动力循环及其热经济性分析

1、第三节第三节 热力发电厂的蒸汽参数及其循环热力发电厂的蒸汽参数及其循环目的目的:兼顾安全、环保的条件下，提高热经济性提高热经济性。方法方法:1 提高蒸汽初参数2 降低蒸汽终参数3 给水回热循环4 蒸汽再热循环5 热电联合循环1.3.1 1.3.1 朗肯循环及其热经济性朗肯循环及其热经济性图1 吸热平均温度图示fwcfwcfwcthhhhhhhhhh0000)()(11TTct1-减少冷源损失。热电联产2-减少锅炉传热温差，提高锅炉给水温度。回热、再热。1.3.2 1.3.2 给水回热循环给水回热循环一、一、给水回热的热经济性给水回热的热经济性二、二、回热基本参数对回热经济性的影响回热基本参数对

2、回热经济性的影响,fwtz0,iD基本概念基本概念给水回热加热：利用从汽轮机某中间级后抽出的一部分蒸汽来加热锅炉给水。回热抽汽：从汽轮机某中间级后抽出的一部分蒸汽。回热过程：回热抽汽在回热加热器里加热锅炉给水的过程。目的目的：本质： 提高吸热过程的平均温度，改进吸热过程。a、热量法： 减少冷源损失Qc，提高机组的热经济性。b、作功能力法。 提高给水温度tfw，减少锅炉受热面和给水因温差过大而产生的不可逆损失。01ciTT 一、给水回热的热经济性一、给水回热的热经济性 1定性分析 )(cccchhDQ热量法：抽汽加热给水，Dc i 作功能力法： 锅炉换热温差Eb tfw B2采用回热对热经济指标

3、的影响 （1）采用回热提高iriciiWWWrcriQW没有cQciQWQ0constWi0Q0QWii，在 时，110001110101111zzccjjcicjijriizzccjjccjijzjijiccicriizcrijijcicciccchhwwwqqhqwwwwARqAwwwqicczijjrwwA1回热抽汽作功系数：回热作功比：XririWWXri 1R i-相应朗肯循环绝对内效率（有再热有再热） ；Ar-动力系数，抽汽与凝汽作功之比；R-回热循环与朗肯循环绝对内效率之比。iw1.比内功110120200()()()()zijjcczzrhccrhwhahhhhhhhqa hh

4、q0iiwq三个重要参数 ， 和cczjjrhrhihDhDqDhDW100cczjjrhrhihhqhw10输入、输出汽轮机能量之差凝汽流、各级回热抽汽所做内功之和11zjc物质平衡式：00011()zzjjccjjccrhqha qha hhq00000rhrhfwfwfwrhrhQD hD qD hDhhD qrhrhfwfwrhrhqhhhqhq0002. 机组比热耗 （循环吸热量）0q1001()zjjcciizjjccrhhahwqha hhq汽轮机机组无工质损失时3. 汽轮机的绝对内效率i（2）回热使D0（d0）增加iicww00cDD00cdd回热产生作功不足，为了使Wi一定，

5、势必增加D0，即0013600360011eeczimgicmgjjPPDDwwYzimgicmgjjddwwY icijjwwY111zjjY回热抽汽的压力愈高，作功不足愈大，值加大；应充分利用低压的回热抽汽。 111zjjjiciYww(3)采用回热导致作功能力损失（4）回热使比热耗）回热使比热耗q0减小（减小（循环热效率增加循环热效率增加）有再热时： rhrhfwqhhdq00无再热时： fwhhdq00采用回热使给水焓hfw大大增加，但也使汽耗率d增大。但冷源损失减小，故使比热耗降低。二、回热基本参数对回热经济性的影响二、回热基本参数对回热经济性的影响wjho

6、pfwfwtt回热基本参数： 回热分配 给水温度 回热级数 z省煤器过热器No1q 1(hw1) h fwqb0h b(ts0)1z-1h1h2hz-1hzhz-1h1No2Noz-1hwz-1h01Kgh0(tfw)q2hw2hw3qz-1qzhwzNozq chw1hw2hwz-1hwz非再热机组全混合式加热器的热力系统回热加热基本参数分析回热加热级数回热加热级数z设：j级混合式加热器1kg给水吸热量：kgkJhhwjwjj/11kg抽汽放热量：kgkJhhqwjjj/No.1加热器热平衡：11111111111111qqqqNo.2加热器热平衡：222111222111212221112

