電廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

電廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式電廠生產(chǎn)電能的過程即：燃料化學(xué)能（鍋爐）-蒸汽熱能（汽輪機(jī)中膨脹做功）-機(jī)械能（發(fā)電機(jī)）-電能。在不同的轉(zhuǎn)化階段存在著數(shù)量不等的能量損失。一、電廠的能量轉(zhuǎn)換——能量轉(zhuǎn)換過程中的損失和利用發(fā)電廠的熱經(jīng)濟(jì)性是通過能量轉(zhuǎn)化過程中能量的利用程度或損失大小來衡量的，研究各種損失的部位、大小、原因等，以期減少損失浪費。第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一電廠的能量轉(zhuǎn)換——能量轉(zhuǎn)換過程中的損失和利用發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)評價方法熱量法（熱效率法）：熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，從能量的數(shù)量利用角度評價做功能力損失法（熵方法）：熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，從能量的質(zhì)量利用角度評價。發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：1、熱效率2、能耗3、能耗率區(qū)別：熱量法分析燃料化學(xué)能數(shù)量上被利用的程度，用于定量分析；熵方法分析燃料化學(xué)能做功能力被利用的程度，用于定性分析。第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1.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）來評價電廠和熱力設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性損失能量有效利用能量供給總能量熱力設(shè)備η熱損失率z熱量守衡：供給熱量=有效利用熱量+損失熱量第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一鍋爐機(jī)組熱平衡及鍋爐效率熱平衡是指鍋爐的輸入熱與輸出熱量（包括有效利用熱和各項熱損失）之間的平衡Qcp=Qb+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6Qcp-輸入鍋爐的熱量Qb-鍋爐有效利用熱Q2-排煙熱損失Q3-氣體不完全燃燒熱損失Q4-固體不完全燃燒熱損失Q5-散熱損失Q6-灰渣物理熱損失第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一鍋爐機(jī)組熱平衡及鍋爐效率第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一簡單凝汽式發(fā)電廠循環(huán)系統(tǒng)圖GBCηbηiηcp=ηbηpηiηmηgηgηmηpTQbQ0QCPWi第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一有再熱的凝汽式發(fā)電廠循環(huán)系統(tǒng)圖G第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一（1）鍋爐效率hb

鍋爐能量平衡關(guān)系：輸入燃料熱量Qcp

=鍋爐熱負(fù)荷Qb+鍋爐熱損失△QbbcpQbQbhz-=D=1cpQbQcpQbQBqbQbD-===1neth0.9~0.94BQb△QbQcp排煙損失、散熱損失、未完全燃燒損失、排污損失2.凝汽式電廠的各種損失和熱效率第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一管道能量平衡關(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hPQbTQ0B△Qp0.98~0.99第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一汽輪機(jī)能量平衡關(guān)系：汽輪機(jī)熱耗Q0=汽輪機(jī)內(nèi)功率Wi+汽輪機(jī)冷源損失△Qc汽輪機(jī)排汽的汽化潛熱損失、膨脹節(jié)流、排汽、內(nèi)部損失TWiQ0G△QC010QcQQiWiD-==h0.45~0.47)1(ipbcpQcQchhhz-=D=（3）汽輪機(jī)絕對內(nèi)效率hi第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式汽輪機(jī)的絕對內(nèi)效率ηi

汽輪機(jī)能量平衡式：

絕對內(nèi)效率ηi：

Wi——汽輪機(jī)汽耗為D0時實際內(nèi)功率Wa——汽輪機(jī)汽耗為D0時理想內(nèi)功率ηi——汽輪機(jī)的絕對內(nèi)效率ηt——汽輪機(jī)的理想熱效率ηri——汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率TWiQ0G△QC第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一汽輪機(jī)機(jī)械能量平衡關(guān)系：汽輪機(jī)內(nèi)功率Wi（kJ/h）=發(fā)電機(jī)軸端功率Pax（kW）

