第3章热电厂的经济性及供热系统

•热电联产•节约能源的需要•保护环境的需要•基本概念•热电厂：供热、供电•凝汽式电厂：供电•分散式供热：小锅炉•集中式供热：热电厂或者区域性大锅炉房•热电发展速度过快，名为热电，实为发电；•配套热网发展滞后，集中供热无法同步实施；•现有热电厂凝结水回收少，水资源浪费严重；•冬季环境效益明显，夏季环境影响增大；•热电联产存在的问题第三章热电厂的经济性及其供热系统•1、热负荷及其载热质•2、热电联合生产及热电厂总热耗量的分配•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•4、热电厂的热化系数与供热式机组的选型•5、热电厂的供热系统第一节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（一）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，日变化大各类热负荷特点类别特点生产热负荷热水供应负荷采暖及通风热负荷用途用于加热、干燥、蒸馏等工艺热负荷；用作驱动汽锤、压气机、水泵等动力热负荷。印染、漂洗等生产用热水；城市公用设施及民用热水生产、城市公用事业及民用的采暖及通风主要用户石油、化工、轻纺、橡胶、冶金等生产及人民生活生产及人民生活负荷特性非季节性，昼夜变化大，全年变化小非季节性，昼夜变化大，全年变化小季节性，昼夜变化小，全年变化大介质及参数一般为0.15~0.6MPa饱和蒸汽，也有高于1.4~3.0MPa的蒸汽60℃~70℃热水70℃~150℃或更高温度的热水或0.07~0.28MPa蒸汽工质损失率直接供汽：20%~100%间接供汽：0.5%~2%100%水网循环水量的0.5%~2%2、季节性热负荷（1）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：30()10dhVioQqVtt310hAQqA（2）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：30()10dVtiovQqVttVthQKQ2全年性热负荷（1）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60—65℃1,()hhwavcmvttQT（2）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——反映热负荷随室外温度或时间的变化（1）全日热负荷图024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)住宅区典型热水供应全日热负荷图年生产热负荷曲线热负荷月份123456789101112（2）热负荷随室外温度变化图4123Qh,GJ/hto,℃[phone]－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4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Qτ,hτ,ht0Qh=f(t0)t0=g(τ)季节性热负荷持续时间图绘制室外气温持续时间采暖热负荷室外温度-5-10a1a2采暖热负荷持续时间总热负荷持续时间图τ,hQQs-季节性Qns-非季节性全年8760h（二）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：水网和汽网封闭式系统热用户只利用载热质的部分热量，载热质本身没有损耗半封闭系统热用户不仅利用了载热质的部分热量，而且载热质本身也耗损了一部分开放式系统载热质本身及其热量全部为热用户所利用供热系统供热系统封闭室式系统半封闭式系统开放式系统水网汽网供热距离20~30km10km供热汽轮机的经济性热化发电比高热化发电比低补充水处理费用低高管网投资及运行费用高低汽网的优点•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，降低换热设备造价第二节热电联合生产及热电厂总热耗量的分配（一）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：•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BTG热电联产典型系统图C型汽轮机B型、N型汽轮机N=NC+NhBGNCNhG供热循环在理想工况和实际工况下的供热循环的热效率:1)()('0'0'12hhhahahahathhhhhhhqqw(5-13)1)()('0'0'12hhhhhhiihhhhhhhqqw(5-14)wahq2ah（二）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：0()ihehQWQQQ0btptpnetbbpQQQBq()()()1eiieeQWQQ()htphbpbphsQQQ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（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：,00()()tptphthctcDhhQQDhh,0()tphthhbpDhhQ()()()tphtphtbtphQQQ()()tphtpetpQQQ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(),00()tphtphtthDeQQDe000enehTshhenhehTs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（一）热电厂总的热经济性指标1、热电厂的燃料利用系数ηtp——热电厂对外供电、热之和与输入能量之比第三节热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件3600tphtpQQW•数量利用指标•估算燃料消耗量2、热化发电率ω——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：,hhtWQ,,6()10hthhhtDhhQ0ihhh外部热化发电量（供热蒸汽）内部热化发电量（加热抽汽）0()278()hmghhhhhh分析：—热电联产质的指标，比较供热机组间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（二）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)()(3600etpeetpQP)()()(3600etpeetpetpPQq)()()(123.0etpesetpsetpPBb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)()()(按热量法分配hspbhtphhtpQQ)(6)()(1.3410/htphshtpshtpQBb（三）热电联产较分产的燃料节约量1、比较基础（1）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Ｗ分别相等；（2）热电分产的凝汽式机组（代替电站）的ηb、ηp、ηm和ηg与联产发电相同；（3）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+BsdBstp=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1、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煤耗量联产供热较分产供热时节省的燃料量ΔBhs)()()()(6)()(61.3429270102927010dpdbhshdpdbhshdpdbsdQQQBpbhhspbhshhspbshtpQQQB1.342927010292701066)()1(1.34)()()(pbdpdbhshshtpsdshQBBB分产供热时的标准煤耗率联产供热时的标准煤耗率)()()(1.341.34htphspbshtpshtpQBb)()(1.34dpdbsdsdQBb2、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ΔBesgmicpbcgmpbhcscehshesetp123.0123.0..)(setpscpseBBB)()]([123.0icchigmpb0.1230.123sscpcpcpbpimgWWBbW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ΔBshWXW33()()0.123101111[(1)()]134.110()sssehahbpmgiciciahshbdpdbpBBBWXQ（三）热电联产节省燃料的条件1、联产供热节省燃料的条件)1(1.34)()()(pbdpdbhshshtpsdshQBBBpbdpdbhs1)()(hsdbb)()()()()(6)()(61.3429270102927010dpdbhshdpdbhshdpdbsdQQQBpbhhspbhshhspbshtpQQQB1.342927010292701066)(2、联产供电节省燃料的条件setpscpseBBB)()]([123.0icchigmpb)()(..scpscecshescphbbWbbWshescescpscehbbbbWWX...gmicpbcgmpbhcscehshesetp123.0123.0..)(0.1230.123sscpcpcpbpimgWWBbW3、生产相同电量W和热量Qh时——联产与热电分产的总燃料消耗量之比值热电联产节省的标准煤耗量达25%—75%..()0.40.75()sssstpehhecctphhsssdpcphcdhBbWbWbQBbWWbQ第四节热电厂的热化系数与供热式机组的选型（一）热化系数αtp——供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比小时