余热发电热力系统原理讲课文档
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1、水变为蒸汽的温度称为饱和温度，其度对确应定系的统水的称蒸为汽饱压和力水、蒸汽为饱和蒸汽；对 于不同的压力，饱和温度是不同的。在水及水蒸气被热源（废气）加热过程中，热源 与水及水蒸气间必将存在换热温差，并且热源温度必须高于水及水蒸气温度。
第16页，共29页。
废气标况
标况指温度为0℃（273.15开）和压强为101.325千帕（1 标准大气压，760毫米汞柱）的情况，使在比较气体体积 时有统一的标准，单位为Nm3/h
余热发电热力系统原理
第1页，共29页。
传热的基本方式
导热 指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依据分子、原子及自由
电子等微观粒子热运行的热量传递现象，导热是物质的属性，导热过程 可以在固体、液体及气体中发生。 热对流
依靠流体的运行，把热量由一处传递到另一处的现象，称为热对流，是传热的另 一种基本方式。
热焓：
它是表示物质系统能量的一个状态函数，通常用H来表示，
其数值上等于系统的内能U加上压强P和体积V的乘积，即H＝U＋PV。
热量：
指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能
量。Q=K×△t×F
K 传热系数
kJ/(m2·h·℃)
△t 传热温差
℃
F 传热面积 m2
第4页，共29页。
余热发电系统中传热的应用
换热曲线
t1
废气
t2
t1’ 水
t2’
第7页，共29页。
流体力学
1、沿程阻力
hf l v2 d 2g
2、局部阻力
hi
v2 2g
锅炉废气阻力设计≤1000Pa
主蒸汽阻力设计≤0.1MPa
第8页，共29页。
工程热力学
1、热力学第一定律
能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式， 或从一个系统转移到另一个系统，而总量保持恒定。
1、余热锅炉
2、凝汽器 3、汽封凝汽器 4、油冷却器
5、发电空气冷却器
6、冷却塔
7、锅炉排汽冷却器、试样冷却器等
第5页，共29页。
传热的计算方法
1、设备已确定，进行性能计算；
2、参数已经确定，进行设备设 计计算；
计算公式
第6页，共29页。
Q t F
Q
C
(t1
t‘1 ) Vg
热辐射
导热或对流都是以冷、热物体的直接接触来传递热量，热辐射则不同， 它是依靠物体面对外发射可见和不可见的射线（电磁波，或者说光子） 传递热量。
第2页，共29页。
传热学
300℃
热辐射
350℃
热能
气体
固体 气体 200℃
导热
热对流
导热
热传递过程
热对流
导热
100℃ 固体
第3页，共29页。
两个重要物理量
Jg1
锅炉入口含尘废气热焓
h1
h2
锅炉入口给水热焓 锅炉出口蒸汽热焓
[%]
[Nm3/h]
[kg/h]
[kJ/Nm3]
[kJ/kg] [kJ/kg]
第26页，共29页。
AQC锅炉热效率的计算方法
δ"= 【F×(h2-h1)+F"×(h1-h0)】/ 【Vg×(Jg1-Jg2)】
δ“
AQC锅炉热效率
锅炉入口含尘废气热焓
[kJ/Nm3]
Jg2
锅炉出口含尘废气热焓
[kJ/Nm3]
h1
锅炉入口给水热焓
[kJ/kg]
h2
锅炉出口蒸汽热焓
[kJ/kg]
第25页，共29页。
PH锅炉热利用率的计算方法
δ= F×(h2-h1)/ （Vg×Jg1）
δ
PH锅炉热效率
Vg
废气流量
F
过热器出口额定蒸汽流量
kW [kJ/Nm3] [kJ/Nm3]
[Nm3/h]
[kJ/Nm3]
[Nm3/h] [kJ/Nm3]
第24页，共29页。
PH锅炉热效率的计算方法
δ= F×(h2-h1)/ 【Vg×(Jg1-Jg2)】
δ
PH锅炉热效率
[%]
Vg
废气流量
[Nm3/h]
F
过热器出口额定蒸汽流量
[kg/h]
Jg1
高温废气余热：废气温度大于650℃
