热力发电厂第一章 评价电厂热经济性的方法--杨义波

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㶲方程和㶲效率
㶲方程 输入-输出-㶲损=系统的㶲变 稳流热力系统
L Ein,i Eout,j
1 1
n
m
开口稳流系统㶲平衡的通用方程
㶲效率—相对指标
有效利用的可用能 e 100% 供给的可用能
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
对比总结
实质
用热量法和㶲分析法评价凝汽式发电厂能量转换 过程的热经济性 。

朗肯循环热效率ηt 表示1kg 工质在循环中产生的净功 wt( 不 包括1kg水在给水泵中的焓升)与其从锅炉(热源)中吸收的热 量q。之比,即:
w h h h h t 0 na na 100 % 0 t q h h h h 0 0 n 0 gs
式中wt——朗肯循环的净功,kJ/kg qo——朗肯循环工质的吸热量,kJ/kg h0,hna——蒸汽在汽轮机内等熵膨胀过程的初焓和终焓, kJ/kg; 、hn ——锅Leabharlann Baidu给水焓和凝汽器凝结水焓 ( 对纯凝汽式发 h gs 电厂=),kJ/kg。
T s w TA TB s w
结论:高温换热比低温换热做功能力损失小
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
2)工质绝热节流过程
蒸汽在汽轮机进汽调节机构中的节流过程,节流前后工质的焓不变, 即
dh 0
*并非等焓过程
T
P0 4 4'
P1
由热力学第一定律解析式
的实质是能量的
数量平衡,所以 也称为热力学第
一定律效率。
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
1.1.2 做功能力分析法
1. 熵分析法—孤立系统熵增原理 熵分析法是通过计算熵增来确定做功能力损失的方法, 通常取环境状态作为衡量系统做功能力大小的参考状态,
即认为系统与环境相平衡时,系统不再有做功能力。
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
热力发电厂热经济性 ◇ 热力发电厂的电能生产过程
锅 炉
化学能 (燃料) 热能
汽轮机 蒸汽 机械能
发电机
电能
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
◇ 转换过程的不同阶段产生各种损失,能量不能被全 部利用。 ◇ 发电厂的热经济性是用来表明电厂燃料利用程度以 及热力过程中各部分的能量利用或损失的情况。 ◇ 通过能量转换过程中能量的利用程度(正平衡方法) 或损失的大小(反平衡方法)来衡量。 ◇ 研究损失产生的部位、大小、原因及其相互关系, 找出减少这些热损失的方法和相应措施,进而提高发电
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(六)、纯凝汽式发电厂的总效率 1. 已知电厂的各项上述损失,则纯凝汽式发电厂的 总效率ηndc为:
ndc gl gd xn t j d
2. 若已知汽轮发电机组输出功率户 Pd、燃料消耗量 Bd、燃料低位发热量 QDW,则纯凝汽式发电厂的总效率 也可由下式进行计算:
ndc
0
δq dh wt
δq wt
3
1
h=c o
Pc
nst
对于微元 可逆过程,有 wt vdp δq Tds
Tc
2 5 8
Tamb
wl

Tds = vdp
节流过程的熵增为
s
p1 p0
o
p1 p0
6 s
7 s
v dp T
wl Tamb s Tamb
厂的热经济性。
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
评价热力发电厂热经济性的两种基本方法 热量法以燃料产生的热量被利用的程度对电厂热经
济性进行评价,可以用各种效率或损失率的大小来衡量。
热量法—效率法、热平衡法 做功能力分析法—熵分析法、㶲分析法 定量分析 定性分析
以能量做功能力的有效利用程度或做功能力损失的 大小作为评价动力设备热经济性的指标。
T A 1 4 2 3 B T TB TA
1)有温差的换热 —— 冷凝器、加热器 l-2过程,工质A放热,平均温度为 TA 单位工质的熵减少了 s A,放热量为 TAsA 3-4过程,工质B吸热,平均温度为 TB 单位工质的熵增加了sB ,吸热量为 TBsB
Tamb o s
sA sB
s
