物理热力发电厂动力循环及其热经济性.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,物理热力发电厂动力循环及其热经济性,物理热力发电厂动力循环及其热经济性物理热力发电厂动力循环及其热经济性2火力发电生产过程循环冷却水,2,火力发电生产过程,循环冷却水,3,1-1 热力发电厂热经济性的评价方法,1,、发电厂中能量的转换过程（存在各种损失）,化学能,热能,机械能,电能,（煤）（锅炉）（汽轮机）（发电机）,2,、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,目的：,研究损失产生的部位、大小、原因及其相互关系，找出减少这些热损失的方法和相应措施,4,一、评价发电厂热经济性的两种方法：,1,热量法、热效率法,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，常用于定量分析,2,熵方法、,火用方法、做功能力法,基于热力学第一、二定律,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,5,二、热量法,热量法以,热效率,或,热损失率,的大小衡量电厂的热经济性,热效率反映热力设备将能量转换或输出有效能量的程度，不同阶段热效率不同。,能量平衡关系：,供给热量,=,有效利用热量,+,损失热量,6,有再热的凝汽式发电厂循环系统图,7,简单凝汽式发电厂循环系统图,G,B,T,C,b,i,cp,=,b,p,i,m,g,g,m,p,Q,b,Q,0,8,锅炉能量平衡关系：,输入燃料热量,Q,cp,=,锅炉热负荷,Q,b,+,锅炉热损失,Q,b,锅炉热损失,Q,b,：,排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、排污损失等,（1）锅炉,b,cp,Q,b,Q,b,h,z,-,=,D,=,1,cp,Q,b,Q,cp,Q,b,Q,Bq,b,Q,b,D,-,=,=,=,1,net,h,0.90.94,Q,b,G,B,T,C,b,Q,cp,9,管道能量平衡关系：,锅炉热负荷,Q,b,=,汽轮机热耗量,Q,0,+,管道热损失,Q,p,（2）管道,G,B,T,C,0.980.99,Q,b,Q,0,p,10,汽轮机能量平衡关系：,汽轮机热耗,Q,0,=,汽轮机内功率,W,i,+,汽轮机冷源损失,Q,c,冷源热损失,Q,c,：,凝汽器中汽轮机排汽的汽化潜热损失,膨胀过程中的节流、排汽、内部损失,（3）汽轮机,0,1,0,Q,c,Q,Q,i,W,i,D,-,=,=,h,),1,(,i,p,b,cp,Q,c,Q,c,h,h,h,z,-,=,D,=,0.45,0.47,G,T,i,Q,0,W,i,Q,c,11,汽轮机机械能量平衡关系：,汽轮机内功率,W,i,=,发电机轴端功率,P,ax,+,机械损失,Q,m,3600P,ax,=W,i,-Q,m,（4）机械效率,0.965,0.99,G,T,W,i,P,ax,12,发电机能量平衡关系：,发电机输入功率,P,ax,=,发电机输出功率,P,e,+,能量损失,Q,g,（5）发电机,0.95,0.98,G,T,P,ax,P,e,13,全厂能量平衡关系：,发电机输出功率,P,e,=,全厂热耗量,Q,cp,-,全厂能量损失,Q,j,（6）全厂总效率,0.38,0.42,全厂总能量损失,Q,j,=,Q,b,+,Q,p,+,Q,c,+,Q,m,+,Q,g,14,火力发电厂的各项损失（%）,项目,高参数,超高参数,超临界参数,Q,b,10,9,8,Q,p,1,0.5,0.5,Q,c,57.5,52.5,50.5,Q,m,0.5,0.5,0.5,Q,g,0.5,0.5,0.5,总能量损失,69.5,63,60,全厂总效率,30.5,37,40,15,热流图,16,三、熵方法,实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增,熵方法,通过,熵增（熵产）的计算来确定做功