1热力发电厂动力循环及其热经济性

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损失能量有效利用能量供给总能量热力设备η热损失率z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GBCηbηiηcp=ηbηpηiηmηgηgηmηpTQbQ0有再热的凝汽式发电厂循环系统图G（1）锅炉效率hb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△QbbcpQbQbhz-=D=1cpQbQcpQbQBqbQbD-===1neth0.9~0.94BQb△QbQcp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hPQbTQ0B△Qp)1(pbcpQpQphhz-=D=0.98~0.99bQpQbQQpD-==10h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汽轮机排汽的汽化潜热损失、膨胀节流、排汽、内部损失TWiQ0G△QC010QcQQiWiD-==h0.45~0.47)1(ipbcpQcQchhhz-=D=（3）汽轮机效率hi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hmTWiPaxG△Qm0.965~0.9936001PQaxmmWWiihD==-(1)mQmmbpiQcpzhhhhD==-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(1)gQggbpimQcpzhhhhhD==-0.95~0.9813600QPgegPPaxaxhD==-PaxG△QgPe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Σ△Qj（6）全厂总效率-=D-===cpjcpQcpjQgmipbcpQePcpzhhhhhh113600-=D-===cpjcpQcpjQgmipbcpQePcpzhhhhhh1136000.24~0.42QjcpQcpzD==Σzjcp0.58~0.76△Qb+△Qp+△Qc+△Qm+△Qg火力发电厂的各项损失（%）项目高参数超高参数超临界参数锅炉△Qb1098管道△Qp10.50.5汽轮机冷源△Qc57.552.550.5汽轮机机械△Qm0.50.50.5发电机△Qg0.50.50.5总能量损失69.56360全厂总效率30.53740热流图D-=D-=cpjcpcpjeQQQBqP13600二、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△sa吸热过程：熵增△sbTenaabbdqTsTs=D=D放热量=吸热量enenaaTdqITsTTTTD=D=-D做功损失：babaaadqdqTdqsssTTTTTDD=D-D=-=-D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：tentuITs=D不可逆绝热膨胀21spcp1TenΔstu12aTp0p02（3）不可逆绝热压缩过程——水泵做功损失：tenITs=D不可逆绝热压缩21sp2p1TenΔs12T（4）节流过程—汽轮机进汽调节结构做功损失：penpITs=D21Tsp1p2TenΔsh=const（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）enIbI锅炉散热做功损失锅炉能量转换做功损失IIbIIIIbI锅炉温差传热做功损失pI管道做功损失汽轮机内部做功损失tI凝汽器做功损失cI机械摩擦做功损失mI发电机做功损失gI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：cpbptcmgIIIIIII=IbIIIbIIIIbIenpItIcImIgIcpenetIPBq=3600全厂效率：cpcpcpBqI-=1h能流图cpbptcmgIIIIIII=IbI()PItDmIgItIIIIIIbbII()PIpDrcII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13600BqPecp=h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=Bqnetηcp=Qcpηcp=Bqnetηbηpηiηmηg=Q0ηiηmηg=Q0ηe=D0wiηmηgkJ/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；3600ecpnetcpPBqh=3600ecpnetcpPQBqh==eePQh36000=gmiewPDhh36000=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)）汽轮机热耗率q（kJ/(kW.h)）汽轮机汽耗率d（kg/(kW.h)）cpcpeBbP=cpcpeQqP=0eQqP=0eDdP=cpcpsbhh123.0292703600=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）ncpsnbh123.0=)1(apsb-=（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ηi汽轮机能量平衡式：绝对内效率ηi：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ηi——汽轮机的绝对内效率ηt——汽轮机的理想热效率ηri——汽轮机的相对内效率0icQWQ=DTWiQ0G△QC00iaiitria===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ηi：ciqwqD=0001qqqwciiD-==h000DQq=0DWwii=0DQqccD=D示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）0QWii=hrhrhfwfwrhrhqDhhDhDqDhD-=-)(00000cczjjrhrhhDhDqDhD--100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)()()()(02021010rhzzrhcciqhhDhhDhhDqhhDW----=cczjjrhrhihDhDqDhDW--=100iW00,hD11,hDcchD,22,hDrhq2、汽轮发电机组的绝对电效率ηegmieeQPhhhh==03600汽轮发电机组热耗汽轮发电机组输出功率=eh)3600(gmieWPhh=GTQ03600Pe△Q3、凝汽式电厂热效率ηcp（全厂热效率）全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率）cpeecpQPBqP360036001==hepbgmipbhhhhhhhh==)1()(36001apcpapencpBqPPhh-=-=厂用电率（平均为8.2%）•300MW及以上机组电厂：4.7%—5.5%；•125—200MW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TS1-2-3-4-1郎肯循环1234TC00111acctwqTqqTh==-=-1T平均放热温度平均吸热温度GBCT12341提高初温（t0)的热经济性分析（1）提高初温对ht的影响t0↑，ht↑（二）蒸汽初参数对电厂热经济性的影响结论：t0↑，ht↑和hri↑，因此，hi↑itrihhh=00111acctwqTqqTh==-=-（2）提高初温对hri的影响t0↑，排汽湿度↓，hri↑t0↑，漏汽损失↓，hri↑51234TsT0T11'T0'2'T1'2、提高初压（p0)的热经济性分析（1）提高初压对ht的影响极限压力p*1)p0p*,p0↑，Dh↑，ht↑2)p0=p*，ht最高3)p0p*,p0↑，ht↓shwa工程压力小于极限压力t0不同温度下的极限压力与htT↑,极限压力p*↑,ht↑s1'2'2345TT01P0'（2）提高初压对hri的影响•p0↑，v0↓，漏汽损失↑，hri↓•p0↑，湿度损失↑，hri↓结论：提高p0，对hi的影响，视ht和hri的变化情况定P03蒸汽初参数对发电厂热经济性的影响•大容量机组初参数↑，hi↑•小容量机组初参数↑，hi↓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Pe=300MW200150100450500550600650P0OPt01）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ht↑（ht=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↓→hri↓Pc↓→vc↑→余速损失↑→hi↓（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2'2345Ts1Pc'Pc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DttDt—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TS123546897ⅡS81234567ⅠABaAaB（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ⅡS81234567ⅠABaAaB（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：单级回热循环的汽流分配1kg0h1jc=jhjcchhc'回热式汽轮机的动力系数（抽汽做功/凝汽做功）00000()()1()()1jjccrRiriiRjjccrihhhhwAqhhhhA