7、2212221221111qqqqqqqqqqqq依次类推，对冷凝器：zjjjjzjjcqq111汽轮机绝对内效率：zjjjjzjjjjbbcwccciqqqqqqhhqqq01001001111b0和qb0分别指水在省煤器和锅炉的吸热量。00100bbwqhhq假设各加热器放热量qj及吸热量hwj均相等，即各级加热平均分配，则：1111111111111111zzcbzzizMqzhhqqq将锅炉省煤器作为0级加热器T-S图其中：qhhMcb当循环参数一定情况下，M为定值。Mie1Miez11,讨论：（1）i是z的递增函数； （2）i是收敛级数 最佳回热分配z最佳分配 tfw和z一定时， i

8、最大，热交换不可逆损失总和为最小。思路：列热平衡式求出i 应用拉各朗日求极值的方法对i求偏导可求出i为最大值的回热分配即为最佳分配。则可得通式：(1)(1)(1)(1)1 ()zw zzzwzzzw zzqhqhqqhq minmaxoprifEfz与i、i的关系最佳回热分配最佳回热分配（1）使机组绝对循环热效率i达最大值的回热分配称理论上最佳回热分配。（2）最佳回热分配的推导 zzbbczcciqqqqqqqqqq.11221100210对i求极值以获得最佳回热分配，令：0.0, 021wziwiwihhh当循环初参数一定时01100111qqqhhbbwwi1111112111111101

9、1qhhhhqhhhhhhhhwwwwwwwwbwwb（h1在变） 则：110010011qqqqqhbbbbw根据通式，忽略一些变化，可得几种近似分配方法：(1) 焓降分配法0jq在蒸汽初参数不太高时，忽略q 随的变化，即(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)()()()zzw zzzw zw zwzzwzzzzqhqhhhhhhhhh 则通式简化为即：每一级加热器内水的焓升取作等于前一级至本级每一级加热器内水的焓升取作等于前一级至本级蒸汽在汽轮机中的焓降。蒸汽在汽轮机中的焓降。kgkJqqqqqjjjjjjjj/11111(2) 平均分配法jqzqqq21若再忽略 间的微小不同，即，

10、1211bczzhhz即：每一级加热器内水的焓升相等。(3) 等焓降分配法zzh 121zz12)1(hhhhzz即：每一级加热器内水的焓升等于汽轮机的各级焓降。每一级加热器内水的焓升等于汽轮机的各级焓降。几何级分配回热的方法: m=1.011.04 不同回热分配的热经济结果略有差异，当蒸汽参数不高时，数值上差别不大。 2. 最佳给水温度maxopfwitfwtopfwt当z一定，存在ifwfwhhqh)(00iijDwp0(1) 热量法：fwtjpifwjtp给水温度 与抽汽压力 相对应， （2）作功能力法：fwtbbTe 锅炉平均吸热温度re回热器换热温差当z一定，opfwt存在u平均分配

11、法：kgkJzzhhhzhhcbccopfw1u焓降分配法：kgkJhhhhhzczjjcopfw01u几何分配法： kgkJhmmhmmmhczzczzzopfw11111工程上的技术经济最佳值应考虑汽轮机的结构及全厂投资的影响。fwtbopfwfwtt)75. 065. 0(经济上的最佳给水温度：省煤器换热温差排烟温度 A不变一般3. 回热级数z热量法：当 时，z意味着利用低压抽汽代替了部分高压抽汽，回热抽汽作功不足，回热作功比 ， consttfwrx0iiwq作功能力法：当 时， z ，reconsttfw111 11zizM根据平均分配法的简化条件：zz结论：（技术经济原因，z是有限

