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1、1第一章第一章 火电厂的评价及可持续发展火电厂的评价及可持续发展 本章先讨论发电厂的安全、可靠管理和寿命管理，再讨论火力发电厂的环保评价，然后重点讨论热力发电厂热经济评价的两种基本分析方法，以及我国现行的用热量法分析凝汽式发电厂的热经济性及其指标的定量计算。2第一章第一章 火电厂的评价及可持续发展火电厂的评价及可持续发展第一节第一节 火电厂的安全生产与环境保护火电厂的安全生产与环境保护第二节第二节 热力发电厂的热经济评价热力发电厂的热经济评价 第三节第三节 凝汽式发电厂的热经济指标凝汽式发电厂的热经济指标 第四节第四节 我国火力发电工业的资源节约、环境友好和可我国火力发电工业的资源节约、环境友
2、好和可 持续发展持续发展 本 章 提 要3第一节 火电厂的安全生产与环境保护一、发电厂的安全可靠性一、发电厂的安全可靠性（一）火电厂可靠性管理的任务与作用 火电厂的生产安全第一 任一设备、元件或误操作都可能导致主网瓦解，严重影响国民经济、人们生活或设备人身安全 火电厂可靠性是指在预定时间内和规定的技术条件下，保持系统、设备、部件、元件发出额定电力的能力，并以量化的一系列可靠性指标来体现。 4 (二) 火电厂的可靠性指标 火电厂主要设备的可靠性是火电厂可靠性指标的基础。设备的可靠性是以统计时间为基准的以机组所处状态的各种性能指标来表征。 火电机组状态图，如下图所示：图中：纵坐标为机组最大出力GM
3、C， MW一般为机组额定容量；横坐标PH为统计期间（按季或年计）小时数。图中面积即为发电量 W，MWh。图1-1 火电机组状态图5我国火电厂可靠性指标有23个。其中有：可用系数 ：非计划停用系数 ：等效可用系数：强迫停用率：6 目前，强迫停用率和非计划停用次数是我国考核电厂可靠性的指标。 我国现状：我国大火电机组的可用率，较国外同容量的火电机组低5%-12%，如果能将可用率提高5%，相当于国家不投资却多建设3000-3250MW的机组。 7（三）（三） 寿命管理寿命管理1、 寿命分配火电设备及其管道，特别是锅炉汽包、汽轮机转子、叶片、汽缸和主蒸汽管道，都是有寿命的，由于冷热变效应力、低周疲劳，
4、导致寿命殆尽。 特别是起停工况影响其寿命。合理选择寿命损耗系数，合理寿命分配。 8运行方式温度变化温度变化时间min极限循环次数次每次寿命损耗率%30年使用次数次30年内寿命损耗率%控制应力极限MPa冷态启动500300100000.011001.0460温态启动300200100000.01100010460热态启动200100110000.0091300027.3440极热态启动1803035000.029100.3690正常停机1006050000.00240008290强迫冷却停机17018040000.00251000.3310正常负荷变化803040000.002512000303
5、10带厂用电运行1802030000.033100.3720总 计77.2表1-3 日本三菱350MW机组寿命分配 由表可知：冷态启动 每次寿命损耗 0.01%，30年停用100次 极热启动 每次寿命损耗 0.029%，30年停用10次92 2、设备延寿、设备延寿锅炉、汽轮机等火电设备设计寿命一般为30年。高温构件、高温蒸汽管道的设计寿命，一般为 105 h。设备、高温管道，在技术经济合理条件下可采取一些延寿措施。10（一）（一） 环境保护的重要性环境保护的重要性 少占地、节能、降耗、减排 少占良田、可耕地、少拆迁初步可行性研究-编写简要分析可行性研究-编写环境影响报告书初步设计-编写环境防治
