熱力發(fā)電廠動(dòng)力循環(huán)及其熱經(jīng)濟(jì)性

1、第一章熱力發(fā)電廠動(dòng)力循環(huán)及其熱經(jīng)濟(jì)性,熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法凝汽式發(fā)電廠的主要熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)發(fā)電廠的動(dòng)力循環(huán),第一節(jié)熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法,熱量法（熱效率法）以燃料化學(xué)能從數(shù)量上被利用的程度來評(píng)價(jià)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，常用于定量分析做功能力法（熵方法、火用方法）以燃料化學(xué)能的做功能力被利用的程度來評(píng)價(jià)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，常用于定性分析,一、熱量法,通過熱量的利用程度（熱效率）或損失大?。崃繐p失、熱量損失率）來評(píng)價(jià)電廠和熱力設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性,熱量守衡：供給熱量=有效利用熱量+損失熱量,簡(jiǎn)單凝汽式發(fā)電廠循環(huán)系統(tǒng)圖,B,C,b,i,cp=bpimg,g,m,p,Qb,Q0,G,（1）鍋爐效率hb,鍋

2、爐能量平衡關(guān)系：輸入燃料熱量Qcp=鍋爐熱負(fù)荷Qb+鍋爐熱損失Qb,排煙損失、散熱損失、未完全燃燒損失、排污損失,管道能量平衡關(guān)系：鍋爐熱負(fù)荷Qb=汽輪機(jī)熱耗量Q0+管道熱損失Qp,（2）管道效率hP,（3）汽輪機(jī)效率hi,汽輪機(jī)機(jī)械能量平衡關(guān)系：汽輪機(jī)內(nèi)功率Wi=發(fā)電機(jī)軸端功率Pax+機(jī)械損失Qm,（4）機(jī)械效率hm,發(fā)電機(jī)能量平衡關(guān)系：發(fā)電機(jī)輸入功率Pax=發(fā)電機(jī)輸出功率Pe+能量損失Qg,（5）發(fā)電機(jī),全廠能量平衡關(guān)系：全廠熱耗量Qcp=發(fā)電機(jī)輸出功率Pe+全廠能量損失Qj,（6）全廠總效率,Qb+Qp+Qc+Qm+Qg,火力發(fā)電廠的各項(xiàng)損失（%）,熱流圖,二、熵方法,實(shí)際的動(dòng)力過程是不

3、可逆的，必然引起熵增熵方法通過熵增（熵產(chǎn)）的計(jì)算來確定做功的損失環(huán)境溫度Ten，則熵增s引起的做功損失I為：I=Tens,典型不可逆過程的做功能力損失,（1）有溫差的換熱過程放熱過程：熵減sa吸熱過程：熵增sb,Ten,放熱量=吸熱量,做功損失：,換熱過程熵增：,分析：T，I,鍋爐、冷凝器、加熱器,I,過程熵增:s火用損E,（2）不可逆絕熱膨脹過程汽輪機(jī)做功損失：,（3）不可逆絕熱壓縮過程水泵做功損失：,（4）節(jié)流過程汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)做功損失：,（二）凝汽式發(fā)電廠各種損失及全廠總效率,做功能力損失部位鍋爐Ib管道Ip汽輪機(jī)內(nèi)部做功It凝汽器Ic傳動(dòng)裝置Im發(fā)電機(jī)Ig回?zé)峒訜崞?、給水泵（忽略）

4、,en,凝汽式發(fā)電廠做功能力損失分布圖,凝汽式發(fā)電廠做功能力損失做功損失ICP：,全廠效率：,能流圖,小結(jié),1總體：熱量法與作功能力法的全廠總效率相同2局部：損失分析不同熱量法：從熱損失的角度分析作功能力法：從做功能力損失的角度分析3用途熱量法：定量分析，指導(dǎo)工程實(shí)際作功能力法：定性分析，指導(dǎo)技術(shù)革新,二凝汽式發(fā)電廠的主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo),能耗（汽耗量、熱耗量、煤耗量）能耗率（汽耗率、熱耗率、煤耗率）熱效率,1、能耗,反映發(fā)電機(jī)組每小時(shí)生產(chǎn)所消耗的能量全廠煤耗Bcp全廠熱耗Qcp汽輪機(jī)熱耗Q0汽輪機(jī)汽耗D0熱平衡方程式：3600Pe=Bqnetcp=Qcpcp=Bqnetbpimg=Q0img=Q0