中温废气余热：废气温度350～650℃
低温废气余热：废气温度小于350℃
第14页，共29页。
闪蒸技术热力系统
第15页，共29页。
闪蒸器朗 肯循环曲 线.xls
闪蒸余热发电系统压力的确定
2、由于PH锅炉仅有蒸发器、过热器，其出 口废气仍要用于原料等生产线设备进行烘干， 因此在设计过程中，是根据PH锅炉出口风温 的要求，确定蒸发器饱和温度，根据饱和温
发电功率的计算公式
P=η1η2*[(h1-h2)*θ*F1+β*（h3-h4)*F2]/3600
P
发电机输出功率
kW
η1
η2
汽轮机本体散热损失
发电机热效率
h1
主蒸汽热焓
h2
主蒸汽绝对排汽焓
h3
补汽热焓
h2
补汽绝对排汽焓
Θ
主蒸汽汽轮机缸效率
Β
补汽汽轮机缸效率
F1、 F2
主蒸汽、补汽流量
第20页，共29页。
举例
平凉海螺 根据废气流量锅炉选择为PJ-J锅炉、AQC-A锅炉
通过锅炉热力计算PH-J锅炉蒸发量为28.6t/h，主蒸汽温 度为304.6℃，主蒸汽压力为0.789MPaA。
AQC-A锅炉蒸发量为18.4t/h，主蒸汽温度为344.9℃，主蒸汽压力 为0.789MPaA。
闪蒸器流量为2.4t/h
第21页，共29页。
举例
一般室外汽水管线的温度损失为5℃，压力损失为 0.1MPaA，因此汽轮机入口压力为0.689MPaA，入口温度 为315.4 ℃
按发电功率计算公式可得，发电功率为7300kW
热平衡计算过程.doc BMS_HB_Calc-R0.xls
第22页，共29页。
第三个过程，水全部变为蒸汽后继续加热，则水蒸汽的温度 将不断升高。
第10页，共29页。
过热度
从水和水蒸汽的性质来说，过热度指的是蒸汽温度高于对应压力下的饱
和温度的程度。对水和水蒸汽而言，其饱和曲线在水蒸汽图上是一条上升的
曲线，即随着压力的升高，水的饱和温度也是升高的。同理，对于处于某一
温度的水蒸汽来说，提高压力，其对应的饱和温度也随之升高，则其温度高
标况和工况的转化 工况为：360000m3/h，压力为-5000Pa，温度为330℃
PV/T=常数
标况为：154988Nm3/h，温度为330℃
第17页，共29页。
表压、绝压
表压力=绝对压力-大气压力 比如汽轮机排汽压力为5.73kPaA，若当地大气压为101.325kPaA，
表压（即真空度）为-95.6kPaG(5.73-101.325) 若高海拔地区，大气压力仅在84kPaA左右,此表压（即真空度）
kg/h
%
%
kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg % %
第23页，共29页。
系统热效率的计算方法
5、系统热 效率计算 P3600
V g1(Jg1Jg2)V g2(Jg3Jg4)
P 发电机输出功率
Vg1 PH锅炉废气流量
Jg1 PH锅炉入口含尘废气热焓值 Jg2 PH锅炉出口含尘废气热焓值 Vg2 AQC锅炉废气流量 Jg3 AQC锅炉入口含尘废气热焓值 Jg4 AQC锅炉出口含尘废气热焓值
t
t1
t2 ln
(t1’ t1 t2
t2')
t1 ' t 2 '
Q 换热量
kJ/h
△t 对说换热温差
℃
K 传热系数
kJ/(m2· ℃ · h)
F 换热面积
m2
C 高温介质比热 kJ/(m3· ℃ )
t1 高温介质入口温度 ℃
t1’ 高温介质出口温度 ℃ t2 低温介质入口温度 ℃ t2’ 低温介质出口温度 ℃
[%]
Vg
废气流量
F
过热器出口额定蒸汽流量 [kg/h]
F”
省煤器入口额定给水流量 [kg/h]
Jg1
锅炉入口含尘废气热焓
Jg2 h0 h1 h2
锅炉出口含尘废气热焓
省煤器入口给水热焓 锅炉入口给水热焓
锅炉出口蒸汽热焓
[kJ/kg]
[Nm3/h]
[kJ/Nm3] [kJ/Nm3]
[kJ/kg] [kJ/kg]
于饱和温度的程度也降低，即蒸汽的过热度降低！
第11页，共29页。
水蒸汽变化曲线
第12页，共29页。
发电热力系统的基本原理
