电厂热经济指标课件

1、电厂热经济指标课件 第一章电厂的能量转化第一章电厂的能量转化 及主要热经济指标及主要热经济指标 l一、热力发电厂热经济的评价方法 l二、凝汽式电厂的热经济性指标 l三、核电厂的热经济性 电厂热经济指标课件 l凝汽式电厂生产电能的过程 即：燃料化学能（锅炉）- 蒸汽热能（汽轮机中膨胀做 功）-机械能（发电机）-电 能。在不同的转化阶段存在 着数量不等的能量损失。 一、电厂的能量转换一、电厂的能量转换 能量转换过程中的损失和利用能量转换过程中的损失和利用 发电厂的热经济性是通过能量转化过程中能量的利用程度或损失大小来衡 量的，研究各种损失的部位、大小、原因等，以期减少损失浪费。 电厂热经济指标课件

2、 电厂的能量转换电厂的能量转换 能量转换过程中的损失和利用能量转换过程中的损失和利用 发 电 厂 热 经 济 评 价 方 法 热量法（热效率法）： 热力学第一定律为基础， 从能量的数量利用角度 评价 做功能力损失法（熵方 法）：热力学第二定律 为基础，从能量的质量 利用角度评价。 发电厂热经济指标： 1、热效率 2、能耗 3、能耗率 区别：热量法分析燃料化学 能数量上被利用的程度，用于 定量分析；熵方法分析燃料化 学能做功能力被利用的程度， 用于定性分析。 电厂热经济指标课件 1. 热量法热量法 通过热量的利用程度（热效率）或损失大小（热量损失、通过热量的利用程度（热效率）或损失大小（热量损失

3、、 热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性 损失能量损失能量 有效利用能量有效利用能量供给总能量供给总能量 热力设备热力设备 1001 100 供给热量 损失热量 供给热量 有效利用热量 热效率 热损失率热损失率z z 热量守衡：热量守衡： 供给热量供给热量 = 有效利用热量有效利用热量 + 损失热量损失热量 电厂热经济指标课件 锅炉机组热平衡及锅炉效率锅炉机组热平衡及锅炉效率 热平衡是指锅炉的输入热平衡是指锅炉的输入 热与输出热量（包括有热与输出热量（包括有 效利用热和各项热损失）效利用热和各项热损失） 之间的平衡之间的平衡 Qcp=Qb+Q2+

4、Q3 +Q4+Q5+Q6 Qcp-Qcp-输入锅炉的热量输入锅炉的热量 Qb-Qb-锅炉有效利用热锅炉有效利用热 Q Q2 2- -排烟热损失排烟热损失 Q Q3 3- -气体不完全燃烧热损失气体不完全燃烧热损失 Q Q4 4- -固体不完全燃烧热损失固体不完全燃烧热损失 Q Q5 5- -散热损失散热损失 Q Q6 6- -灰渣物理热损失灰渣物理热损失 电厂热经济指标课件 锅炉机组热平衡及锅炉效率锅炉机组热平衡及锅炉效率 电厂热经济指标课件 简单凝汽式发电厂循环系统图简单凝汽式发电厂循环系统图 G B C b i cp=bpimg g m p T Qb Q0 Q QCP CP Wi i 电厂

5、热经济指标课件 有再热的凝汽式发电厂循环系统图有再热的凝汽式发电厂循环系统图 G 电厂热经济指标课件 （1）锅炉效率）锅炉效率h h b 锅炉能量平衡关系：锅炉能量平衡关系： 输入燃料热量输入燃料热量Qcp = 锅炉热负荷锅炉热负荷Qb +锅炉热损失锅炉热损失Qb b cp Q b Q b h hz z D D 1 cp Q b Q cp Q b Q Bq b Q b D D 1 net h h 0.90.94 B Qb Qb Qcp 排烟损失、散热损失、排烟损失、散热损失、 未完全燃烧损失、排污损失未完全燃烧损失、排污损失 电厂热经济指标课件 管道能量平衡关系：管道能量平衡关系： 锅炉热负荷

6、锅炉热负荷Qb = 汽轮机热耗量汽轮机热耗量Q0 +管道热损失管道热损失Qp （2）管道效率）管道效率h h P Qb T Q0 B Qp )1 ( p b cp Q p Q p hhz D 0.980.99 b Q p Q b Q Q p D 1 0 h 电厂热经济指标课件 汽轮机能量平衡关系：汽轮机能量平衡关系： 汽轮机热耗汽轮机热耗Q0= 汽轮机内功率汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失汽轮机冷源损失Qc 汽轮机排汽的汽化潜热损失、汽轮机排汽的汽化潜热损失、 膨胀节流、排汽、内部损失膨胀节流、排汽、内部损失 T Wi Q0 G QC 0 1 0 Q c Q Q i W i D h 0.450

