第四章热电厂的经济性及供热系统

第四章

热电厂的经济性及其供热系统热负荷及其载热质热电联合生产及热电厂总热耗量的分配热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件热电厂的热化系数与供热式机组的选型热电厂的供热系统热电厂:热电联产凝汽式发电厂：只发电热电厂： 同时发电和供热分散供热： 小锅炉供应集中供热： 热电厂或区域性大锅炉房（一）热负荷及其载热质热负荷：供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热1）热负荷分类 ——季节性热负荷：用热量主要与气候条件有关采暖、通风、空调特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小——非季节性热负荷：用热量与室外气温无关热水供应、生产工艺用热特点：年变化小，日变化大4.1热负荷及其载热质2）季节性热负荷（1）供暖设计热负荷——保持建筑物损失热量与获得热量的平衡体积指标法：面积指标法：（2）通风设计热负荷——加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量体积热指标法：百分数法：（3）空调设计热负荷空调冬季采暖热负荷：空调夏季制冷热负荷：3）全年性热负荷（1）生活用热设计热负荷 热水供应用热+其它生活用热供暖期的热水供应平均小时热负荷：生活热水供热温度一般为60—65℃（2）生产工艺用热设计热负荷——满足生产过程中的各种用热其大小和变化规律完全取决于工艺性质、生产设备的形式及生产的工作制度低温供热：130℃以下中温供热：130—250℃高温供热：250—300℃4）热负荷图——反映热负荷随室外温度或时间的变化（1）全日热负荷图住宅区典型热水供应全日热负荷图

024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)年生产热负荷曲线热负荷月份12 34 56789101112（2）热负荷随室外温度变化图4123Qh,GJ/hto,℃+50-5-10-15-201－供暖热负荷；2－冬季通风热负荷；3－热水供应热负荷；4－总热负荷5）热负荷持续时间图——表示不同小时用热量的持续性曲线季节性热负荷持续时间图——不同室外温度持续时间确定的热负荷变化规律Qτ,hτ,ht0Qh=f(t0)t0=g(τ)季节性热负荷持续时间图绘制室外气温持续时间采暖热负荷室外温度-5-10a1a2采暖热负荷持续时间5总热负荷持续时间图τ,hQQs-季节性Qns-非季节性全年8760h（二）供热载热质及其选择供热系统:——由热源、热网、用户引入口及局部用热系统组成热网:——将热能由热源通过管网输送给热用户的管道及其设备系统载热质:——用来传送热能的媒介物质热网分类按载热质的回收情况分类：按载热质分：水网和汽网供热系统封闭式系统半封闭式系统开放式系统水网汽网供热距离10~30km10km供热汽轮机的经济性高低补充水处理费用低高管网投资及运行费用高低水网和汽网比较（P119~120）汽网的优点要求蒸汽作工质的热用户；通用性好，可满足各种用热形式的需要；耗电少；因高度差形成的静压力很小，运行稳定；蒸汽的传热系数高，可减少传热面积，降低换热设备造价4.2热电联合生产及热电厂总热耗量的分配（一）热电联产热电分产——只生产电能或热能一种能量

分散供热、分产电集中供热、分产电热电联产——同时生产电能和热能热电联产优点：先发电，再供热；发电和供热两种形式同时存在按质用能节约能源，环保有利BTG热电联产典型系统图C型汽轮机B型、N型汽轮机N=NC+NhBGNCNhG供热循环在理想工况和实际工况下的供热循环的热效率:wah

q2ah

4.2热电厂总热耗能的分配热电联产总热耗能的分配方法：热量法（热电联产效益归电）实际焓降法（热电联产效益归热）做功能力法（热电联产效益折中）1、热量法

——将热电厂的总热耗量按产品数量比例进行分配热电厂总热耗量：分配给供热的热耗量：能量平衡式：汽轮机内效率：分析：从热能数量利用的观点来分配热耗；没有考虑热能质量上的差别；供热热耗量Qtp(h)是几种方法中最大的；好处归电（发电部分没有冷源热损失），发电效率总为1；不能调动改进热功转化过程的积极性；不利于鼓励热用户降低用热参数。按热量法供热节约燃料的条件：小锅炉供热效率2、实际焓降法

