第三篇热力系统分析2

t
w1 w2 q1
(h4
h5 ) (h2 h1) (h4 h2 )
1
(h5 h1) (h4 h2 )
t
n,t (h4 h5 ) (h4 h1)
(h2 (h2
h1) b h1) b
jd
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
低沸点工质动力循环实例：
装置效率与排气温度关系 烧结矿显热回收能留图
Q1
QG
吸收式热泵
W
TG TH TG
QG
Q1
TH TG
QG
Q1
TH TH TL
W
TH TH TL
TG TH TG
QG
max
Q1 Q1 QG
TH TG
TH TH TL
TG TH TG
TH TH TL
TG TL TG
maxc
吸收式热泵
第一类吸收式热泵，也称增热型热泵，是利用少量的 高温热源，产生大量的中温有用热能。第一类吸收式 热泵的性能系数大于1，一般为1.5～2.5。
et,max
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
3.4.2 闪蒸发电系统
压力越高，对应的沸点 越高，压力越低，对应 的沸点越低。
闪蒸—高压热水如果突 然扩容、降压，则一部 分水会汽化成蒸汽。
优点：
1、
不需要余热锅炉的汽包，换热器结构简化，且适宜
长距离运输；
2、余
热回收率较余热锅炉高。
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
S aB
标准燃料单价
节约的标准燃料
锅炉和热泵消耗燃料对比计算
1、锅炉消耗的燃料量：
每年向用户供热Q1（kJ/a），锅炉消耗的燃料量：
B
Q1
7000 4.1868grw
(kg/ a)
2、压缩式热泵消耗的燃料量：
W Q1 (kJ / a)
Brb, y
W
7000 4.1868ndsd
Q1
7000 4.1868ndsd
(kg/ a)
B2
B
Brb , x
Q1
1
7000 4.1868 grw
1
g rw
(kg/ a)
3.3.4 热电联产的节能效果
对于抽汽式汽轮机组，抽汽部分相当于背压式，凝 汽部分相当于凝汽机组，
Bhd
3600 Wr
29300 glgd jd
3600 Wn
29300 glgdtn
jd
0.123Wr 0.123Wn
glgd jd glgdtn jd
(kg/h)
Wr —抽汽供热蒸汽的发电量 (kW h / h)
(kg/ a)
B1
B
Brb, y
Q1
1
7000 4.1868 grw
1
ndsd
(kg/ a)
锅炉和热泵消耗燃料对比计算
3、吸收式热泵消耗的燃料量：
QG
Q1
(kJ / a)
Brb , x
7000
QG
4.1868grw
7000
Q1
4.1868grw
(kg/ a)
B
Q1
7000 4.1868grw
T0
X0 X0 1
t,max
ex q1
1 T0 T1 T0
ln
T1 T0
t,max
1
1 X0
ln(1
X0)
ln
x
x 1
1
x
12
1
x
13
x 2 x 3 x
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
t ,m ax
1
1 X0
X0 X0 1
1 2
2
X X0
0
1
1 3
3
X X0
0
1
Wn —凝汽部分发电量 (kW h / h)
n t
—汽轮机凝汽部分的动力循环效率
3.3.4 热电联产的节能效果
则热电分产时的燃料消耗量为：
B f B fr B fd
(kg/h)
Q 106
34Q
B fr
29300glrw
glrw
(kg/h)
Bh Bhr Bhd
3600W 0.123W
B fd
bdn —热电厂凝汽部分发电煤耗率，kg /(kW h)
Wr W
bdn bdn
bn bdr
3.3.5
燃料消耗量的计算是否正确？
3.3.6 热电联产的实际应用
1、背压式机组 12
11
Q 290GJ / h
10
电9 功 率8
Q 250GJ / h Q 210GJ / h
7
6
t0 470℃
供水井 热泵机组
回水井
潜水泵
地源热泵供热/空调系统
热泵 机组
压缩式热泵
热泵性能系数COP：
COP Q1
W
max
Q1 Q1 Q2
TH TH TL
1 1 TL
TH
m ax
T1 T1 T2
1 1 T1
T2
m ax max
m ax
Q2
ExQ,L
TL T0 TL
Q2
中温热源产生少量的高温有用热能。第二类吸收式热 泵性能系数总是小于1，一般为0.4～0.5。
根据热能平衡：
Q fs Qzf Qxs Qln QG Q1 Qxs
致热系数：
2
Q1 QG
Qxs Q fs Qzf
1 Qln Q fs Qzf
热泵的应用
1、供暖
1）与电热相比：
max
TH TH TL
5
3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
压力p0
3.3.6 热电联产的实际应用
2、抽汽冷凝式机组
效率提高相对值×100 效率提高相对值×100
10
8
Q 377GJ / h
6
209
4
0
2
9 11 13 15 17
p0 MPa
(a) 抽汽压力1.2MPa
20
Q 544GJ / h
377
Wr (bn bdr ) Wn (bdn bn ) Wr (bdn bdr ) W (bdn bn )
bn
0.123
glgd jd t
bdr
0.123
gl gd jd
bdn
0.123
gl
gd
n
jd t
bn —凝汽式电厂发电煤耗率，kg /(kW h) Bd 0 bdr —热电厂供热部分发电煤耗率，kg /(kW h)
TL T0 TL
(Q1
W )
Q1
ExQ,H
TH T0 TH
Q1
Ii
W
i
W ExQ,H ExQ,L Ii
W
1 (TL TH )
1 ( TL T0 )
Q1
Q1 W
TH TH TL
1
TL T0
1
TL T0
max
e,H
max
1 TL T0
吸收式热泵
吸收式热泵
吸收式热泵系数：向热用户提供的热量与消耗的高 位热能之比。
T0
ln
T1 T0
q1 cp (T1 T0 ) h1 h0
t,max
ex q1
1 T0 T1 T0
ln T1 T0
余热能级
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
在同样温度范围内工作的卡诺循环（恒温热源下）
效率为：
c
1
