第三章第一、二节 热力发电厂的热经济性

• 计算结果如表所示： 计算结果如表所示：
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热量法的热损失 项 锅 目 炉 数量 kJ/kg 373.82 21.01 所占份额 % 10 0.56 项 锅
火用方法的火用损 目 炉 数量 kJ/kg 2183.92 18.08 215.52 61.98 1259.70 2479.50 33.7 所占份额 % 58.42 0.48 5.77 1.66 33.7
T0 π燃烧 = qf − qf 1− TB
锅炉的Ex分析（散热） 锅炉的 分析（散热） 分析
（2）排烟，渣，散热后，可传给水的ex 排烟， 散热后，可传给水的
T0 ex散热后 = qf 1− ηB TB
T0 π散热 = qf 1− TB T0 − qf 1− ηB TB
3
（二）火用方法（可用能法、做功能力法）或熵方法 火用方法（可用能法、做功能力法） 基于热力学第二定律 ——从能量的质量来评价其效果， ——从能量的质量来评价其效果，即有效利用的可用能与供给的可 从能量的质量来评价其效果 用能之比。 用能之比。
η te =
ωa
Esup
Esup − ∑ Aej =
j
蒸汽管道 汽 轮 机 凝 汽 器 装置做功 总 损 失 动力装置 效率
蒸汽管道 汽 轮 机
2083.95 1259.70 2478.79
55.75 33.7
凝 汽 器 装置做功 总 损 失
33.7
动力装置 效率
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22
由计算结果可知： 由计算结果可知： 本例中供入的热量和可用能相等 热量和可用能相等， 1. 本例中供入的热量和可用能相等，因此两种方法算得的 总损失量和装置效率是相同的。 总损失量和装置效率是相同的。 2. 热量法不区分能量品位的高低，故凝汽器的热损失为最 热量法不区分能量品位的高低， 大，而火用方法锅炉损失最大。 而火用方法锅炉损失最大。 热量法只表明能量数量转换的结果， 3. 热量法只表明能量数量转换的结果，不能揭示能量损失 的本质原因。 的本质原因。 火电厂热经济指标计算，中外各国仍广泛采用热量法。 4. 火电厂热经济指标计算，中外各国仍广泛采用热量法。
Q1 − ∑ Q j =
j
∑Q
= 1−
j
j
Q1
Q1
= 1 − ∑ξ j
j
• 式中，Q1—外部热源供给的热量，Wa —该动力装置的理想比内功（以 式中， 外部热源供给的热量， 该动力装置的理想比内功（ ∑ ∑ 热量计）， 循环中各项能量损失之和（以热量计）， 热量计）， Q j —循环中各项能量损失之和（以热量计）， ζ j —各项 j j 能量损失系数之和。 能量损失系数之和。
2
一、两种基本分析方法
（一）热量法（热效率法、热平衡法） 热量法（热效率法、热平衡法） 基于热力学第一定律 ——从能量转换的数量来评价其被利用的效果， ——从能量转换的数量来评价其被利用的效果，即有效利用的热量 从能量转换的数量来评价其被利用的效果 与供给热量之比。 与供给热量之比。
ηt =
ωa
Q1
∑A
= 1−
j
ej
Esup
Esup
= 1 − ∑ ξ ej
j
• 式中 : Esup—供入系统的可用能， ∑ A —循环中各项不可逆因素导致 供入系统的可用能，
ej j
的各项可用能损失之和， 循环中各项可用能损失系数之和。 的各项可用能损失之和，∑ ξ —循环中各项可用能损失系数之和。
ej j
4
• 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：
燃料
排烟
1 空气 过热汽 渣 4 （3 ） 水
14
π锅炉＝π 燃烧＋π散热＋π 传热
管道的Ex分析 管道的 分析
T
1
1’ 1 1’
4 3 2 2’ s
15
管道的Ex分析 管道的 分析
汽机入口ex 汽机入口
exh1 = (h1 − h0 ) − T0 (s1 − s0 )
/ /
管道的ex损失 管道的 损失
/ / /
汽轮机实际输出功
1’
wnet ' = h1 − h2'
/
汽轮机的ex损失 汽轮机的 损失
wnet ’
/
π汽机 = wnet − wnet ' = T0 (s2' − s1)
2’
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冷凝器的Ex分析 冷凝器的 分析
π 冷凝器 = (h 2' - h 3 ) - T0 ( s 2 ' − s3 )
T 1 1’ 2’ 4 3 2 2’ s
