热电联产分析
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第三章 热电联产
3.1 热电联产的意义
电能和热能联合生产称为热电联产 ，如利用汽轮机中作过功的蒸汽对外供热，它 是将燃料的化学能转化为高品位的热能用以发电，同时将已经在汽轮机中作了部分功 （即发了电或热化发电）后的低品位热能，对外供热。电能是在供热的基础上进行生 产的。
热电联合能量生产符合按质利用热能原则，达到了“热尽其用”之目的 。 实现热电联产必须具备的基本条件是： 1、有热用户，而且要保证热用户所需要的参数（压力和温度）和流量； 2、在供热的同时还要保证必须数量的电能。
燃气—蒸汽联合循环热电厂是典型的能量梯级利用装置，具有很高的热效率，可 达70%～85%左右，接近燃气锅炉。提高能源利用率，不但节约了燃料成本，更重要的 是在人口稠密地区少用能源，间接的减少了污染。
燃气—蒸汽联合循环供热系统的规划建设必须考虑城市的天然气的供应、供热经 济范围等方面，同时兼顾燃气轮机、供热设备效率及投资等。从目前我国城市的建设 考虑，一般认为燃气—蒸汽联合循环供热系统发电功率为40～70MW，供热面积为 100～200万m2的小区最为合适。
在运行中，如果热负荷不足，可以在余热锅炉中补燃 ；如果要提高整个联产系统 的发电量，则可以采用注蒸汽的方式（将余热锅炉中产生的部分蒸汽回注到燃气轮机 的燃烧室 ），就能摆脱常规的热电联产机组中“以热定电”的负荷调节模式 。
燃气轮机联产系统的主要特点是启动块、运行灵活。目前的发展方向是降低成本、 进一步减少环境污染。
最小凝气流量，以保证低压缸有通风冷却蒸汽。③凝汽汽流存在着节流损失，凝汽流 的绝对内效率比同参数的凝汽机组低 。 三、凝汽采暖两用机组(简称两用机)
该机组在采暖期供热，在非采暖期或暂无热负荷时仍以凝汽机组运行。 两用机的特点是：①ຫໍສະໝຸດ Baidu的高压缸通流容积是按凝汽流设计，当抽汽供热时，电功 率减少。②由于在导汽管上蝶阀压损的影响，在非采暖期虽为凝汽机组，热经济性仍 会下降约0.1％～0.5％。③在抽汽运行时具有抽汽式汽轮机的特点，但它的设计、制 造简单，成本低 。
进行热电联产的主要优点有： 1．节约能源 2．减轻大气污染，改善环境 3．提高供热质量，改善劳动条件 4．其它经济效益
3.2 热电联产的基本形式
根据热电联产所用的能源及热力原动机型式的不同，热电联产可以分为下列几种 基本形式：蒸汽轮机热电联产、燃气轮机热电联产、核电热电联产、内燃机热电联产。
3.2.1蒸汽轮机热电联产
14-发电机 15-背压式蒸汽轮机
图3-3 供给工业用汽的热电联产的联合循环
3.2 热电联产的基本形式(续)
表3-1 联合循环热电联产的主要技术参数
燃料 燃气轮机功率 背压式汽轮机功率 厂用电率 机组净功率输出 燃气轮机输入热能(LHV) 余热锅炉补燃输入热能 工业用汽流量 工业用汽压力 工业用汽热功率 燃料的利用率 功率系数 发电效率
燃气—蒸汽联合循环热电联产，将余热锅炉产生的高温、高压蒸汽在供热式汽轮 机中做功发电，压力降到0.8～1.2MPa左右的蒸汽作工艺用热和生活用热，也可以将 余热锅炉设计成双压式，低压蒸汽主要用作供热。 燃气—蒸汽联合循环被用于热电联产目的时，它可以分为几大类型，即： ① 向工厂提供工业用汽的工业动力站； ② 向工厂提供工业用汽和热水的热电站； ③ 向地区供热系统提供热能的热电站；
蒸汽轮机热电联产是联产集中供热的最主要形式 。对外同时供热和发电的蒸汽轮 机称为供热式汽轮机，装有供热式汽轮机的发电厂称为热电厂。
供热式汽轮机的型式有：背压式汽轮机、抽汽式汽轮机、凝汽采暖两用机、低真 空供热的凝汽机组。 一、背压式汽轮机(B型,CB型)
背压式汽轮机利用排汽向外供热，热用户作为它的冷源，其优点是热能利用率高， 结构简单，不需要凝汽器，投资省。但它的运行特点是：按“以热定电”的运行方式， 热和电不能独立调节；另外背压高，整机的焓降小，偏离设计工况时，机组的相对热 效率ηri显著下降。一般必须有稳定可靠的热负荷时才采用背压式汽轮机。
④ 与海水淡化设备配套的动力装置。
3.2 热电联产的基本形式(续)
电能
燃料空气
废热150摄氏度 排烟500摄氏度
蒸汽
水 锅炉
发电机 燃气轮机
图 3-2 燃气轮机热电联产系统图
