热力发电厂第4章：热电厂的经济性及供热系统

1、第4章 热电厂的经济性及其供热系统,热负荷及其载热质 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配 热电厂的主要热经济性指标与热电联产 节约燃料的条件 热电厂的热化系数与供热式机组的选型 热电厂的供热系统,4.1 热负荷及其载热质,凝汽式发电厂： 只发电 热电厂： 同时发电和供热 分散供热： 小锅炉供应 集中供热： 热电厂或区域性大锅炉房,4.1.1热负荷及其载热质,热负荷：供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热 (1)热负荷分类 季节性热负荷：用热量主要与气候条件有关 采暖、通风、空调 特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小 非季节性热负荷：用热量与室外气温无关 热水供应、生产工艺用热 特点：年变化小

2、，日变化大,各类热负荷特点,(2)季节性热负荷,供暖设计热负荷 保持建筑物损失热量与获得热量的平衡 体积指标法： 面积指标法：,通风设计热负荷 加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量 体积热指标法： 百分数法：,空调设计热负荷 冬季采暖 夏季制冷：,（2） 全年性热负荷,生活用热设计热负荷 热水供应用热 其它生活用热 供暖期的热水供应平均小时热负荷： 热水送水温度一般为6065,生产工艺用热设计热负荷 满足生产过程中的各种用热 其大小和变化规律完全取决于工艺性质、生产设备的形式及生产的工作制度 低温供热：130 150 中温供热：150 250 高温供热：250 300,（3） 热负荷图,反映热

3、负荷随室外温度或时间的变化 热负荷时间图,热负荷随室外温度变化图,1供暖热负荷；2冬季通风热负荷； 3热水供应热负荷；4总热负荷, 热负荷持续时间图,表示不同小时用热量的持续性曲线 季节性热负荷持续时间图 不同室外温度持续时间确定的热负荷变化规律,4.1.2 载热质及其选择,供热系统: 热源、热网、用户引入口及局部用热系统 热网: 将热能由热源通过管网输送给热用户的系统,热网分类,按载热质的回收情况分类： 按载热质分：水网和汽网,水网的特点,供热距离远； 水网是利用供热式汽轮机的调节抽汽，在面式热网加热器中凝结放热，将网水加热并作为载热质通过水网对外供热，该加热蒸汽被凝结成的水可全部收回热电厂

4、，即回水率 = 100%； 水网设计供水温度130150，可用供热汽轮机的低压抽汽作加热蒸汽，使热化发电比加大，提高其热经济性； 可在热电厂内通过改变网水温度进行集中供热调节，而且水网蓄热能力大，热负荷变化大时仍稳定运行，水温变化缓和。,汽网的优点,要求蒸汽作工质的热用户； 通用性好，可满足各种用热形式的需要； 耗电少； 因高度差形成的静压力很小，运行稳定； 蒸汽的传热系数高，可减少传热面积，降低换热设备造价,4.2 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配,4.2.1 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,热电联产 同时生产电能和热能 热电联产优点：

5、 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,C型汽轮机,B型、N型汽轮机,N=NC+Nh,供热循环在理想工况和实际工况下的供热循环的热效率:,4.2.2 热电厂总热耗能的分配,热电联产总热耗能的分配方法： 热量法（热电联产效益归电） 实际焓降法（热电联产效益归热） 做功能力法（热电联产效益折中）,（1）热量法 将热电厂的总热耗量按产品数量比例进行分配 热电厂总热耗量： 分配给供热的热耗量： 能量平衡式： 汽轮机内效率：,分析： 从热能数量利用的观点来分配热耗； 没有考虑热能质量上的差别； 供热热耗量Qtp(h)是几种方法中最大的； 好处归电

6、（发电部分没有冷源热损失）； 不能调动改进热功转化过程的积极性； 不利于鼓励热用户降低用热参数,（2）实际焓降法 按联产供热汽流在汽轮机中少做的功（实际焓降不足）与新蒸汽实际的焓降来分配供热的热耗量 分配给供热的热耗量： 减温减压器的热耗量： 供热总热耗量： 发电热耗量：,特点： 考虑外供热抽汽在汽轮机中做功的影响； 考虑热能质上的差别； 供热部分没有分担热功转换过程中的冷源损失和不可逆损失； 供热热耗量Qtp(h) 最小，好处归热； 可鼓励热用户降低用热参数,（3）做功能力法 把联产汽流的热耗量按蒸汽的最大做功能力在电、热两种产品之间分配 分配给供热的热耗量： 比火用： 分析： 同时考虑热能

7、的质量和数量； 热电联产的热经济效益分配到热电两种产品上； 供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际焓降法近似,热电联产典型系统图,C型汽轮机,B型、N型汽轮机,N=NC+Nh,4.3 热电厂的主要热经济性指标 与热电联产节约燃料的条件,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,4.3.1 热电厂的分项热经济性指标,（1）发电方面的热经济性指标 热电厂发电热效率 热电厂发电热耗率 热电厂发电标准煤耗率,热经济性指标表示设备或系统能量利用及能量转换过程中的技术完善程度,（2）供热方面的热经济性指标 热电厂供热热效率 热电厂供热标准煤耗率,4.3.2 热电厂