5、e=D0wimgkJ/h,發(fā)電廠熱耗量（kJ/h）：發(fā)電廠煤耗量（kg/h）：汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗量（kg/h）：汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗量（kJ/h）：注意能耗指標(biāo)與產(chǎn)量有關(guān)，只能表明Pe為一定時(shí)的熱經(jīng)濟(jì)性；,2、能耗率,反映每生產(chǎn)1kW.h電能所消耗的能量全廠熱耗率qcp（kJ/(kW.h)）全廠發(fā)電煤耗率bcp（kg/(kW.h)）汽輪機(jī)熱耗率q（kJ/(kW.h)）汽輪機(jī)汽耗率d（kg/(kW.h)）,標(biāo)準(zhǔn)煤q1=29270kJ/kg發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率,供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率（扣除廠用電）,（kg標(biāo)準(zhǔn)煤/(kW.h)）,（kg標(biāo)準(zhǔn)煤/(kW.h)）,3、熱效率,（1）凝汽式汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率i汽輪機(jī)能量平衡式

6、：絕對(duì)內(nèi)效率i：Wi汽輪機(jī)汽耗為D0時(shí)實(shí)際內(nèi)功率Wa汽輪機(jī)汽耗為D0時(shí)理想內(nèi)功率i汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率t汽輪機(jī)的理想熱效率ri汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率,1kg新汽的熱耗汽輪機(jī)能量能量平衡：比熱耗q0（kJ/kg）：比內(nèi)功wi（kJ/kg）：比冷源熱損失qc：內(nèi)效率i：,示例：計(jì)算圖示系統(tǒng)中汽輪機(jī)的內(nèi)效率（忽略汽水損失）,汽輪機(jī)實(shí)際做功Wi的計(jì)算：（1）Wi汽輪機(jī)凝汽流內(nèi)功各級(jí)回?zé)崞鲀?nèi)功（2）Wi汽輪機(jī)輸入能量輸出能量（3）Wi汽輪機(jī)熱耗Q0汽輪機(jī)冷源損失Qc,2、汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率e,3、凝汽式電廠熱效率cp（全廠熱效率）,全廠凈熱效率（扣除廠用電功率的電廠效率）,廠用電率（平均為8.2%）3

7、00MW及以上機(jī)組電廠：4.7%5.5%；125200MW機(jī)組電廠：8.5%；中小容量機(jī)組電廠：9%12%。,三發(fā)電廠的動(dòng)力循環(huán),（一）朗肯循環(huán)及其熱經(jīng)濟(jì)性,T,S,1-2-3-4-1郎肯循環(huán),1,2,3,4,TC,平均放熱溫度,平均吸熱溫度,1提高初溫（t0)的熱經(jīng)濟(jì)性分析（1）提高初溫對(duì)t的影響t0，t,（二）蒸汽初參數(shù)對(duì)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響,結(jié)論：t0，t和ri，因此，i,（2）提高初溫對(duì)ri的影響t0，排汽濕度，rit0，漏汽損失，ri,2、提高初壓（p0)的熱經(jīng)濟(jì)性分析,（1）提高初壓對(duì)t的影響,極限壓力p*1)p0p*,p0，t,P0=22MPa,工程壓力小于極限壓力,t0,不同溫度

8、下的極限壓力與t,T,極限壓力p*,t,s,1,2,2,3,4,5,T,T0,1,P0,（2）提高初壓對(duì)ri的影響,p0，v0，漏汽損失，rip0，濕度損失，ri,結(jié)論：提高p0，對(duì)i的影響，視t和ri的變化情況定,P0,3蒸汽初參數(shù)對(duì)發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響,大容量機(jī)組初參數(shù)，i小容量機(jī)組初參數(shù)，i,高參數(shù)必須是大容量,4、提高蒸汽初參數(shù)的限制,1）提高初溫的限制金屬材料性能限制2）提高初壓的限制安全性、熱經(jīng)濟(jì)性措施：（1）提高P0的同時(shí)采用蒸汽再熱（2）提高P0的同時(shí)增大單機(jī)容量,1）理論上的初參數(shù)選擇初溫由選用鋼材確定初壓由最大允許排汽濕度確定2）技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的初參數(shù)選擇熱經(jīng)濟(jì)性的提高投資和維