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
热量㶲Eq 系统所提供的热量 中可转化为有用功 的最大值 热力学能 㶲Eu 闭口系从给定的状态 可逆地变到与环境相 平衡的状态所能做的 最大有用功称为该状 态下闭口系的㶲 焓㶲Eh 开口系统中,当稳 态流动工质只与环 境作用时,从给定 的状态可逆地变到 环境状态所能做出 的最大有用功
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
xn
式中
h0 h n 100 % h0 hna
h。,hna——汽轮机的实际排汽焓和理想排汽焓,kJ/kg。 汽轮机的相对内效率—般为78%一85%。
h0 h n 汽轮机组的绝对内效率为 : jn t xn 100% h0 h gs
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(四)汽轮机机械效率
第1章 热力发电厂热经济性评价方法与指标
本章主要内容有:
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
1.2 凝汽式发电厂的主要热经济指标
第1章 热力发电厂热经济性评价方法与指标
为什么要进行热经济性评价? 热经济性主要用来说明火电厂燃料利用程度,以及 热力过程中各部分的能量利用情况。这些均直接影响到 火电厂的发电成本、利润和燃料节约量,一般用热经济 性指标来表示,如电厂热效率、汽轮发电机组热效率、 热电厂全年的燃料节约量等。 火电厂的经济效益包括非常广泛的内容,一般用综 合经济效益来予以说明。它包括热经济性、安全可靠性、 投资、建设工期、物资消耗、人员配置等。由于热经济 性代表了火力发电厂能量利用、热功转换技术的先进性 和运行的经济性,故它是火电厂一切经济性的基础,也 是本章讨论的内容之一。
损失,排污热损失等,其中排烟热损失约占总损失的40%一50%。 锅炉效率表示锅炉在完成燃料化学能转变为蒸汽热能的过程中,锅
炉设备的热负荷与输入燃料的热量之比,其表达式为:
gl
) D gr ( h gr h gs Q DW B d
100 %
锅炉效率反映了锅炉设备运行经济性的完善程度,其影 响因素很多,如锅炉的参数、容量、结构特性及燃料种类等。 大、中型锅炉的效率一般在85%一94%范围内。
二、纯凝汽式发电厂的各种热损失和效率
在发电厂的实际生产过程中,任何情况下都不可能实
现理想循环,即循环的各个过程都是不可逆的。在整个能
量转换过程的不同阶段都存在着数量不等,原因不同的各 种损失。为此,采用各种效率采反映不同阶段的输入能量 转变为有用能量的利用程度。
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(一)锅炉效率
锅炉设备中的热损失主要包括有排烟,散热热损失,未完全燃烧热
汽轮机输出给发电机轴端的功率与汽轮机的内功率之比的 百分数,称之为机械效率,即:
j
p yx pn
汽轮机机械效率反映了汽轮机支持轴承、推力轴承与轴和 推力盘之间的机械摩擦耗功,以及拖动主油泵、凋速系统耗功 量的大小。机械效率一般为 96%一99%。
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(五)发电机效率
发电机的输出电功率与轴端输入功率之比的百分数称为发 电机效率ηd ,即 :
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朗肯循环热效率 ηt 反映了冷源损失的大小,其 数值约在40%一45%。 蒸汽初压力在 10MPa 以上时,给水泵消耗的压 缩功使给水在给水泵中的焓升不容忽略,其计算公 式为: 1 hgs ( p gs p gs ) gs kj/kg
gs
式中: gs —— 不计入容积损失的给水泵效率,一般在 0.8—0.85之间 pgs, p ——给水泵出口和入口水的压力,Pa, gs vgs ——绐水泵中水的平均比容,m3/kg。
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(二)管道效率
在工质流过蒸汽管道和给水管道时,会有一部分热损失。 热损失的大小用汽轮机组的热耗量与锅炉设备热负荷的比值的 百分数来表示。其表达式为:
gd
h0 h gs Q0 100 % Q gr h gr h gs
对于给水管道的散热损失,可视为水在水泵中的焓升值
7 sc
s