8、总的热经济性指标 （1）热电厂的燃料利用系数tp 热电厂对外供电、热之和与输入能量之比,数量利用指标 估算燃料消耗量,（2）热化发电率 质量不等价的热化发电量与热化供热量的比值 热化供热量： 热化发电量：,外部热化发电量（供热蒸汽）,内部热化发电量 （加热抽汽）,分析： 热电联产质的指标，比较供热机组热功转换过程技术完善的程度； 只与热电联产部分的热、电有关； 只能比较抽汽参数相同的供热机组间的热经济性,（3）发电厂的热比 表明本机组热电联产利用程度,4.3.3 热电联产较分产的燃料节约量,（1）比较基础 遵循能量供应相等原则，假定联产与分产的热负荷Q 、电负荷分别相等； 热电分产的凝汽式机组

9、（代替电站）的b、p、m和g与联产发电相同； 联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉效率,热电联产与分产的对比系统模型,Bsdp = Bscp+Bsd,Bstp = Bstp(h)+Bstp(e),热电分产,热电联产,（2）联产较分产的节煤量,在能量供应水平相等的前提下： 热电分产标煤量：Bsdp = Bscp+Bsd 热电联产标煤量： Bstp = Bstp(h)+Bstp(e) 差值为： Bs = Bdps Btps =（Bcps Btp（e）s）+（Bds Btp（h）s） =Bes +Bhs,联产发电节煤量,联产供热节煤量,供热方面的燃料节省 分产供热时的标准煤耗量 联产供热时的标准

10、煤耗量 联产供热较分产供热时节省的燃料量Bhs,分产供热时的标准煤耗率 联产供热时的标准煤耗率,发电方面的燃料节省 分产发电时的标准煤耗量 联产发电时的标准煤耗量(供热汽流、凝汽流) 联产供热较分产供热发电时节省的燃料量Bes,热化发电比热化发电量占整个机组发电量的比值 联产全年节省的燃料量Bs,(1) 联产发电节煤的条件 a.单抽凝汽式机组的节煤条件 Wc=WWh 代入 单抽凝汽式机组与代替电站的凝汽式机组相比，就蒸汽初参数而言，同档次时Xc 13%15%；低一档时Xc 40%；低两档时 Xc 50%。,（3）联产比分产节煤的条件,b.背压式机组的节煤条件 背压式机组以供热量 Qh 单值地决

11、定了其热化发电量 Wh ，根据能量供应相等的原则，其不足的发电量 (WWh) 要由电力系统来补偿 Wcs ，该补偿发电量的煤耗率应以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。 同理，背压式机组的节煤条件式为 将 Wcs=WWh 关系代入上式，并整理为,c.凝汽-采暖两用机的节煤条件 两用机在采暖期要抽汽对外供热而少发的电，由电力系统补偿，其煤耗率也以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。 两用机的产电节煤条件式为： 将 Wc=WWhWcs 关系式代入并整理为： 两用机产电的临界热化发电比 XN(c) 为：,（2）联产供热节省燃料的条件,4.4 热电厂的热化系数与供热式机组的选型,4.4.1 热化系数t

12、p 供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比 小时热化系数tp： 年热化系数tpa：,热化系数tp应用背景: 已建成投运的热电厂： 提高tp，供热机组热化发电量Wh愈大，热化发电比X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好 新建的热电厂： tp的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽式机组的热经济性及其投资有关 热化系数tp选择: 工业热负荷：0.60.75 采暖热负荷：0.500.55,背压式机组,4.4.2供热机组的选择,（1）供热机组的机型选择 机型及其特点,凝汽-采暖式机组,抽汽式机组,背压式 抽汽式 凝汽-采暖式,纯背压式（B） 抽汽背压式（CB）,全年性负荷,全年性负荷、 季节性负荷,季节性负

13、荷,（2）供热机组单位容量的选择,（2）供热机组初参数的选择,蒸汽初压与供热机组热效率关系 曲线1为Qh=0； 曲线2、2为Qh=209GJ/h； 曲线3、3为Qh=376GJ/h,小结,a根据电网容量、火电机组单机容量、全厂容量及参数的情况，供热机组的选择要“以热定电”，尽可能采用较高的初参数和再热循环，完善回热系统； b根据热负荷的特性选择供热式机组，使机组尽可能在经济的设计工况附近运行。机组最大供热量应小于热负荷最大值，即 tp 1； c扩大城市热化规模，改造淘汰小型锅炉。,4.2.1蒸汽供热系统 （1）直接供汽方式,4.2 热电厂的供热系统,（2）间接供汽方式,4.2.2热电厂的水热网

14、供热系统 （1）热网系统,供热设备 热网加热器：表面式换热器（立式、卧式） 基本热网加热器（基载加热器BH） 尖峰热网加热器（峰载加热器PH） 热网水泵HP：热水循环的动力源 热网加热器疏水泵HDP：回收热网加热器中凝结水 热网补充水泵HMP：补充热网水损失 尖峰锅炉WB：热化系数tp1时，在尖峰热负荷期间 投入使用,（2）热网系统中主要设备 热网加热器,减温减压器 将较高参数的蒸汽降低到需要的压力和温度 工作原理：通过节流降低压力，通过喷水降低温度 组成：节流减压阀、喷水减温设备、压力温度自动 调节系统,减温减压器热力系统图 1减压阀；2节流孔板；3混和管；4喷嘴；5给水分配阀；6节流装置； 7截止阀； 8逆止阀；9主安全阀；10脉冲安全阀；11压力表；12温度计； 13蒸汽管道； 14出口阀；15疏水排出系统L1减压系统长度；L2减温系统长度；L3安全装置长度,（一）供热系统分类 分散供热系统： 热源与热用户的用热装置直接结合，或者相距很近，无需热网 集中供热系统 组成：热源、热网、热用户