12、的。） 1.3.3 1.3.3 提高蒸汽初参数提高蒸汽初参数（一）影响 （二）影响 （三）影响 ，trii一、提高蒸汽初参数的经济性一、提高蒸汽初参数的经济性二、提高蒸汽初参数的技术经济可行性二、提高蒸汽初参数的技术经济可行性三、超临界蒸汽参数大容量机组三、超临界蒸汽参数大容量机组itri（一）影响影响t一、提高蒸汽初参数的经济性一、提高蒸汽初参数的经济性提高蒸汽初参数热经济性分析 提高蒸汽初参数对热经济性的影响初温T0提高（初压不变），循环吸热平均温度增加，理想循环热效率t提高。但受到材料限制；初压P0提高（初温不变），循环吸热平均温度增加，循环热效率t提高。但使高压缸漏汽损失增加，相对内效

13、率ri减小。可通过提高汽轮机流量加以改善；同时提高初压使汽轮机低压缸湿汽损失增加，相对内效率ri减小。采用再热可以使其得到改善。01ctTT t0， ， 则t 0Ttt00TT00oppp极限压力t0 ， 0opp004000.004()ctCpMPaf pt， ， t0 、pc一定是， p0， 则t ，但相对提高幅度越来越小， p0到20MPa左右时， t达最大值，再 p0， t 。结论：1. p0、pc一定， t0，则t 。2. t0 、pc一定， p0，在工程实用范围内，t 。3. t0 、p0同时改变， t0愈高， p0对t愈有利。 （二）影响ri 原理：结论：1. t0 漏汽损失、湿

14、汽损失等，则ri 。2. p0 漏汽损失、湿汽损失等 ，则ri 。 t0越低，p0变化时，ri的变化越大。（三）影响i原理：汽轮机绝对内效率与初参数的关系itri结论： 1. t0 时，因t 、 ri ，故i。 2. p0 时，t先 后，ri近似成比例 。 3. 同时 t0 、p0，对i的影响如下： (1) t0，则i ； (2) 对于一定的 t0 和汽机容量D0 ，则必有使i最大的p0（即 ） 且t0越高，或D0越大，则 越大0opp0opp二、提高蒸汽初参数的技术经济可行性二、提高蒸汽初参数的技术经济可行性（一）影响提高蒸汽初参数的主要因素 （1）金属允许温度t允许限制t0的提高， t0

15、t允许 ； （2）汽轮机排汽湿度限制p0的提高， p0，湿度 ； （3）电厂的钢材消耗和总投资； （4）可用率。 t0、 p0 ，机组热经济性，燃料消耗。（二）最有利初压0ecp0opp0opp（1）当 t0、 pc一定时，必有一个使i最大的p0， 即理论最有利初压（即 ）；（2）t0越高，或机组容量D0越大，以及回热完善程度越好，则 越大；（3）经济最有利初压 理论最有利初压0opp0opp（三）蒸汽初参数系列三、超临界蒸汽参数大容量机组三、超临界蒸汽参数大容量机组临界点：22.115MPa, 374.15超临界机组（SC）： p0：23-25MPa及以上， t0、trh：530-560。

16、超超临界机组（ USC） ： p0： 25-31MPa及以上（如27MPa）， t0、trh： 580以上。（一）超临界和超超临界汽轮发电机组优点：（1）热经济性高，节约一次能源，降低火电成本；（2）降低机组单位造价，缩短工期，减少占地面积；（3）可靠性已相当高。（二）我国超临界机组的发展概况 （1）必要性 节约能源，降低污染 （2）可能性 上海石洞口、浙江玉环电厂 （3）实施意见v 国华绥中电厂一期两台俄罗斯产800MW超临界燃煤机组，主蒸汽压力: 25.01MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度：545 ， 配套建设脱硫设施。v 华能玉环电厂一期两台1000MW机组，国家超超临界机组技术实现国产化的

17、依托工程，主蒸汽压力为26.25MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度分别为600。 1.3.4 1.3.4 降低蒸汽终参数降低蒸汽终参数一、电厂用水量和供水系统的选择一、电厂用水量和供水系统的选择 二、降低蒸汽终参数的热经济性二、降低蒸汽终参数的热经济性三、空气冷却凝汽器三、空气冷却凝汽器四、火电厂冷端系统的优化四、火电厂冷端系统的优化原理：01TTct pc，tc ，则t pc，(1-x) ，则ri略有itri 降低蒸汽终参数Pc对热经济性的影响排汽压力Pc降低（初参数P0/t0不变），则循环放热温度tc下降，理想循环热效率t提高；排汽压力Pc降低（初参数P0/t0不变），排汽比容Vc增加，若排汽面