——按联产供热汽流在汽轮机中少做的功（实际焓降不足）与新蒸汽实际的焓降来分配供热的热耗量分配给联产供热的热耗量：减温减压器的供热量：供热总热耗量：发电热耗量：特点：考虑了供热抽汽在汽轮机中做功的影响；考虑了热能品质上的差别；供热部分没有分担热功转换过程中的冷源损失和不可逆损失；供热热耗量Qtp(h)最小，好处归热；可鼓励热用户降低用热参数。3、做功能力法

——把联产汽流的热耗量按蒸汽的最大做功能力在电、热两种产品之间分配分配给供热的热耗量：比火用：分析：同时考虑热能的质量和数量；热电联产的热经济效益分配到热电两种产品上；供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际焓降法近似

（一）热电厂的分项热经济性指标1、发电方面的热经济性指标热电厂发电热效率热电厂发电热耗率热电厂发电标准煤耗率)()(3600etpeetpQP=h)()()(3600etpeetpetpPQqh==)()()(123.0etpesetpsetpPBbh==4.3热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件热经济性指标——表示设备或系统能量利用及能量转换过程中的技术完善程度2、供热方面的热经济性指标热电厂供热热效率热电厂供热标准煤耗率)(，)(按热量法分配hspbhtphtpQQhhhh==，6，)(1.3410/htphshtpshtpQBbh==（二）热电厂总的热经济性指标1、热电厂的燃料利用系数ηtp

——热电厂对外供电、热之和与输入燃料能量之比

3600tphtpQQW+=h

数量利用指标估算燃料消耗量2、热化发电率ω

——质量不等价的热化发电量与热化供热量的比值热化供热量：热化发电量：外部热化发电量（供热蒸汽）内部热化发电量（加热抽汽）份额较小可忽略热化发电率分析：

—热电联产质的指标，比较供热机组间热功转换过程技术完善的程度；—只与热电联产部分的热、电有关；—只能比较抽汽参数相同的供热机组间的热经济性。（即热化发电率不能作为热电厂热经济性的单一指标）3、热电厂的热电比Rtp

——供热机组热化供热量与发电量的比值由于热电比只表明本机组热电联产的利用程度，所以其值不宜作为热电机组之间的横向比较，只能用它来衡量热电机组本身的利用率或节能经济效果。对热电厂总指标的规定：P125（三）热电联产较分产的燃料节约量1、比较基础

（1）遵循能量供应相等原则，假定联产与分产的热负荷Q、电负荷Ｗ分别相等；（2）热电分产的凝汽式机组（代替电站）的ηb、ηp、ηm和ηg与联产发电相同；（3）联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉效率

热电联产与分产的对比系统模型Bsdp=Bscp+Bsd

Bstp=Bstp(h)+Bstp(e)

热电分产

热电联产

2、联产较分产的节煤量在能量供应水平相等的前提下：热电分产标煤量： Bsdp=Bscp+Bsd

热电联产标煤量： Bstp=Bstp,h+Bstp,e

差值为：△Bs=Bsdp–Bstp =（Bscp

–Bstp,e）+（Bsd

–Bstp,h）=△Bes+△Bhs联产发电节煤量联产供热节煤量凝汽式机组分产锅炉1、供热方面的节省燃料量分产供热时的标准煤耗量（小锅炉）

联产供热时的标准煤耗量（凝汽式机组）联产供热较分产供热时节省的燃料量ΔBhs

分产供热时的标准煤耗率联产供热时的标准煤耗率2、发电方面的节省燃料量分产发电时的标准煤耗量（代替凝汽式机组）

联产发电时的标准煤耗量(供热汽流、凝汽流)联产供热较分产供热发电时节省的燃料量ΔBes

热化发电比——热化发电量占整个机组发电量的比值联产节省的燃料量ΔBs（三）热电联产节省燃料的条件1、联产供热节省燃料的条件2、联产供电节省燃料的条件临界热化发电比式3-48推导（三）热电联产节省燃料的条件3、联产供热、电较分产热、电节省燃料的条件 1） 2）联产供电节煤联产供热节煤3、生产相同电量W和热量Qh时