19
3
五、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 以按朗肯循环工作的同一凝汽式发电厂为实例， 济性评价方法的具体计算结果，予以对比说明。 济性评价方法的具体计算结果，予以对比说明。
• pb=14MPa，tb=560℃，p0=13.5MPa，t0=550℃，pc=0.004MPa， =14MPa， =560℃， =13.5MPa， =550℃， =0.004MPa， =0.9， =0.85，燃料发热量3738.2kJ/kg， 各项效率为ηb=0.9，ηri=0.85，燃料发热量3738.2kJ/kg，求 3738.2kJ/kg 忽略泵功时，循环热效率、装置效率； 忽略泵功时，循环热效率、装置效率；各部分能量损失大小 及百分率。 及百分率。
第三章
热力发电厂的热经济性
第一节 本 章 第二节 提 要 第三节
热力发电厂的热经济评价方法 凝汽式发电厂的热经济指标
热电厂的热经济性指标
第四节
热电厂的节煤条件及节煤量计算
1
第一节 热力发电厂的热经济评价方法
• 发电厂能量转换的过程中恒有各种损失 • 化学能 → 热能 → 机械能 → 电能 • 通过衡量能量转换过程中的能量利用程度（正平 通过衡量能量转换过程中的能量利用程度（ 利用程度 衡）或能量损失大小（反平衡）来评价火电厂的 或能量损失大小（反平衡） 损失大小 热经济性 • 目的：研究损失产生的部位、大小、原因及其相 目的：研究损失产生的部位、大小、 互关系， 互关系，找出减少这些热损失的方法和相应措施
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锅炉的Ex分析（燃烧） 锅炉的 分析（燃烧） 分析 空气 Ex = 0 燃料 exqf = qf 以环境为基准 设燃料完全是Ex 设燃料完全是 排烟 燃料 1 空气 平均燃烧温度 过热汽 渣 4 （3 ） 水
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（1）燃烧，烟气热量 燃烧，
T0 ex燃烧 = qf 1− TB
ein + eq = eout + ω a + ∆e
火用效率： 火用效率：
e ηx =
收益火用 火用损失 × 100% = 1 − （ ） 100% × 耗费火用 耗费火用
10
火用平衡方程的图解
eout eq 热力设备 wa
∆e
ein
火用损： 火用损：
∆e = ein + eq）（eout + ω a） （ −
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一、汽轮发电机组热经济性指标
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一、汽轮发电机组热经济性指标
（一）凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi 凝汽式汽轮机的绝对内效率η 1. ηi 表达式
Wi ηi = Q0
Q0为汽轮机热耗 故： η i =
Q0 = Wi + ∆Qc
∆Qc ηi = 1 − Q0
Wi Wa Wi = × = η tη ri Q0 Q0 Wa
(1 − ∑ α j Y j )
kg的凝汽流的实际焓降 kg的凝汽流的实际焓降
（5）比热耗-热量损失 比热耗27
一、汽轮发电机组热经济性指标
（一）凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi 凝汽式汽轮机的绝对内效率η 3. 给水泵功的处理 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 参数较高时， 如考虑给水泵功所带来的影响
(h1' − h2' ) − (h4 − h3 ) ηi = h1 − h4
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一、汽轮发电机组热经济性指标
（二）汽耗量D0和汽耗率d0 汽耗量D 和汽耗率d 汽耗量是在电功率为Pe时汽轮发电机组的进汽量。 汽耗量是在电功率为Pe时汽轮发电机组的进汽量。 Pe时汽轮发电机组的进汽量 汽轮机功率方程： 汽轮机功率方程：
7
8
9
四、火用方法
（一）火用效率与火用损 火用：某种能量理论上能够可逆的转换为功的最大数量， 火用：某种能量理论上能够可逆的转换为功的最大数量，用Ex表示 表示 热量火用、温度火用、潜热火用、压力火用、化学火用、 热量火用、温度火用、潜热火用、压力火用、化学火用、焓火用 焓火用（稳定流动工质的火用） 焓火用（稳定流动工质的火用）： e x = (h − h0 ) − T0 ( s − s 0 ) 火用平衡关系： 火用平衡关系：