3.2 热电联产的基本形式(续)
在燃气—蒸汽联合循环型的热电联产机组中，燃气轮机的作功能量占主导地位， 因而功率系数(机组的供电量与供热量的比值)比较高，这种类型的热电联产机组比较 适宜于在相对需要较多电能的场合使用，蒸汽循环中所用的供热式汽轮机为供热式汽 轮机，可以是背压式或抽汽式。
总能量转换效率
天然气 69.1MW 44.7MW 1.23 112.4MW 230.0MW 79.6MW 65.3kg/s 0.35MPa 152MW 85.4% 0.74 36.8%
79.9%
3.2 热电联产的基本形式(续)
燃气-蒸汽联合循环热电联供应用的作用： 1.提高城市居民生活品质。 2.天然气管线调峰。 3.热力调峰。 4.电力调峰。
图3－1国产200MW凝汽－采暖两用机示意图
3.2 热电联产的基本形式(续)
四、低真空供热的凝汽机组 该机组在冬季采暖期时，提高机组背压，用循环水供热。由于提高了排汽压力也会
使电功率减少。
3.2.2燃气轮机热电联产
燃气轮机热电联产系统是利用燃气轮机的排气提供热能，来对外界供热或制冷， 其系统图见图3-2。燃气轮机的排气在余热锅炉中加热水，产生的蒸汽直接作为生产 用汽或居民生活供热。
抽汽背压式汽轮机，即CB型，其特点是在背压排汽供热的同时，还有一级较高压 力的调节抽汽供热。
3.2 热电联产的基本形式(续)
二、抽汽式汽轮机(C型，CC型) C型表示汽轮机带有一级调整抽汽：抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为 0.78～
1.23MPa；可供采暖用汽，压力调整范围一般为0.118～0.245MPa。 抽汽式汽轮机的特点是：①热电负荷可独立调节，运行灵活。②抽汽式汽轮机有
图3-3中给出了一个供给工业用汽的联合循环热电联产的实例 。该热电联产联合循 环的主要技术参数如表3-1所示。
3.2 热电联产的基本形式(续)
MPa
MPa
MPa MPa
MPa/525
1-发电机 2-压气机 3-燃烧室 4-燃气透平 5-烟气旁通阀 6-余热锅炉的补燃室 7-余热锅炉 8-汽包 9-水泵 10-除氧器 11-给水泵 12-蒸汽用户 13-蒸汽旁路阀
3.1 热电联产的意义
电能和热能联合生产称为热电联产 ，如利用汽轮机中作过功的蒸汽对外供热，它 是将燃料的化学能转化为高品位的热能用以发电，同时将已经在汽轮机中作了部分功 （即发了电或热化发电）后的低品位热能，对外供热。电能是在供热的基础上进行生 产的。
热电联合能量生产符合按质利用热能原则，达到了“热尽其用”之目的 。 实现热电联产必须具备的基本条件是： 1、有热用户，而且要保证热用户所需要的参数（压力和温度）和流量； 2、在供热的同时还要保证必须数量的电能。
燃气—蒸汽联合循环热电厂是典型的能量梯级利用装置，具有很高的热效率，可 达70%～85%左右，接近燃气锅炉。提高能源利用率，不但节约了燃料成本，更重要的 是在人口稠密地区少用能源，间接的减少了污染。
燃气—蒸汽联合循环供热系统的规划建设必须考虑城市的天然气的供应、供热经 济范围等方面，同时兼顾燃气轮机、供热设备效率及投资等。从目前我国城市的建设 考虑，一般认为燃气—蒸汽联合循环供热系统发电功率为40～70MW，供热面积为 100～200万m2的小区最为合适。
在运行中，如果热负荷不足，可以在余热锅炉中补燃 ；如果要提高整个联产系统 的发电量，则可以采用注蒸汽的方式（将余热锅炉中产生的部分蒸汽回注到燃气轮机 的燃烧室 ），就能摆脱常规的热电联产机组中“以热定电”的负荷调节模式 。
燃气轮机联产系统的主要特点是启动块、运行灵活。目前的发展方向是降低成本、 进一步减少环境污染。
最小凝气流量，以保证低压缸有通风冷却蒸汽。③凝汽汽流存在着节流损失，凝汽流 的绝对内效率比同参数的凝汽机组低 。 三、凝汽采暖两用机组(简称两用机)
该机组在采暖期供热，在非采暖期或暂无热负荷时仍以凝汽机组运行。 两用机的特点是：①ຫໍສະໝຸດ Baidu的高压缸通流容积是按凝汽流设计，当抽汽供热时，电功 率减少。②由于在导汽管上蝶阀压损的影响，在非采暖期虽为凝汽机组，热经济性仍 会下降约0.1％～0.5％。③在抽汽运行时具有抽汽式汽轮机的特点，但它的设计、制 造简单，成本低 。