18、积一定，则余速损失增加，相对内效率ri降低；极限真空：当Pc降低带来的理想比内功wa的增加等于余速损失增量时，就达到极限真空。再降低背压，i也不会增大。降低蒸汽终参数热经济性分析一、电厂用水量和供水系统的选择一、电厂用水量和供水系统的选择 1电厂用水量 冷却倍率： Gc= mDc 2冷却系统的选择 （1）直流供水（开式供水） （2）循环供水（闭式供水） （3）混合供水。 循环供水的冷却设施： 冷却池、喷水池及喷射冷却装置、冷却塔 自然通风冷却塔，机械通风冷却塔 l降低蒸汽终参数的极限凝汽器实际能达到的排汽温度：二、降低蒸汽终参数的热经济性二、降低蒸汽终参数的热经济性cwitttt 凝汽器端差，

19、ttc-two，换热面积、管材、工作状况等冷却水温升t two-twi，冷却水量（冷却倍率）凝汽器入口水温，冷源温度2凝汽器的设计压力pc 技术经济比较： pc，则i， pc，凝汽器尺寸增加， 汽轮机低压缸部分复杂化。3额定工况汽轮机排汽压力的部标4多压凝汽器 不增加冷却面积的情况下，会降低排汽平均温度，提高热经济性。 5凝汽器的最佳真空与冷却水泵的经济调度真空度，汽轮机组热经济性的一项重要指标。最佳背压 (或最佳真空)，是与最大的净功率相对应。 opcpmaxmax()epuPPP 100100凝汽器真空大气压-排汽压力真空度大气压大气压冷凝器最佳运行真空 最佳终参数设计最佳终参数设计最佳终

20、参数（汽轮机的冷端优化设计）年费用：年费用：minK（Pc）=f（冷凝面积A，冷却水流量G，水泵，冷却塔等）最佳运行真空：最佳运行真空：在汽轮机末级尺寸，冷凝器面积已定的情况下，背压降低汽轮机功率的增加与水泵多耗功的差值达到最大时对应的压力。 原理：用空气来冷却汽轮机的排汽 突出优点：节水 空气冷却凝汽系统，干塔冷却系统； 空冷汽轮机、空冷凝汽器 三、空气冷却凝汽器三、空气冷却凝汽器（一）空气冷却器凝汽器系统的类型 （1）直接空冷 （2）间接空冷 a 混合式（喷射式）凝汽器 （海勒系统） b 表面式凝汽器（哈蒙间冷） 大同二电厂600MW直接空冷机组空冷凝汽器（二）国外空冷式发电厂（三）我国的

21、空冷发电厂 内蒙古戴海电厂（直接空冷，两台600MW） 石家庄上安电厂（直接空冷，两台600MW ） 大同第二发电厂（直接空冷，两台600MW ） 四、火电厂冷端系统的优化四、火电厂冷端系统的优化冷端系统：汽轮机低压部分、凝汽器、冷却水供水系统。 （1）维持机组出力不变，冷端参数变化，引起汽轮机背压和进汽量变化，导致热耗率的变化，使燃料费用发生变化。 （2）维持汽轮机进汽量不变，冷端参数变化，引起汽轮机背压，功率变化，使电费收入变化。 将燃料费用或电费收人的变化值，同电厂相应设备费投资变化相比，即可确定最佳参数组合。 1.3.5 热电联产循环热电联产循环一、热电联产的效益一、热电联产的效益二、