的损失,环境温度,T,en,，则熵增,s,引起的做功损失,I,为：,I,=,T,en,s,17,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,吸热量=放热量,换热过程,熵增：,做功损失：,T,、,，,I,T,en,18,不可逆绝热膨胀,tu,en,过程熵增:,s,火用损,E,（,2,）,不可逆绝热膨胀过程,蒸汽在汽轮机中不可逆膨胀,做功损失：,19,（3）,不可逆绝热压缩过程,水在水泵中被不可逆绝热压缩过程,做功损失：,不可逆绝热压缩,en,20,（,4,）,节流过程,汽轮机进汽调节结构,做功损失：,21,（二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率,1 锅炉的做功能力损失,（1）锅炉的散热损失,做功损失,en,22,（,2,）化学能转化为热能,熵增：,做功损失：,en,23,（,3,）工质温差传热,熵增：,做功损失：,锅炉中做功总损失：,en,24,2,主蒸汽管道的做功能力损失,熵增：,做功损失：,en,25,3,汽轮机内部做功能力损失,熵增：,做功损失：,en,26,4,凝汽器中做功能力损失,熵增：,做功损失：,en,I,c,27,5,汽轮机机械摩擦产生的做 功能力损失,做功损失：,en,I,m,28,6,发电机的做功能力损失,做功损失：,en,29,7,凝汽式发电厂做功能力损失,做功损失：,全厂效率：,en,30,能流图,31,四、火用 方法,1,火用 效率与火用 损,能量平衡关系,：,供给的可用能,=有效利用的可用能+,火用 损,火用 效率,ex,32,火用 平衡方程的图解,火用 损：,热力设备,e,q,e,in,w,i,e,out,33,电厂典型热力设备的火用 损及火用 效率,设,备,特,点,比,火用,损,E,（,kJ/kg,）,火用,效率,ex,（,%,）,汽轮机,e,q,=0,out,in,t,e,w,e,E,-,-,=,D,1,out,in,i,t,ex,e,e,w,-,=,h,锅炉、换热器,w,i,=0,out,q,in,b,e,e,e,E,-,+,=,D,q,in,out,b,ex,e,e,e,+,=,h,管道,e,q,=0,w,i,=0,out,in,p,e,e,E,-,=,D,in,out,p,ex,e,e,=,h,34,凝汽式电厂纯凝汽工况运行时的火用 损分布,35,火用 流图,36,小结：,1 热量法与作功能力法计算的全厂总效率相同；,2 损失分析不同：,热量法：从热损失的角度分析,凝汽器中的热损失最大，而锅炉的热损失却很小,。,作功能力法：从做功能力损失的角度分析，,锅炉的做功能力损失最大，而凝汽器中的做功能力却很小,3,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,37,1-2,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,38,1、能耗量,反映生产电功率Pe所消耗的能量,汽轮机汽耗量,D,0,、,汽轮机热耗量,Q,0、,电厂热耗量,Q,cp,、,电厂煤耗量,B,cp,、,功率方程式：,3600P,e,=Bq,net,b,p,i,m,g,=Bq,net,cp,=Q,cp,cp,=Q,0,i,m,g,=Q,0,e,=D,0,w,i,m,g,kJ/h,G,B,T,C,b,i,g,m,p,Q,cp,D,0,Q,0,cp,=,b,p,i,m,g,39,汽轮发电机组汽耗量：,汽轮发电机组热耗量：,发电厂热耗量：,发电厂煤耗量：,注意,能耗指标与产量有关，只能表明,P,e,为一定时的热经济性；,当,q,0,不同时，即使,P,e,一定，,D,0,也不能作为热经济指标。