进行热电联产的主要优点有： 1．节约能源 2．减轻大气污染，改善环境 3．提高供热质量，改善劳动条件 4．其它经济效益
3.2 热电联产的基本形式
根据热电联产所用的能源及热力原动机型式的不同，热电联产可以分为下列几种 基本形式：蒸汽轮机热电联产、燃气轮机热电联产、核电热电联产、内燃机热电联产。
3.2.1蒸汽轮机热电联产
14-发电机 15-背压式蒸汽轮机
图3-3 供给工业用汽的热电联产的联合循环
3.2 热电联产的基本形式(续)
表3-1 联合循环热电联产的主要技术参数
燃料 燃气轮机功率 背压式汽轮机功率 厂用电率 机组净功率输出 燃气轮机输入热能(LHV) 余热锅炉补燃输入热能 工业用汽流量 工业用汽压力 工业用汽热功率 燃料的利用率 功率系数 发电效率
燃气—蒸汽联合循环热电联产，将余热锅炉产生的高温、高压蒸汽在供热式汽轮 机中做功发电，压力降到0.8～1.2MPa左右的蒸汽作工艺用热和生活用热，也可以将 余热锅炉设计成双压式，低压蒸汽主要用作供热。 燃气—蒸汽联合循环被用于热电联产目的时，它可以分为几大类型，即： ① 向工厂提供工业用汽的工业动力站； ② 向工厂提供工业用汽和热水的热电站； ③ 向地区供热系统提供热能的热电站；
蒸汽轮机热电联产是联产集中供热的最主要形式 。对外同时供热和发电的蒸汽轮 机称为供热式汽轮机，装有供热式汽轮机的发电厂称为热电厂。
供热式汽轮机的型式有：背压式汽轮机、抽汽式汽轮机、凝汽采暖两用机、低真 空供热的凝汽机组。 一、背压式汽轮机(B型,CB型)
背压式汽轮机利用排汽向外供热，热用户作为它的冷源，其优点是热能利用率高， 结构简单，不需要凝汽器，投资省。但它的运行特点是：按“以热定电”的运行方式， 热和电不能独立调节；另外背压高，整机的焓降小，偏离设计工况时，机组的相对热 效率ηri显著下降。一般必须有稳定可靠的热负荷时才采用背压式汽轮机。
④ 与海水淡化设备配套的动力装置。
3.2 热电联产的基本形式(续)
电能
燃料空气
废热150摄氏度 排烟500摄氏度
蒸汽
水 锅炉
发电机 燃气轮机
图 3-2 燃气轮机热电联产系统图
3.2 热电联产的基本形式(续)
在燃气—蒸汽联合循环型的热电联产机组中，燃气轮机的作功能量占主导地位， 因而功率系数(机组的供电量与供热量的比值)比较高，这种类型的热电联产机组比较 适宜于在相对需要较多电能的场合使用，蒸汽循环中所用的供热式汽轮机为供热式汽 轮机，可以是背压式或抽汽式。
总能量转换效率
天然气 69.1MW 44.7MW 1.23 112.4MW 230.0MW 79.6MW 65.3kg/s 0.35MPa 152MW 85.4% 0.74 36.8%
79.9%
3.2 热电联产的基本形式(续)
燃气-蒸汽联合循环热电联供应用的作用： 1.提高城市居民生活品质。 2.天然气管线调峰。 3.热力调峰。 4.电力调峰。
图3－1国产200MW凝汽－采暖两用机示意图
3.2 热电联产的基本形式(续)
四、低真空供热的凝汽机组 该机组在冬季采暖期时，提高机组背压，用循环水供热。由于提高了排汽压力也会
使电功率减少。
3.2.2燃气轮机热电联产
燃气轮机热电联产系统是利用燃气轮机的排气提供热能，来对外界供热或制冷， 其系统图见图3-2。燃气轮机的排气在余热锅炉中加热水，产生的蒸汽直接作为生产 用汽或居民生活供热。
抽汽背压式汽轮机，即CB型，其特点是在背压排汽供热的同时，还有一级较高压 力的调节抽汽供热。
3.2 热电联产的基本形式(续)
二、抽汽式汽轮机(C型，CC型) C型表示汽轮机带有一级调整抽汽：抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为 0.78～
1.23MPa；可供采暖用汽，压力调整范围一般为0.118～0.245MPa。 抽汽式汽轮机的特点是：①热电负荷可独立调节，运行灵活。②抽汽式汽轮机有
图3-3中给出了一个供给工业用汽的联合循环热电联产的实例 。该热电联产联合循 环的主要技术参数如表3-1所示。
3.2 热电联产的基本形式(续)
MPa
MPa
MPa MPa
MPa/525
1-发电机 2-压气机 3-燃烧室 4-燃气透平 5-烟气旁通阀 6-余热锅炉的补燃室 7-余热锅炉 8-汽包 9-水泵 10-除氧器 11-给水泵 12-蒸汽用户 13-蒸汽旁路阀