6、方案设计施工图设计-编写环境保护防治设施设计二、发电厂的环境评价11（二）大气污染防治（二）大气污染防治 1、高烟囱排放 2、高效除尘器 3、控制SO2排放技术 目前火电厂减排SO2的主要途径有：煤炭洗选、洁净煤燃烧技术、燃用低硫煤和烟气脱硫。 124 4、控制、控制NOxNOx技术技术(1) 采用低NOx燃烧技术(2) 炉膛喷射脱硝技术 有两类: 选择性催化还原( SCR) 脱硝 非选择性催化还原(SNCR) 脱硝。(3) 在烟道尾部加装脱硝装置13（三）节约水资源及废水资源化 我国是人均水资源占有量很少的国家 电力行业面临的紧迫任务： 1节约水资源 2废污水处理 3控制热排水的污染 大型火
7、电厂节水关键在于采用新工艺、新技术、新设备，以获得水耗少、多发电的效益。 一座200MW的火电厂，由于采用不同的技术方案，全厂耗水量可从0.05m3/s到0.37m3/s，相差约7倍。14我国老电厂的节水改造措施1.提高循环冷却水的浓缩倍率 2.将以地下水为水源的直流冷却供水系统改为循环冷却供水系统 3.用直接空冷供暧燃煤大机组装备老厂 4.以高参数大容量供暖大机组替代退役小机组 5.利用天然气发电的燃气蒸汽联合循环机组替代 燃煤小机组。6.应用增压流化床( PFBC) 技术7.用燃煤整体煤气化燃气蒸汽联合循环( IGCC) 发电15新建电厂的节水措施1.发展超临界和超超临界的大型1000MW
8、燃煤发电机组2.北方缺水煤矿坑口地区，建设600MW级空冷电站群3.在有条件利用天然气地区，建设一批燃气蒸汽联合循环电站 4.在烟台IGCC 示范电站基础上，续建若干个IGCC 电站；5.推广分段浓缩串联使用的循环冷却水处理技术 6.鼓励就近利用城市污水的再生水作火电厂补充水水源7.开发增压流化床联合循环( PFBC) 发电技术8.对缺水又限制外排废水的燃煤电厂，可考虑实现全厂废水零排放 方案，但经济性较差 9.广泛采用气力除灰与干贮灰场10.特殊情况，可考虑风冷型干排渣技术16 控制热排水的污染控制热排水的污染控制热排水的污染控制热排水的污染火电厂采用直流或混流供水时的冷却水，使用后一般温度
9、升高8-10，直接排入水体，使水体含蓄了大量热量，影响水质或水生物。辽宁发电厂热排水排入大伙房水库，因寒流突然袭击，水温突降，使已适应热水区域内生活的鱼受到“冷冲击”而大批死亡。为此，在火电厂设计中应考虑40以上热排水并采取相应技术措施后方可排放。17（四）灰渣热排水治理及综合利用 火电厂灰渣严禁排入江、河、湖、海等水域。 灰渣综合利用技术如： 1、粉煤灰生产建筑材料 2、粉煤灰用于建筑工程18热排水的综合利用热排水的综合利用1.利用热排水养殖各种贝类、对虾及藻类。2.我国有的电厂把热排水养殖鱼类，具有生长快、产量高的优点，并能降低鱼种越冬死亡率。3.用以农业灌溉，也收效良好。191 1、 噪
10、声标准噪声标准城市区域环境噪声标准GB3096-82，如表1-3所示 适用区域等效声级 eq. dBA白天夜间特殊住宅区4535居民、文教区5040一类混合区5545二类混合区6050工业集中区6555交通干线道路两侧7055表1-7 城市区域环境噪声标准值（五） 噪声防止202 2、火电厂的噪声、火电厂的噪声火电厂是噪声源相对集中、噪声幅量大、噪声种类繁多的场所，汽机房和锅炉房是强噪声集中区，其中以汽轮机运转层、锅炉排汽、送风机和球磨机运转噪声最为强烈。 火电厂强噪声如表1-8所示强 噪 声 源 频 率 声强 dB(A)125MW汽机房 低中频90-95300MW汽机房 低中频93-96球
11、磨 机 低中频97-117送 风 机 低中频113-121碎 煤 机 中 频100100kW凝结水泵 中 频95-98高压加热器 高 频104锅炉排汽 高 频114-170 表1-8 火电厂强噪声举例 213 3、火电厂的噪声防治、火电厂的噪声防治 对超标噪声，通常可通过下列途径治理：对超标噪声，通常可通过下列途径治理：（1 1）噪声源控制）噪声源控制 由国家规定的产品噪声标准控制，没有的可参考以下数据引风机（进风口前3m处）85 dB(A)送风机（进风口前3m处）90 dB(A)钢球磨煤机95-105 dB(A)其它中、高速磨煤机 86-95 dB(A)汽轮机（包括注油器、距声源1m处） 9