,3600P,e,=Bq,net,b,p,i,m,g,=Bq,net,cp,=Q,cp,cp,=Q,0,i,m,g,=Q,0,e,=D,0,w,i,m,g,40,2、能耗率,反映每生产1kW.h电能所消耗的能量,汽轮机汽耗率,d,汽轮机热耗率q,发电厂热耗率q,cp,发电厂煤耗率,b,cp,41,标准煤,q,net,=29270kJ/kg,发电标准煤耗率,全厂供电标准煤耗率,全厂净效率,全厂供电标准煤耗率,42,3、热效率,（1）凝汽式汽轮机的绝对内效率,i,(实际所做功与耗用的热量之比),汽轮机能量平衡式：,绝对内效率,i：,W,i,汽轮机汽耗为D,0,时实际内功率,W,a,汽轮机汽耗为D,0,时理想内功率,i,汽轮机的绝对内效率,t,汽轮机的理想热效率,ri,汽轮机的相对内效率,Q,0,W,i,Q,C,C,G,T,43,以,1kg,新汽为基准,汽轮机能量能量平衡：,比热耗,q,0,：,比内功,w,i,：,q,c,比冷源热损失：,内效率,i,：,q,0,w,i,q,C,C,G,T,44,示例：计算图示系统中汽轮机的内效率,（忽略汽水损失）,45,计算过程：,（,1,）汽轮机热耗,Q,0,、,比热耗,q,0,（,2,）汽轮机实际做功量,W,i,、,比内功,w,i,（3）汽轮机内效率,i,、净内效率,给水泵消耗的功率,47,（2）、汽轮发电机组的绝对电效率e,48,（3）、管道效率,p,锅炉排污量,49,（4）、凝汽式电厂热效率,cp,（全厂热效率）,全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率）,平均厂用电率为,8.2%,125,200MW,机组电厂：,8.5%,；,300MW,及以上机组电厂：,4.7%,5.5%,；,中小容量机组电厂：,9%,12%,。,50,1-3,发电厂的动力循环,一、朗肯循环及其热经济性,1-2-3-4-1,郎肯循环,p,v,T,S,1,2,3,4,1,2,3,4,1-2-3-4-1,卡诺循环,4,3,1,2,1,2,3,4,T,c,T,1,T,c,；,T,1 ;,t,51,1 提高初温（t,0,)的热经济性分析,（1）提高初温对,t,的影响,t,0,，,t,（2）提高初温对,r,i,的影响,t,0,，排汽湿度,，湿气损失,，,r,i,t,0,，容积流量,，,叶片高度,，,漏汽损失相对,，,r,i,二、蒸汽初参数对电厂热经济性的影响,1,1,2,2,3,4,5,T,s,T,0,T,0,T,1,T,1,p,c,结论：,t,0,，,t,和,r,i,，因此，,i,52,2,、提高初压（,p,0,),的热经济性分析,（,1,）提高初压对,t,的影响,提高初压对,w,a,的影响：存在一个极限压力，当,p,0,达到极限压力时，,t,最高。,之后增大,p,0,，,t,反而减小。,1,2,2,3,4,5,T,s,T,0,1,p,0,P,0,p,c,53,P,c,=4kpa,h,s,w,a,P,0,=22MPA,20,14,9,0.1MPa,初压对,Wa,的影响,极限压力范围内：,p,0,，,h,0,，,D,h,，,t,看表,1-5,，,p,0,达到,20Mpa,时,，,t,最大,54,不同温度下的极限压力,p,0,与,t,随着初压,p,0,的增加,，,在极限压力范围内,t,是增加的,55,1,2,2,3,4,5,T,s,T,0,1,p,0,P,0,p,c,（,2,）提高初压对,r,i,的影响,p,0,，,v,0,，漏汽损失,，,r,i,p,0,，湿度损失,，,r,i,结论：,提高,p,0,，对,i,的影响，视,t,和,r,i,的变化情况定,56,3,蒸汽初参数对发电厂热经济性的影响,大容量机组,初参数,，,i,小容量机组,初参数,，,i,高参数必须是大容量,57,4、最有利蒸汽初压p,0,op,在t,0,，p,c,和机组容量一定时，必然存在一个使,t,达到最大值的初压p,0,，称为理论上最有利初压,p,0,op,。