+機(jī)械損失△Qm

（4）機(jī)械效率hmTWiPaxG△Qm0.965~0.99第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一發(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)0.95~0.98PaxG△QgPe第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一全廠能量平衡關(guān)系：全廠熱耗量Qcp =發(fā)電機(jī)輸出功率Pe

+全廠能量損失Σ△Qj

（6）全廠總效率0.24~0.42QjcpQcpzD==Σzjcp0.58~0.76△Qb+△Qp+△Qc+△Qm+

△Qg第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一火力發(fā)電廠的各項損失（%）項目高參數(shù)超高參數(shù)超臨界參數(shù)鍋爐△Qb1098管道△Qp10.50.5汽輪機(jī)冷源△Qc57.552.550.5汽輪機(jī)機(jī)械△Qm0.50.50.5發(fā)電機(jī)△Qg0.50.50.5總能量損失69.56360全廠總效率30.53740第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式電廠的熱效率比較第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式電廠的損失率比較第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一熱流圖第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一3.熵方法（做功能力法）實際的動力過程是不可逆的，必然引起熵增熵方法——通過熵增（熵產(chǎn)）的計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=Ten

△sI

cp=∑I第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一朗肯循環(huán)鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵凝汽器朗肯循環(huán)1234簡化（理想化）：12汽輪機(jī)

s

膨脹23凝汽器

p

放熱34給水泵

s

壓縮41

鍋爐

p

吸熱第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一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△sbTen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第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一

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：不可逆絕熱膨脹21spcp1TenΔstu12aTp0p02第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一（3）不可逆絕熱壓縮過程

——水泵做功損失：不可逆絕熱壓縮

21sp2p1TenΔs12T第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一（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：根據(jù)熱力學(xué)第一定律：dq=dh-vdp節(jié)流前后工質(zhì)焓不變即dh=0，所以ds=-v/Tdp21Tsp1p2TenΔsh=const第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式發(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傳動裝置Im發(fā)電機(jī)Ig回?zé)峒訜崞?、給水泵（忽略）第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一en鍋爐散熱做功損失鍋爐能量轉(zhuǎn)換做功損失鍋爐溫差傳熱做功損失管道做功損失汽輪機(jī)內(nèi)部做功損失凝汽器做功損失機(jī)械摩擦做功損失發(fā)電機(jī)做功損失凝汽式發(fā)電廠做功能力損失分布圖第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一

凝汽式發(fā)電廠做功能力損失

做功損失ICP：

en全廠效率：第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一能流圖第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一小結(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)工程實際作功能力法：定性分析，指導(dǎo)技術(shù)革新第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一幾點說明（1）效率和損失是能量轉(zhuǎn)化過程中一個問題的兩個方面，利用能量利用率和能量損失率來求各設(shè)備的效率是兩種不同的分析方法和計算方法，他們是可以相互檢驗的。（2）以上的效率可以分為兩類，一是絕對效率，如ηi、ηt、ηcp,他們不僅反映熱量利用率，而且還反映熱功轉(zhuǎn)化的程度，因此不僅是數(shù)量指標(biāo)而且也是質(zhì)量指標(biāo)；另一類是相對效率，如ηb、ηp、ηri、ηm、ηg，他們反映相應(yīng)設(shè)備在制造中的工藝完善程度和運行管理水平。（3）全廠總效率既反映了發(fā)電廠燃料熱量的利用程度，有反映了熱能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換率，因此也是凝汽式發(fā)電廠最全面的指標(biāo)。說明第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一二

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）熱效率第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對電效率ηeGTQ03600Pe△Q第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1.能耗(單位時間能耗,/h)