7、.450.470.47 )1 ( ip b cp Q c Q c hhhz D （3 3）汽轮机）汽轮机绝对内效率绝对内效率h h i 电厂热经济指标课件 凝汽式汽轮机的绝对内效率凝汽式汽轮机的绝对内效率i i 汽轮机能量平衡式：汽轮机能量平衡式： 绝对内效率绝对内效率i i： ： W Wi i汽轮机汽耗为汽轮机汽耗为D D0 0时实际内功率时实际内功率 W Wa a汽轮机汽耗为汽轮机汽耗为D D0 0时理想内功率时理想内功率 i i汽轮机的绝对内效率汽轮机的绝对内效率 t t汽轮机的理想热效率汽轮机的理想热效率 ri ri汽轮机的相对内效率 汽轮机的相对内效率 0ic QWQ D 00 ia

8、i itri a WWW QQW hh h T Wi Q0 G QC 电厂热经济指标课件 汽轮机机械能量平衡关系：汽轮机机械能量平衡关系： 汽轮机内功率汽轮机内功率Wi（kJ/h） = 发电机轴端功率发电机轴端功率Pax（kW） +机械损失机械损失Qm （4）机械效率）机械效率h h m T WiPax G Qm 0.965 0.965 0.99 0.99 3600 1 PQ axm m WW ii h D (1) m Qm m bp i Qcp zh hhh D 电厂热经济指标课件 发电机能量平衡关系：发电机能量平衡关系： 发电机输入功率发电机输入功率Pax =发电机输出功率发电机输出功率P

9、e+能量损失能量损失Qg （5）发电机）发电机 (1) g Qg g bp im Qcp zh hh hh D 0.95 0.95 0.98 0.98 1 3600 Q P g e g PP axax h D Pax G Qg Pe 电厂热经济指标课件 全厂能量平衡关系：全厂能量平衡关系： 全厂热耗量全厂热耗量Qcp =发电机输出功率发电机输出功率Pe + 全厂能量损失全厂能量损失Qj （6）全厂总效率）全厂总效率 D cp j cp Q cp j Q gmipb cp Q e P cp z hhhhh h 1 1 3600 D cp j cp Q cp j Q gmipb cp Q e P

10、cp z hhhhh h 1 1 3600 20.42 Qj cp Qcp z z D z z j cp 0.580.580.760.76 Qb b + + Qp p + + Qc c + + Qm m + + Qg g 电厂热经济指标课件 火力发电厂的各项损失（火力发电厂的各项损失（%） 项目项目高参数高参数超高参数超高参数超临界参数超临界参数 锅炉锅炉Qb1098 管道管道Qp10.50.5 汽轮机冷源汽轮机冷源Qc57.552.550.5 汽轮机机械汽轮机机械Qm 发电机发电机Qg 总能量损失总能量损失69.56360 全厂总效率

11、全厂总效率30.53740 电厂热经济指标课件 凝汽式电厂的损失率比较凝汽式电厂的损失率比较 电厂热经济指标课件 热流图热流图 DD cp jcp cp je QQQBqP 1 3600 电厂热经济指标课件 3.3.熵方法（做功能力法）熵方法（做功能力法） 实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增 熵方法熵方法通过通过熵增（熵产）的计算来确定做功的损失熵增（熵产）的计算来确定做功的损失 环境温度环境温度Ten en，则熵增 ，则熵增 s 引起的做功损失引起的做功损失 I 为：为： I = Ten en s I cp=I 电厂热经济指标课件 朗肯循环朗肯循环

12、锅锅 炉炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机 给水泵给水泵 凝汽器凝汽器 朗肯循环朗肯循环 1 2 3 4 简化（理想化）：简化（理想化）： 12 汽轮机汽轮机 s 膨胀膨胀 23 凝汽器凝汽器 p 放热放热 34 给水泵给水泵 s 压缩压缩 41 锅炉锅炉 p 吸热吸热 电厂热经济指标课件 典型不可逆过程的做功能力损失典型不可逆过程的做功能力损失 （1）有温差的换热过程有温差的换热过程 放热过程：放热过程：熵减熵减s a 吸热过程：吸热过程：熵增熵增s b Ten aabb dqTsTsDD放热量放热量 = 吸热量吸热量 做功损失：做功损失： enen aa Tdq ITsT TTT D D D

