第一章电厂热经济指标

第一章电厂的能量转化及主要热经济指标一、热力发电厂热经济的评价方法二、凝汽式电厂的热经济性指标三、核电厂的热经济性凝汽式电厂生产电能的过程即：燃料化学能（锅炉）-蒸汽热能（汽轮机中膨胀做功）-机械能（发电机）-电能。在不同的转化阶段存在着数量不等的能量损失。一、电厂的能量转换——能量转换过程中的损失和利用发电厂的热经济性是通过能量转化过程中能量的利用程度或损失大小来衡量的，研究各种损失的部位、大小、原因等，以期减少损失浪费。电厂的能量转换——能量转换过程中的损失和利用发电厂热经济评价方法热量法（热效率法）：热力学第一定律为基础，从能量的数量利用角度评价做功能力损失法（熵方法）：热力学第二定律为基础，从能量的质量利用角度评价。发电厂热经济指标：1、热效率2、能耗3、能耗率区别：热量法分析燃料化学能数量上被利用的程度，用于定量分析；熵方法分析燃料化学能做功能力被利用的程度，用于定性分析。1.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+损失热量锅炉机组热平衡及锅炉效率热平衡是指锅炉的输入热与输出热量（包括有效利用热和各项热损失）之间的平衡Qcp=Qb+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6Qcp-输入锅炉的热量Qb-锅炉有效利用热Q2-排烟热损失Q3-气体不完全燃烧热损失Q4-固体不完全燃烧热损失Q5-散热损失Q6-灰渣物理热损失锅炉机组热平衡及锅炉效率简单凝汽式发电厂循环系统图GBCηbηiηcp=ηbηpηiηmηgηgηmηpTQbQ0QCPWi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2.凝汽式电厂的各种损失和热效率管道能量平衡关系：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）汽轮机绝对内效率hi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=D00iaiitria===TWiQ0G△QC汽轮机机械能量平衡关系：汽轮机内功率Wi（kJ/h）=发电机轴端功率Pax（kW）+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凝汽式电厂的热效率比较凝汽式电厂的损失率比较热流图D-=D-=cpjcpcpjeQQQBqP136003.熵方法（做功能力法）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△sIcp=∑I朗肯循环锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器朗肯循环1234简化（理想化）：12汽轮机s膨胀23凝汽器p放热34给水泵s压缩41锅炉p吸热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=吸热量做功损失：enenaaTdqITsTTTTD=D=-DbabaaadqdqTdqsssTTTTTDD=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：根据热力学第一定律：dq=dh-vdp节流前后工质焓不变即dh=0，所以ds=-v/TdppenpITs=D21Tsp1p2TenΔsh=const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几点说明（1）效率和损失是能量转化过程中一个问题的两个方面，利用能量利用率和能量损失率来求各设备的效率是两种不同的分析方法和计算方法，他们是可以相互检验的。（2）以上的效率可以分为两类，一是绝对效率，如ηi、ηt、ηcp,他们不仅反映热量利用率，而且还反映热功转化的程度，因此不仅是数量指标而且也是质量指标；另一类是相对效率，如ηb、ηp、ηri、ηm、ηg，他们反映相应设备在制造中的工艺完善程度和运行管理水平。（3）全厂总效率既反映了发电厂燃料热量的利用程度，有反映了热能转化为电能的能量转换率，因此也是凝汽式发电厂最全面的指标。说明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△Q1.能耗(单位时间能耗,/h)电厂煤耗B电厂热耗Qcp汽轮机热耗Q0汽轮机汽耗D0相互关系13600ecpPBqh=cpecpPQh3600=eePQh36000=gmiewPDhh36000=113600ebpimgcpPBqBqhhhhhh==egmiQQhhhh00==gmiwDhh0=GBCηbηiηmηpTQcpD0ηgBcpPe不同容量机组能耗比较660MW1000MW发电厂热耗量（kJ/h）5476*10e67985*10e6发电厂煤耗量（kg/h）1.901*10e52.728*10e5汽轮发电机组汽耗量（kg/h）2100*10e32975*10e3汽轮发电机组热耗量（kJ/h）5477*10e67751*10e6结论：•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(单位发电量的能耗，/KW·h)——反映每生产1kW.h电能所消耗的能量发电煤耗率标准发电煤耗率电厂热耗率汽轮机热耗率汽轮机汽耗率相互关系13600ecpBbPqh==11cpeBqqbqP==ePQq0=ePDd0=13600cpcpcpeimgbqqqdwhhhhh====360029270ssecpBbPh==标准煤低位发热量qnet=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)）厂用电率cpcpsbhh123.0292703600=（kg标准煤/(kW.h)）不同容量机组能耗率比较660MW1000MW全厂热耗率（kJ/(kW.h)）84407986全厂发电煤耗率（kg/(kW.h)）288272汽轮机热耗率（kJ/(kW.h)）76627383汽轮机汽耗率（kg/(kW.h)）3.182.98结论：•能耗率能够全面反映发电厂热经济性3.热效率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=D00iaiitria===TWiQ0G△QC1kg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,hDrhq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%。凝汽式电厂的热经济性指标的说明在一个电厂范围内，标准煤耗率是表明能量转换程度的最全面的指标，它既反映电厂的管理水平和运行水平，也是厂际、班组间的经济评价、考核的重要指标之一。对于一个汽轮机，热耗率是一个最完善的指标，可以做为机组改造或热力试验考核的标准。能耗中的热耗率q和煤耗率b与热效率是一一对应关系，他们是通用的热经济指标，而汽耗率与热效率无直接关系，它取决于汽轮机的实际内功率。三、核能发电的条件及热经济性核燃料：U235、U238、Pu239和钍原子核的裂变：核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀、