李崇祥主编节能原理与技术第6章

1、第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 要求要求: 1、了解新蒸汽等效热降的计算 。2、掌握等效降和再热机组等效热降理论的应用法则。 6.1 凝汽机组等效热降理论凝汽机组等效热降理论 6.1.1 抽汽等效热降的概念抽汽等效热降的概念 火电机组经济性诊断：火电机组经济性诊断：(1)确定主、辅机及热力系统运行参数和运行方式的经济性；(2)定性分析运行方式、运行参数是否合理；(3)定量分析运行参数标准值及偏离标准值的影响大小。抽汽等效热降：在j加热器处加入热量qj而排挤1kg加热器抽汽返回汽轮机后的真实作功大小。 抽汽等效热降Hj的计算公式为：抽气效率：做功大小与加入热量之比。即：

2、 1j1rrrrnjjHqA-)h-h(H=jjjqH =第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 加热器分类疏水放流式加热器 汇集式加热器 混合式加热器 带疏水泵的面式加热器 jh1- jtsjt)1j(st+jtjh1- jtjsjt)1- j(stjtHjh1- jtsjt)1j(st+jt汇集式加热器疏水放流式加热器对疏水放流式加热：sj)1j(sjsjjj1- jjjt-tt-hqt-t+=1- j)1j(sj1- jjj1- jjjt-tt-hqt-t+=jj对汇集式加热器：第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 6.1.2 新蒸汽等效热降新蒸汽等

3、效热降 定义：1kg新蒸汽的实际作功。其计算公式为： z1rrrrn0jqH)h-h(H=毛等效热降：毛等效热降：没有考虑轴封蒸汽的渗漏及利用，加热器的散热、抽气器耗气及泵功能消耗等的作功损耗，所得到的等效热降。净等效热降：净等效热降：扣除附加成分的作功损失的等效热降。其计算公式为： z1rrrrn0-qH-h-hH=汽轮机的装置效率(就是实际循环效率)为： Q/Hi=6.1.3 等效热降应用法则等效热降应用法则 1、纯热量进出系统的定量诊断法则、纯热量进出系统的定量诊断法则(1)内部热量利用-热力系统内部热量的进出。其装置效率为： Q/ )HH(i+=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂

4、热力系统节能理论 (2)外部热量利用-外部热量进出热力系统。其装置效率为： )QQ/()HH(i+=2、外部热量进入系统、外部热量进入系统 图示为1kg工质的局部热力系统，当有外部纯热量qw进入系统时，与等效热降的概念完全相同。因此，新蒸汽等效热降的增量为：如果外部热量利用按余热方法处理，其装置效率为： Q/ )HH(i+=j1- jwqjwqH=利用外部热量后的新蒸汽等效热降变为：因此，装置效率相对地提高为： HHH+=%100HHQ/HQ/H-Q/H-iiii=外部热量进入系统第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 可以由等效热降原理直接求得。因此，新蒸汽等效热降的增量为

5、：故泵功焓升热量回收使装置热经济性的变化： jbH%100HHHi3、内部热量出入系统内部热量出入系统图示为给水泵功b示意图。j1- jb给水泵焓升示意图4、带工质的热量进出系统的定量诊断法则：带工质的热量进出系统的定量诊断法则： (1) 蒸汽携带热量进系统：j1- jfhfjh图示是蒸汽携带热量进系统。纯热量部分:纯热量+带工质的热量)(jffhh 第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 带工质的热量部分：其做功的变化为：因此蒸汽携带热量的全部作功为: jfh根据等效热降理论，纯热做功的变化为：jjff1)h-h(H=)h-h(Hnjf2= )h-h()h-h(Hnjjjf

6、f+=(2)蒸汽携带热量出系统：图6.6所示，系统中有f的工质出系统，凝汽器必须有f的化学补水进入系统，而蒸汽出系统和水的进系统均不影响回热系统的抽水和疏水，故新蒸汽作功的变化为：图6.7所示为蒸汽携带热量从加热器汽侧出系统，也可分解为纯热量+带工质的热量两部分。由等效热降概念，纯热量出部分做功损失为：而带工质的热量部分的作功损失为：)h-h(Hnff= jfjf1)h-h(H=)h-h(Hnjf2=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 因此，蒸汽携带热量从加热器侧出系统的全部做功就是两部分热量做功的代数和： )()(njjjffhhhhH(3)热水携带热量进系统热水从主凝

