电厂热经济指标

定量分析；熵方法分析燃料化
法
学能做功能力被利用的程度，
用于定性分析。
1. 热量法
——通过热量的利用程度（热效率）或损失大小（热量损失、 热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性
供给总能量
有效利用能量
热力设备
损失能量
热量守衡： 供给热量 = 有效利用热量 + 损失热量
热效率 η
有效利用热量 供给热量
he
D0
3600Pe
wih mh g
D0 ηi ηm Pe
TG ηg
C
相互关系
hhhhh h 3 6 0 0 P e B q 1bpi m g B q 1c p
Q0hihm hgQ0he
D0wihmhg
不同容量机组能耗比较
660MW
1000MW
发电厂热耗量 （kJ/h）
发电厂煤耗量 （kg/h）
Wi
T
Pax
G
汽轮机内功率Wi（kJ/h） =
△Qm
发电机轴端功率Pax（kW） +机械损失△Qm
hm 3600Pax 1 DQm
Wi
Wi
0.965 ~ 0.99
zm
DQm Qcp
h h h
b pi
(1hm)
（5）发电机
Pax G Pe
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
锅炉机组热平衡及锅炉效率源自bQ0 ηi ηpT ηm
QCP
ηb B
Wi
C ηcp=ηbηpηiηmηg
G ηg
简单凝汽式发电厂循环系统图
G
有再热的凝汽式发电厂循环系统图
Qb
2.凝汽式电厂的各种损失和热效率
（1）锅炉效率h b
锅炉能量平衡关系：
B △Qb
输入燃料热量Qcp
Qcp
= 锅炉热负荷Qb +锅炉热损失△Qb
4
2
41 锅炉 p 吸热
凝汽器
3 给水泵
朗肯循环
典型不可逆过程的做功能力损失
（1）有温差的换热过程 ——锅炉、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 dqTaDsaTbDsb
换热过程熵增：
D s D sb D sad T q b d T q aD T T aT ad q D T
（3）全厂总效率既反映了发电厂燃料热量的利用程 度，有反映了热能转化为电能的能量转换率，因 此也是凝汽式发电厂最全面的指标。
二 凝汽式发电厂的主要热经济指标
能耗 （汽耗量、热耗量、煤耗量） 能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率） 热效率
汽轮发电机组的绝对电效率ηe
汽轮发电机组输出功率 Q0
he 汽轮发电机组热耗
（2）Wi ＝汽轮机输入能量－输出能量
z
W i D 0h0D rq hrh D jhjD chc
1
（3）Wi ＝汽轮机热耗Q0 －汽轮机冷源损失△Qc
凝汽式电厂热效率ηcp （全厂热效率 ）
hhhhh hhh hcp
3600Pe Bq1
3600Pe Qc p
bpi mgbpe
D0 , h0
q rh Wi
汽轮机实际做功 Wi 的计算：
D1 , h1
D2 , h2 Dc , hc
（1）Wi ＝汽轮机凝汽流内功＋各级回热汽流内功
W i D c (h 0 h c q r) h D 1 (h 0 h 1 ) D 2 (h 0 h 2 ) D z(h 0 h z q r) h
100
热损失率z
1
损失热量 供给热量
100
锅炉机组热平衡及锅炉效率
热平衡是指锅炉的输入 热与输出热量（包括有 效利用热和各项热损失）
之间的平衡
Qcp=Qb+Q2+Q3 +Q4+Q5+Q6
Qcp-输入锅炉的热量 Qb-锅炉有效利用热 Q2-排烟热损失 Q3-气体不完全燃烧热损失 Q4-固体不完全燃烧热损失 Q5-散热损失 Q6-灰渣物理热损失
做功能力损失部位
锅炉 Ib 管道 Ip 汽轮机内部做功 It 凝汽器 Ic 传动装置 Im 发电机 Ig 回热加热器、给水泵（忽略）
凝汽式发电厂做功能力损失分布图
I 锅炉散热 I
做功损失 b
发电机做
功损失 I g
I 锅炉能量 II
转换做功 b 损失
I 锅炉温差 III
传热做功 b 损失
比热耗q0（kJ/kg） ：
q0
Q0 D0
比内功wi（kJ/kg） ： 比冷源热损失△qc ：
wi
Wi D0
Dqc
DQc D0
内效率ηi ：
hi
wi q0
1Dqc q0
示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）
hi
