第三章热经济性及供热系统课件

一、热负荷及其载热质凝汽式发电厂：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）空调设计热负荷冬季采暖热负荷夏季制冷热负荷吸収式制冷机的制冷系数2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：热水送水温度一般为60—65℃城市居住区热水平均热负荷估算式：（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—150℃

中温供热：150—250℃

高温供热：250—300℃集中供热系统热网最大生产工艺热负荷当热源的蒸汽参数和用户使用的蒸汽压力、温度参数不一致时，热电厂出口热网的设计流量换算公式：3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

024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)住宅区典型热水供应全日热负荷图

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4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总热负荷持续时间图τ,hQQs-季节性Qns-非季节性全年8760h（二）载热质及其选择供热系统:——热源、热网、用户引入口及局部用热系统热网:——将热能由热源通过管网输送给热用户的系统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室式系统半封闭式系统开放式系统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，降低换热设备造价热电联产是指电厂对热电用户供应电能和热能，并且生产的热能取自汽轮机做过部分或全部功的蒸汽即同一股蒸汽先发电后供热。特点：以热定电。如图：Dh,t为热电联产；Dc为分产发电；Dh,b为分产供热。二、热电联产概念热电联产一、热电联产与热电分产的概念热、电分别能量生产简称热电分产，又称单一能量生产，即一种热力设备只供应一种能量，热能或电能；热电联合能量生产简称热电联产或热化二、热电联产优点

1.节约能源

2.减轻大气污染，保护环境

3.提高供热质量，改善劳动条件

4.增加经济效益三、热电厂的不利因素

1.其投资比凝汽电厂大

2.工质损失比凝汽电厂大地多，所需补充水多，补充水率大。

3.凝汽流循环发电效率比代替凝汽机组差。三、热电厂总热耗量分配对于热电分产而言，供热和发电是各自独立的，所以供热和发电各自所消耗的热量和燃料量是明确的，但热电联产是同一股汽流既要发电又要供热，电能和热能形式上不同，质量上也不等价，因此需要将热电厂的总热耗量或煤耗量合理的分配给两种产品，否则无法确定他们各自的生产成本及热经济性。

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、热量法热量法——将热电厂的总热耗按生产两种产品的数量比例进行分配。只考虑能量的数量，不考虑能量的质量差别。

热电厂的总热耗：供热的热耗量发电的热耗量式中ηhs为热网的效率；Q为供给热用户的热量；Qh为热电厂输出的热量分析：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）；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供热的热耗量：减温减压器的热耗量：供热总热耗量：发电热耗量：特点：考虑外供热抽汽在汽轮机中做功的影响；考虑热能质上的差别；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其他方法

由于上述三种方法都有其局限性，所以从理论上探索合理的联产热耗量的分配方法是迫切需要解决的问题。合理的热电厂总耗量的分配方法，既要反应热电两种产品的不同，又要反应热电联产过程的技术完善程度，技术经济上合理，计算简洁，能促进热化事业的发展，节约燃料，降低污染。近年来，针对热电联产效益或热耗量的折中分配，为众多的研究者提出了诸如加权法，折合火用分摊法、单耗分析法，热经济学定价法等多种方法。虽各种方法在理论上均有其合理性，但迄今均未能得到广泛的应用。目前一般采用的还是热量发。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（一）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、热之和与输入能量之比四、热电厂的主要热经济性指标与热电联产节约燃料的条件

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）外部热化发电量指对外供热抽汽的热化发电量；内部热化发电量指供热返回水引入回热加热器增加的各级回热抽汽的发电量。内部热化发电量份额很小，近似计算忽略。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（二）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==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hspbhtphhtpQQhhhh==)(6)()(1.3410/htphshtpshtpQBbh==（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=Bdps–Btps

=（Bcps–Btp（e）s）+（Bds–Btp（h）s）

=△Bes+△Bhs联产发电节煤量联产供热节煤量3、供热方面的燃料节省分产供热时的标准煤耗量联产供热时的标准煤耗量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4、发电方面的燃料节省分产发电时的标准煤耗量

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

联产全年节省的燃料量ΔBs

（四）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根据定义整理将Wc=W-Wh带入左式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%—75%1、供热机组的机型选择机型及其特点

背压式抽汽式凝汽-采暖式五、供热汽轮机的型式及特点纯背压式（B）抽汽背压式（CB）全年性负荷全年性负荷、季节性负荷季节性负荷背压式汽轮机（B型、CB型）

背压式汽轮机利用排汽对外供热，热用户是其冷源。

优点：热能利用率高，结构简单，不需要凝汽器，投资少。

运行特点：以热定电抽汽式汽轮机（C型、CC型）抽汽式汽轮机是从汽轮机中间级抽出部分蒸汽供热用户使用的凝汽机组抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为0.78-1.23MPa；采暖用汽压力调整范围一般为0.118-0.245MPa。

抽汽式汽轮机特点：①热负荷可独立调节，运行灵活。②有最小凝汽流量，以保证低压缸通风冷却蒸汽。③凝汽流的绝对内效率比同参数凝气机组低。蒸汽-采暖两用机组（两用机）采用碟阀调节进入热用户蒸汽的量，达到凝汽、采暖两用的目的；根据负荷设计的工程，蒸汽总流量不变，供暖使用，减少了低压蒸汽流量，电功率减小。两用机与抽汽式机组供季节性采暖负荷相比，其特点：①机组设计的工作量小：与同容量同形式的凝汽式机组本体上通用，且主辅机配套设备基本相同。②设备利用率高：在一年短时间的供热工况下，仅低压缸、低压加热器和发电机未达到设计能力。大部分时间是纯凝工况运行，所以设备利用率可达100%。而抽汽式机组，供热工况下发电机能力虽用足，但低压缸、低压加热器的能力得不到充分发挥，非供暖内，锅炉、汽轮机的能力得不到充分发挥。③非采暖季具有较高的热效率：两用机的热耗比同容量的凝汽机组高0.2-0.3%，增加部分主要由蝶阀节流损失造成，而抽汽式机组在非采暖季高压通流负荷降低，变工况幅度大，热效率降低2-3%。④与凝汽式机组在电网中形成冬夏容量互补低真空供热凝汽机组适用于小凝汽机组，低真空度，提高排汽压力，凝汽机出水温度由30℃，升高到60度以上，凝汽机出水可以直接供热。2、供热机组参数的选择给水回热加热实质上是内部热化；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热负荷最大值；3．扩大城市热化规模，改造淘汰小型锅炉。六、热电厂的热化系数（一）热化系数αtp——供热机组最大供热能力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↓；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（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（3）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

热化系数αtp应用背景: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=0.6～0.75采暖热负荷=0.50～0.55七、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、直接供汽方式背压式汽轮机排气抽汽式汽轮机可调整抽汽对外直接供汽方式的原则性热力系统2、对外间接供汽——将汽轮机的抽汽先送到蒸汽发生器，将其中的水加热成蒸汽再供热网。对外间接供汽方式的原则性热力系统间接供汽的优点：凝结水可以全部回收，减少化学补水的使用和由此带来的各种费用。缺点：1.需设置蒸汽发生器及相关的管道部件；2.热电厂供热系统复杂，投资和运行费用增加；3.蒸汽发生器存在传热端差，相同供热条件下，需提高供气压力，使汽轮机热经济性下降。（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—疏水冷却器利用热水对外供热热水对外供热是由调整抽汽式汽轮机或者背压式汽轮机提供的蒸汽经热网加热器加热的。水热网供热系统由热网加热器、热网循环水泵、热网加热器的疏水泵、热网补水泵等设备及其连接管道组成。热网加热器连接方式:

采用两个串联的热网加热器进行分级加热。热网加热器型式:

基本热网加热器和尖峰热网加热器两种。

基本热网加热器：加热用蒸汽的抽汽压力较低者为基本加热器，在供热期内一直投运，其出口水温可满足热网大多数情况下的需要。

尖峰热网加热器：加热用蒸汽的压力较高者