熱力發(fā)電廠第一章 評(píng)價(jià)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的方法--楊義波.ppt

第1章熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法與指標(biāo) 1 2凝汽式發(fā)電廠的主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 本章主要內(nèi)容有 第1章熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法與指標(biāo) 為什么要進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 熱經(jīng)濟(jì)性主要用來說明火電廠燃料利用程度 以及熱力過程中各部分的能量利用情況 這些均直接影響到火電廠的發(fā)電成本 利潤和燃料節(jié)約量 一般用熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來表示 如電廠熱效率 汽輪發(fā)電機(jī)組熱效率 熱電廠全年的燃料節(jié)約量等 火電廠的經(jīng)濟(jì)效益包括非常廣泛的內(nèi)容 一般用綜合經(jīng)濟(jì)效益來予以說明 它包括熱經(jīng)濟(jì)性 安全可靠性 投資 建設(shè)工期 物資消耗 人員配置等 由于熱經(jīng)濟(jì)性代表了火力發(fā)電廠能量利用 熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)的先進(jìn)性和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 故它是火電廠一切經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ) 也是本章討論的內(nèi)容之一 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 熱力發(fā)電廠的電能生產(chǎn)過程 通過能量轉(zhuǎn)換過程中能量的利用程度 正平衡方法 或損失的大小 反平衡方法 來衡量 研究損失產(chǎn)生的部位 大小 原因及其相互關(guān)系 找出減少這些熱損失的方法和相應(yīng)措施 進(jìn)而提高發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性 轉(zhuǎn)換過程的不同階段產(chǎn)生各種損失 能量不能被全部利用 發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性是用來表明電廠燃料利用程度以及熱力過程中各部分的能量利用或損失的情況 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 熱量法以燃料產(chǎn)生的熱量被利用的程度對(duì)電廠熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià) 可以用各種效率或損失率的大小來衡量 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 以能量做功能力的有效利用程度或做功能力損失的大小作為評(píng)價(jià)動(dòng)力設(shè)備熱經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo) 1 1 1熱量法 在以汽輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)的熱力發(fā)電廠中 燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程是在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上完成的 圖1 1所示為朗肯循環(huán)的熱力系統(tǒng)圖 圖1 2所示為對(duì)應(yīng)朗肯循環(huán)的T S圖 如圖1 2所示 4 5 6 1是工質(zhì)在鍋爐中定壓加熱 汽化 過熱過程 1 2是過熱蒸汽在汽輪機(jī)中等熵膨脹作功過程 2 3是乏汽在凝汽器中的等壓凝結(jié)過程 3 4是凝結(jié)水在水泵中的等熵壓縮過程 一 基本熱力循環(huán)在發(fā)電廠的應(yīng)用 朗肯循環(huán)熱效率 t表示1kg工質(zhì)在循環(huán)中產(chǎn)生的凈功wt 不包括1kg水在給水泵中的焓升 與其從鍋爐 熱源 中吸收的熱量q 之比 即 式中wt 朗肯循環(huán)的凈功 kJ kgqo 朗肯循環(huán)工質(zhì)的吸熱量 kJ kgh0 hna 蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)等熵膨脹過程的初焓和終焓 kJ kg 