——联产与热电分产的总燃料消耗量之比值热电联产节省的标准煤耗量达25%—60%例题：4-1已知某热电厂装有C50-8.82／1.27型供热机组，已知某工况运行数据为：h0=3475kJ/kg，s0=6.78kJ/(kgK)；hh=3024.1kJ/kg，sh=6.9645kJ/(kgK)，h’h=418.68kJ/kg；hc=2336.2kJ/kg，h’c=99.65kJ/kg；回水率100%，汽轮机发电机组机电效率mg＝0.96，锅炉管道效率bp＝0.88，热网效率hs＝0.98；汽轮机进汽量D0=370t/h，最小凝汽量Dc=18t/h，不考虑回热、不计散热损失，环境温度Ten=273.15K。求该热电厂的燃料利用系数tp、热化发电率ω和发电、供热的热经济指标。（三种热量分配方法）例4-1求解过程解：1）求机组电功率Pe供热抽汽量Dh

Dh=D0-Dc=…=352t/h由汽轮机功率方程式求电功率Pe2）求热电厂的总热耗量

3）计算tp和ω

对外供热量Qh=Dh(hh-h’h)

=917.108GJ/h热用户得到的热量Q=Qhhs=热电厂燃料利用系数tp

热化发电率4）热电厂的分项热经济性指标按热量法分配 Qtp(e)=Qtp-Qtp(h)发电方面热经济性指标。。。。供热方面热经济性指标。。。。实际焓降法

Qtp(e)=Qtp-Qtp(h)=发电方面热经济性指标。。。。供热方面热经济性指标。。。。做功能力法Qtp(e)=Qtp-Qtp(h)发电方面热经济性指标。。。。供热方面热经济性指标。。。。例题：4-2热电联产方案以4-1机组的原始数据为准，其额定功率Pre=5104kW。分产时凝汽式机组发电选电网的主力机组的循环绝对内效率i＝0.4507，分产时供热锅炉管道效率b(d)p(d)＝0.80.98=0.784，机组全年运行小时数au=6000h，工业热负荷年利用小时数hu=4000h。（1）与热电分产相比，计算全年节省标准煤量。（2）若hu=2000h还能节煤吗？若不能节煤，全年多耗多少标准煤？例4-2求解过程解:1)判断热电联产能否节煤供热机组凝汽发电时临界热化发电比为X

>[XC]说明热电联产可以节煤2)求热电厂全年节约的标准煤量（1）全年供热节约的标准煤耗量（2）联产发电全年节约的标准煤耗量（3）非供热期间，多耗标准煤耗量3)若hu=2000h，判断热电厂能否节能供热汽流的电功率：热化发电比X<[XC]说明热电联产发电方面不能节煤。（4）全年实际节约标准煤耗量若hu=2000h，X=0.2863（1）全年供热节约的标准煤耗量（2）热电联产全年节约的标准煤耗量（3）全年实际节约标准煤耗量（负号“-”每年要多耗煤）4)供热机组临界年利用系数根据热电联产能否节煤的判别式4.4热电厂的热化系数与供热式机组的选型（一）热化系数αtp——供热机组最大热化供热能量与热网最大热负荷之比小时热化系数αtp：年热化系数αtpa：1、热化系数的定性分析（1）αtp=1

满足最大热负荷的需要，不需设置分产供热设备；大部分时间热负荷都小于最大热负荷，因而供热机组的热化发电量Wh↓，热化发电比X↓

；凝汽流发电量Wc↑，这部分发电耗煤↑（其热经济性小于代替电站）；非采暖期只剩下很少的热水热负荷结论：

αtp=1不可取（2）αtp<<1绝大多数热负荷不是靠供热机组的热化供热，而是由分产供热设备来提供，此时多耗标煤；类似αtp<1时的分析，多耗标煤结论：没有节煤反而多耗煤，不合理

（3）αtp<1（不是太小）供热机组的最大供热量比最大热负荷小，需设置分产供热设备、代替电站的凝汽式机组；不足的热负荷ΔQh： 分产设备供应同样热负荷比供热机组要多耗燃料；不足的发电量（供热汽流ΔWh+凝汽汽流ΔWc）：

代替电站发ΔWh电比供热机组供热汽流发多耗煤，代替电站发ΔWc电比供热机组凝汽汽流少耗煤；对整个地区能量供应系统而言是节省燃料的

结论：

αtp

<1可取已建成投运的热电厂： 提高αtp，供热机组热化发电量Wh愈大，热化发电比X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好新建的热电厂：