朗肯循环 是最简单的蒸汽动力 理想循环，热力发电 厂的各种较复杂的蒸 汽动力循环都是在朗 肯循环的基础上予以 改进而得到的，包括 闪蒸器余热发电技术。
第13页，共29页。
废气品位的界定
锅炉入口给水热焓
h2
锅炉出口蒸汽热焓
[Nm3/h]
[kJ/Nm3] [kJ/Nm3]
[kJ/kg]
[kJ/kg] [kJ/kg]
第28页，共29页。
提高其循环热效率及效率的措施
(1)提高汽轮机进汽压力或温度可提高循环热效率及效率。
⑵降低汽轮机排汽压力可提高循环热效率及效率。。
第29页，共29页。
电量。
第19页，共29页。
举例
： 废气参数及要求为 窑尾：340000Nm3/h，320℃
窑头：210000Nm3/h，360℃
原料磨要求入口风温为200 ℃；由于地为缺水地区，采用 空冷机组。
根据废气参数选择系统压力为0.789MPaA，由于空气比 热远低于水，因此汽轮机排汽设计为0.015MPaA。
2、热力学第二定律
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
第9页，共29页。
水及水蒸汽物理性质
水在某一恒定压力下进行加热，主要进行三个过程：
第一个过程，水在常温下被逐步加热至某一温度,在此温度下 水开始逐渐产生蒸汽，其蒸汽温度与水温相同；
第二个过程，水继续被加热时水温将不再变化，而产生的温度 的蒸汽将不断增加至水全部变为蒸汽；
为-78.27kPaG(绝压-大气压=5.73-84)；
第18页，共29页。
热力计算一般步骤
1、一般为业主提供废气参数及生产线的基本信息； 2、研讨确定余热发电的方案，两炉一机、四炉一机等； 3、根据窑尾PH锅炉出口风温的要求确定压力等级。
4、进行锅炉选型或设计计算； 5、根据主蒸汽参数、汽轮机相对内效率、汽轮机排汽压力计算出发
第27页，共29页。
AQC锅炉热利用率的计算方法
δ“= 【F×(h2-h1)+F”×(h1-h0)】/ （Vg×Jg1）
δ" AQC锅炉热效率
[%]
Vg
废气流量
F
过热器出口额定蒸汽流量 [kg/h]
F”
省煤器入口额定给水流量 [kg/h]
Jg1
Jg2
Hale Waihona Puke 0h1锅炉入口含尘废气热焓
锅炉出口含尘废气热焓 省煤器入口给水热焓
第16页，共29页。
废气标况
标况指温度为0℃（273.15开）和压强为101.325千帕（1 标准大气压，760毫米汞柱）的情况，使在比较气体体积 时有统一的标准，单位为Nm3/h
余热发电热力系统原理
第1页，共29页。
传热的基本方式
导热 指物体各部分无相对位移或不同物体直接接触时依据分子、原子及自由
电子等微观粒子热运行的热量传递现象，导热是物质的属性，导热过程 可以在固体、液体及气体中发生。 热对流
依靠流体的运行，把热量由一处传递到另一处的现象，称为热对流，是传热的另 一种基本方式。
热焓：
它是表示物质系统能量的一个状态函数，通常用H来表示，
其数值上等于系统的内能U加上压强P和体积V的乘积，即H＝U＋PV。
热量：
指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能
量。Q=K×△t×F
K 传热系数
kJ/(m2·h·℃)
△t 传热温差
℃
F 传热面积 m2
第4页，共29页。
余热发电系统中传热的应用
换热曲线
t1
废气
t2
t1’ 水
t2’
第7页，共29页。
流体力学
1、沿程阻力
hf l v2 d 2g
2、局部阻力
hi
v2 2g
锅炉废气阻力设计≤1000Pa
主蒸汽阻力设计≤0.1MPa
第8页，共29页。
工程热力学
1、热力学第一定律
能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式， 或从一个系统转移到另一个系统，而总量保持恒定。
1、余热锅炉
2、凝汽器 3、汽封凝汽器 4、油冷却器
5、发电空气冷却器
6、冷却塔
7、锅炉排汽冷却器、试样冷却器等
第5页，共29页。
传热的计算方法
1、设备已确定，进行性能计算；
2、参数已经确定，进行设备设 计计算；
计算公式
第6页，共29页。
Q t F
Q
C
(t1
t‘1 ) Vg
热辐射
导热或对流都是以冷、热物体的直接接触来传递热量，热辐射则不同， 它是依靠物体面对外发射可见和不可见的射线（电磁波，或者说光子） 传递热量。
第2页，共29页。
传热学
300℃
热辐射
350℃
热能
气体
固体 气体 200℃
导热
热对流
导热
热传递过程
热对流
导热
100℃ 固体
第3页，共29页。
两个重要物理量
Jg1
锅炉入口含尘废气热焓
h1
h2
锅炉入口给水热焓 锅炉出口蒸汽热焓
[%]
[Nm3/h]
[kg/h]
[kJ/Nm3]
[kJ/kg] [kJ/kg]
第26页，共29页。
AQC锅炉热效率的计算方法
δ"= 【F×(h2-h1)+F"×(h1-h0)】/ 【Vg×(Jg1-Jg2)】
δ“
AQC锅炉热效率
锅炉入口含尘废气热焓
[kJ/Nm3]
Jg2
锅炉出口含尘废气热焓
[kJ/Nm3]
h1
锅炉入口给水热焓
[kJ/kg]
h2
锅炉出口蒸汽热焓
[kJ/kg]
第25页，共29页。
PH锅炉热利用率的计算方法
δ= F×(h2-h1)/ （Vg×Jg1）
δ
PH锅炉热效率
Vg
废气流量
F
过热器出口额定蒸汽流量
kW [kJ/Nm3] [kJ/Nm3]
[Nm3/h]
[kJ/Nm3]
[Nm3/h] [kJ/Nm3]
第24页，共29页。
PH锅炉热效率的计算方法
δ= F×(h2-h1)/ 【Vg×(Jg1-Jg2)】
δ
PH锅炉热效率
[%]
Vg
废气流量
[Nm3/h]
F
过热器出口额定蒸汽流量
[kg/h]
Jg1
高温废气余热：废气温度大于650℃
中温废气余热：废气温度350～650℃
低温废气余热：废气温度小于350℃
第14页，共29页。
闪蒸技术热力系统
第15页，共29页。
闪蒸器朗 肯循环曲 线.xls
闪蒸余热发电系统压力的确定
2、由于PH锅炉仅有蒸发器、过热器，其出 口废气仍要用于原料等生产线设备进行烘干， 因此在设计过程中，是根据PH锅炉出口风温 的要求，确定蒸发器饱和温度，根据饱和温
发电功率的计算公式
P=η1η2*[(h1-h2)*θ*F1+β*（h3-h4)*F2]/3600
P
发电机输出功率
kW
η1
η2
汽轮机本体散热损失
发电机热效率
h1
主蒸汽热焓
h2
主蒸汽绝对排汽焓
h3
补汽热焓
h2
补汽绝对排汽焓
Θ
主蒸汽汽轮机缸效率
Β
补汽汽轮机缸效率
F1、 F2
主蒸汽、补汽流量
第20页，共29页。
举例
平凉海螺 根据废气流量锅炉选择为PJ-J锅炉、AQC-A锅炉
通过锅炉热力计算PH-J锅炉蒸发量为28.6t/h，主蒸汽温 度为304.6℃，主蒸汽压力为0.789MPaA。
AQC-A锅炉蒸发量为18.4t/h，主蒸汽温度为344.9℃，主蒸汽压力 为0.789MPaA。
闪蒸器流量为2.4t/h
第21页，共29页。
举例
一般室外汽水管线的温度损失为5℃，压力损失为 0.1MPaA，因此汽轮机入口压力为0.689MPaA，入口温度 为315.4 ℃
按发电功率计算公式可得，发电功率为7300kW
热平衡计算过程.doc BMS_HB_Calc-R0.xls
第22页，共29页。
第三个过程，水全部变为蒸汽后继续加热，则水蒸汽的温度 将不断升高。
第10页，共29页。
过热度
从水和水蒸汽的性质来说，过热度指的是蒸汽温度高于对应压力下的饱
和温度的程度。对水和水蒸汽而言，其饱和曲线在水蒸汽图上是一条上升的
曲线，即随着压力的升高，水的饱和温度也是升高的。同理，对于处于某一
温度的水蒸汽来说，提高压力，其对应的饱和温度也随之升高，则其温度高
标况和工况的转化 工况为：360000m3/h，压力为-5000Pa，温度为330℃
PV/T=常数
标况为：154988Nm3/h，温度为330℃
第17页，共29页。
表压、绝压
表压力=绝对压力-大气压力 比如汽轮机排汽压力为5.73kPaA，若当地大气压为101.325kPaA，