鍋爐給水焓和凝汽器凝結(jié)水焓 對(duì)純凝汽式發(fā)電廠 kJ kg 返回 朗肯循環(huán)熱效率 t反映了冷源損失的大小 其數(shù)值約在40 一45 蒸汽初壓力在10MPa以上時(shí) 給水泵消耗的壓縮功使給水在給水泵中的焓升不容忽略 其計(jì)算公式為 kj kg式中 不計(jì)入容積損失的給水泵效率 一般在0 8 0 85之間pgs 給水泵出口和入口水的壓力 Pa vgs 紿水泵中水的平均比容 m3 kg 在發(fā)電廠的實(shí)際生產(chǎn)過程中 任何情況下都不可能實(shí)現(xiàn)理想循環(huán) 即循環(huán)的各個(gè)過程都是不可逆的 在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程的不同階段都存在著數(shù)量不等 原因不同的各種損失 為此 采用各種效率采反映不同階段的輸入能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏媚芰康睦贸潭?二 純凝汽式發(fā)電廠的各種熱損失和效率 返回 一 鍋爐效率鍋爐設(shè)備中的熱損失主要包括有排煙 散熱熱損失 未完全燃燒熱損失 排污熱損失等 其中排煙熱損失約占總損失的40 一50 鍋爐效率表示鍋爐在完成燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麩崮艿倪^程中 鍋爐設(shè)備的熱負(fù)荷與輸入燃料的熱量之比 其表達(dá)式為 鍋爐效率反映了鍋爐設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的完善程度 其影響因素很多 如鍋爐的參數(shù) 容量 結(jié)構(gòu)特性及燃料種類等 大 中型鍋爐的效率一般在85 一94 范圍內(nèi) 返回 二 管道效率在工質(zhì)流過蒸汽管道和給水管道時(shí) 會(huì)有一部分熱損失 熱損失的大小用汽輪機(jī)組的熱耗量與鍋爐設(shè)備熱負(fù)荷的比值的百分?jǐn)?shù)來表示 其表達(dá)式為 對(duì)于給水管道的散熱損失 可視為水在水泵中的焓升值與之相平衡 管道效率反映了管道絕熱保溫的完善程度 若不計(jì)工質(zhì)損失 則管道效率的數(shù)值一般為99 若考慮工質(zhì)損失 則其值為96 一97 返回 三 汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率汽輪機(jī)在實(shí)際工作過程中存在著進(jìn)汽節(jié)流 排汽及內(nèi)部 包括漏汽 摩擦 濕汽等 損失 使工質(zhì)的實(shí)際焓降小于理想焓降 汽輪機(jī)的實(shí)際焓降與理想焓降之比的百分?jǐn)?shù) 稱為汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 其表達(dá)式為 式中h hna 汽輪機(jī)的實(shí)際排汽焓和理想排汽焓 kJ kg 汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率 般為78 一85 汽輪機(jī)組的絕對(duì)內(nèi)效率為 返回 四 汽輪機(jī)機(jī)械效率汽輪機(jī)輸出給發(fā)電機(jī)軸端的功率與汽輪機(jī)的內(nèi)功率之比的百分?jǐn)?shù) 稱之為機(jī)械效率 即 汽輪機(jī)機(jī)械效率反映了汽輪機(jī)支持軸承 推力軸承與軸和推力盤之間的機(jī)械摩擦耗功 以及拖動(dòng)主油泵 凋速系統(tǒng)耗功量的大小 機(jī)械效率一般為96 一99 返回 發(fā)電機(jī)的輸出電功率與軸端輸入功率之比的百分?jǐn)?shù)稱為發(fā)電機(jī)效率 d 即 發(fā)電機(jī)效率反映了發(fā)電機(jī)軸與支持軸承摩擦耗功 以及發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)冷卻介質(zhì)的摩擦和銅損 線圈發(fā)熱 鐵損 激磁鐵芯渦流發(fā)熱等 造成的功率消耗 發(fā)電機(jī)效率隨發(fā)電機(jī)的冷卻方式和冷卻介質(zhì)的不同而有一些差異 如大型空冷發(fā)電機(jī)效率 d 97 一98 氫冷發(fā)電機(jī)效率 d 98 一99 水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)效率 d 96 0 98 7 水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)效率較低的原因是 由于水的冷卻效果好且一般都是直接冷卻 制造發(fā)電機(jī)的材料與同容量空冷 氫冷發(fā)電機(jī)相比較可減少30 左右 發(fā)電機(jī)體積的減小 導(dǎo)致鐵損 銅損增大 使發(fā)電機(jī)效率較低 返回 五 發(fā)電機(jī)效率 六 純凝汽式發(fā)電廠的總效率1 已知電廠的各項(xiàng)上述損失 