热力发电厂-第2章

第2章热力发电厂热经济性评价方法与指标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指标及评价热电厂的主要热经济指标及评价本章主要内容有：2.1热力发电厂热经济性的评价方法电能生产过程：燃料的化学能蒸汽的热能机械能电能；转换过程的不同阶段产生各种损失，能量不能被全部利用；发电厂的热经济性：表明电厂燃料利用程度以及热力过程中各部分的能量利用或损失的情况。1.热力发电厂热经济性[U1]删掉[U2]删掉删掉[U3]2.热经济性评价的定义通过能量转换过程中能量的利用程度（正平衡方法）或损失的大小（反平衡方法）来衡量目的：研究损失产生的部位、大小、原因及其相互关系，找出减少这些热损失的方法和相应措施。3.评价电厂热经济性的方法—两种基本方法热量法—效率法、热平衡法做功能力分析法—熵分析法、火用分析法定量分析定性分析2.1.1评价热力发电厂热经济性的主要方法一、热量法热量法以燃料产生的热量被利用的程度对电厂热经济性进行评价，可以用各种效率或损失率的大小来衡量。效率的定义100%1100%有效利用的热量供给的总热量损失的热量供给的总热量能量平衡关系为：供给的总热量=有效利用的热量+损失的热量1111iaiiiQQWQQ热量损失率意义：效率及能量损失率的大小定量地表征了设备或热力过程的热能转换效果，反映了设备的技术完善程度。实质：效率分析法的实质是能量的数量平衡，所以也称为热力学第一定律效率。二、做功能力分析法以能量做功能力的有效利用程度或做功能力损失的大小作为评价动力设备热经济性的指标，旨在评价电厂能量的质量利用率。分析方法有：熵分析法和火用分析法。1.熵分析法—孤立系统熵增原理熵分析法是通过计算熵增来确定做功能力损失的方法，通常取环境状态作为衡量系统做功能力大小的参考状态，即认为系统与环境相平衡时，系统不再有做功能力。amblWTS环境温度为，某一热力过程或设备中的熵增为，则引起的做功损失为ambTSlW发电厂总的能量损失amb11nnlliiiiWWTS三种典型的不可逆过程存在温差的换热工质绝热节流工质膨胀或压缩有温差的换热——冷凝器、加热器ABTsBTambsssoABATT1234Tl-2过程，工质A放热，平均温度为AT单位工质的熵减少了，放热量为AsAATs3-4过程，工质B吸热，平均温度为BT单位工质的熵增加了，吸热量为BsBBTs据能量平衡，单位工质的换热量为：δAABBqTsTs换热过程的熵增δδδBABABAqqTsssqTTTTABTTT单位工质做功能力的损失为ambambδlBAqTwTsTTT可知，Tamb一定时,ABTswTTsw高温换热比低温换热做功能力损失小工质绝热节流过程4＇P0P1h=constsPcTambTc56871234s0lwTo蒸汽在汽轮机进汽调节机构中的节流过程，节流前后工质的焓不变，即d0h*并非等焓过程由热力学第一定律解析式δdtqhwδtqw对于微元可逆过程，有δdqTsdtwvpddTs=vp即此关系式对任意两平衡态间参数的变化都适用，而不必考虑其中间过程是否可逆，因为式中均为状态参数，但在研究能量转换过程时，只适用于可逆过程。10dppvspT于是，节流过程的熵增为10ambambdplpvwTsTpT图中阴影部分的面积10ambambdplpvwTsTpT可知，压降愈大，做功能力的损失愈大；此外，还与工质的比体积和温度有关，在损失相等时，高温高压的蒸汽管道可以采用较大的工质压降，因此可使用小管径的通道，以节省投资。工质膨胀或压缩过程8567lwcscssambTTso蒸汽在汽轮机中的膨胀过程是一个不可逆过程，由不可逆引起的熵增为ccsss做功能力的损失为ambamblccwTsTss同理，在发电厂热力系统中，工质在水泵中被不可逆绝热压缩也将引起做功能力的损失。显然，减少工质膨胀或压缩过程做功能力损失的途径是减少其做功过程中的扰动、摩擦等不可逆影响。2.“火用”分析法“火用”效率—可用能的利用率“火用”损失—做功能力的损失“火用”的类型：热量“火用”、热力学能“火用”和焓“火用”•热量“火用”：系统所提供的热量中可转化为有用功的最大值，1kg工质qe•热力学能“火用”：闭口系从给定的状态可逆地变到与环境相平衡的状态所能做的最大有用功称为该状态下闭口系的“火用”，1kg工质ue•焓“火用”：开口系统中，当稳态流动工质只与环境作用时，从给定的状态可逆地变到环境状态所能做出的最大有用功，1kg工质he“火用”方程和“火用”效率=输入输出“火用”损系统的“火用”变“火用”方程稳流热力系统nmin,out,11ijLEE开口稳流系统“火用”平衡的通用方程“火用”效率—相对指标%100供给有效利用的可用能e的可用能热量法、熵方法以及“火用”方法从不同的角度评价发电厂的热经济性。热量法只表明能量数量转换的结果，不能揭示能量损失的本质原因，而熵方法及“火用”方法不仅可以表明能量转换的结果，而且还考虑了不同能量有质的区别。3.两种基本方法的特点有效利用的可用能供给的可用能2.1.2凝汽式发电厂能量转换过程中能量的损失及利用凝汽式发电厂：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火电厂按其产品可分为（凝汽式）发电厂和热电厂两种。热电厂利用汽轮机较高压力的排汽或可调节抽汽为热用户供热。对凝汽式电厂电能生产过程中各热力设备的能量损失和效率进行分析本节任务1.