热力发电厂动力循环及其热经济性分析

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1、,第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性,热力发电厂生产的实质是能量转换，即将燃料中的化学能，通过在锅炉中燃烧转变为蒸汽的热能，并通过汽轮机的旋转变为机械能，最后通过发电机转为所需的电能。图0-1为燃煤电厂生产过程的示意图，将燃料煤从储煤场经输煤皮带送入原煤仓，经给煤机送入钢球磨煤机，被磨成粗的煤粉，在热空气的输送下，由磨煤机出口引往粗粉分离器，不合格的煤粉返回磨煤机入口再磨，合格的粗煤粉则送入旋风分离器，被分离后的细煤粉落入煤粉仓，从煤粉仓下来的细煤粉经给粉机将热空气和细煤粉经燃烧器喷入炉内燃烧。燃烧生成的上千摄氏度的高温烟气，通过炉膛四周的水冷壁管将管内给水加热，水冷壁内的给水被加热成的饱

2、和蒸汽升入汽包，从汽包出来的饱和蒸汽引至烟道内的蛇形管式过热器加热成过热蒸汽引至汽轮机。即在锅炉内将燃料中的化学能转变为具有一定压力和温度的蒸汽热能。燃料燃烧所需的空气，通过送风机，将锅炉顶部处的空气先送至位于锅炉尾部烟道内,的空气预热器加热，被加热后的热空气送至磨煤机及其制粉系统。炉膛内产生的高温烟气先在炉膛内向四周的水冷壁辐射放热后，沿水平烟道内过热器，对流传热将蒸汽加热为过热蒸汽，再沿尾部烟道的省煤器、空气预热器，先后对流放热加热省煤器内的给水、空气预热器内的空气，并被吸风机将烟气引至除尘器，被除尘后的烟气经吸风机再引至烟囱，最后排入大气。燃烧后的煤渣落入炉膛下的灰斗，连同与尾部烟道下细

3、灰斗落下的细灰和除尘器落下的细灰一并引至除渣灰系统。从锅炉过热器引出的蒸汽沿主蒸汽管道将蒸汽引入汽轮机，蒸汽在汽轮机内膨胀做功，使汽轮机以每分钟3000转的高速旋转，将蒸汽热能转变为,机械能，并通过靠背轮拖动发电机再将机械能转变为具有一定电压的电能，最后通过主变压器将电压升高后并入电网，通过电网传输至各用户，即将机械能转变为电能。在汽轮机膨胀做功后的蒸汽最后排入凝汽器放热给冷却水（冷源）后凝结成凝结水，而冷却水被加热后再引返至冷却水源。若采用循环供水系统（图中未表示），从凝汽器出来的被加热后冷却水则引至冷却设备（如冷却池、喷水池和冷却塔），被冷却后再引回至凝汽器，循环使用。为提高热力发电厂的热

4、经济性采用回热循环，即将已做了一部分功的蒸汽，（图0-1所示为三级回热）抽出分别引至低压加热器、除氧器和高压加热器，将给水加热，再由位于除氧器下侧的给水泵将除了氧的给水，先送进锅炉尾部烟道内的蛇形管式省煤器进一步加热之后，才引入汽包（图中未显示）。现代热力发电厂均采用具有多级（78级）回热的再热循环。,N300-16.7/538/538型机组的发电厂原则性热力系统,重点：热力发电厂热经济性的评价方法凝气式电厂的主要热经济指标；蒸汽参数对电厂热经济性的影响。难点：热力发电厂热经济性的评价方法；蒸汽参数对电厂热经济性的影响；,本章重点及难点：,第一节 热力发电厂热经济性的评价方法对热力发电厂进行热

5、经济性评价的意义：1、火电厂是一次能源的用能大户； 2、火电厂是技术、资金密集性企业，需耗费大量的资金和钢材； 3、火电厂投资比水电核电要少；建设周期短。,一、评价热力发电厂热经济性的主要方法,（1）发电厂热经济性的评价： 通过能量转换过程中能量的利用程度或损失大小来衡量电厂的热经济性。（2）目的：要提高发电厂的热经济性。研究热损失产生的部位、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。,1、凝汽式发电厂生产过程：能量转换的过程。,锅炉,汽轮机,发电机,电能,燃料的化学能,蒸汽热能,机械能,2、评价方法（1）热量法：以热力学第一定律为基础，以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价

6、电厂的热经济性。（一般用于电厂热经济性的定量分析。）热力学第一定律：是能量守恒与转换定律在热现象中的应用，它确定了热力过程中，热力系与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。,（2）熵方法（做功能力损失法） 、 方法：以热力学第二定律为基础，以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价电厂的热经济性，（一般用于电厂热经济性的定性分析）。热力学第二定律：阐明了与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律。克劳修斯说法（从热量传递的方向性的角度提出）：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。 开尔文说法：第二类永动机是不存在的。 （不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功

7、而不留下任何变化的热力发动机。）,二、热量法,热量法以热效率或热损失率的大小来衡量电厂的热经济性。热效率 :反映了热力设备将输入能量转换成输出有效能量的程度。能量平衡关系：输入总能量有效利用能量损失能量,热力设备,凝汽式发电厂热力系统图,有再热的凝汽式发电厂循环系统图,B,C,b,i,cp=bpimg,g,m,p,Qb,Q0,D1,qrh,wi,C,HP,HP,IP,IP,LP,（1）锅炉,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、排污损失等。,0.900.94,B,（2）管道,G,B,T,C,0.980.9

