热力系统节能理论

1、第10章 热力系统经济性诊断 理论基础,西 安 交 通 大 学 能 动 学 院 电 厂 热 能 系,10.1 概述 10.2 等效热降的基本原理 10.3 热力系统经济性诊断的基本法则 10.4 应用等效热降进行经济性诊断的条件 10.5 热力系统节能诊断举例 10.6 供热机组热力系统节能诊断方法,等效热降首先由前苏联学者库兹涅佐夫在60年代后期提出，并在70年代逐步完善、成熟，后经西安交通大学拓展而形成了完整的理论体系 等效热降属于能量转化中的热平衡法，但是摒弃了常规计算的缺点，不需要全盘重新计算就能诊断系统变化的经济性，即用简捷的局部运算代替整个系统的繁杂计算 等效热降主要用来分析蒸汽动

2、力装置和热力系统的经济性。在火电厂的设计中，用以论证方案的技术经济性，探讨热力系统和设备中各种因素的影响以及局部变动后的经济效益，是热力工程和热力系统优化设计的有力工具。 本章主要对等效热降理论的基本原理进行介绍,10.1 概述,10.2 等效热降的基本原理,抽汽等效热降的概念 抽汽等效热降是指排挤1kg加热器抽汽返回汽轮机后的真实作功大小,如图10.1所示，假设一个纯热量q进入 3加热器中因而使疏水在2加热器 的放热量减少,减少的热量应当由2加热器抽汽来补偿,1加热器中抽汽应增加,3加热器排挤1kg抽汽返回汽轮机的真实作功等于,图10.1 机组热力系统,10.2 等效热降的基本原理,抽汽等效

3、热降的概念 抽汽效率 排挤1kg加热器抽汽，需要加入的热量为与排挤1kg抽汽获得的功之比,抽汽效率反映任意抽汽能级j处热变功的程度，和该能级以下（由于加入热量引起）的一切作功变化,10.2 等效热降的基本原理,抽汽等效热降的计算,式中：,取,或者,r 加热器j后更低压力 抽汽口脚码。,各抽汽等效热降算出后，可得抽汽效率：,如图10.2，等效热降：,如果j为汇集式加热器，则 =,如果j为疏水放流式加热器，则从j 以下直到（包括）汇集式加热器 =,而在汇集加热器以下，无论是汇集式 或疏水放流式加热器，则一律 =,图10.2 机组局部系统,10.2 等效热降的基本原理,新蒸汽等效热降,新蒸汽等效热降

4、实际上就是1kg新蒸汽的实际作功，因此新蒸汽的等效热降为：,扣除附加成分的作功损失称为新蒸汽的净等效热降，可表示为：,式中:,轴封漏汽及利用、加热器散热、抽气器耗汽和泵功耗能等 辅助成分的作功损失的总和,汽轮机的装置效率，即实际循环效率可按新蒸汽等效热降与加入热量求得，即,式中： Q加入热力循环的热量 kJ/kg,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,纯热量进出系统的定量诊断法则 内部热量出入系统,j j-1,图10.3 给水泵焓升示意图,图10.3为给水泵的示意图。由于,是纯热量进入系统，并利用在,因而按等效热降概念，新蒸汽等效热降的增量为：,能级上，,故泵功焓升热量回收使装置热经济性的变

5、化为：,内部纯热量出系统时：,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,纯热量进出系统的定量诊断法则 外部热量进入系统,图10.4 外部热量进入系统,j j-1,新蒸汽等效热降的增量：,装置效率相对提高：,或,热耗率的变化：,标准煤耗率的变化：,全年标准煤耗量的变化：,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进出系统的定量诊断法则 蒸汽携带热量进系统,j j-1,图10.5 蒸汽携带热量进系统,热量,纯热量,带工质的热量,纯热量进入系统的作功引起的变化：,蒸汽携带热量的全部作功应是两部分热量作功的代数和,装置经济性的相对变化为：,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进