則純凝汽式發(fā)電廠的總效率 ndc為 2 若已知汽輪發(fā)電機(jī)組輸出功率戶Pd 燃料消耗量Bd 燃料低位發(fā)熱量QDW 則純凝汽式發(fā)電廠的總效率也可由下式進(jìn)行計(jì)算 返回 以發(fā)電廠每發(fā)出1kW h的電能為基礎(chǔ) 根據(jù)發(fā)電廠的能量分配情況 得出其熱平衡式為 圖1 3為一個(gè)簡單凝汽式發(fā)電廠的熱平衡圖 它反映了發(fā)電廠的能量分配情況 由發(fā)電廠總效率的汁算值和熱平衡圖可知 純凝汽式發(fā)電廠對(duì)燃料熱能的有效利用程度是很低的 這主要是由于排汽傳給冷源的熱量損失太大的緣故 所以 提高發(fā)電廠燃料熱能利用程度的途徑 主要是減少冷源損失 我們?cè)诤竺鎸⒁v述的回?zé)?供熱等 就是以減少進(jìn)入凝汽器中的蒸汽量來減少冷源損失的 三 發(fā)電廠的熱平衡 熱效率 效率分析法的實(shí)質(zhì)是能量的數(shù)量平衡 所以也稱為熱力學(xué)第一定律效率 熱量法 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 1 1 2做功能力分析法 若環(huán)境溫度為 某一熱力過程或設(shè)備中的熵為 則引起的做功損失為 1 熵分析法 孤立系統(tǒng)熵增原理 熵分析法是通過計(jì)算熵增來確定做功能力損失的方法 通常取環(huán)境狀態(tài)作為衡量系統(tǒng)做功能力大小的參考狀態(tài) 即認(rèn)為系統(tǒng)與環(huán)境相平衡時(shí) 系統(tǒng)不再有做功能力 發(fā)電廠總的能量損失 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 1 有溫差的換熱 冷凝器 加熱器 三種典型的不可逆過程 工質(zhì)膨脹 或壓縮 工質(zhì)絕熱節(jié)流 存在溫差的換熱 l 2過程 工質(zhì)A放熱 平均溫度為 單位工質(zhì)的熵減少了 放熱量為 3 4過程 工質(zhì)B吸熱 平均溫度為 單位工質(zhì)的熵增加了 吸熱量為 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 據(jù)能量平衡 單位工質(zhì)的換熱量為 單位工質(zhì)做功能力的損失為 可知 Tamb一定時(shí) 換熱過程的熵增 結(jié)論 高溫?fù)Q熱比低溫?fù)Q熱做功能力損失小 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 2 工質(zhì)絕熱節(jié)流過程 蒸汽在汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的節(jié)流過程 節(jié)流前后工質(zhì)的焓不變 即 并非等焓過程 由熱力學(xué)第一定律解析式 對(duì)于微元可逆過程 有 即 節(jié)流過程的熵增為 圖中陰影部分的面積 由此式可知 壓降愈大 做功能力的損失愈大 此外 還與工質(zhì)的比體積和溫度有關(guān) 在損失相等時(shí) 高溫高壓的蒸汽管道可以采用較大的工質(zhì)壓降 因此可使用小管徑的通道 以節(jié)省投資 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 3 工質(zhì)膨脹或壓縮過程 蒸汽在汽輪機(jī)中的膨脹過程是一個(gè)不可逆過程 由不可逆引起的熵增為 做功能力的損失為 同理 在發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中 工質(zhì)在水泵中被不可逆絕熱壓縮也將引起做功能力的損失 顯然 減少工質(zhì)膨脹或壓縮過程做功能力損失的途徑是減少其做功過程中的擾動(dòng) 摩擦等不可逆影響 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 系統(tǒng)所提供的熱量中可轉(zhuǎn)化為有用功的最大值 2 分析法 的類型 閉口系從給定的狀態(tài)可逆地變到與環(huán)境相平衡的狀態(tài)所能做的最大有用功稱為該狀態(tài)下閉口系的 開口系統(tǒng)中 當(dāng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)工質(zhì)只與環(huán)境作用時(shí) 從給定的狀態(tài)可逆地變到環(huán)境狀態(tài)所能做出的最大有用功 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 方程和 效率 方程 穩(wěn)流熱力系統(tǒng) 開口穩(wěn)流系統(tǒng) 平衡的通用方程 效率 相對(duì)指標(biāo) 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 輸入 輸出 損 系統(tǒng)的 變 對(duì)比總結(jié) 