7、结水管路进入系统(图6.8所示) j1- jfhfjh纯热量部分做功为：)th(Hj1rrr1j_jff=+=1j_jff1)t-h(H+=带工质的热量部分做功为：Hj1rrrf2=因此，热水从主凝结水管路进入系统的全部做功变化应是两部分热量做功的代数和：热水携带热量进入凝结水管路侧第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 热水从疏水管路进入系统 如图所示，分成纯热量+带工质的热量。j1- jfhfsjt热水携带热量从加热器疏水管进系统)th(H1m1rrr1- jmrrr1j_sjff-=+=1- j_sjff1)th(H-=带工质的热量又分在加热器 到 做功：和化学补给水减

8、少而获得的做功：-1jmrrrf2H=1- jm-1m1rrrf3H=热水从疏水管路进入系统的全部做功，就是这两部分热量的三个做功的代数和：热水从加热器汽侧进入系统分析方法有两种：一种是仿照热水从疏水管路进入系统处理， 纯热量做功为：第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 可得出其对做功的影响：j1- jfhfsjt热水携带热量从加热器侧进系统另一种是将其当成蒸汽进入系统处理，可得出其对做功的影响：)t-h(H1m1rrr1jmrrrj_sjff-=+=jh)hh()hh(Hnjjjff-+=(4)热水携带热量出系统给水或疏水。因给水出系统损失工质f，必须从凝汽器补入相同数量

9、的化学补充水。因此，做功损失为： j1rrrfH=而疏水系统，必须从凝汽器补入f的化学补充水，因此，做功失损为：-1m1rrr1- jmrrrf)(H=+=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 5、补水地点对诊断计算公式的影响、补水地点对诊断计算公式的影响mbstbsjh补水方式系统图补水方式系统图补充水补水由冷凝器补水改为从除氧器补水。做功的影响值为：)t -t (-Hm_bsm1r_mrrbs=6、新蒸汽净等效热、新蒸汽净等效热降的计算降的计算新蒸汽净等效热降就是新蒸汽毛等效热降HM扣除热系统全部辅助成分的做功损失 ,即： =-HHM6.2 再热机组热力系统节能理论再热

10、机组热力系统节能理论 图6.12所示为再热机组热力系统示意图，其高压缸的排气，在流经再热器之前称为再热冷段再热冷段，经再热器升温后称为再热热段再热热段。第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 再热冷段及其以上的抽气等效热降，返回汽轮机的实际做功为：0hzrh)(热段Lrzrh-h=)(hLr冷段jqnh再热机组热力系统示意图6.2.1 再热机组等效热降理论基础再热机组等效热降理论基础1- j1rrrnjjA-h-hH=再热热段的抽气等效热降的计算公式与凝汽机组一样：1- j1rrrnjjA-h-hH=+=再热机组抽气效率为抽气等效热降与1kg抽气加热器所需的热量之比，即：jj

11、jqH=新蒸汽的等效热降为：-=+=z1rrrn0hhH第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 在再热机组的热力系统计算中，除用计算做功变化外， 还可推导出再热冷段以上排挤1kg抽气流经再热器份额的通式为： 在再热机组热力系统的经济性诊断中，除了考虑新蒸汽做功变化外，还要考虑循环吸热量的变化。公式为：-1jcrrrjzr)q1(Q=6.2.2 再热机组热力系统经济性诊断模型再热机组热力系统经济性诊断模型 HHH+=QQQ+=QHi=经济性的相对变化： %100HHQHQHQHQH-iiii+=-其他经济性的计算公式为：其他经济性的计算公式为： 热耗率的变化：汽耗率的变化：煤耗