13、ba baaa dqdqTdq sss TTTTT D D D D D 换热过程换热过程熵增：熵增： 分析：分析：T ， I 锅炉、冷凝器、加热器锅炉、冷凝器、加热器 I 电厂热经济指标课件 n 过程熵增: s 火用损E （2）不可逆绝热膨胀过程不可逆绝热膨胀过程 汽轮机汽轮机 做功损失：做功损失： tentu ITsD 不可逆绝热膨胀不可逆绝热膨胀 2 1 s pc p1 Ten stu 1 2a T p0 p0 2 电厂热经济指标课件 （3）不可逆绝热压缩过程不可逆绝热压缩过程 水泵水泵 做功损失：做功损失： ten ITsD 不可逆绝热压缩不可逆绝热压缩 2 1 s p2 p1 Ten

14、s 1 2 T 电厂热经济指标课件 （4）节流过程节流过程 汽轮机进汽调节结构汽轮机进汽调节结构 做功损失：做功损失： 根据热力学第一定律： dq=dh-vdp 节流前后工质焓不变即 dh=0，所以ds=-v/Tdp penp ITsD 21 T s p1 p2 Ten s h=const 电厂热经济指标课件 凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率 做功能力损失部位做功能力损失部位 锅炉锅炉 Ib 管道管道 Ip 汽轮机内部做功汽轮机内部做功 It 凝汽器凝汽器 Ic 传动装置传动装置 Im 发电机发电机 Ig 回热加热器、给水泵（忽略）回热加热器、给水泵（忽略） 电

15、厂热经济指标课件 en I b I 锅炉散热锅炉散热 做功损失做功损失 锅炉能量锅炉能量 转换做功转换做功 损失损失 II b I III b I 锅炉温差锅炉温差 传热做功传热做功 损失损失 p I 管道做管道做 功损失功损失 汽轮机内部汽轮机内部 做功损失做功损失t I 凝汽器做凝汽器做 功损失功损失 c I 机械摩擦机械摩擦 做功损失做功损失m I 发电机做发电机做 功损失功损失 g I 凝汽式发电厂做功能力损失分布图凝汽式发电厂做功能力损失分布图 电厂热经济指标课件 电厂热经济指标课件 电厂热经济指标课件 凝汽式发电厂做功能力损失凝汽式发电厂做功能力损失 做功损失做功损失 ICP： c

16、pbptcmg IIIIIII I b I II b I III b I en p I t I c I m I g I cpenet IPBq3600 全厂效率：全厂效率： cp cp cp Bq I 1h 电厂热经济指标课件 能流图能流图 cpbptcmg IIIIIII I b I() P ItD m I g I t I IIIII bb II () P IpD rc II 电厂热经济指标课件 小小 结结 1 总体：热量法与作功能力法的全厂总效率相同总体：热量法与作功能力法的全厂总效率相同 2 局部：损失分析不同局部：损失分析不同 热量法：从热损失的角度分析热量法：从热损失的角度分析 作功

17、能力法：从做功能力损失的角度分析作功能力法：从做功能力损失的角度分析 3 用途用途 热量法：定量分析，指导工程实际热量法：定量分析，指导工程实际 作功能力法：作功能力法： 定性分析，指导技术革新定性分析，指导技术革新 1 3600 Bq Pe cp h 电厂热经济指标课件 n几点说明 （1）效率和损失是能量转化过程中一个问题的两个 方面，利用能量利用率和能量损失率来求各设备 的效率是两种不同的分析方法和计算方法，他们 是可以相互检验的。 （2）以上的效率可以分为两类，一是绝对效率，如 i、t、cp,他们不仅反映热量利用率，而且 还反映热功转化的程度，因此不仅是数量指标而 且也是质量指标；另一类

18、是相对效率，如b、 p、ri、m、g，他们反映相应设备在制造中 的工艺完善程度和运行管理水平。 （3）全厂总效率既反映了发电厂燃料热量的利用程 度，有反映了热能转化为电能的能量转换率，因 此也是凝汽式发电厂最全面的指标。 说明 电厂热经济指标课件 二二 凝汽式发电厂的主要热经济指标凝汽式发电厂的主要热经济指标 n能耗能耗 （汽耗量、热耗量、煤耗量）（汽耗量、热耗量、煤耗量） n能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率） n热效率热效率 电厂热经济指标课件 汽轮发电机组的绝对电效率汽轮发电机组的绝对电效率ee gmi e e Q P hhhh 0 3600 汽轮发电机组热耗