9、修增加、安全性降低回報(bào)投資,5、蒸汽初參數(shù)的選擇,1、降低蒸汽終參數(shù)pc對(duì)熱經(jīng)濟(jì)性的影響(最大)（1）有利影響t（t=1-Tc/T1，wa）凝汽器做功損I（2）不利影響Pc濕氣損失葉片壽命riPcvc余速損失i,（三）蒸汽終參數(shù)對(duì)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響,結(jié)論：在極限背壓以上，降低pc對(duì)熱經(jīng)濟(jì)性有利,排汽壓力與理想循環(huán)熱效率關(guān)系曲線,汽輪機(jī)排氣壓力（背壓）pc由排汽飽和溫度tc決定tc=tc1ttt冷卻水溫升t凝汽器傳熱端差tc決定因素：冷卻水溫、冷卻水量、換熱面積、換熱面清潔度1）自然條件（理論限制）自然水溫tc1；2）技術(shù)水平冷卻水量和凝汽器面積都不可能無限大末級(jí)長(zhǎng)葉片的設(shè)計(jì)和制造水平,2、降低

10、蒸汽終參數(shù)的限制,3、最佳蒸汽終參數(shù),以年計(jì)算費(fèi)用最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的pc為最佳終參數(shù)汽輪機(jī)功率增加值與循環(huán)水泵耗功之差取得最大值時(shí)的pc根據(jù)該終參數(shù)確定凝汽器面積、冷卻水量及循環(huán)水泵、冷卻塔（循環(huán)供水時(shí)）的選型和配置等。,三、回?zé)嵫h(huán)及其熱經(jīng)濟(jì)性,給水回?zé)峒訜崞啓C(jī)某些中間級(jí)抽出部分蒸汽，送入回?zé)峒訜崞鲗?duì)鍋爐給水進(jìn)行加熱的過程目的：減少冷源熱損失，提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性,（一）給水回?zé)峒訜岬囊饬x1）汽輪機(jī)進(jìn)入凝汽器的凝汽量減少，冷源損失降低；2）提高鍋爐給水溫度，工質(zhì)的平均吸熱溫度提高；3）抽汽加熱給水的傳熱溫差小，做功能力損失小。不利：回?zé)岢槠嬖谧鞴Σ蛔?，wi減小，D0增大，削弱了Dc的減小,（二

11、）給水回?zé)峒訜岬臒峤?jīng)濟(jì)性單級(jí)回?zé)崞啓C(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率：,多級(jí)無再熱的回?zé)嵫h(huán)，汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率：總內(nèi)功：,回?zé)岢槠鰞?nèi)功之和,凝汽流做內(nèi)功,回?zé)岢槠龉Ρ龋海?分析：回?zé)岢槠谄啓C(jī)中的做功量，,（三）影響回?zé)徇^程熱經(jīng)濟(jì)性的因素,1多級(jí)回?zé)峤o水總焓值（溫升）在各加熱器間的分配2鍋爐給水溫度；3回?zé)峒訜峒?jí)數(shù),非再熱機(jī)組全混合式加熱器回?zé)嵯到y(tǒng),1號(hào)加熱器：1q1=(1-1)hw11=hw1/(q1+hw1),1-1=q1/(q1+hw1),2號(hào)加熱器：2q2=(1-1-2)hw22=(1-1)hw2/(q2+hw2)1-1-2=q1/(q1+hw1)*q2/(q2+hw2),1多級(jí)回?zé)峤o水總焓值（

12、溫升）在各加熱器間的分配,h1,h2,h3,hw1,hw2,hw3,hw4,1kg,高,低,1#,2#,3#,hw1,同理：,最佳回?zé)岱峙洌?焓降分配法(每一級(jí)加熱器焓升=前一級(jí)至本級(jí)汽輪機(jī)中的焓降),hw2=h1-h2=h1,h,0,1,2,3,4,c,平均分配法(各級(jí)加熱器中的焓升相等),等焓降分配法(每級(jí)加熱器焓升=汽輪機(jī)各級(jí)組的焓降),幾何級(jí)數(shù)分配法(每級(jí)加熱器絕對(duì)溫度按幾何級(jí)數(shù)分配),2最佳給水溫度回?zé)嵫h(huán)汽輪機(jī)絕對(duì)內(nèi)效率為最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的給水溫度最小，最大做功不足系數(shù)：再熱前：再熱后：,qrh,提高給水溫度tfw的影響：抽汽壓力，抽汽做功，做功不足系數(shù)Yj，汽耗量D0=D0R+YjD

