热力发电厂动力循环及其热经济性

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,qb,q0,g,

2、（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,（6）全厂总效率,qb + qp + qc +

3、 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 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

4、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

5、,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.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

6、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q0（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（

7、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)

8、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,t0,1,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

9、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

10、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 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

11、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： 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

12、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- 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,h

13、w4,1kg,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

14、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

15、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

16、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% 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