Wi Q0
z
D 0h0D rh qrh Djhj D chc
1
D0h0 Drhqrh D0hfw D0 (h0 hfw ) Drhqrh
I 管道做
功损失 p
I 汽轮机内部
做功损失 t
en
I 机械摩擦
做功损失 m
I 凝汽器做
功损失 c
凝汽式发电厂做功能力损失
做功损失 ICP：
IcpIb Ip It Ic Im Ig
Bnqe t 36P 0e0Icp
I
I b
全厂效率：
hcp
1
Icp Bqcp
I
II b
Ip
en
I III b
It
Ic Im Ig
绝对内效率ηi：
Q0
hi W Q0i W Q0aW Wai hthri
T
Wi——汽轮机汽耗为D0时实际内功率 Wa——汽轮机汽耗为D0时理想内功率 ηi——汽轮机的绝对内效率 ηt——汽轮机的理想热效率 ηri——汽轮机的相对内效率
Wi
G
△QC
1kg新汽的热耗
汽轮机能量能量平衡： q0wi Dqc
I
Ten
做功损失：ITenDsTenD TT a Tad qDT 分析：△T ↑ ， I ↑
（2） 不过程可熵增逆: △绝s 热膨胀过程
火用损△E
——汽轮机
T
做功损失：
p0 1
1
2 pc p0
p1
It TenDstu
2
2a
Ten
s Δstu
不可逆绝热膨胀
1
2
（3）不可逆绝热压缩过程
——水泵
T
2
做功损失：
T
he 3Q 600Pe0hihmhg
hh (36P e 00 W i mg)
3600Pe
G
△Q
1.能耗(单位时间能耗,/h)
电厂煤耗B 电厂热耗Qcp 汽轮机热耗Q0 汽轮机汽耗D0
B 3 6 0 0 Pe q1h cp
Qcp
3600Pe
hcp
Qcp Bcp
ηp Bηb
Q0
3600Pe
汽轮发电机组汽 耗量（kg/h）
汽轮发电机组热 耗量（kJ/h）
5476*10e6 1.901*10e5 2100 *10e3 5477*10e6
7985*10e6 2.728*10e5 2975*10e3 7751*10e6
结论：
• 能耗指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性；
2.能耗率(单位发电量的能耗，/KW·h)
660MW
1000MW
全厂热耗率 （kJ/(kW.h)）
全厂发电煤耗率 （kg/(kW.h)）
汽轮机热耗率 （kJ/(kW.h)）
汽轮机汽耗率 （kg/(kW.h)）
8440 288 7662 3.18
结论：
• 能耗率能够全面反映发电厂热经济性
7986 272 7383 2.98
3.热效率
凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi 汽轮机能量平衡式： Q0Wi DQc
DQp
zp
h (1hp)
Qcp b
（3）汽轮机绝对内效率h i
Q0
汽轮机能量平衡关系：
T
汽轮机热耗Q0= 汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失△Qc
Wi
G
△QC
hi
Wi Q0
1
DQc Q0
0.45~0.47
汽轮机排汽的汽化潜热损失、 膨胀节流、排汽、内部损失
zc
DQc Qcp
hh
b
p
(1
hi
)
凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi
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
说明
几点说明
（1）效率和损失是能量转化过程中一个问题的两个 方面，利用能量利用率和能量损失率来求各设备 的效率是两种不同的分析方法和计算方法，他们 是可以相互检验的。
（2）以上的效率可以分为两类，一是绝对效率，如 ηi、ηt、ηcp,他们不仅反映热量利用率，而且 还反映热功转化的程度，因此不仅是数量指标而 且也是质量指标；另一类是相对效率，如ηb、 ηp、ηri、ηm、ηg，他们反映相应设备在制造 中的工艺完善程度和运行管理水平。
全厂总效率
高参数 10 1 57.5 0.5 0.5 69.5 30.5
超高参数 9 0.5 52.5 0.5 0.5 63 37
超临界参数 8 0.5 50.5 0.5 0.5 60 40
凝汽式电厂的热效率比较
凝汽式电厂的损失率比较
热流图
36 P e 0 B 1 0 q D Q j Q c p D Q j
——反映每生产1kW.h电能所消耗的能量