12、0 dB(A)发电机及励磁机（距声源1m处）90 dB(A)排料机（距机壳1.5m处）85 dB(A)汽动给水泵101 dB(A)22 （2 2）噪声传播途径控制）噪声传播途径控制1.对易于封闭的噪声源，如水泵、风机、汽轮发电机组，采用隔板、阻尼和隔声措施，降噪量可达1030dB(A)。2.对不易封闭的设备及系统，如锅炉，加热器和水、煤、汽(气)管道等，采用包覆隔振阻尼材料或设置隔声结构，降噪量可达2050dB(A)。3.不能进行噪声源控制和传播途径控制的场所，采取个人防护如戴护耳器（耳塞、防声头盔等），或在噪声环境中设置隔声间等办法，降噪量可在1540dB(A)之间。23 第二节第二节 热力
13、发电厂热经济性的评价方法热力发电厂热经济性的评价方法发电厂中能量的转换过程中恒有各种损失发电厂中能量的转换过程中恒有各种损失化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能发电厂热经济性的评价发电厂热经济性的评价通过能量转换过程中能量的通过能量转换过程中能量的利用程度（正平衡）利用程度（正平衡）或或损失大小（反损失大小（反平衡）平衡）来衡量来衡量目的：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些热损失的方法和相应措施24一、评价发电厂热经济性的两种方法一、评价发电厂热经济性的两种方法（一）（一） 热量
14、法、热效率法热量法、热效率法 基于热力学第一定律基于热力学第一定律 以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性，常以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定量分析用于定量分析 式中，式中，Q Q1 1外部热源供给的热量，外部热源供给的热量， 该动力装置的理想比内功（以该动力装置的理想比内功（以热量计），热量计）， 循环中各项能量损失之和（以热量计），循环中各项能量损失之和（以热量计）， 各项各项能量损失系数之和。能量损失系数之和。25（二）（二） 熵方法、熵方法、 方法、做功能力法方法、做功能力法 基于热力学第二定律基于热力学第二定律 以燃料化学能的做功能力被利用
15、的程度来评价电厂的热经济性，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，常用于定性分析常用于定性分析式中 : Esup供入系统的可用能， 循环中各项不可逆因素导致的各项可用能损失之和， 循环中各项可用能损失系数之和。26若循环供入可用能是温度为T1的热源提供的热量 Q1 , , 于是可得两种基本分析方法效率之间的关系式为： 式中 循环 效率， 卡诺循环效率， T1热源温度，K，Ten冷源（环境）温度， K。27二、二、 方法方法1 1 效率与效率与 损损能量平衡关系：能量平衡关系：供给的可用能供给的可用能= =有效利用的可用能有效利用的可用能+ + 损损 效率效率exex28 平衡
16、方程的图解平衡方程的图解 损：损：热力设备eqeinwieout29设 备特 点比 损e， kJ/kg效率 xe， %锅炉、换热器wa=0汽 轮 机eq=0管 道eq=0wa=0表1-9 火电厂典型热力设备的 损及 效率30 流图流图 图1-2 31图1- 3 典型不可逆过程的熵增(a) 有温差的换热；(b)有摩阻的膨胀；(c) 有摩阻的压缩；(d)有摩阻的流动及散热；(e)绝热节流232图1-4 按朗肯循环工作的凝汽式发电厂热力系统及 损分布(a) 热力系统；(b) T-S图；(c) 损分布详图33全厂能量平衡关系：全厂能量平衡关系：发电机输出功率发电机输出功率Pe=全厂热耗量全厂热耗量Qc
