热力发电厂动力循环及其热经济性

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D1, h1
q rh Wi
D2, h2 Dc , hc
(2)Wi =汽轮机输入能量-输出能量
W i= D c (h 0- h c q r) h D 1 (h 0- h 1 ) D 2 (h 0- h 2 ) (3)Wi =汽轮机 热 耗Q0D -汽z( 轮h 机0 冷- 源损h 失z△ Qcq r) h
z
W i =D 0h0D rh qrh- D jhj-D chc
1
2、汽轮发电机组的绝对电效率ηe
Q0
汽轮发电机组输出功率
he = 汽轮发电机组热耗
T
he =3Q 600 Pe0=hihmhg
hh (36P e 0=0 W i mg)
3600Pe G
△Q
3、凝汽式电厂热效率ηcp (全厂热效率)
Bnqe=t 36P 0e 0Icp
I
I b
全厂效率:
hcp
=1-
Icp Bqcp
I
II b
Ip
e n
I III b
It
Ic Im Ig
I
I b
IP (Dt)
能流图
Im Ig
IP (Dp)
It
Ir Ic
IbII
I III b
Ic p=Ib Ip 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
2、提高初压(p0)的热经济性分析
(1)提高初压对ht 的影响 t0
极限压力p* 1) p0 < p*, p0↑,Dh↑,ht↑ 2) p0 = p* ,ht最高 3) p0 > p*, p0↑,ht↓
wa
工程压力小于极限压力
h s
不同温度下的极限压力与ht T↑,极限压力p*↑, ht↑
(2) 提高初压对hri 的影响 T
• 中小容量机组电厂:
9%—12%。
三 发电厂的动力循环 (一)朗肯循环及其热经济性
1
B 4
T
G
2
C
3
T
4 3
TC
1-2-3-4-1 郎肯循环
1
T1
2 S
ht
=wa q0
=1-qc q0
=1-Tc T1
平均放热温度 平均吸热温度
1 提高(初二温)(蒸t0汽)的初热参经数济对性电分厂析热经济性的影响
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
(三)蒸汽终参数对电厂热经济性的影响 1、降低蒸汽终参数pc对热经济性的影响(最大) (1)有利影响 ht↑( ht =1-Tc/T1,wa↑) 凝汽器做功损I ↓
(2)不利影响 Pc↓→湿气损失↑→叶片寿命↓→ hri↓ Pc↓→vc↑→余速损失↑→ hi ↓
供给总能量
热力设备
有效利用能量
损失能量
热量守衡: 供给热量 = 有效利用热量 + 损失热量
η 热损失率z
Qb
ηp
ηb
B
ηcp=ηbηpηiηmηg
Q0 ηi T
ηm
ηg
G
C
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
(1)锅炉效率h b 锅炉能量平衡关系:
输入燃料热量Qcp = 锅炉热负荷Qb +锅炉热损失△Qb
=发电机输出功率Pe + 全厂能量损失Σ△Qj
3600 P e h cp =
h cp
3600 =
Pe
Q cp = h b h p h ih m h g
=
D Q Q cp j h b h p h i h m h g
= 1 - cp D Q j△Qb + △Qp + △Qc + △Qm + △Qg
= 1-
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
D 0 h 0 D rq h r- h D 0 h fw = D 0 ( h 0 - h f) w D rq h rh
D0 , h0
汽轮机实际做功 Wi 的计算: (1)Wi =汽轮机凝汽流内功+各级回热汽流内功
凝汽式发电厂做功能力损失分布图
I 锅炉散热做功
损失
I
b
发电机做功损 失
Ig
I 锅炉能量转换
做功损失
II
b
en
机械摩擦做功
损失
Im
I 锅炉温差传热
做功损失
III
b
I 管道做功损