图1-22,Pe=300MW,200,150,100,450 500 550 600 650,P,0,OP,t,0,58,5,、提高蒸汽初参数的限制,1,）提高初温的限制,金属材料强度限制,2,）提高初压的限制,受到汽轮机末级叶片容许的最大湿度的限制，,安全性、热经济性,措施：,（,1,）提高,P,0,的同时采用蒸汽再热,（,2,）提高,P,0,的同时增大单机容量,59,1,）理论上的初参数选择,配合参数（排汽湿度不超过最大允许值所对应初参数）,初温由选用钢材确定,初压在初温、排汽压力、排汽,湿度、容量确定下选择,r,i,=,w,i,/w,a,2,）技术经济上的初参数选择,热经济性的提高,投资和维修增加、安全性降低,回报,投资,6,、蒸汽初参数的选择,60,1,、降低蒸汽终参数,p,c,对热经济性的影响,（,1,）有利影响,t,（,t,=1-T,c,/T,1,，,w,a,）,凝汽器火用损,E,c,（,2,）不利影响,Pc,湿气损失,叶片寿命,，,r,i,Pc,v,c,余速损失,i,三、蒸汽终参数对电厂热经济性的影响,结论：,在极限背压以上，降低,p,c,对热经济性有利,2,5,1,2,3,4,T,s,T,0,1,p,0,P,0,p,c,61,1,）自然条件（理论限制）,自然水温,t,c1,；,2,）技术水平,冷却水量和凝汽器面积都不可能无限大,汽轮机背压,p,c,由排汽饱和温度,t,c,决定,t,c,=,t,c1,t,t,t,冷却水温升,t,凝汽器传热端差，,t,=,t,c,t,c2,，,t,c,决定因素：冷却水温、冷却水量、换热面积、换热面清洁度,2,、降低蒸汽终参数的限制,t,62,3,、最佳蒸汽终参数（凝汽器的最佳真空度）,1,）设计最佳终参数,以年计算费用最小时所对应的,p,c,为最佳终参数。,根据该终参数确定凝汽器面积、冷却水量及循环水泵、冷却塔（循环供水时）的选型和配置等。,2,）运行最佳终参数,汽轮机,功率增加值与循环水泵耗功之差取得最大值时的,p,c,63,最佳运行真空,64,四、回热循环及其热经济性,给水回热加热,汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽，送入回热加热器对锅炉给水进行加热的过程,目的：减少冷源热损失，提高电厂的热经济性,T,S,1,2,3,5,4,6,8,9,7,S,8,1,2,3,4,5,6,7,A,B,a,A,a,B,65,（一）给水回热加热的意义,1）汽轮机进入凝汽器的凝汽量减少，冷源损失降低；,2）提高锅炉给水温度，工质的平均吸热温度提高；,3）抽汽加热给水的传热温差小，做功能力损失小。,不利：,回热抽汽存在作功不足，w,i,减小，D,0,增大，削弱了D,c,的减小,S,8,1,2,3,4,5,6,7,A,B,a,A,a,B,66,（二）给水回热加热的热经济性,单级回热汽轮机的绝对内效率：,单级回热循环的汽流分配,同参数朗肯循环的汽轮机的绝对内效率,回热式汽轮机的动力系数,分析：,r,A,h,i,67,多级无再热的回热循环，汽轮机的绝对内效率：,回热抽汽做内功之和,凝汽流做内功,回热抽汽做功比：,，,分析,：,回热抽汽在汽轮机中的做功量,压力较低的回热抽汽做功大于压力较高的回热抽汽做功,68,（三）影响回热过程热经济性的因素,1,多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配,2,锅炉给水温度；,3,回热加热级数,69,非再热机组全混合式加热器回热系统,70,h,1,h,2,h,3,h,w1,h,w2,h,w3,h,w4,1kg,1,号加热器：,1,q,1,=(1-,1,)h,w1,1,=h,w1,/(q,1,+h,w1,),1-,1,=q,1,/(q,1,+h,w1,),2,号加热器：,2,q,2,=(1-,1,-,2,)h,w2,2,=(1-,1,)h,w2,/(q,2,+h,w2,),1-,1,-,2,=q,1,/(q,1,+h,w1,)*q,2,/(q,2,+h,w2,),1,多级回热给水总焓值（温升）在各加热器间的分配,71,同理：,使,i,最大，对各个焓值求导，再整理,72,最佳回热分配：,焓降分配法,(,每一级加热器焓升,=,前一级至本级汽轮机中的焓降,),平均分配法,(,各级加热器中的焓升相等,),等焓降分配法,(,每级加热器焓升,=,汽轮机各级组的焓降,),（,1-80,）,0,-,73,2,最佳给水温度,回热循环汽轮机绝对内效率为最大值时对应的给水温度,因此：,最小，最大,做功