19、 汽轮发电机组输出功率 e h )3600( gmie WPhh GT Q0 3600Pe Q 电厂热经济指标课件 1.1.能耗能耗( (单位时间能耗单位时间能耗,/h),/h) n电厂煤耗B n电厂热耗Qcp n汽轮机热耗Q0 n汽轮机汽耗D0 n相互关系 1 3600 e cp P B qh cp e cp P Q h 3600 e e P Q h 3600 0 gmi e w P D hh 3600 0 11 3600 ebpimgcp PBqBqh h hh hh egmi QQhhhh 00 gmi wDhh 0 G B C b i m p T Qcp D0 g Bcp Pe 电厂热

20、经济指标课件 不同容量机组能耗比较不同容量机组能耗比较 660MW1000MW 发电厂热耗量发电厂热耗量 （kJ/h） 5476*10e67985*10e6 发电厂煤耗量发电厂煤耗量 （kg/h） 1.901*10e52.728*10e5 汽轮发电机组汽汽轮发电机组汽 耗量（耗量（kg/h） 2100 *10e3 2975*10e3 汽轮发电机组热汽轮发电机组热 耗量（耗量（kJ/h） 5477*10e67751*10e6 结论：结论： 能耗指标与产量有关，只能表明能耗指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性；为一定时的热经济性； 电厂热经济指标课件 2.能耗率能耗率(单位发电量的能耗，

21、单位发电量的能耗，/KWh) n发电煤耗率 n标准发电煤耗率 n电厂热耗率 n汽轮机热耗率 n汽轮机汽耗率 n相互关系 1 3600 ecp B b Pqh 1 1cp e Bq qbq P e P Q q 0 e P D d 0 1 3600 cpcpcp e img bqq q dw hh h h h 3600 29270 s s ecp B b Ph 电厂热经济指标课件 标准煤低位发热量标准煤低位发热量 qnet=29270kJ/kg 发电标准煤耗率发电标准煤耗率 供电标准煤耗率（扣除厂用电）供电标准煤耗率（扣除厂用电） n cp s n b h 123. 0 )1 ( ap s b （

22、kg标准煤标准煤/(kW.h)） 厂用电率厂用电率 cpcp s b hh 123. 0 29270 3600 （kg标准煤标准煤/(kW.h)） 电厂热经济指标课件 不同容量机组能耗率比较不同容量机组能耗率比较 660MW660MW1000MW1000MW 全厂热耗率全厂热耗率 （kJ/(kW.h)） 844084407986 7986 全厂发电煤耗率全厂发电煤耗率 （kg/(kW.h)） 288288272272 汽轮机热耗率汽轮机热耗率 （kJ/(kW.h)） 7662766273837383 汽轮机汽耗率汽轮机汽耗率 （kg/(kW.h)） 82.98 结论：结论

23、： 能耗率能够全面反映发电厂热经济性能耗率能够全面反映发电厂热经济性 电厂热经济指标课件 凝汽式汽轮机的绝对内效率凝汽式汽轮机的绝对内效率i i 汽轮机能量平衡式：汽轮机能量平衡式： 绝对内效率绝对内效率i i： ： W Wi i汽轮机汽耗为汽轮机汽耗为D D0 0时实际内功率时实际内功率 W Wa a汽轮机汽耗为汽轮机汽耗为D D0 0时理想内功率时理想内功率 i i汽轮机的绝对内效率汽轮机的绝对内效率 t t汽轮机的理想热效率汽轮机的理想热效率 ri ri汽轮机的相对内效率 汽轮机的相对内效率 0ic QWQ D 00 iai itri a WWW QQW hh h T Wi Q0 G Q

24、C 电厂热经济指标课件 1kg1kg新汽的热耗新汽的热耗 汽轮机能量能量平衡：汽轮机能量能量平衡： 比热耗比热耗q q0 0（kJ/kg） ： 比内功比内功w wi i（kJ/kg） ： 比冷源热损失比冷源热损失q qc c ： 内效率内效率i i ： ： ci qwqD 0 00 1 q q q w ci i D h 0 0 0 D Q q 0 D W w i i 0 D Q q c c D D 电厂热经济指标课件 示例：计算图示系统中汽轮机的内效率示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）（忽略汽水损失） 0 Q Wi i h rhrhfwfwrhrh qDhhDhDqDhD)(

25、00000 cc z jjrhrh hDhDqDhD 1 00 电厂热经济指标课件 汽轮机实际做功汽轮机实际做功 W Wi 的计算：的计算： （1 1）Wi 汽轮机凝汽流内功各级回热汽轮机凝汽流内功各级回热汽汽流流内功内功 （2 2）Wi 汽轮机输入能量输出能量汽轮机输入能量输出能量 （3）Wi 汽轮机热耗汽轮机热耗Q0 汽轮机冷源损失汽轮机冷源损失Qc )( )()()( 0 2021010 rhzz rhcci qhhD hhDhhDqhhDW cc z jjrhrhi hDhDqDhDW 1 00 i W 00 ,hD 11,h D cc hD , 22 ,hD rh q 电厂热经济指标