8、9,Qb,Q0,p,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,（3） 汽轮机,0.450.47,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 膨胀过程中的进汽节流、排汽、内部损失,循环的理想热效率汽轮机的相对内效率,汽轮机冷源热损失率,当采用新蒸汽1kg时用汽轮机实际比内功和汽轮机比热耗表示，则汽轮机的绝对内效率的表达式为：,1 、汽轮机汽耗为D0时的实际内功 汽轮机实际做功Wi的三种表示方法：2、汽轮机汽耗为D0时的机组热耗3、凝汽式汽轮机的绝对内效率,计算过程：,（2）汽轮机实际

9、做功量Wi、比内功wi,（3）汽轮机内效率i 、净内效率,（1）汽轮机热耗Q0、比热耗q0,Drh,Dj,Dfw,（四）、汽轮机机械损失及机械效率,0.965 0.99,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Qm,（五）发电机的能量损失及发电机效率,0.95 0.98,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,G,（6）全厂总效率,0.3890.42,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Qj,全厂总能量损失Qj= Qb + Qp + Qc + Qm + Qg,火力发电厂的各项损失（%）,具有一

10、次中间再热的火力发电机组热流图1输入热量，%；2锅炉热损失，%；3管道热损失，%；4凝汽流发电量，%；5机械热损失，%；6发电机热损失，%；7输出能量，%；8抽汽流发电量，%；9汽轮发电机组冷源损失，%；10凝结水热量，%；11给水热量，%,11,11,9,9,8,10,8,4,热流图,三、熵方法,通过熵增（熵产）的计算来确定做功能力的损失。环境温度Ten，则熵增 s 引起的做功损失 I 为： I = Ten s,（一）典型不可逆过程的做功能力损失1、有温差的换热过程 冷凝器、加热器放热过程:熵减s a，吸热过程:熵增s b放热量 =吸热量,Ten,换热过程熵增：,做功损失：,Ten一定T ，

11、 I T一定， I ,有温差换热过程的T-S图,2、工质节流过程的做功能力损失,汽轮机进汽调节结构 做功损失：,3、工质膨胀做功过程能力损失,汽轮机做功损失：,4、不可逆绝热压缩过程 水泵做功损失：,1 、 锅炉的做功能力损失（1）锅炉的散热损失：做功损失：,（二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率,（2）化学能转化为热能熵增：做功损失：,（3）工质温差传热,锅炉中做功总损失：,做功损失：,熵增：,做功损失：,2 、主蒸汽管道做功能力损失：,熵增：,3 汽轮机内部做功能力损失,熵增：,做功损失：,4 、凝汽器中做功能力损失,熵增：,做功损失：,5 、汽轮机机械摩擦产生的做功能力损失,做功损失：,

12、6 发电机的做功能力损失,做功损失：,7 凝汽式发电厂做功能力损失,全厂效率：,做功能力损失：,能流图,四、 方法,1 效率与 损能量平衡关系：输入的可用能=有效利用的可用能+ 损 效率,损：,2、 平衡方程的图解,电厂典型热力设备的 损,设备,特点,比 损,汽轮机,锅炉、换热器,管道,3、凝汽式电厂纯凝汽工况运行时的 损分布,实际电厂的总 损失：电厂生产1kg蒸汽所消耗燃料的 值：全厂 效率：,流图,凝汽式电厂运行时的,小结：,1 、 热量法与作功能力法计算的全厂总效率相同；2 、 损失分布，两种方法得出完全不同的结果。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 、

13、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,第二节 凝汽式发电厂的主要热经济指标,能耗量（汽耗量、热耗量、煤耗量）能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）热效率,1、能耗量,反映生产电功率Pe所消耗的能量电厂热耗Qcp 、 电厂煤耗Bcp、汽轮机热耗Q0、 汽轮机汽耗D0 功率方程式：3600Pe =Qcpcp =Bqnetcp=Bqnetbpimg kJ/h3600Pe =Q0e = Q0img = D0wimg kJ/h,发电厂热耗量：发电厂煤耗量：汽轮发电机组热耗量：汽轮发电机组汽耗量：注意能耗量指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性当q0不同时，即使P

14、e一定，D0也不能作为热经济指标。,3600Pe =Qcpcp =Bqnetcp=Bqnetbpimg 3600Pe =Q0e = Q0img = D0wimg kJ/h,2、能耗率,总结: 能耗率中热耗率和煤耗率与热效率三者之间是一一对应的关系，知其一可求出其余两个，它们都是凝汽式发电厂的通用热经济指标。q0一定时，d才能反映电厂的热经济性。,发电厂热耗率qcp,反映每生产1kW.h电能所消耗的能量,发电厂煤耗率bcp,汽轮机热耗率q,汽轮机汽耗率d,发电厂标准煤耗率,全厂供电标准煤耗率,标准煤,思考题：1、发电厂的总效率 有哪两种计算方法？各在什么情况下应用？热量法（热效率法）和做功能力损失法热量法：从燃料化学能从数量上被利用的程度来计算发电厂的总效率，一般用于电厂热经济性的定量分析。做功能力损失法：计算做功能力的损失，这种方法不仅表明能量转换的结果，并能揭示能量损失的部位、数量和原因，一般用于电厂热经济性的定性分析。,2、从热力学的观点分析，评价发电厂热经济性的方法有基于热力学第一定律的什么方法？或基于热力学第二定律的什么方法？（热量法或热效率法）熵方法（做功能力损失法）或 方法,