用各種效率來反映熱力設(shè)備將能量轉(zhuǎn)換或輸出有效能量的程度 用能量損失率來反映各階段能量損失的大小 不同階段熱效率不同 能量平衡關(guān)系 供給熱量 有效利用熱量 損失熱量 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 1 熱量法 簡單凝汽式電廠能量轉(zhuǎn)換過程的熱流圖 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 平衡關(guān)系 供給的可用能 有效利用的可用能 損 2 分析法 凝汽式發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)換的全過程是由若干不可逆過程組合而成的 每一不可逆過程均存在 損失 通過對(duì)各設(shè)備中的 損失的計(jì)算確定做功能力的損失 全廠總的做功能力損失包括 鍋爐的 管道的 汽輪機(jī)的 凝汽器的 機(jī)械的 發(fā)電機(jī)的 計(jì)算以1kg工質(zhì)為基準(zhǔn) 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 流圖 燃料 以100 計(jì) 簡單凝汽式發(fā)電廠蒸汽的初參數(shù)為16 5MPa 550 終參數(shù)為5kPa時(shí)各項(xiàng) 損失所占的份額示于 流圖中 1 1熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)方法 小結(jié) 1 熱量法及做功能力損失法從不同的角度分析發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性 所得結(jié)論不同 效率法認(rèn)為 在凝汽器中的能量損失數(shù)量最大 而鍋爐的熱損失卻很小 做功能力損失法 方法 認(rèn)為 發(fā)電廠中 鍋爐的做功能力損失最大 而凝汽器中做功能力損失卻很小 原因 熱量法從數(shù)量上計(jì)算各設(shè)備及全廠的熱效率 不區(qū)分能量品位的高低 而 方法的可用能損失則是以不可逆為準(zhǔn) 考慮了不同能量質(zhì)的區(qū)別 即在凝汽器中的能量損失數(shù)量雖然很大 但其品位很低 2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 小結(jié) 1 2凝汽式發(fā)電廠的主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及評(píng)價(jià) 凝汽式發(fā)電廠只生產(chǎn)電能 即把汽輪機(jī)做完功的蒸汽排入凝汽器 凝結(jié)成水 完成由熱能向電能的轉(zhuǎn)換 由上節(jié)的分析可知 按熱量法分析 發(fā)電廠的主要損失是由冷源放熱引起的熱損失 按做功能力損失法分析 其主要損失來自于循環(huán)過程存在的不可逆性 為此 要提高發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性 就要從如何降低冷源損失以及減少不可逆損失兩方面著手 采用給水回?zé)峒訜?蒸汽中間再熱循環(huán)等 教學(xué)目的 掌握汽輪發(fā)電機(jī)組的汽耗率 熱耗率 發(fā)電廠的廠用電率 發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的意義 計(jì)算方法和數(shù)值范圍 凝汽式發(fā)電廠主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 一 汽輪發(fā)電機(jī)組的汽耗量D0和汽耗率d0在汽輪發(fā)電機(jī)組中 熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臒崞胶夥匠虨?式中 汽輪機(jī)的汽耗量 kg h 此方程式也稱為汽輪發(fā)電機(jī)組的功率方程式或能量平衡方程式 它可以決定汽輪發(fā)電機(jī)組每小時(shí)的汽耗量和汽耗率 汽耗量為 kg h每生產(chǎn)lkw h的電能所需要的蒸汽量 稱為汽輪發(fā)電機(jī)組的汽耗率 即 汽耗率 返回 一 純凝汽式發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 一 汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗量和熱耗率a 汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗量等于汽耗量乘以進(jìn)入汽輪機(jī)前的新蒸汽焓與給水進(jìn)入鍋爐時(shí)的焓之差 即kj h 二 全廠經(jīng)濟(jì)指標(biāo) b 每生產(chǎn)1kw h的電能所需要的熱量稱為熱耗率 即 kj kw h 二 發(fā)電廠的熱耗量和熱耗率a 發(fā)電廠的熱耗量Qndc 即鍋爐設(shè)備的熱耗量 為 kj hb