17、p-全厂能量损失全厂能量损失Qj以全厂总效率为例：以全厂总效率为例：全厂总能量损失全厂总能量损失Qj j= = Qb b + + Qp p + + Qc c + + Qm m + + Qg g 34火力发电厂的各项热损失（火力发电厂的各项热损失（%）项目项目高参数高参数超高参数超高参数超临界参数超临界参数QQb b10109 98 8QQp p1 10.50.50.50.5QQc c57.557.552.552.550.550.5QQm m0.50.50.50.50.50.5QQg g0.50.50.50.50.50.5总能量损失总能量损失69.569.563636060全厂总效率全厂总效率3
18、0.530.537374040表1-7 凝气式发电厂的各项损失35四、两种热经济性评价方法的比较及其应用以按朗肯循环工作的同一凝汽式发电厂为实例，用两种热经济性评价方法的具体计算结果，予以对比说明。 pb=17MPa，tb=555，p0=16.5MPa，t0=550，pc=0.005MPa，炉膛内烟气平均温度，环境压力Pen=0.098MPa，环境温度ten=20，各项效率为b=0.91，ri=0.884，m=0.98，g=0.987，蒸汽在汽轮机中为含摩阻膨胀，但不计给水泵功。产生1kg蒸汽的燃料加热量以3636.24 kJ/kg计。 计算结果如表1-13所示：36热量法的热损失方法的火用损
19、项 目数量kJ/kg所占份额%项 目数量kJ/kg所占份额%锅 炉327.269锅 炉2049.02*56.35*蒸汽管道7.270.22蒸汽管道7.640.21汽 轮 机2003.255.09汽 轮 机190.175.23凝 汽 器凝 汽 器90.912.50机械损失25.540.71机械损失26.540.73发 电 机16.730.46发 电 机16.730.46总 损 失2380.00总 损 失2381.01全厂效率34.52全厂效率34.52表1-13 按朗肯循环工作的凝汽式发电厂热损失和 损 37由表由表1-131-13的计算结果可知：的计算结果可知：1.本例中供入的热量和可用能相等
20、，因此两种方法算得的总损失量和全厂效率是相同的。 2.热量法不区分能量品位的高低，故汽轮机的热损失为最大3.做功能力法，区分能量品质的高低以锅炉燃烧传热过程的不可逆最严重，故其可用能损失为最大4.本课定量计算用热量法，定性分析用熵方法38第三节 凝汽式发电厂的热经济指标一、汽轮发电机组热经济指标一、汽轮发电机组热经济指标（一）凝汽式汽轮机的绝对内效率（一）凝汽式汽轮机的绝对内效率i i 1. 1. 正、反热平衡法的正、反热平衡法的 i i 表达式表达式 反热平衡时：反热平衡时：正热平衡时正热平衡时392 2、相对量（以、相对量（以1kg1kg新汽为基准计）新汽为基准计）正热平衡时：反热平衡时：
21、40示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）41 3. 给水泵功使给水焓升 fp的处理 蒸汽初参数不高时，一般不考虑给水泵泵功 蒸汽初参数较高时，一般要考虑给水泵泵功计算热经济指标时，考虑给水泵功使给水焓升: 一种是作为外部热源处理。 一种是作为内部热源处理。42 4. 4. i i另一种表达式另一种表达式式中：若不计给水泵功，式中分子的第二项为零；若无再热蒸汽qrh=0若又无回热抽汽，则 即演变为实际朗肯循环的绝对内效率。故该表达式有其通用性 43（二） 汽耗D0和汽耗率d0D0、d0 纯凝气（无回热抽气）运行时汽耗、汽耗率44二、