12、率的变化：年煤耗量的变化：i00q-q=i00d-d=ibbb-b=i)n(bb(n)B-B=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 1、纯热进出系统的定量诊断法则、纯热进出系统的定量诊断法则6.2.3 再热机组等效热降理论的应用法则再热机组等效热降理论的应用法则纯热量进入j再热前抽汽加热器，按再热机组等效热降概念，新蒸汽等效热降的增量为：jfqH=同时循环的吸热量则增加：jfj_zrqqQQ= 纯热量进入j再热前抽汽加热器使装置热经济性的变化为：%100HHQ-Hii+=2、带工质的热量进出系统的定量诊断法、带工质的热量进出系统的定量诊断法(1)蒸汽携带热量进出系统j1-

13、jfhfjh图示为具有焓有hf、份额为f的蒸汽，从再热前抽汽的加热器进入系统。热量=纯热量+带工质的热量。第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 蒸汽携带热量的全部做功：吸热量的增加为：装置经济性的相对变化为：%100HHQ-Hii+=(2)热水携带热量进入系统与蒸汽机组一样，其方式有三种：从给水管路进入(图a)；从加热器疏水管路进入(图b)；从加热器汽侧进入(图c)从给水管路进入全部做功变化 ：)h-h()h-h(HHHnjfjfjf21+=+=+=fjj -zrfjfqQ)h-h(Qj1- jfhf热水携带热量进入系统jhfhffhf1- jh)a()c()b()t-h(

14、HHH1- j1rrrj1- jff21=+=+=装置经济性的相对变化：%100HHQ-Hii+=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 从加热器疏水管路进入全部做功变化：)t-h(HHHH1- jmr1-m1rrrrr1- jsj_ff321=+=+=循环吸热量增加：qQqQ)t-h(QQQ1- jz- jrrrj -zr1- j1- j_zrsj_ff21=+=+= 装置热经济性的相对变化：%100HHQ-Hii+=从加热器汽侧进入有两种分析方法：一是仿照热水进入疏水管路进行处理；另一是将其当成蒸汽进入系统处理。 可得出其做功的影响：)h-h()h-h(Hnjjjff+=

15、循环吸热量增加：qQ)h-h(Qjj -zrjff+= 装置热经济性的相对变化：%100HHQ-Hii+=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 (3)热水携带热量出系统热水携带热量出系统可以是给水或疏水。带工质的热水出系统的定量分析诊断计算公式，是带工质的热量入系统的定量公式的一个特例。 6.3 供热机组等效热降理论供热机组等效热降理论 本讲以具有再热的双抽机组的热力系统为例进行学习，如图6.16所示。该机组的新蒸汽等效热降(即循环功)为： f-)h-h(DD-)h-h(DD-Hq-h-hHkt0tz1rkn0nrrrk00+=由于热力系统的某种变化而引起1kg新蒸汽等效热

16、降的改变为 ，1kg新蒸汽的循环吸热量变化为q，因此，可以得出供热机组新蒸汽等效热降的真实变化为：*H)h-h()DD-DD()h-h()DD-DD(-HHkt0t0tkn0n0n*= 第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 因： 所以有： 供热机组热力系统变化前后的总热耗量变化为：0000D)HH(DH+=*00HtnHHH+=qqDD)1-DD(qDqD-)qq(DQ00000gdgl00gdgl0000+=+=在不考虑机组管道效率和锅炉效率变化的情况下，此总热耗量的变化Q属发电的热耗量变化，故可以得出供热机组发电煤耗率的变化b为：经简化可得到：djx00dHD29308

17、Q3600N29308Q3600b=bHHH-qb0i+=从而就可以把供热机组热力系统变化引起机组经济性改变的表达式(6.10)写为：bbbHHH-qbi0i=+=6.4 计算实例计算实例第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 以国产的NC200/160-12.7/535/535-I供热机组为例。图6.17为其热力系统图；表6.1为该机组基本数据。1、加热器端差：、加热器端差：(1)8加热器的端差：8加热器端差的标准值为2，如果由于某种原因导致其运行端差达到8，则对其经济性的影响可以进行以下计算。根据等效热降理论，有：)kg/kJ(58.12H88=)kg/kJ(77.33q

