发电厂的蒸汽参数及动力循环

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(三)汽轮机 steam turbine)的冷源损失与汽轮机的绝对内 三 汽轮机 汽轮机( 的冷源损失与汽轮机的绝对 的冷源损失与汽轮机的绝对内 效率
理想循环冷源损失
汽轮机的冷源损失： 汽轮机的冷源损失：汽轮机排汽在凝汽器内的放热量 附加冷源损失
1.理想循环冷源损失与理想循环热效率 1.理想循环冷源损失与理想循环热效率
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P18 表1-2 热量法、熵方法、火用方法比较
评价方法 项目 依 据 实 质 角 度 发电厂效率低 的原因分析 本书应用 热量法 热力学第一定 律 能量的数量平 衡 热效率 汽轮机冷源损 失最大 锅炉热损失次 之 定量计算 熵方法 火用方法
热力学第一、 热力学第一、第二定律 火用平衡 做功能力损失 做功能力
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(一)锅炉(boiler)热损失与锅炉效率 锅炉(boiler)热损失与锅炉效率 锅炉热损失有：排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、 锅炉热损失有：排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、 机械不完全燃烧热损失、散热损失以及灰渣热损失等。 机械不完全燃烧热损失、散热损失以及灰渣热损失等。 锅炉效率等于锅炉的热负荷与锅炉消耗燃料热量之比， 锅炉效率等于锅炉的热负荷与锅炉消耗燃料热量之比， 即
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一、热量法
定义：以热效率的高低作为评价能量转换过程完善程度的指标。 定义：以热效率的高低作为评价能量转换过程完善程度的指标。 能量转换及传递过程的热平衡式为： 能量转换及传递过程的热平衡式为： 输入总能量＝有效利用能量＋ 输入总能量＝有效利用能量＋损失能量
Qb Db (hb − hfw ) ηb = = BQnet BQnet
锅炉效率的大小反映了锅炉设备的完善程度， 锅炉效率的大小反映了锅炉设备的完善程度，其影 响因素有：锅炉的参数、容量、 响因素有：锅炉的参数、容量、结构特性及燃料种 类等等。现代大型电站锅炉效率一般为90%~94%。 类等等。现代大型电站锅炉效率一般为90%~94%。
锅炉的做功能力损失最大(传热温 锅炉的做功能力损失最大 传热温 差大) 差大 汽轮机内部的做功能力损失次之 凝汽器的做功能力损失很小(热量 凝汽器的做功能力损失很小 热量 损失大，但其品味很低) 损失大，但其品味很低 定性分析
实际的热力过程都是不可逆过程，必然引起系统的熵增 即熵产 导致做功能力损失。 即熵产)， 实际的热力过程都是不可逆过程，必然引起系统的熵增(即熵产 ，导致做功能力损失。 熵方法通过环境温度乘以熵产来计算做功能力损失， 熵方法通过环境温度乘以熵产来计算做功能力损失，并以此作为评价电厂热力设备热经 济性的指标。凡是熵增的过程，都会使热经济性下降。 济性的指标。凡是熵增的过程，都会使热经济性下降。
∆el = Ten ∆sg = Ten ( s4′ − s3 )
减少工质膨胀或压缩过程做功能力损 失的途径是减少其过程的扰动、摩擦 以及工质的泄漏等不可逆程度。
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P16 图1-10 超高压纯凝汽式发电厂的火用流图
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热效率(thermal efficiency)＝
有效利用能量 损失能量 ×100％=（ － 1 ） 100％ × 输入总能量 输入总能量
热效率是某一热力循环中热力设备有效利用能量占输入总能量的百分 其意义表明了能量转换过程中能量的有效利用程度。 数，其意义表明了能量转换过程中能量的有效利用程度。 依据： 依据：热力学第一定律 实质： 实质：能量的数量平衡 优点：直观、计算方便、 优点：直观、计算方便、简捷 应用： 应用：定量计算
理想循环冷源损失是指蒸汽在汽轮机中定熵膨胀时汽轮机排汽在凝汽器内 的放热量(1kg排汽放热量为 ，是理想情况下汽轮机也不可避免的冷源损失。 排汽放热量为)， 的放热量 排汽放热量为 是理想情况下汽轮机也不可避免的冷源损失。 这部分热损失的大小决定于热力循环的型式和参数。 这部分热损失的大小决定于热力循环的型式和参数。 用理想循环热效率来表示 单位时间内循环理想功与循环热耗量之比，即 单位时间内循环理想功与循环热耗量之比，
Wia D0 ( h0 − hca ) ηt = = Q0 D0 (h0 − hfw )
理想循环热效率说明热力循环型式与参数的先进性 一般理想循环热效率为40%~50%。 一般理想循环热效率为 。
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2.附加冷源损失与汽轮机的相对内效率 2.附加冷源损失与汽轮机的相对内效率 附加冷源损失——汽轮机内部损失 用汽轮机的相对内效率来表示 单位时间内蒸汽在汽轮机中所做的实际内功与理 想内功之比，即
∆el = Ten ∆s g