电能生产过程与循环热效率发电厂中电能生产过程（能量转换过程）化学能—热能—机械能—电能（煤）（锅炉）（汽轮机）（发电机）热力发电厂以朗肯循环为基础，通过热功转换获取电能，循环中热功转换的完善程度用热效率表示，它等于有效利用的热量与供给热量之比，即t1222t111111wqqqTqqqT6142351q2q256143OTs0c,afwctt10fwhhhhwqhh用焓降表示0c,afwctt10fwhhhhwqhh表示蒸汽在汽轮机中等熵膨胀所做的功0c,ahh1kg表示凝结水通过给水泵时所消耗的功1kgfwchh在蒸汽初压不高时，给水泵的耗功可以忽略不计，即fwchh0c,att10fwhhwqhh2.凝汽式发电厂能量转换过程中能量的损失及利用实质：用热量法和“火用”分析法评价凝汽式发电厂能量转换过程的热经济性（1）热量法—热量法以热效率或热损失率的大小衡量电厂的热经济性用各种效率来反映热力设备将能量转换或输出有效能量的程度，用能量损失率来反映各阶段能量损失的大小，不同阶段热效率不同。能量平衡关系：供给热量=有效利用热量+损失热量ηg简单凝汽式发电厂循环系统图GBTCηbηiηcp=ηbηpηiηmηgηmηpQbQ0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△Qb锅炉热损失△Qb：排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、排污损失、灰渣热物理损失等，其中排烟损失最大，占总损失的40％~50％1）锅炉bbcpnetbcbp90%~94%1QQQBqQQbbcpb1QQ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△Qp2）管道01QQpQQbbp(1)QpQcppbpGBTC98%~99%QbQ0ηp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冷源热损失△Qc：凝汽器中汽轮机排汽的汽化潜热损失膨胀过程中的节流、排汽、内部损失3）汽轮机的绝对内效率与冷源损失45%~47%GTηiQ0Wi△Qccaiirit000ia1Q87%~90%cc0cbb0ibpcp0bcpcpb0i11QQQQQQWQQQQQQQ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△Qm4）汽轮机的机械效率96.5%~99%3600amxm1iiPQWWiaxm3600WPQ3600—电热当量，1的电能相当于3600的热量kJkWhb0axmibpimcpcpb0im360011QQPQWQQQQW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△Qg5）发电机96%~98%；随冷却介质的不同而异geaxxga13600QPPPgbpimgcgp1QQ全厂能量平衡关系：发电机输出功率Pe=全厂热耗量Qcp-全厂能量损失Σ△Qj6）全厂总效率3600ecpcpPQQj25%~40%全厂总能量损失cpbpcmgcpjQ=QQQQQQebpimgcpcp3600PQ热流图cpebpcmg3600QPQQQQQ依据下式可绘制简单凝汽式电厂相应的热流图100%燃料的热能锅炉损失管道损失汽轮机机械损失发电机损失有效热能变为电能约(8~11)%(0.5~1)%(24.5~40)%(50.5~61.5)%冷源损失(0.5~1)%(0.5~1)%简单凝汽式电厂能量转换过程的热流图火用平衡关系：供给的可用能=有效利用的可用能+火用损（2）火用分析法凝汽式发电厂能量转换的全过程是由若干不可逆过程组合而成的，每一不可逆过程均存在“火用”损失。通过对各设备中的“火用”损失的计算确定做功能力的损失。全厂总的做功能力损失包括：锅炉的、管道的（散热与节流）、汽轮机的、凝汽器的、机械的、发电机的bepetecemege计算以1kg工质为基准火用平衡方程的图解火用损：abm()()inqiouteeeweTs热力设备eqeinwieoute1）锅炉的火用损不计给水“火用”，锅炉的“火用”平衡式为qbbcqeeeeIIIIIIbbbbqbeeeeee来自燃料的火用（进入锅炉火用）eq=锅炉有效利用的火用eb+锅炉火用损△eb锅炉火用损△eb：散热引起的做功能力损失;化学能转变为热能引起的做功能力损失;工质温差传热引起的做功能力损失IbeIIbeIIIbe2）主蒸汽管道中的火用损主蒸汽管道的“火用”平衡式为锅炉出口蒸汽的火用eb=汽轮机入口蒸汽的火用eo+主蒸汽管道的火用损△epb0peee主蒸汽管道的火用损△epp0beee3）汽轮机内部的火用损汽轮机的“火用”平衡式为汽轮机入口蒸汽的火用eo=汽轮机排汽的火用ec+工质膨胀所做的内功wi+膨胀引起的火用损△et汽轮机内部的火用损△etct0ieweet0iceewe4）凝汽器中的火用损凝汽设备中的“火用”平衡式为汽轮机排汽的火用ec=凝结水的火用+温差传热引起的火用损△ec凝汽设备中的火用损△ecce'ccceee'ccceee5）汽轮机机械摩擦产生的火用损汽轮机机械的“火用”平衡式为机械摩擦产生的火用损△em工质膨胀所做的内功wi=汽轮机轴端的有效功we+机械摩擦产生的火用损△emmeiewwemiwwe6）发电机的火用损发电机做功能力损失的“火用”平衡式为发电机的火用损△eg汽轮机轴端的有效功we=发电机输出的电能Pe+发电机的火用损△eg发电机做功能力的损失是由轴承摩擦、通风耗功、发电机内冷却介质的摩擦和铜损、铁损等因素产生的。gmggei11wweegeeegwppwe全厂总火用损失等于组成循环过程的各设备火用损失的和，即7）全厂的总火用损及火用效率凝汽式发电厂的“火用”效率cpbptcjcpm