绝对内效率η 等于理想循环热效率η 绝对内效率ηi等于理想循环热效率ηt乘以汽轮机相 对内效率η 因此可称为实际循环热效率。 对内效率ηri，因此可称为实际循环热效率。
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一、汽轮发电机组热经济性指标
（一）凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi 凝汽式汽轮机的绝对内效率η 汽轮机实际内功Wi和比内功ωi Wi和比内功ωi的计算 2. 汽轮机实际内功Wi和比内功ωi的计算 汽轮机实际内功Wi为汽耗量为D 汽轮机实际内功Wi为汽耗量为D0的蒸汽在汽轮机中做 Wi为汽耗量为 出的功 汽轮机比内功ω 1kg蒸汽在汽轮机中做出的功 汽轮机比内功ωi为1kg蒸汽在汽轮机中做出的功 （1）输入能量-输出能量 输入能量（2）凝汽流与各级回热抽气流所做功之和 （3）1kg凝汽流做功与各段抽汽流做工不足之差 1kg凝汽流做功与各段抽汽流做工不足之差 （4）等效于
燃料 1 空气 过热汽 渣 4 （3 ） 水
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排烟
锅炉的Ex分析（传热） 锅炉的 分析（传热） 分析 （3）传热，水的温度远比燃气低，温差传热 传热，水的温度远比燃气低， 水得到的ex
exh1'' − exh3 = (h1'' − h3 ) − T0 (s1'' − s3 )
T0 π 传热 = qf 1− ηB TB −[ (h1'' − h3 ) −T0 (s1'' − s3 )]
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第二节 凝汽式发电厂的热经济指标
我国热力发电厂采用热量法定量评价热经济性， 我国热力发电厂采用热量法定量评价热经济性， 衡量对象为汽轮发电机组或整个发电厂。 衡量对象为汽轮发电机组或整个发电厂。常用的热经 济指标主要有 1、能耗（汽耗、热耗、煤耗，以每小时、每年 能耗（汽耗、热耗、煤耗，以每小时、 计其耗量） 计其耗量） 2、能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率，以每千 能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率， 瓦时或兆瓦时计其能耗率，效率以%度量）。 瓦时或兆瓦时计其能耗率，效率以%度量）。
D0ω iη mη g = 3600 Pe
D0 =
ω iη mη g
3600 Pe
汽耗率是指汽轮发电机组每发1kWh电能所需的进汽量 汽耗率是指汽轮发电机组每发1kWh电能所需的进汽量 1kWh
非理想因素： 非理想因素：
T 1 1’ 蒸汽管道摩擦降 散热(1-1’) 压，散热 汽机不可逆( 1’-2 ’) 汽机不可逆 4 3 2 2’ s
6
给水泵不可逆( 给水泵不可逆 3-4 ’)
三、热量法 热量法以热效率或热损失率来衡量能量转换过 程的热经济性。用绝对量表示，即汽轮机热耗 程的热经济性。用绝对量表示，即汽轮机热耗Q0、 全厂热耗量Q 单位均为kJ/h，且Qcp =BqL；当 全厂热耗量 cp，单位均为 ， 汽轮机的汽耗量为D0时，其实际内功率以热量为单 汽轮机的汽耗量为 其轴端机械功率为P 位计为W 其轴端机械功率为 ； 位计为 i，kJ/h;其轴端机械功率为 ax，kW；发 电机功率为P 电机功率为 e，kW。 。
π管道 = (h1'' − h1) − T0 (s1'' − s1)
/ /
1
1’
16
汽轮机的Ex分析 汽轮机的 分析
T
1
1’ 1’
wnet ’
绝热
4 3 2 2’ s
2’
17
汽轮机的Ex分析 汽轮机的 分析
汽轮机最大可能作功
wnet = exh1 − exh2' = (h1 − h2' ) − T0 (s1 − s2' )
E sup = Q1η tc
,
ηt =
ωa
Q1
=
η te Esup
Q1
=
Hale Waihona Puke η te Q1η tcQ1
= η teη tc
Ten η = 1− T1
c t
• 式中， η te —循环火用效率， η tc —卡诺循环效率， • T1—热源温度，K， Ten—冷源（环境）温度， K。
5
二、蒸汽动力循环——朗肯循环 蒸汽动力循环——朗肯循环 ——