不足系数,：,再热前：,再热后：,74,提高给水温度,t,fw,的影响：,抽汽压力,，做功不足系数,Y,j,，汽耗量,D,0,=D,0,R,+,Y,j,D,j,，汽耗率,d,=D,0,/P,e,，工质吸热量,q,0,=(h,0,-h,fw,),，发电机组热耗率,q=dq,0,、汽轮机内效率,i,受双重影响；,锅炉内的换热温差,，相应的火用损,；,回热加热器内换热温差,，相应的火用损,E,r,；,与总火用损最小对应的最佳给水温度,t,fw,op,；,多级抽汽回热循环的最佳给水温度与回热级数，,回热加热在各级之间的分配有关。式（,1-84,86,）,通常给水温度,t,fw,=,（,0.65,0.75,）,t,fw,op,75,3,给水加热级数,Z,（,1,）,t,fw,一定时，回热级数,z,增加，可充分利用低压抽汽代替部分高压抽汽，使回热抽汽做功,，从而使,i,；,（,2,）回热级数,z,，各加热器中的换热温差,，,E,r,，当级数,z,为无穷多级时，将不存在换热温差，亦不存在,E,r,；,（,3,）回热级数,z,，最佳给水温度,；,（,4,）随,z,的增长，,i,增长率,i,是递减；,（,5,）实际给水温度稍偏离最佳给水温度时，对,I,影响不大,76,77,五、蒸汽中间再热循环及其热经济性,蒸汽中间再热,将汽轮机高压部分做过功的蒸汽从汽轮机某一中间级引出，送到锅炉的再器加热，提高温度后送回汽轮机继续做功,4,1,2,3,再 热 器,b,a,S,T,1,2,4,3,6,5,a,b,c,78,（一）蒸汽中间再热的目的,目的：提高电厂的热经济性，适应大机组发展,优点：,1,、减少了汽轮机排汽湿度，改善了汽轮机末几级叶片的工作条件，提高了汽轮机的相对内效率,2,、使,1kg,工质的焓降增大了，若汽轮发电机组输出功率不变，则可减少汽轮机总耗量,3,、能够采用更高的蒸汽初压，增大机组容量,缺点：,使汽轮机的结构、布置及运行方式复杂，金属消耗及造价增大，对调节系统要求高，使设备投资和维护费用增加。,79,1,、再热对汽轮机相对内效率,ri,的影响,再热使排汽湿度,，湿度损失,，,ri,2,、再热对汽轮机理想热效率的影响,当附加循环吸热过程的平均温度,T,rh,大于基本循环吸热过程平均温度,T,0,，,t,（二）蒸汽中间再热的热经济性,S,T,1,2,4,3,6,5,a,b,c,当,t,才有,，,且加入的热量愈大，热经济性就愈大,80,1,、再热后蒸汽温度,t,rh,t,rh,越高，热经济性越好，但受材料限制，常取,t,rh,=t,0,2,、再热后蒸汽压力,p,rh,一方面提高了附加循环,使,t,rh,另一方面又降低了附加循环加入的热量,q,，,t,rh,所以,存在一个最佳再热压力,当,t,rh,=,t,0,，,p,rh,=,（,18%,26%,）,p,0,再热后前有抽汽,，,p,rh,=,（,18%,2,2,%,）,p,0,再热后前无抽汽,，,p,rh,=,（,22,%,26%,）,p,0,（三）再热参数的合理选择,S,T,1,2,4,3,6,5,b,a,81,1,、烟气再热,利用锅炉烟道中烟气加热蒸汽,可加热蒸汽到,500,600,0,C,热经济性提高,6%,8%,用途：电厂中再热主要手段,（四）再热的方法,(a),烟气再热,82,2,、蒸汽再热,利用新汽或抽汽加热再热蒸汽,再热后汽温较低,热经济性提高,3%,4%,用途：再热温度调节（与烟气再热同时使用）,核电站,(b),蒸汽再热,83,载热质再热,3,、中间载热质再热,84,（五）再热对回热经济性的影响,1,、再热对回热热经济性的影响,再热使做功增加,，新蒸汽流量,，回热抽汽温度和焓值,，抽汽量,，抽汽做功,，凝汽汽流做功,，冷源损失,，热效率,抽汽点过热度,，加热器传热温差,，不可逆损失增大,85,2,、再热对回热分配的影响,影响给水温度及再热后第一级抽汽压力的选择,再热对回热带来不利影响，现代高参数大容量机组均同时采用蒸汽中间再热和给水回热加热,汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,