22、锅炉效率b锅炉效率：锅炉热负荷Qb：将 代入式得Qb的另一种表达式 45三、管道热效率p管道反平衡热效率的表达式为：管道热损失：46计算管道热效率的局部系统47新蒸汽管道散热损失冷、热再热蒸汽管道散热损失式中 包括再热器或温水流量的热再热蒸汽流量， 48主给水管道散热损失厂用辅助系统热损失式中Dap厂用蒸汽流量，kg/h；ap厂用蒸汽返回水率，%；hcp厂用蒸汽焓，kJ/kg 厂用蒸汽返回水比焓， 49 带热量工质泄漏热损失 式中 带热量工质泄漏流量， 带热量工质比焓，锅炉连续排污热损失，当排污热量未利用时 当具有单级锅炉连续排污利用系统（图1-6所示）时，锅炉连续排污热损失f、r排污扩容器、
23、排污冷却的效率，%。 50表1-17 国产300MW机组各项汽水道的散热损失 以国产N300-16.18/550/550型机组配DG1000/16.77-1型锅炉为例，它的各项汽水管道热损失如表所示 项 目Qj， %相对份额对全厂bs影响g标煤/(kWh)1新汽管道0.269112再热管道0.4541.71.553给水管道未计04厂用蒸汽3.4511.55工质泄漏0.8823.2736锅炉连排本例中0.01460.10.151四、全厂热经济指标（一）全厂发电热经济指标qcp、cp、bs全厂热耗 全厂热耗率 全厂煤耗率全厂热效率cp ， 三者知其一，即可根据这三个关系式求得其余两项指标 kJ/h
24、 kJ/(kWh) kg/(kWh) qcp cp kg标煤/(kw.h) 52（二）全厂供电热经济指标 全厂净效率 : 全厂供电热耗率 : 全厂供电标准煤耗率: 显然 : kJ/(kWh) kg标煤/(kWh) 5312345678910图1-7 具有一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，%1154年代1950 1960 1970 1980 19902000200584855346341339
25、2363352709600502448427392374表1-18 我国火力发电厂历年煤耗率， kg/(kWh) 55偏差分析方法偏差分析方法 ：应用此法控制发电厂的热耗率 。把对能耗率 有影响的关键可控参数，连续进行监督分析，将这些监控参数的实际值与设计值进行比较，由两者差值算出对能耗率的量化影响，运行人员据以综合调整使之处于最佳运行，以降低 。我国高井发电厂于八十年代开始研究运行偏差分析法，采用此法，一年可节约标煤为15700吨左右 。56五、热经济指标间的变化关系一、 汽轮机组热耗率的变化与机组绝对内效率变化的关系二、 全厂标准煤耗率的变化与机组绝对内效率变化的关系三、 机组绝对内效、热
26、耗率及全厂标准煤耗产相对变化之间的关系57第四节第四节 我国火力发电工业的资源节约、环境友我国火力发电工业的资源节约、环境友好和可持续发展好和可持续发展一、我国发电工业的资源节约一、我国发电工业的资源节约1.后备储蓄不足2.资源供需差距大3.资源滥用、浪费大58 我国资源的特点：我国总量丰富但人均占有量算只有世界人均占有量的40%，居世界第81位。 如右图所示59火力发电工业实现资源节约的根本在于提高能源生产转化效率。1.改进发电调度方式2.加快淘汰小火电机组3.加快发展热电联产60二、我国火力发电工业的环境保护上大关小，淘汰高能耗高排放小火电减排达标装高效除尘器和脱硫装置2006年新增装配脱硫设施的机组约80000MW，到2010年，全国火电机组平均单位电量二氧化硫排放总量控制在1000万吨以内，比2006 年降低25% 2007年初，我国首座循环经济型电厂在浙江宁海投产 垃圾发电：浙江省义乌市双峰环保热电有限公司3、4 号发电锅炉通过了金华、义乌两级质量技术监督部门的验收 61 三、我国火力发电工业的可持续发展新经济模式：“资源产品废弃物再生资源” 循环经济型：零排放发电下图为一实例62淡 水石 膏粉煤灰浓海水提 溴供社会余热新型建材产品化工产品北疆电厂循环经济项目一期工程基本流程示意图