∆el = ∑ ∆el ,i = Ten
i =1
依据：热力学第一、 依据：热力学第一、第二定律
n
∑ ∆s
i =1
n
g ,i
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1.温差换热过程的做功能力损失 温差换热过程的做功能力损失 当环境温度Ten一定时： 平均换热温差愈大，换热过程的做 功能力损失愈大； 换热量愈大，换热过程的做功能力 损失愈大； TB的平均吸热温度愈高，做功能力 损失愈小，即高温换热比低温换热的 做功能力损失小。
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子情境一 发电厂热经济性的评价方法
1.凝汽式发电厂能量转换过程 凝汽式发电厂能量转换过程 2.热力发电厂能量转换中的损失 热力发电厂能量转换中的损失 （1）理论上不可避免 ） 2）技术上避免困难， （2）技术上避免困难，经济上不合算 3.两种评价方法： 两种评价方法： 两种评价方法 从数量上被利用的程 （1）热量法：以燃料化学能从数量上被利用的程 ）热量法：以燃料化学能从数量上 度来评价电厂的热经济性，用于定量计算。 度来评价电厂的热经济性，用于定量计算。 （2）熵方法或火用方法：以燃料化学能的做功能 ）熵方法或火用方法：以燃料化学能的做功能 被利用的程度来评价电厂的热经济性， 力被利用的程度来评价电厂的热经济性，用于定 性分析。 性分析。
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(五)发电机 五 发电机 发电机(generator) 能量损失与发电机效率
机械方面的轴承摩擦损失 发电机的能量损失 发电机内冷却介质的摩擦损失 铜损(线圈发热 铁损(铁芯涡流发热 线圈发热)、 铁芯涡流发热) 铜损 线圈发热 、铁损 铁芯涡流发热 发电机效率进行评价 发电机输出的电功率P 与汽轮机输出给发电机轴端的功率P 发电机输出的电功率 e与汽轮机输出给发电机轴端的功率 ax之比
Q0 D0 ( h0 − hfw ) ηp = = Qb Db ( hb − hfw )
管道效率反映了管道设施保温的完善程度和工质损 失热量的大小。不计工质损失， 失热量的大小。不计工质损失，现代发电厂管道效率 一般为98%~99%左右 左右。 一般为98%~99%左右。
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Pe ηg = Pax
现代大型发电机的效率，采用氢气冷却时为 现代大型发电机的效率，采用氢气冷却时为98%~99%，采用空气冷却 ， 时为97%~98%，采用双水内冷时为 时为 ，采用双水内冷时为96%~98.7%。 。
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(六)凝汽式发电厂 六 凝汽式发电厂 凝汽式发电厂(condensing power plant/station)的 的 能量损失与效率 上述各能量损失的总和 用凝汽式发电厂效率来表示 它等于发电厂发出的电能 与燃料供给的化学能之比
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(四)汽轮机的机械损失及机械效率 各轴承的摩擦损失 机械损失 油系统能耗 调速系统能耗
Pax ηm = Pax Pi ηm =
Pi
一般大型汽轮机机械效率为99%左右。 左右。 一般大型汽轮机机械效率为 左右
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D0 (h0 − hc ) Wi ηri = = Wia D0 (h0 − hca )
汽轮机的相对内效率说明汽轮机内部构造的完善 程度。 现代大型汽轮机组的相对内效率为90%左右。
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3.汽轮机的冷源损失与汽轮机的绝对内效率 3.汽轮机的冷源损失与汽轮机的绝对内效率 汽轮机的冷源损失是指蒸汽在汽轮机中实际膨胀做功 实际膨胀做功时汽 汽轮机的冷源损失是指蒸汽在汽轮机中实际膨胀做功时汽 轮机排汽在凝汽器内的放热量(1kg排汽放热量为 轮机排汽在凝汽器内的放热量 排汽放热量为) 排汽放热量为 理想循环冷源损失+附加冷源损失 理想循环冷源损失 附加冷源损失 用汽轮机的绝对内效率来表示。 用汽轮机的绝对内效率来表示。 绝对内效率是实际循环热效率， 绝对内效率是实际循环热效率，为单位时间内实际内功与 汽轮机的热耗量之比， 汽轮机的热耗量之比，即 D0 (h0 − hc ) Wi 3600 Pi ηi = = = = η tη ri Q0 Q0 D0 (h0 − hfw ) 汽轮机的绝对内效率反映汽轮机热经济性的高低， 汽轮机的绝对内效率反映汽轮机热经济性的高低，不仅反 映热量的利用率，还反映热功转换的程度，既是数量指标， 映热量的利用率，还反映热功转换的程度，既是数量指标， 又是质量指标。 又是质量指标。 汽轮机组的绝对内效率一般为36%~45%，现代大型汽轮机 汽轮机组的绝对内效率一般为 ， 组的绝对内效率采取措施后已达到45%~47%，甚至更高。 组的绝对内效率采取措施后已达到 ，甚至更高。
3600Pe ηcp = = η bη pη tη riη mηg = η bη pηiη mηg BQnet