電廠煤耗B電廠熱耗Qcp汽輪機(jī)熱耗Q0

汽輪機(jī)汽耗D0

相互關(guān)系

GBCηbηiηmηpTQcpD0ηgBcpPe第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一不同容量機(jī)組能耗比較660MW1000MW發(fā)電廠熱耗量（kJ/h）5476*10e67985*10e6發(fā)電廠煤耗量（kg/h）1.901*10e52.728*10e5汽輪發(fā)電機(jī)組汽耗量（kg/h）2100*10e32975*10e3汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗量（kJ/h）5477*10e67751*10e6結(jié)論：能耗指標(biāo)與產(chǎn)量有關(guān)，只能表明Pe為一定時的熱經(jīng)濟(jì)性；第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一2.能耗率(單位發(fā)電量的能耗，/KW·h)

——反映每生產(chǎn)1kW.h電能所消耗的能量發(fā)電煤耗率標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電煤耗率電廠熱耗率汽輪機(jī)熱耗率汽輪機(jī)汽耗率相互關(guān)系第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一標(biāo)準(zhǔn)煤低位發(fā)熱量qnet=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)）廠用電率（kg標(biāo)準(zhǔn)煤/(kW.h)）第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一不同容量機(jī)組能耗率比較660MW1000MW全廠熱耗率（kJ/(kW.h)）84407986 全廠發(fā)電煤耗率（kg/(kW.h)）288272汽輪機(jī)熱耗率（kJ/(kW.h)）76627383汽輪機(jī)汽耗率（kg/(kW.h)）3.182.98結(jié)論：能耗率能夠全面反映發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一3.熱效率凝汽式汽輪機(jī)的絕對內(nèi)效率ηi

汽輪機(jī)能量平衡式：

絕對內(nèi)效率ηi：

Wi——汽輪機(jī)汽耗為D0時實際內(nèi)功率Wa——汽輪機(jī)汽耗為D0時理想內(nèi)功率ηi——汽輪機(jī)的絕對內(nèi)效率ηt——汽輪機(jī)的理想熱效率ηri——汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率TWiQ0G△QC第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一1kg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ηi：第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一示例：計算圖示系統(tǒng)中汽輪機(jī)的內(nèi)效率（忽略汽水損失）第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一汽輪機(jī)實際做功Wi的計算：（1）Wi＝汽輪機(jī)凝汽流內(nèi)功＋各級回?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第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式電廠熱效率ηcp（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%）300MW及以上機(jī)組電廠：4.7%—5.5%；125—200MW機(jī)組電廠：8.5%；中小容量機(jī)組電廠： 9%—12%。第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一凝汽式電廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的說明在一個電廠范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)煤耗率是表明能量轉(zhuǎn)換程度的最全面的指標(biāo)，它既反映電廠的管理水平和運行水平，也是廠際、班組間的經(jīng)濟(jì)評價、考核的重要指標(biāo)之一。對于一個汽輪機(jī)，熱耗率是一個最完善的指標(biāo)，可以做為機(jī)組改造或熱力試驗考核的標(biāo)準(zhǔn)。能耗中的熱耗率q和煤耗率b與熱效率是一一對應(yīng)關(guān)系，他們是通用的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而汽耗率與熱效率無直接關(guān)系，它取決于汽輪機(jī)的實際內(nèi)功率。第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一三、核能發(fā)電的條件及熱經(jīng)濟(jì)性核燃料：U235、U238、Pu239和釷原子核的裂變：

核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾、釷等在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì)量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂變……，使過程持續(xù)進(jìn)行下去，這種過程稱作鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一 核能：核裂變能（可控）、核聚變能（不可控）

核電站： 核能——————電能 易裂變元素：U235、U233、Pu239 常用核燃料：二氧化鈾 核電的優(yōu)點：（1）燃料能量集中 （2）環(huán)境污染小 （3）燃料儲量豐富 （4）大部分設(shè)備與普通電站基本相同可控自持裂變反應(yīng)第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一核電廠類型壓水堆核電廠沸水堆核電廠重水堆核電廠石墨沸水堆核電廠石墨氣冷堆核電廠高溫氣冷核電廠快中子增殖堆核電廠第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一核反應(yīng)堆類型第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一 壓水堆核電廠