p
汽轮机内部做功损

It
I 凝汽器做功损

c
凝汽式发电厂做功能力损失 做功损失 ICP:
Ic p=Ib Ip It Ic Im Ig
1、能耗
——反映发电机组每小时生产所消耗的能量
全厂煤耗 Bcp 汽轮机热耗 Q0
全厂热耗 Qcp 汽轮机汽耗 D0
热平衡方程式:
3600Pe = Bqnetηcp = Qcpηcp = Bqnetηbηpηiηmηg
= Q0ηiηmηg = Q0ηe = D0wiηmηg
kJ/h
发电厂热耗量(kJ/h) : 发电厂煤耗量(kg/h) : 汽轮发电机组汽耗量(kg/h): 汽轮发电机组热耗量(kJ/h) :
(1)提高初温对ht的影响
h = h h t0↑,ht↑
i
t ri
ht
=wa q0
=1-qc q0
=1-Tc T1
(2)提高初温对hri的影响 t0↑,排汽湿度↓,hri ↑ t0↑,漏汽损失↓,hri ↑
T
4 T1' T1
3
1' T0'
1 T0
5
2
2'
s
结论: t0↑,ht↑和hri↑,因此,hi↑
DQ c
zc =
= h h p (1 - h i )
Q cp
b
(4)机械效率h m 汽轮机机械能量平衡关系: 汽轮机内功率Wi=
发电机轴端功率Pax +机械损失△Qm
Wi T
Pax G
△Qm
hm = 3600Pax =1- DQm
Wi
Wi
0.965 ~ 0.99
zm
=
DQm Qcp
=h h h
b pi
h = 3600P 2 局部:损失分析不同
cp
Bq 热量法:从热损失的角度分析
e 1
作功能力法:从做功能力损失的角度分析
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
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
(1-hm)
(5)发电机 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
Pax
Pe
G
△Qg
hg = Pe = 1- DQg
Pax
3600Pax
0.95 ~ 0.98
DQg
zg = Qcp =hbhphihm(1-hg)
全厂(能6)量全平厂衡总关效系率:
全厂热耗量Qcp
做功损失:
I=TenDs=TenD TT a Tad -qDT
分析:△T ↑ , I ↑
I Ten
(2)不可逆绝过热程膨熵胀增过: 程△s ——火汽用轮损机△E
做功损失:
It =Ten Dstu
p0
1
2
pc
1
p0
T
p1
2 2a
Δstu 不可逆绝热膨胀
Ten s
(3)不可逆绝热压缩过程 ——水泵
做功损失:
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
热流图
36 P e= 0 B 1 0 - q D Q j= Q c- p D Q j
cp
cp
二、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Ten,则熵增 △s 引起的做功损失 I 为:
1)提高初温的限制 金属材料性能限制
2)提高初压的限制 安全性、热经济性
措施: (1)提高P0的同时采用蒸汽再热 (2)提高P0的同时增大单机容量
P0OP Pe=300MW 200
150
100
450 500 550 600 650
t0
5、蒸汽初参数的选择
1)理论上的初参数选择
初温由选用钢材确定 初压由最大允许排汽湿度确定
热力发电厂动力循环及其热经济性
第一节 热力发电厂热经济性的评价方法 热量法(热效率法) ——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
做功能力法(熵方法、火用方法) ——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
一、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
hp = Q0 = 1 - DQp
Qb
Qb
DQp
zp =
=h (1-hp)
Qcp b
0.98~0.99
(3) 汽轮机效率h i
汽轮机能量平衡关系: 汽轮机热耗Q0=
汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失△Qc
Q0
Wi
T G
△QC
Wi hi =
Q 0
=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
a
t ri
ηri——汽轮机的相对内效率
Q0
Wi
T G
△QC
1kg新汽的热耗 汽轮机能量能量平衡:
比热耗q0(kJ/kg) : 比内功wi(kJ/kg) : 比冷源热损失△qc :
内效率ηi :
q0 =wi Dqc
q0
=
Q0 D0
wi
=
Wi D0
Dqc
=
DQc D0
hi
=wi q0
=1-Dqc q0
q cp
=
Q cp Pe
b cp
=
B cp Pe
q = Q0 Pe
d = D0 Pe
标准煤 q1=29270kJ/kg 发电标准煤耗率
bs = 3600 0.123 (kg标准煤/(kW.h))
2927h0cp hcp
供电标准煤耗率(扣除厂用电)
bns
=
0.123
h
n cp
= bs
(kg标准煤/(kW.h))
hhhhh hhh hcp
= 3600Pe Bq1
= 3600Pe Qcp
=bpi mg=bpe
全厂净热效率(扣除厂用电功率的电厂效率)
hc np=36(B P 0 e1 - q 0 P a)p=hcp (1-a)p
厂用电率(平均为8.2%)
• 300MW及以上机组电厂: 4.7%—5.5%;
• 125—200MW机组电厂: 8.5%;
T 4
3
1
5 2
Pc Pc' 2' s
结论:在极限背压以上,降低pc对热经济性有利
排汽压力与理想循环热效率关系曲线
2、降低蒸汽终参数的限制
I = Ten △s
典型不可逆过程的做功能力损失
(1)有温差的换热过程 放热过程:熵减△s a 吸热过程:熵增△s b
——锅炉、冷凝器、加热器
放热量 = 吸热量
dq=TaDsa=TbDsb
换热过程熵增:
D s= D sb- D sa=d T q b- d T q a=D T T aT ad - q D T
It =Ten Ds
1
2
p2
T
2
p1
1 Δs
Ten s
不可逆绝热压缩
(4)节流过程 —汽轮机进汽调节结构
做功损失:
Ip =Ten Dsp
1
2
T
p1 p2
Δs
h=const Ten s
(二)凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率
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)
z
=
cp
cpD Q j QQ cpcp
= = Σ z j cp
1-
Q cp z j
= 1- z j
cp
cp
0.24~0.42 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 全厂总效率
高参数 10 1 57.5 0.5 0.5 69.5 30.5
(1 - ap )
3、热效率 (1)凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi
汽轮机能量平衡式:
绝对内效率ηi:
Q0 =Wi DQc
Wi——汽轮机汽耗为D0时实际内功率
W W W Wa——汽轮机汽耗i为D0时理a想内功率i
h= = =hh ηi——汽i轮机的绝对内效率
Q Q W ηt——汽轮机的理0想热效率0
h
=
b
= 1-
Q b
Q cp
Q b
= Bq net
DQ b Q cp
0.9~0.94
Qb
△Qb B
Qcp
排烟损失、散热损失、 未完全燃烧损失、排污损失
DQ b
zb =
= 1-h b
Q cp
(2)管道效率h P
管道能量平衡关系: 锅炉热负荷Qb =
汽轮机热耗量Q0 +管道热损失△Qp
Qb B
Q0
T △Qp
• p0↑,v0↓,漏汽损失↑,hri↓ • p0↑,湿度损失↑,hri↓
结论:提高p0,对hi的影响,视ht和hri的变化情况定
P0'
P0
T0
1'
1
4 3
5 2' 2
s
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↑,hi↑
• 小容量机组 初参数↑,hi↓
高参数必须是大容量
4、提高蒸汽初参数的限制
Qcp
= Bqnet
wk.baidu.com= 3600Pe
hcp
Bcp
=
3600 Pe
h q net cp
D0
=
3600Pe
wihmhg
Q0
=
3600Pe
he
注意
• 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
——反映每生产1kW.h电能所消耗的能量
全厂热耗率qcp(kJ/(kW.h)) 全厂发电煤耗率bcp(kg/(kW.h)) 汽轮机热耗率q(kJ/(kW.h)) 汽轮机汽耗率d(kg/(kW.h))
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