6、出系统的定量诊断法则 蒸汽携带热量从汽轮机出系统,j+1 j 1,图10.6 蒸汽携带热量从汽轮机出系统,图10.6表示具有焓值,，份额为 的蒸汽,从汽轮机出系统。比如轴封漏汽、门杆漏汽,由于系统中有 的工质出系统，凝汽器必须 有 的化学补充水进入系统，故新蒸汽作功 的变化为：,对装置热经济性的影响为：,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进出系统的定量诊断法则 蒸汽携带热量从加热器侧出系统,j j-1,图10.7 蒸汽携带热量从加热器汽侧出系统,图10.7表示具有焓值,，份额为 的蒸汽,从j加热器汽侧出系统 。,对装置热经济性的影响为：,热量,纯热量,带工质的热量,蒸汽携带热

7、量从加热器汽侧出系统的全部作功：,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进出系统的定量诊断法则 热水从主凝结水管路进入系统,j j-1,图10.8 热水从主凝结水管路进入系统,图10.8表示具有焓值,，份额为 的,热水从j加热器后进入凝结水管路,对装置热经济性的影响为：,热量,纯热量,带工质的热量,热水从主凝结水管路进入系统的全部作功,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进出系统的定量诊断法则 热水从疏水管路进入系统,j j-1,图10.9 热水从疏水管路进入系统,图10.9表示具有焓值,，份额为,的热水从j加热器的疏水管路进入系统,对装置热经济性的影响为：,热量

8、,纯热量,带工质的热量,热水从疏水管路进入系统的全部作功：,热水进入汇集加热器获得作功,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进出系统的定量诊断法则 热水从加热器汽侧进系统,j j-1,图10.10 热水从加热器汽侧进系统,图10.10表示具有焓值,，份额为,的热水从j加热器侧进入系统,对装置热经济性的影响为：,1.仿照热水进入疏水管进行处理得出其对作功的影响为,2.将其当成蒸汽进入系统处理得出其对作功的影响为,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,带工质的热量进出系统的定量诊断法则 热水携带热量出系统,给水携带热量出系统的诊断计算公式：,装置热经济性相对变化为：,疏水携带热量

9、出系统的诊断公式：,装置热经济性相对变化为：,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,补水地点对诊断计算公式的影响,补充水,m,图10.11 补水方式系统图,如图10.11所示系统补充水由冷凝器补入改为从除氧器补入引起的作功的差异，按等效热降理论的工质进出系统进行分析其对作功的影响值为：,其物理意义是，由于补水进入除氧器增加了除氧器用汽，因而新蒸汽作功减少了 但补水不进冷凝器，也不沿低压加热器逐级吸热，故获得作功为 两者的代数和就是补水地点引起的作功差异。,10.3 热力系统经济性诊断的基本法则,新蒸汽净等效热降的计算,新蒸汽毛等效热降 扣除热力系统全部辅助成分的作功损失 ，就得到新蒸汽净等效

10、热降。即：,热力系统的辅助成分，是指除了抽汽回热加热以外的一切附加成分。它一般 包括：门杆漏汽及其利用、轴封漏汽及其利用、抽气器用汽及其回收利用、 给水泵的焓升、加热器的散热损失等等。各种热力系统都有自己的辅助成分 。它们的作功损失和回收利用的作功，均可以用本节前面讨论的基本法则给 予局部定量诊断计算。这些作功损失和回收利用作功的代数和，就是我们所 求的,10.4 应用等效热降进行经济性诊断的条件,应用等效热降进行热力系统经济性诊断的计算是以新蒸汽流量保持不变为前提条件 在计算等效热降时，认为新蒸汽参数、再热参数、终参数以及各抽汽参数均为已知，且保持不变，即汽轮机膨胀过程线的变化暂时不予考虑

11、为了局部定量诊断分析的方便，认为加入循环的热量也保持不变,10.5 热力系统节能诊断举例 一、 轴封渗漏及其利用系统的经济性诊断,j m 1,图10.12 机组的轴封系统示意图,A,B,C,轴封渗漏如图10.12所示，作功能力损失为:,轴封渗漏被引入j加热器中其回收功为:,轴封渗漏及利用系统对装置热经济性影响：,采用轴封冷却器回收系统计算模型:,10.5 热力系统节能诊断举例 二、 厂用蒸汽系统的经济性诊断,j k 1,图10.13 厂用汽系统示意图,厂用汽,回水,厂用蒸汽出系统如图10.13所示，引起的作功损失为：,凝结水返回K加热器出口的主凝结水 线的回收功为：,凝结水返回K加热器汽侧的回