发电煤耗率 标准发电煤耗率 电厂热耗率 汽轮机热耗率 汽轮机汽耗率 相互关系
b B 3600 Pe q1h cp
bs
Bs Pe
3600
29270hcp
qcp q
Bq1 Q 0 Pe
bq1
Pe
d D0
Pe
3600 bq1hcp qcphcp
qhe
dwihmhg
标准煤低位发热量 qnet=29270kJ/kg 发电标准煤耗率
bs
3600
2927h0cp
0h.1cp23（kg标准煤/(kW.h)）
供电标准煤耗率（扣除厂用电）
bns
0.123
h
n cp
bs
(1 ap )
（kg标准煤/(kW.h)）
厂用电率
不同容量机组能耗率比较
Q
cp
h
bh
ph
ih
m
h
g
D
Q
j
cp
1
1
1
Q
z
cp j
Q cp
cp
1
z
j
cp
0.24~0.42
△Qb + △Qp + △Qc + △Qm + △Qg
z cp
DQj Qcp
Σ
cp
z
j
0.58~0.76
火力发电厂的各项损失（%）
项目
锅炉△Qb 管道△Qp 汽轮机冷源△Qc 汽轮机机械△Qm 发电机△Qg 总能量损失
It Ten Ds
1
Δs
p2 p1
Ten s
不可逆绝热压缩
（4）节流过程
—汽轮机进汽调节结构 T
做功损失： 根据热力学第一定律： dq=dh-vdp 节流前后工质焓不变即 dh=0，所以ds=-v/Tdp
Ip Ten Dsp
1
p1 p2
Δs
2
h=const Ten s
凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率
电厂热经济指标
一、电厂的能量转换
——能量转换过程中的损失和利用
凝汽式电厂生产电能的过程 即：燃料化学能（锅炉）蒸汽热能（汽轮机中膨胀做 功）-机械能（发电机）-电 能。在不同的转化阶段存在 着数量不等的能量损失。
发电厂的热经济性是通过能量转化过程中能量的利用程度或损失大小来衡 量的，研究各种损失的部位、大小、原因等，以期减少损失浪费。
hb
1
Qb Qb
Qcp
Bq net
DQ b
0.9~0.94
Q cp
排烟损失、散热损失、 未完全燃烧损失、排污损失
zb
DQb Qcp
1 hb
（2）管道效率h P
Q0 Qb
管道能量平衡关系： 锅炉热负荷Qb =
△Qp
T
B
汽轮机热耗量Q0 +管道热损失△Qp
Q0
DQp
hp 1
Qb
Qb
0.98~0.99
电厂的能量转换
——能量转换过程中的损失和利用
发
热量法（热效率法）：
电
热力学第一定律为基础，
厂
从能量的数量利用角度
热
评价
经
发电厂热经济指标： 1、热效率 2、能耗 3、能耗率
济
评
做功能力损失法（熵方 法）：热力学第二定律
区别：热量法分析燃料化学
价
为基础，从能量的质量
能数量上被利用的程度，用于
方
利用角度评价。
I
I b
IP (Dt)
能流图
Im Ig
IP (Dp)
It
Ir Ic
IbII
I III b
Icp Ib I p It Ic Im Ig
小结
1 总体：热量法与作功能力法的全厂总效率相同
hcp
3 6 0 0Pe Bq1
2 局部：损失分析不同
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
△Qg
hg Pe 1 DQg
Pax
3600Pax
0.95 ~ 0.98
DQg
zg
Qcp
hbhphihm(1hg)
（6）全厂总效率
全厂能量平衡关系：
全厂热耗量Qcp
=发电机输出功率Pe + 全厂能量损失Σ△Qj
h cp
3600
Pe
Q cp
h bh
p h ih
mh
gh
cp
3600
Pe
DQ j cp
汽轮机能量平衡式：
绝对内效率ηi：
Q0Wi DQc
Q0
hi W Q0i W Q0aW Wai hthri
T
Wi——汽轮机汽耗为D0时实际内功率
Wa——汽轮机汽耗为D0时理想内功率
ηi——汽轮机的绝对内效率
ηt——汽轮机的理想热效率
ηri——汽轮机的相对内效率
Wi
G
△QC
（4）机械效率h m
汽轮机机械能量平衡关系：
cp
cp
3.熵方法（做功能力法）
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Ten，则熵增 △s 引起的做功损失 I 为：
I = Ten △s I cp=∑I
朗肯循环
简化（理想化）：
1 汽轮机 12 汽轮机 s 膨胀
锅
23 凝汽器 p 放热
炉
发电机 34 给水泵 s 压缩