同理,在发电厂热力系统中,工质在水泵中被 不可逆绝热压缩也将引起做功能力的损失。
显然,减少工质膨胀或压缩过程做功能力损失的途径是
减少其做功过程中的扰动、摩擦等不可逆影响。
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
2. 㶲分析法 㶲效率 — 可用能的利用率
㶲损失 — 做功能力的损失 㶲的类型
据能量平衡,单位工质的换热量为: δq TAsA
TB sB
δq δq T δq 换热过程的熵增 s sB s A TB TA TBTA
单位工质做功能力的损失为 w T s T δqT l amb amb
T TA TB
TBTA
可知,Tamb一定时,
与之相平衡。 管道效率反映了管道绝热保温的完善程度,若不计工质损失,
则管道效率的数值一般为99%。若考虑工质损失,则其值为
96%一97%。
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(三)汽轮机相对内效率
汽轮机在实际工作过程中存在着进汽节流、排汽及内部
(包括漏汽、摩擦、湿汽等)损失,使工质的实际焓降小于理想 焓降。汽轮机的实际焓降与理想焓降之比的百分数,称为汽轮 机的相对内效率。其表达式为 :
d
pd 100 % p yx
发电机效率反映了发电机轴与支持轴承摩擦耗功,以及发 电机机内冷却介质的摩擦和铜损 ( 线圈发热 ) 、铁损 ( 激磁铁芯 涡流发热等)造成的功率消耗。 发电机效率随发电机的冷却方式和冷却介质的不同而有一 些差异,如大型空冷发电机效率ηd=97%一98 %,氢冷发电机 效率ηd=98%一99%,水内冷发电机效率ηd=96.0%--98.7%。 水内冷发电机效率较低的原因是,由于水的冷却效果好且一般 都是直接冷却,制造发电机的材料与同容量空冷、氢冷发电机相 比较可减少30%左右,发电机体积的减小,导致铁损,铜损增 大,使发电机效率较低。
若环境温度为 Tamb,某一热力过程或设备中的熵为 S , 则引起的做功损失 Wl 为 发电厂总的能量损失
Wl Tamb S
Wl Wli Tamb Si
i 1 i 1 n n
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
三种典型的不可逆过程
存在温差的换热 工质绝热节流 工质膨胀(或压缩)
1.1.1 热量法
一、基本热力循环在发电厂的应用
• 在以汽轮机为原动机的热力发 电厂中,燃料的化学能转变为电能 的过程是在朗肯循环的基础上完成 的。图 1 — 1 所示为朗肯循环的热力 系统图,图 1 — 2 所示为对应朗肯循 环的T-S图。 如图1-2所示,4—5—6—1是工 质在锅炉中定压加热、汽化、过热 过程,1—2是过热蒸汽在汽轮机中 等熵膨胀作功过程,2—3是乏汽在 凝汽器中的等压凝结过程,3—4是 凝结水在水泵中的等熵压缩过程。
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
热量法
能量平衡关系
供给的总热量=有效利用的热量+损失的热量
热效率
有效利用的热量 Wa 100% 供给的总热量 Q1 损失的热量 Qi i 1Q1 供给的总热量 1-热量损失率 i
i
效率分析法
100%
v dp T
图中阴影部分的面积
1.1 热力发电厂热经济性的评价方法
3)工质膨胀或压缩过程
蒸汽在汽轮机中的膨胀过程是一个不 可逆过程,由不可逆引起的熵增为
T
sc s sc
做功能力的损失为
Tamb
5 8
wl
sc wl Tambs Tamb sc
o
6
sc
s
3600 p d 100% B d Q DW
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三、发电厂的热平衡 以发电厂每发出1kW· h的电能为基础,根据发电厂的能量分 配情况,得出其热平衡式为:
q n d c 3600 q d q j q t q g d q g l
图1—3为一个简单凝汽式发电厂 的热平衡图,它反映了发电厂 的能量分配情况。由发电厂总 效率的汁算值和热平衡图可知, 纯凝汽式发电厂对燃料热能的 有效利用程度是很低的,这主 要是由于排汽传给冷源的热量 损失太大的缘故。所以,提高 发电厂燃料热能利用程度的途 径,主要是减少冷源损失。我 们在后面将要讲述的回热、供 热等,就是以减少进入凝汽器 中的蒸汽量来减少冷源损失的
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