热力设备的性能评价分析 陈则韶

1、第八节第八节 主要热力设备的主要热力设备的 热力性能评价方法热力性能评价方法 1 锅炉 2 蒸汽轮机 3 压缩机 4 喷嘴和扩压管 5 冷凝器和水预热器 热力循环中包括有吸热、放热、做功、耗功、 能量形式转换和能量、工质的输运的各热力设 备，它们的热力性能是构成热力循环性能的基 础。接下来介绍若干主要热力设备的热力性能 分析与评价方法 1 锅炉 n锅炉是将燃料的化学能经过燃烧的方 式转化为工质热能的设备，是热电厂 的心脏 锅炉的工作原理 1）锅炉的能量平衡分析 烟气 ggm hq , 炉渣 ssm hq , fLfm hq ,燃料 aam hq , 空气 Lmh q水蒸气 0 hqm 给水 热

2、损 Lmq q 锅炉效率 B fLfm lm B Hq hhq , 0 )( 反平衡法计算锅炉的效率 fLfm lmssmggm B Hq qqhqhq , , 1 锅炉的有效能分析 烟气 uggm eq , 炉渣 ussm eq , fLufm eq , fauam eq , Lme q 0,ugm eq 燃料 空气 水蒸气 给水 热损 qLume q , 不可逆损失 irum eq , n锅炉的有效率 1）正算法 fLufm uum Bu eq eeq , 0,1 , , )( 2）反算法 和热效率一样，利用反算法的算式的分项计算可以 清楚地弄清各个渠道损失的有效能比例数以便于改进设 计。

3、因此反算法的有效率分析式在分析中使用更方便。 公式中燃料的有效能计算式 可根据下面的式子进 行计算： 固体燃料 气体燃料 fLu e , )89.378.691.692.055.1923.5()( 0 00,fhfu swonshcTTHe )28.793.1184.1085.3()( 2424 00,Hhcchcohfu VVVVTTHe 锅炉的不可逆热损失分析： 在锅炉有效能分析中的锅炉内部不可逆性 项包括燃料燃烧不可逆损失和燃气传热给工质 时不可逆损失两部分。 前者可由公式 计算。 后者原则上可有燃烧平衡温度的燃气变为烟气的 有效能值与工质得到的有效能值之差再减去锅炉由热 量损失的有效能

4、得到。但是两者不易严格区分。 iru e , adgufauadir meee , 例题18-4 已知某锅炉给水为饱和水 ， ， ；出口蒸汽 ， ， ， ； ， ， ， ， ；烟气的比热容取： , 烟气温度 热损温度取近似饱和水温度 炉渣温度取400k， 环境温度 。 求：（1）锅炉的热效率 （2）锅炉的热损量（3）锅炉烟气的最高温度（4）锅炉 的有效率（5）锅炉的有效能损失率（6）热损的有效能损失率（7）锅炉烟气的有效能 损失（8）分析锅炉的有效能损失并分析主要的损失因素 KT3000 kgkjh/6 .112 0 393. 0 0 s MPap5 .17 1 kgkjh/1 .3495 1

5、 5130. 6 2 skgkjqm/1 kgkjH fL /30000 hkgq fm /125. 0 , hkgq am /5 . 1 , hkgq gm /615. 1 , hkgq sm /01. 0 , )/(2 . 1 , kkgkjc ap )/(2 , kkgkjc sp KTg420KTs478 KT280 0 KT850 1 13 （1）锅炉的热效率： 902.0 )( , 0 fLfm lm B Hq hhq （2）锅炉的热损量：应用能量守恒定律，取300k为锅炉烟气和炉渣焓为起算值0， 焓用温差乘以比热容计算。 kgkjhqhqhhqhqhqqq ssggmaamfLf

6、mLm /7 .91)( 01, （3）锅炉烟气的最高温度 烟气的提供的热量应等于蒸汽的焓增量，故有 K cq hhq TT ggm m gg 4 .2165 )( , 11 max, （4）锅炉的有效率： 445.0 ) ( )( , 01001 , 0,1 , , fLufmfLufm uum Bu eq ssThh eq eeq （5）烟气的有效能损失率： 0137. 0 )/ln( , 000, , , , fLufm ggpgm fLufm gugm giru eq TTTTTcq eq eq （6）热损项有效能损失率： 001. 0 )/ln(1 , 0, , fLufm sLm

