素：冷却水温、冷却水量、换热面积、换热面清洁度 1）自然条件（理论限制） 自然水温tc1； 2）技术水平 冷却水量和凝汽器面积都不可能无限大

11、末级长叶片的设计和制造水平,2、降低蒸汽终参数的限制,.,3、最佳蒸汽终参数,以年计算费用最小时所对应的pc为最佳终参数 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 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。,.,三、回热循环及其热经济性,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）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：

12、 回热抽汽存在作功不足，wi减小，D0增大，削弱了Dc的减小,.,（二）给水回热加热的热经济性 单级回热汽轮机的绝对内效率：,.,多级无再热的回热循环，汽轮机的绝对内效率： 总内功：,回热抽汽做内功之和,凝汽流做内功,回热抽汽做功比： ， ,分析：回热抽汽在汽轮机中的做功量 ， ， ,.,（三）影响回热过程热经济性的因素,1 多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配 2 锅炉给水温度； 3 回热加热级数,.,非再热机组全混合式加热器回热系统,.,1号加热器： 1q1=(1- 1)hw1 1= hw1/(q1+ hw1), 1- 1= q1/(q1+ hw1),2号加热器： 2q2=(1-1

13、- 2)hw2 2= (1-1)hw2/(q2+ hw2) 1-1- 2=q1/(q1+ hw1)*q2/(q2+ hw2),1 多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配,h1,h2,h3,hw1,hw2,hw3,hw4,1kg,高,低,1#,2#,3#,hw1,.,同理：,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),hw2= h1- h2= h1, h,0,1,2,3,4,c,.,.,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),几何级数分配法(每级加热器绝对温度按几何级数分配),.,2 最佳给水温度 回

14、热循环汽轮机绝对内效率为最大值时对应的给水温度 最小， 最大 做功不足系数： 再热前： 再热后：,qrh,.,提高给水温度tfw的影响： 抽汽压力，抽汽做功，做功不足系数Yj， 汽耗量D0 = D0R + YjDj，汽耗率d = D0/Pe； 工质吸热量q0 = h0 - hfw， 发电机组热耗率q = dq0 、汽轮机内效率i受双重影响； 锅炉内的换热温差，相应的做功损失； 回热加热器内换热温差，相应的做功损失； 存在最佳给水温度tfwop； 通常给水温度 tfw=（0.650.75）tfwop,.,.,3 给水加热级数Z （1）tfw一定，回热级数z增加，可利用低压抽汽代替部分高压抽汽，使

15、回热抽汽做功，i； （2）回热级数z，各加热器中的换热温差，I； （3）回热级数z，最佳给水温度； （4）z，i增长率i ； （5）实际给水温度稍偏离最佳给水温度，对i影响不大,.,.,四、蒸汽中间再热循环及其热经济性,蒸汽中间再热 将汽轮机高压部分做过功的蒸汽从汽轮机某一中间级引出，送到锅炉的再器加热，提高温度后送回汽轮机继续做功 目的：提高电厂的热经济性，适应大机组发展,.,1、再热对汽轮机相对内效率ri的影响 再热使排汽湿度，湿度损失， ri 2、再热对汽轮机理想热效率t的影响 当： Trh T0 ，t 3、 采用中间再热，汽轮机总汽耗量； 蒸汽初压，增大单机容量,（一）蒸汽中间再热的热

16、经济性,基本循环吸热过程平均温度,附加循环吸热过程平均温度,.,1、再热后蒸汽温度trh trh ，r ，但受材料限制，常取 trh=t0 2、再热后蒸汽压力prh prh ，r ，附加循环热量q 最佳再热压力 当 trh = t0， prh=（18%26%）p0 再热前有抽汽， prh=（18%22%）p0 再热前无抽汽， prh=（22%26%）p0,（二）再热参数的合理选择,.,1、烟气再热 利用锅炉烟道中烟气加热蒸汽 可加热蒸汽到5006000C 热经济性提高6%8% 不利：安全、成本 用途：热电厂,（三）再热的方法,.,2、蒸汽再热 利用新汽或抽汽加热再热蒸汽 热经济性提高3%4%

17、结构简单 不利：再热后汽温较低、压力低 用途：核电站 再热温度调节,.,3、中间载热质再热,热经济性高 结构简单 中间载热质要求： 稳定、比热大、比容小,.,（四）再热对回热经济性的影响,1、再热对回热热经济性的影响 再热使做功增加，新蒸汽流量，回热抽汽温度和焓值，抽汽量，抽汽做功，凝汽汽流做功，冷源损失，热效率 抽汽点过热度，加热器传热温差，不可逆损失增大,.,2、再热对回热分配的影响 影响：再热后第一级抽汽压力的选择 各级回热加热分配 措施：减少再热后一级加热器给水焓升 增加蒸汽冷却器,.,五、热电联产循环,利用在汽轮机中做过功的蒸汽的热量供给热用户，即在同一动力设备中同时生产电能和热能 目的：充分利用低位热能，提高热效率,.,传统火力发电，燃煤能源利用率35左右； 热电联产，燃煤能源利用率45左右； 传统小锅炉分散供热效率60左右； 热电厂锅炉集中供热效率可达到90,生产方式： 背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机,.,吸热量： 实际循环的做功量： 实际循环的放