表压（即真空度）为-95.6kPaG(5.73-101.325) 若高海拔地区，大气压力仅在84kPaA左右,此表压（即真空度）
kg/h
%
%
kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg % %
第23页，共29页。
系统热效率的计算方法
5、系统热 效率计算 P3600
V g1(Jg1Jg2)V g2(Jg3Jg4)
P 发电机输出功率
Vg1 PH锅炉废气流量
Jg1 PH锅炉入口含尘废气热焓值 Jg2 PH锅炉出口含尘废气热焓值 Vg2 AQC锅炉废气流量 Jg3 AQC锅炉入口含尘废气热焓值 Jg4 AQC锅炉出口含尘废气热焓值
t
t1
t2 ln
(t1’ t1 t2
t2')
t1 ' t 2 '
Q 换热量
kJ/h
△t 对说换热温差
℃
K 传热系数
kJ/(m2· ℃ · h)
F 换热面积
m2
C 高温介质比热 kJ/(m3· ℃ )
t1 高温介质入口温度 ℃
t1’ 高温介质出口温度 ℃ t2 低温介质入口温度 ℃ t2’ 低温介质出口温度 ℃
[%]
Vg
废气流量
F
过热器出口额定蒸汽流量 [kg/h]
F”
省煤器入口额定给水流量 [kg/h]
Jg1
锅炉入口含尘废气热焓
Jg2 h0 h1 h2
锅炉出口含尘废气热焓
省煤器入口给水热焓 锅炉入口给水热焓
锅炉出口蒸汽热焓
[kJ/kg]
[Nm3/h]
[kJ/Nm3] [kJ/Nm3]
[kJ/kg] [kJ/kg]
于饱和温度的程度也降低，即蒸汽的过热度降低！
第11页，共29页。
水蒸汽变化曲线
第12页，共29页。
发电热力系统的基本原理
朗肯循环 是最简单的蒸汽动力 理想循环，热力发电 厂的各种较复杂的蒸 汽动力循环都是在朗 肯循环的基础上予以 改进而得到的，包括 闪蒸器余热发电技术。
第13页，共29页。
废气品位的界定
锅炉入口给水热焓
h2
锅炉出口蒸汽热焓
[Nm3/h]
[kJ/Nm3] [kJ/Nm3]
[kJ/kg]
[kJ/kg] [kJ/kg]
第28页，共29页。
提高其循环热效率及效率的措施
(1)提高汽轮机进汽压力或温度可提高循环热效率及效率。
⑵降低汽轮机排汽压力可提高循环热效率及效率。。
第29页，共29页。
电量。
第19页，共29页。
举例
： 废气参数及要求为 窑尾：340000Nm3/h，320℃
窑头：210000Nm3/h，360℃
原料磨要求入口风温为200 ℃；由于地为缺水地区，采用 空冷机组。
根据废气参数选择系统压力为0.789MPaA，由于空气比 热远低于水，因此汽轮机排汽设计为0.015MPaA。
2、热力学第二定律
不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
第9页，共29页。
水及水蒸汽物理性质
水在某一恒定压力下进行加热，主要进行三个过程：
第一个过程，水在常温下被逐步加热至某一温度,在此温度下 水开始逐渐产生蒸汽，其蒸汽温度与水温相同；
第二个过程，水继续被加热时水温将不再变化，而产生的温度 的蒸汽将不断增加至水全部变为蒸汽；
为-78.27kPaG(绝压-大气压=5.73-84)；
第18页，共29页。
热力计算一般步骤
1、一般为业主提供废气参数及生产线的基本信息； 2、研讨确定余热发电的方案，两炉一机、四炉一机等； 3、根据窑尾PH锅炉出口风温的要求确定压力等级。
4、进行锅炉选型或设计计算； 5、根据主蒸汽参数、汽轮机相对内效率、汽轮机排汽压力计算出发
第27页，共29页。
AQC锅炉热利用率的计算方法
δ“= 【F×(h2-h1)+F”×(h1-h0)】/ （Vg×Jg1）
δ" AQC锅炉热效率
[%]
Vg
废气流量
F
过热器出口额定蒸汽流量 [kg/h]
F”
省煤器入口额定给水流量 [kg/h]
Jg1
Jg2
Hale Waihona Puke 0h1锅炉入口含尘废气热焓
锅炉出口含尘废气热焓 省煤器入口给水热焓