7、Liru eq TTq （7）锅炉烟气的有效能比率： 6784. 0 )/ln( , 0max,00max, , , max, fLufm ggpgm fLufm gugm gu eq TTTTTcq eq eq （8）锅炉的不可逆因素： 锅炉的不可逆因素有自发过程，烟气对水加热存在温差过程，锅炉烟气和高温 水及水蒸气通过保温层的热损失，排除烟气和炉渣带走的有效能不是不可逆损失的 有效能本锅炉的有效能损失率： 燃烧过程的不可逆损失： 555. 01 , BuBiru 3126. 01 max, guburniru 2087. 0 ,max, LirugiruBuguQiru 烟气给工质传热过程

8、由于存在温差产生的有效能的不可逆损失： 将计算结果绘制成图进行分析： 系列1, 损失 率, 9.80%, 10% 系列1, 热效 率, 90.20%, 90% 系列1, 有效能 率, 44.50%, 44% 系列1, 有效能 损失率, 55.50%, 56% 系列1, 传热不 可逆损失, 20.87%, 38% 系列1, 燃烧不 可逆损失, 32.16%, 58% 系列1, 排烟有 效能损失, 1.37%, 2% 系列1, 热损项 有效能损失, 1.10%, 2% 有效能最主要损失项是不可逆热损失，因此提 高锅炉有效率的方法是提高水蒸气压力。 热效率图有效率图有效能损失分布图 2 蒸汽轮机 n

9、蒸汽轮机是流动工质的焓转化为轴功 输出的设备。 蒸汽在膨胀过程中理论输出的轴功 T N )( 21 hhqN mT 蒸汽轮机在热工转换过程中包括有内部损失 和外部损失。 内部损失 外部损失 喷嘴损失 涡流损失 出口速度损失 内部渗漏 湿度损失 摩擦损失 轴承外部摩擦 油泵及调速器 的动力消耗 外部放热 当考虑高速气流对叶片的摩擦和气流之间的摩擦的内部不可 逆损失蒸汽轮机的平衡方程为： )( 21 hhqN mT 摩擦生热使得 所以蒸汽轮机的输出减少了。通常用 等熵效率描述汽轮机的性能： 2 h 2 h T T T w w 如果考虑汽轮机的外壳有热量损失，记和分别表示单位蒸汽 轮机的热损和比蒸汽

10、质量的热损失量。 2 . 1 hqNQhq mTm 考虑两种损失的汽轮机的熵效率 可见，汽轮机的热量损失对其效率影响也很大；另外从电厂到锅 炉出口到汽轮机入口的热量损失使得 减小，严重影响汽轮机输出 的轴功，其损失的热量是以可做功焓值为代价。应采取措施尽量减少 高品质热量的散失。 21 22 21 1 hh hh hh q w w T T T 1 h 1 2 2 T w T w h s 3 压缩机 n压缩机是功能转为工质的压能和热力 学能的设备。 压缩机的等熵效率定义为 和 是压缩机实际耗功和理论耗 功。对于压缩机耗功装置，其不可逆 损失在达到同样的压缩比下使耗功增 加。 p p c w w

11、p w p w 3 扩压管和渐缩管 扩压管是把工质的速度能转化为压能的 装置 渐缩管是通过消耗工质压力提高工质速 度的装置 两者的性能用绝热效率表示，喷 嘴的绝热效率为： 扩压管的绝热效率为： 21 21 2 2 2 2 hh hh w w N 12 11 PP PP N 5 冷凝器和水预热器 在蒸汽动力循环中冷凝器。给水预 热器等热交换器是重要的设备。 定压情况下冷凝器中工质对环境 （冷却水）放出的热量为： )( 12 hhq n 式中 为蒸汽的流量，h1和h2分别为蒸汽进、出 口的比焓。冷凝器中的蒸汽流速很慢，因此摩 擦损失可以忽略，等压冷凝过程可近似看做是 可逆的。但是蒸汽与冷却水存在的温差传热是 不可逆过程，对整个系统的性能有影响。很明 显，如果冷凝器的换热效果很好，且冷却水流 量较大，则蒸汽凝结温度就会接近冷凝水的入 口温度T3,T3一定低于T2，使得冷凝压力降低，使 汽轮机增大的功在冷凝器中表现为蒸汽凝结损 失的有效能。因此通过冷凝器的蒸汽有效能损 失分析法可以了解冷凝器对系统的输出功的影 响。 m q n在蒸汽凝结以对应饱和蒸汽压力T2的饱和