——以輕水做慢化劑和冷卻劑

壓水堆核電廠組成核島：反應(yīng)堆廠房、核輔助機(jī)廠房和建筑物、 相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備常規(guī)島：汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)廠房及其建筑物、相關(guān)系 統(tǒng)和設(shè)備配套設(shè)施：其他建筑物、系統(tǒng)和設(shè)備第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一具體過程反應(yīng)堆堆芯內(nèi)進(jìn)行核裂變并穩(wěn)定地釋放熱能。由于采用穩(wěn)壓器提高系統(tǒng)內(nèi)的水壓，一回路的水受熱后不會沸騰。這些高壓水隨之將堆芯內(nèi)產(chǎn)生的熱能帶走。帶熱能的高壓水經(jīng)蒸汽發(fā)生器內(nèi)數(shù)以千計的傳熱管，將熱能傳到管外二回路系統(tǒng)的水內(nèi)。二回路系統(tǒng)與一回路系統(tǒng)是完全分隔的。二回路水隨即受熱沸騰，變成蒸汽，然后推動汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電力。蒸汽自汽輪機(jī)排出，被三回路的海水冷卻后，再循環(huán)至蒸汽發(fā)生器加熱。第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一（二）ITER介紹國際熱核反應(yīng)堆合作計劃（ITER）由中國、美國、歐盟、日本、俄羅斯、韓國參加。2014年建造一座總功率為500萬千瓦的熱核反應(yīng)堆，項目總投資額預(yù)計為100億歐元(反應(yīng)堆所在國出資48％，其他國家各出資10％)。建造一座原型聚變反應(yīng)堆(2025年前投入運行)和一座示范聚變堆(2040年前投入運行)目的:從海水中提取氫的同位素用于核聚變反應(yīng)國際熱核反應(yīng)堆選址：法國南部城市馬賽附近的卡達(dá)拉舍中國HT-7超導(dǎo)托卡馬克（高溫等離子研究）第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一大亞灣核電站三門核電站（三）核電的優(yōu)越性1.化石燃料資源有限，核能資源豐富2.核能是安全清潔的能源3.核電經(jīng)濟(jì)上合算，特別是缺煤少油地區(qū)第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一（四）核電廠回路系統(tǒng)及熱力設(shè)備特點1.工質(zhì)為低壓飽和蒸汽，工質(zhì)流量和容積流量都大得多第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一

1、新汽為飽和蒸汽或微濕蒸汽，必須先行汽水分離。2、高壓缸排蒸汽濕度較大，必須再加熱。3、再熱器的特點是用新蒸汽或抽汽來作為加熱蒸汽。4、在濕蒸汽區(qū)域的各級葉柵，應(yīng)采取相應(yīng)的去濕措施。2.核電飽和蒸汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點3.核電汽輪機(jī)裝置熱力系統(tǒng)的特點1、需有蒸汽母管。2、需用整機(jī)旁路系統(tǒng)。3、給水系統(tǒng)也為母管式單元制系統(tǒng)。4、須有連續(xù)放射性監(jiān)測裝置。第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一（五）核電站的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第五十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第六十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一第六十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期一國外的核電事業(yè)國外核電概況

1938年德國科學(xué)家首先發(fā)現(xiàn)了鈾的核裂變現(xiàn)象，1942年英國建成了第一座核反應(yīng)堆，1954年在原蘇聯(lián)建成了世界第一座核電站，它以濃縮鈾為燃料，石墨為減速劑，容量為5MW，揭開了核電發(fā)展的歷史。接著美國研制成功輕水反應(yīng)堆，英、法研制成功氣冷反應(yīng)堆，加拿大研制成功了重水反應(yīng)堆，并分別建成了實用的核電站。（2006年全球核電分布如右下圖所示）第二代特征是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。第三代使具有預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故措施，經(jīng)濟(jì)上能與天然氣機(jī)