12、收功为：,厂用蒸汽对装置热经济性影响的诊断模型为：,或,如果厂用蒸汽的疏水全部回收，则 =1 如果疏水根本不回收或不能回收，则 =0,10.5 热力系统节能诊断举例 三、 喷水减温系统的经济性诊断,n m,图10.14 过热器喷水调温系统,b,a,由于喷水减温增加的作功为：,式中: 给水泵焓升 kJ/kg m 除氧器的编号,1kg新蒸汽吸热量的增加值为：,喷水减温后的新蒸汽等效热降及新蒸汽的吸热量分别为：,喷水减温使装置效率的相对变化为：,式中: H无喷水减温时的新蒸汽等效热降 kJ/kg Q无喷水减温时的新蒸汽吸热量 kJ/kg,10.5 热力系统节能诊断举例 四、 排污及其利用系统的经济性

13、诊断,排污,补水,n 1,图10.15 锅炉排污系统,m,图10.16 排污扩容利用系统,连续排污的热水具有较高温度和压力，是一种高能位热水，属带工质的热水出 系统，如图10.14所示。为了回收排污的部分工质，利用其热量，一般通过排污扩容 器利用系统实现，如图10.15所示。,10.5 热力系统节能诊断举例 四、 排污及其利用系统的经济性诊断,连续排污份额 的热水的热力过程是从补充水开始进入热力系统，沿凝结水和给 水加热路线，经过加热器逐级升温，最后在锅炉中加热到汽包饱和温度出系统。,同时，循环吸热量增加：,锅炉连续排污对装置效率的影响为：,扩容蒸汽是以带工质的热量进系统，其回收功为：,如果采

14、用多级扩容回收利用，则为多股扩容蒸汽携带热量进系统，其回收功为：,排污扩容回收利用系统的热经济效果为：,由此可以得出其作功损失为：,10.5 热力系统节能诊断举例 四、 再循环系统的经济性诊断,j,图10.16 凝结水再循环系统,如图10.16所示，如果有 的主凝结水经过再循环，则作功能力损失为：,装置热经济性相对降低:,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法,利用等效热降理论进行供热机组热力系统经济性诊断时，其计算过程与凝汽机组的计算过程属两种完全不同的体系 介绍一种能将等效热降应用于供热机组，并与凝汽机组完全统一的供热机组热力系统经济性诊断方法,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法一、

15、数学模型,8 7 6 5 4 3 2 1,图10.17 具有再热的双抽机组,采用如图10.17所示的具有再热的双抽机组(200MW)为例进行研究：,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法一、 数学模型,假设该供热机组的新蒸汽量为 ，工业抽汽量为 ，采暖抽汽量为 ，供热 抽汽的返回水及补充水都进入凝汽器，则该机组的新蒸汽等效热降（即循环功）为：,式中： j加热器的抽汽焓 n 热力系统中加热器的数目(n=8) 各种辅助成份的作功能力损失,如果由于热力系统的某种变化而引起1kg新蒸汽等效热降的改变为 ，1kg新蒸汽的循环吸热量变化为 供热机组新蒸汽等效热降的真实变化 为：,式中： 系统变化后的新蒸汽

16、量 相当于凝汽机组的新蒸汽等效热降的变化,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法一、 数学模型,代入,令,补充水进低压除氧器,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法二、 的计算方法,m j,图10.18 补充水进低压除氧器的抽汽供热系统,如图10.18所示的供热系统，其工业热负荷 的返回水率为 返回水的焓为 暖热负荷 的返回水率为 返回水的焓为 补充水的焓 低压除氧器的同级抽汽加热器编号为j，根据等效热降理论有：,补充水进高压除氧器,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法二、 的计算方法,m j,图10.19 补充水进高压除氧器的抽汽供热系统,如图10.19中实线所示的供热系统，其采暖抽汽的同级抽汽加热器编号为j，补充水进高压除氧器，根据等效热降理论有：,补充水进凝汽器,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法二、 的计算方法,如图10.19所示的供热系统，虚线表示补充水进凝汽器，根据等效热降理论有：,10.6 供热机组热力系统节能诊断方法,单因素的经济性诊断方法,再热供热机组的单一影响因素的经济性诊断步骤可归纳如下：,(1) 整理原始数据，计算各加热器的、q、；,(2) 按再热凝汽机组的变热