18、Qq88-zr88=+=)h .kw/g(41.0HHq-Hb-b0i*=+=)h .kW/g(52.0bb=(2)4加热器的端差：同样，4加热器端差的标准值为2，如果由于某种原因导致其运行端差达到10，则对其经济性的影响可以进行以下计算。根据等效热降理论，有：第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 (3)7加热器的疏水端差：7加热器疏水端差的标准值为10，如果由于某种原因导致其运行端差达到20，则对其经济性的影响可以进行以下计算。 根据等效热降理论，有：)kg/kJ(41.0-)-(qq-)-(-H454455H454,H=+=)h .kW/g(12.0HHq-Hb-b*0

19、i*=+=)h .kW/g(16.0bb*=)kg/kJ(2271.0-)-(-qq-)-(-H677777677*=)kg/kJ(0449.0-QqQ-q-q6-zr677-zr777=+=063.0bHHq-H-b*0i*=+=)h .kW/g(079.0bb*=第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 2、凝结水过冷度：、凝结水过冷度：根据等效热降理论，有：)kg/kJ(7856.0-H11H=)kg/kJ(0q =)h .kW/g(24.0bH-HH-b*0*=)h .kW/g(30.0bb*=3、喷水减温：、喷水减温：(1)过热器喷水减温：有两种来源，一种来自于高压加

20、热器出口；另一种来自于水泵出口。只要对过热器减温水从高压加热器出口引出时对经济性的影响进行分析。(2) 再热器喷水减温：再热器减温水来自于高压加热器出口;再热器减温水来自于给水泵抽头。4、取消外置式蒸汽冷却器的经济性分析：、取消外置式蒸汽冷却器的经济性分析：5、除氧器定压改滑压运行的经济性分析：、除氧器定压改滑压运行的经济性分析：6、抽气压损的经济性分析：、抽气压损的经济性分析： 第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 (1)较常规火电机组蒸汽参数低、单机容量大。(2)利用新汽和高压缸抽汽对高压排汽进行“汽-汽”再热，不仅可以达到对高压缸排汽进行再热除湿的目的，而且可以简化核

21、电站一、二回路间的管道联接，降低建造成本、增大系统安全系数。(3)二回路热力各级回热抽汽和再热抽汽流量之间相互联系、彼此制约。(4)二回路各加热器都没有蒸汽冷却器。6.5 核电机组常规岛热力系统节能理论核电机组常规岛热力系统节能理论 6.5.1 概述概述核电机组 快中子堆机组 热中子堆机组 轻水堆机组 重水堆机组 气冷堆机组 压水堆机组沸水堆机组应用最多第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 1、纯热量利用的经济性定量计算数学模型：、纯热量利用的经济性定量计算数学模型：(1)热量利用低压加热器的计算模型：热量利用低压加热器的计算模型：对一个无任何外部热量引入的回热单元，其进水

22、系数为：6.5.2 压水堆核电机组二回路热力系统经济性定量分析数学模型压水堆核电机组二回路热力系统经济性定量分析数学模型nmiij-1K=推导得出加热单元的进水系数变化为：=1- imrrrifij)q-1(qqK由循环函数法的基本理论，得出此时机组排汽份额的变化为：1- j1rrjkKK= 此时冷源热量损失的变化为：1kg新蒸汽作功能力的变化为：)t-h(q_kkkk=kfiq-qH=00000qH-HHq-=采用定流量计算方法，汽轮机热耗率的变化为：第第6章章 发电厂热力系统节能理论发电厂热力系统节能理论 因此可得：仿造等效热降理论中的抽汽效率概念，则可写成：i为加热器的热功转换系数。(2)热量利用高压加热器的计算模型：热量利用高压加热器的计算模型：高压加热器的计算模型为：2、带工质热量利用的经济性定量计算数学模型：、带工质热量利用的经济性定量计算数学模型：(1)带工质热量进入高压加热壳侧的定量计算方法：1- j1rr1- imrrrikkfi0K)q-1(q)t-h(-1qH=ifi0qH=热功转换系数1-M1rr1-LmrrrLkkLK)q-1(q)t-h(B11-1=+=B11f+= 的抽汽返回高压缸后最终到达凝汽器的量为： f1-M1rrfffkKB11-=+=定流量计算法，