αtp的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽式机组的热经济性及其投资有关热化系数αtp选择:工业热负荷=0.70～0.80采暖热负荷=0.50～0.60热化系数αtp应用背景:理想工程上一股0.5~0.71、供热机组机型的选择机型及其特点背压式抽汽式凝汽-采暖式（二）供热机组的选择纯背压式（B）抽汽背压式（CB）稳定全年性负荷较稳定全年性负荷季节性负荷背压式机组凝汽-采暖式机组抽汽式机组凝气——采暖式机组相比抽汽式机组：设备利用率高非采暖季节具有较高的热效率机组设计工作量小（与凝汽式机组基本相当）与凝汽式机组在电网中形成冬夏互补2、供热机组参数的选择给水回热加热实质上是内部热化，ηir=1；对高参数大容量供热机组通常也采用蒸汽中间再过热以进一步提高其热经济性；提高供热机组的蒸汽初参数，可提高机组热化发电比X；降低供热抽汽参数，也可达到同样的效果供热机组的选择：总结1）根据电网容量、火电机组单机容量、全厂容量及参数的情况，供热机组的选择要“以热定电”，尽可能采用较高的初参数和再热循环，完善回热系统；2）根据热负荷的特性选择供热式机组，使机组尽可能在经济的设计工况附近运行。机组最大供热量应小于最大热负荷，即αtp<1；3）扩大城市热化供热规模，改造淘汰小型锅炉。4.5热电厂的供热系统（一）供热系统分类分散供热系统：热源与热用户的用热装置直接结合，或者相距很近，无需热网集中供热系统组成：热源、热网、热用户热源：热电联产装置、城市锅炉房、区域锅炉房、 工业锅炉等载热质：热水、蒸汽（二）蒸汽供热系统及设备

1、直接供汽方式

2、间接供汽方式

（三）热水供热系统及设备

高参数热电厂热网加热器的原则性热力系统1－基本热网加热器；2－尖峰加热器；3－热网水泵；4－热网凝结水泵；5－尖峰热水炉；6－循环水泵；7－凝汽器内热网水加热管束；8—疏水冷却器1、蒸汽系统

1－基本热网加热器；2－尖峰加热器；3－疏水泵；4－疏水冷却器；5－减温减压器2、循环水系统

3、疏水系统回收热网加热器的疏水。4、补充水系统系统投入前的系统补水和投入后的补充补水。供热设备热网加热器：表面式换热器（立式、卧式）

基本热网加热器（基载加热器BH） 尖峰热网加热器（峰载加热器PH）热网水泵HP：热水循环的动力源热网加热器凝结水泵HDP：回收热网加热器中凝结水热网补充水泵HMP：补充热网水损失尖峰锅炉WB：热化系数αtp<1，在尖峰热负荷期间 投入使用（四）供热系统中的调峰设备1、尖峰热水锅炉——将热网水温提高到热网设计的供水温度2、蒸汽蓄热器——平衡短时尖峰负荷，进行供热调节供热调节质调节（流量不变，调节供水温度）量调节（供水温度不变，调节流量）质-量混合调节（两者均可调）（1）蒸汽蓄热器的原理和结构

变压蓄热器原理图(a)变压蓄热器系统图 (b)换流器工作示意图（2）蒸汽蓄热器的连接方式

变压蓄热器的各种连接方案(a)、(b)饱和蒸汽来自同一汽源；(c)由过热蒸汽充汽；(d)、(e)由一个高压汽源充汽，向一个低压汽源放汽；(f)用于背压机组（五）减温减压器1、减温减压器的作用及其热力系统

——将较高参数的蒸汽降低到需要的压力和温度工作原理：通过节流降低压力，通过喷水降低温度组成：节流减压阀、喷水减温设备、压力温度自动 调节系统图3-20减温减压器热力系统图1－减压阀；2－节流孔板；3－混和管；4－喷嘴；5－给水分配阀；6－节流装置；7－截止阀；8－逆止阀；9－主安全阀；10－脉冲安全阀；11－压力表；12－温度计；13－蒸汽管道；14－出口阀；15－疏水排出系统L1－减压系统长度；L2－减温系统长度；L3－安全装置长度2、减温减压器的热力计算目的：确定进入减温减压器的蒸汽流量D和喷水量Dw

热平衡：物质平衡：本章小结：热负荷及其载热质热电联合生产及热电厂总热耗量的分配热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件热电厂的热化系数与供热式机组的选型热电厂的供热系统作业4-1已知某热电厂装有C50-8.83／0.118型供热机组，已知某工况运行数据为：h0=3475kJ/kg，s0=6.78kJ/(kgK)；hh