22、集中供热锅炉房二、集中供热锅炉房三、热电冷三联产三、热电冷三联产四、我国的热电联产四、我国的热电联产 一、热电联产的效益一、热电联产的效益数量很大,品价较低常以高品位的一次能源来供应 （一）热能消费的特点（二）热电分别能量生产与热电联合能量生产的特点热电分产系统热电分产：单一能量生产，电能或热能热电联产：发电厂同时对热电用户供应电能和热能，而其生产的热能是取自汽轮机作过部分或全部功的蒸汽。n 中间可调整抽汽式 （C型）n 背压加凝汽式机组 （B型）节能原因： 联产效果：进行热电联产，大量减少电厂的冷源损失； 集中效果：用高效率的大型电站锅炉代替分散的、低效率的小锅炉进行供热，以减少锅炉的热损失

23、。分产： 能量品位贬值严重联产： 实现能量的有效梯级利用 供热式汽轮机类型： 单抽（C型）凝汽式汽轮机、 双抽（CC型）凝汽式汽轮机、 背压式（B型）汽轮机或抽背式（CB型）汽轮机 （三）热电联产的热量法（效率法）定性分析 理想朗肯循环热效率t和实际朗肯循环热效率i： 理想纯供热循环的热效率th和实际循环热效率ih： （1）朗肯循环：t、i值均较低，冷源热损失大，能源利用率低；（2）纯供热循环：th、ih均为1 ，无冷源损失； 给水回热循环的回热抽汽流也属于热电联产的性质； （3）抽汽凝汽式机组：供热汽流完全：无冷源热损失，ih=1。凝汽汽流：有冷源热损失，ic1，比相同循环参数、同容量的凝汽

24、式汽轮机的绝对内效率i要低，即 ici （4）ic b(d)分散供热煤耗：集中供热煤耗：节煤量：节煤条件：（2）联产发电节煤 分产煤耗：联产煤耗：节煤量：热电联产必须满足两项要求： （1）热电厂内必须有联产电能和热能两种能量。 （2）由热电厂向众多热用户集中供热，并保证用热质量和数量热电联产优点： （1）节约能源。 （2）减轻大气污染，改善环境。 （3）提高供热质量，改善劳动条件； （4）其他经济效益。 二、集中供热锅炉房二、集中供热锅炉房集中供热锅炉房属分产供热，较分散供热节约燃料，不如热电联产时的效益。 三、热电冷三联产三、热电冷三联产 1热电冷三联产的必要性 2溴化锂水吸收式制冷简介 3

25、热电冷三联产的特点 （1）热电联产，将低品位热用于制冷，形成三联产。 （2）提高了热电厂夏季运行时的效益； （3）溴化锂水吸收式系统制冷缓解电力紧张 ； （4）对于有大量余热的企业，节约能源； （5）溴化锂吸收式制冷机对环境无污染； （6）可满足宾馆高层建筑、办公楼和生产设施空调的要求 4. 热电冷三联产的应用 目前一些分布式能量系统多用此形式 1热电联产发展的简要回顾 2. 存在的问题 （1）规模小 （2）供热机组容量小 （3）我国生产用汽以汽网为主，采暖以水网为主； （4）热电冷三联产，核供热刚刚起步 3发展前景 四、我国的热电联产四、我国的热电联产 1.3.6 1.3.6 蒸汽再热循环蒸

26、汽再热循环一、一、蒸汽再热的热经济性蒸汽再热的热经济性二、二、最佳再热参数的选择最佳再热参数的选择三、再热对回热的影响三、再热对回热的影响四、蒸汽再过热的方法四、蒸汽再过热的方法定义定义：把在汽轮机高压缸作完功的蒸汽重新送到锅炉，在再热器里吸收热量后又送回到汽轮机中低压缸继续作功。目的目的：a、减少排汽湿度（1-x） ；b、提高热经济性。一、一、蒸汽再热的热经济性蒸汽再热的热经济性iT吸合适的再热参数ri1-x湿气损失bbTTe吸合适的再热参数te 1-x湿气损失热量法：作功能力法：定性分析：附加循环热效率t当0TTrhtrht则当t0TTrh则trht当t0TTrh则trhtrhtt和t思路：求出求出讨论。1. 理想再热循环的热效率rht 2. 实际再热循环的内效率 irh反平衡算法：0h（1）无回热一次中间再热01100011()()zzjjccjjccrhiizzjjccjjccrhhahha hhqwqha qha hhq汽轮机的绝对内效率：（2）回热-再热二、最佳再热参数