13、j，汽耗率d=D0/Pe；工質(zhì)吸熱量q0=h0-hfw，發(fā)電機(jī)組熱耗率q=dq0、汽輪機(jī)內(nèi)效率i受雙重影響；鍋爐內(nèi)的換熱溫差，相應(yīng)的做功損失；回?zé)峒訜崞鲀?nèi)換熱溫差，相應(yīng)的做功損失；存在最佳給水溫度tfwop；通常給水溫度tfw=（0.650.75）tfwop,3給水加熱級(jí)數(shù)Z（1）tfw一定，回?zé)峒?jí)數(shù)z增加，可利用低壓抽汽代替部分高壓抽汽，使回?zé)岢槠龉?，i；（2）回?zé)峒?jí)數(shù)z，各加熱器中的換熱溫差，I；（3）回?zé)峒?jí)數(shù)z，最佳給水溫度；（4）z，i增長(zhǎng)率i；（5）實(shí)際給水溫度稍偏離最佳給水溫度，對(duì)i影響不大,四、蒸汽中間再熱循環(huán)及其熱經(jīng)濟(jì)性,蒸汽中間再熱將汽輪機(jī)高壓部分做過功的蒸汽從汽輪機(jī)某一中

14、間級(jí)引出，送到鍋爐的再器加熱，提高溫度后送回汽輪機(jī)繼續(xù)做功目的：提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，適應(yīng)大機(jī)組發(fā)展,1、再熱對(duì)汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率ri的影響再熱使排汽濕度，濕度損失，ri2、再熱對(duì)汽輪機(jī)理想熱效率t的影響當(dāng)：TrhT0，t3、采用中間再熱，汽輪機(jī)總汽耗量；蒸汽初壓，增大單機(jī)容量,（一）蒸汽中間再熱的熱經(jīng)濟(jì)性,基本循環(huán)吸熱過程平均溫度,附加循環(huán)吸熱過程平均溫度,1、再熱后蒸汽溫度trhtrh，r，但受材料限制，常取trh=t02、再熱后蒸汽壓力prhprh，r，附加循環(huán)熱量q最佳再熱壓力當(dāng)trh=t0，prh=（18%26%）p0再熱前有抽汽，prh=（18%22%）p0再熱前無抽汽，prh=（22

15、%26%）p0,（二）再熱參數(shù)的合理選擇,1、煙氣再熱利用鍋爐煙道中煙氣加熱蒸汽可加熱蒸汽到5006000C熱經(jīng)濟(jì)性提高6%8%不利：安全、成本用途：熱電廠,（三）再熱的方法,2、蒸汽再熱利用新汽或抽汽加熱再熱蒸汽熱經(jīng)濟(jì)性提高3%4%結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不利：再熱后汽溫較低、壓力低用途：核電站再熱溫度調(diào)節(jié),3、中間載熱質(zhì)再熱,熱經(jīng)濟(jì)性高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單中間載熱質(zhì)要求：穩(wěn)定、比熱大、比容小,（四）再熱對(duì)回?zé)峤?jīng)濟(jì)性的影響,1、再熱對(duì)回?zé)釤峤?jīng)濟(jì)性的影響再熱使做功增加，新蒸汽流量，回?zé)岢槠麥囟群挽手担槠?，抽汽做功，凝汽汽流做功，冷源損失，熱效率抽汽點(diǎn)過熱度，加熱器傳熱溫差，不可逆損失增大,2、再熱對(duì)回?zé)岱峙涞挠绊懹绊懀涸贌岷蟮谝患?jí)抽汽壓力的選擇各級(jí)回?zé)峒訜岱峙浯胧簻p少再熱后一級(jí)加熱器給水焓升增加蒸汽冷卻器,五、熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán),利用在汽輪機(jī)中做過功的蒸汽的熱量供給熱用戶，即在同一動(dòng)力設(shè)備中同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能目的：充分利用低位熱能，提高熱效率,傳統(tǒng)火力發(fā)電，燃煤能源利用率35左右；熱電聯(lián)產(chǎn)，燃煤能源利用率45左右；傳統(tǒng)小鍋爐分散供熱效率60左右；熱電廠鍋爐集中供熱效率可達(dá)到90,生產(chǎn)方式：背壓式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī),吸熱量：實(shí)際循環(huán)的做功量：實(shí)際循環(huán)的放熱量：理想循環(huán)熱效