26、课件 凝汽式电厂热效率凝汽式电厂热效率cp cp （全厂热效率） （全厂热效率） 全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率）全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率） cp ee cp Q P Bq P36003600 1 h epbgmipb hhhhhhhh )1 ( )(3600 1 apcp ape n cp Bq PP hh 厂用电率（平均为厂用电率（平均为8.2%8.2%） 300MW300MW及以上机组电厂：及以上机组电厂： 4.7%4.7%5.5%5.5%； 125125200MW200MW机组电厂：机组电厂： 8.5%8.5%； 中小容量机组电厂：中小容量机组电厂： 9%9%12

27、%12%。 电厂热经济指标课件 凝汽式电厂的热经济性指标的说明 n在一个电厂范围内，标准煤耗率是表明能量转换程度的最 全面的指标，它既反映电厂的管理水平和运行水平，也是 厂际、班组间的经济评价、考核的重要指标之一。 n对于一个汽轮机，热耗率是一个最完善的指标，可以做为 机组改造或热力试验考核的标准。 n能耗中的热耗率q和煤耗率b与热效率是一一对应关系，他 们是通用的热经济指标，而汽耗率与热效率无直接关系， 它取决于汽轮机的实际内功率。 电厂热经济指标课件 三、核能发电的条件及热经济性三、核能发电的条件及热经济性 l核燃料：U235、U238、 Pu239和钍 l原子核的裂变： 核裂变是一个原子

28、核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子 核像铀、钍等在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核， 同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着发生核裂 变，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。 电厂热经济指标课件 电厂热经济指标课件 核能：核裂变能（可控）核能：核裂变能（可控） 、核聚变能（不可控）、核聚变能（不可控） 核电站：核电站： 核能核能 电能电能 易裂变元素：易裂变元素： U235、U233、Pu239 常用核燃料：常用核燃料： 二氧化铀二氧化铀 核电的优点：（核电的优点：（1）燃料能量集中）燃料能量集中 （2）环境污染小）环境污染小 （3）

29、燃料储量丰富）燃料储量丰富 （4）大部分设备与普通电站基本相同）大部分设备与普通电站基本相同 可控自持裂变反应可控自持裂变反应 电厂热经济指标课件 核电厂类型核电厂类型 n 压水堆核电厂压水堆核电厂 n 沸水堆核电厂沸水堆核电厂 n 重水堆核电厂重水堆核电厂 n 石墨沸水堆核电厂石墨沸水堆核电厂 n 石墨气冷堆核电厂石墨气冷堆核电厂 n 高温气冷核电厂高温气冷核电厂 n 快中子增殖堆核电厂快中子增殖堆核电厂 电厂热经济指标课件 核反应堆类型 电厂热经济指标课件 压水堆核电厂压水堆核电厂 以轻水做慢化剂和冷却剂以轻水做慢化剂和冷却剂 压水堆核电厂组成压水堆核电厂组成 核岛核岛：反应堆厂房、核辅助

30、机厂房和建筑物、：反应堆厂房、核辅助机厂房和建筑物、 相关系统和设备相关系统和设备 常规岛常规岛：汽轮机发电机厂房及其建筑物、相关系：汽轮机发电机厂房及其建筑物、相关系 统和设备统和设备 配套设施配套设施：其他建筑物、系统和设备：其他建筑物、系统和设备 电厂热经济指标课件 电厂热经济指标课件 具体过程 n反应堆堆芯内进行核裂变并稳定地释放热能。由于采用稳 压器提高系统内的水压，一回路的水受热后不会沸腾。这 些高压水随之将堆芯内产生的热能带走。 n带热能的高压水经蒸汽发生器内数以千计的传热管，将热 能传到管外二回路系统的水内。二回路系统与一回路系统 是完全分隔的。 n二回路水随即受热沸腾，变成蒸汽，然后推动汽轮机发电 机组产生电力。 n蒸汽自汽轮机排出，被三回路的海水冷却后，再循环至蒸 汽发生器加热。 电厂热经济指标课件 （二）ITER介绍 n国际热核反应堆合作计划（ITER）由中国、美国、欧盟、 日本、俄罗斯、韩国参加。 n2014年建造一座总功率为500万千瓦的热核反应堆，项目 总投资额预计为100亿欧元(反应堆所在国出资48，其 他国家各出资10)。建造一座原型聚变反应堆(2025年 前投入运行)和一座示范聚变堆(2040年前投入运行) n目的:从海水中提取氢的同位素用