T0 T1
令
X0
T1 T0 T0
c
(T1 T0 ) T1 T 0
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
Dc ptR! dh (D d )cptR2
d Dcp (tR1 tR2 ) (kg/h) h cptR2
d cp (tR1 tR2 )
D h cptR2
在 给 定 D 和 tR1 的 条 件 下 ， 闪 蒸压力越低，蒸汽量越大， 但蒸汽的初参数越低。
3.3.4 热电联产的节能效果
设实际的供热量为 Q (GJ / h) 发电量为W(kW h / h) 则热电联产的燃料消耗量为：
Bh Bhr Bhd
(kg/h)
Q 106
Bhr 29300gl gd rw
Bhd
3600 W
29300 glgd jd
(kg/h) (kg/h)
热网效率
汽轮机组的机电效率
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
试算法求最佳闪蒸温度(tR2)opt
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
两级闪蒸系统：
实践证明，将温差(tR1-te)平均分配，确定两级蒸发温 度，可以获得最好的热水利用效果。
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
日本新日铁八幡钢铁厂回收烧结矿冷却机余热的热水发 电系统：
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
更低温度余热动力回收：
3.5 热泵系统分析
• 常用热泵系统 地下深井水源热泵系统 地下浅层水水源热泵系统 地源热泵系统（土壤源热泵系统）压缩式热泵 污水水源热泵系统 空气源热泵系统
吸收式热泵
压缩式热泵系统
1-压缩机；2-冷凝器；3-膨胀阀；4-蒸发器
水源热泵供热/空调系统
冷却机 热水发生器
热水贮罐 透平
透平
扩容蒸发器
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
闪蒸发电系统的效率：
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
3.4.3 低沸点工质发电系统
当中、低温热源的温度 水平较低时，水就不再 适宜作为工质，因为水 在低压时的汽化潜热很 大压。力 低 ， 平 均 吸 热 温 度 低，温差大， 压力高，热流体出口温 度高，回收的热量少。
ExQ W
1 TL TH
1 268 0.085 293
热泵的应用
1、供暖
2）与锅炉供暖相比：
k Q1 BQ dw
kg
Qq Bg Qdw
Q1 Qq
grw
k rb
W1 Brb Qdw
W W1
Q1 W
nd sd
R krb Bg ndsd k g Brb grw
R 0.488
2、干燥 3、蒸发 4、蒸馏
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
海洋温差(7~30℃)发电可选 择氨、R12、R22等； 120℃左右的地热资源，可 用R114、丁烷等作为工质； 200~500 ℃可用R85。
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
低沸点工质动力循环：
与水蒸气的朗肯循环相似， 由蒸发器、汽轮机、冷凝 器和泵组成，只是用回收 余热用的有机工质蒸发器 代替了锅炉。
29300 n
glgdt jd
(kg/h)
热电联产和热电分产相比的燃料节约量为：
B B f Bh (B fr Bhr ) (B fd Bhd ) Br Bd
3.3.4 热电联产的节能效果
对背压式机组可得：
B
34Q
1
gl
rw
1
glgd jd
0.123W
glgd jd
1
t
1
(kg/h)
根据热能平衡：
Q fs Qzf Qxs Qln Q1
致热系数：
1
Q1 QG
Q fs Qzf Q fs
Q fs Qzf 1 Qzf
Q fs
Q fs
Qln Qxs
供热70℃
冷凝器 85℃
发生器
废热 30℃
Q0
（浓） Qa
57℃
145℃ Q fs
（稀）
蒸发器
吸收器
吸收式热泵
第二类吸收式热泵， 也称升温型热泵，是利用大量的
1
1c c
c
1 2
c2
1 3
c3
1 2
c
1 6
c2
1 12
c3
t,max c
1 2
1 6
c2
1 12
c3
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
循环T-s图
循环热效率
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
实际系统中：
w ex I
e
w ex
1
I 1
ex
t
w q1
w wx
ex q1
集中供热节煤效益 热电联产节煤效益
对抽汽式机组可得：
B
34Q
1
gl
rw
1
glgd jd
0.123W
glgd jd
W
t
Wr
Wn
tn
(kg/h)
3.3.4 热电联产的节能效果
Bd
Wr
0.123
glgd jd t
0.123
glgd jd
Wn
0.123
gl
gd
n
jd t
0.123
glgd jd t
10
209
0
9 11 13 15 17
p0 MPa
(b) 抽汽压力1.3MPa
3.4 中低温余热动力回收的热力系统分析
工厂中低于300~400℃的烟气、废蒸汽、废热水以及 地热资源。
余热的利用方式大致有两种方式：一为热利用，二 为动力利用。 3.4.1 变温热源的动力回收效率
ex
cp
(T1TLeabharlann Baidu )
热泵的应用
热泵系统的经济性分析
额外投资回收年限法：
如果采用热泵系统，额外投资将增加△K，每年带泪
的节约燃料费用为△S，投资回收期τ是否超过允许的
回收年限 0
K S
Krb K S Srb
0
如果暂不考虑维修费的差别，则运行费的差别主要
是能源费的差别，如热泵所需电能由本厂提供，能
源费的差别可按节约的燃料费来计算：
(273 20) (273 20) (273 5)
293 25
11.72
m ax
T1 T1 T2
(273 25) (273 25) (273 10)
298 35
8.51
m ax 0.6 8.51 5.1
e,rb
max
5.1 11.72
0.43
ExQ
1
TL TH
W
e,h