电厂热经济指标

电厂热经济指标第1页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式电厂生产电能的过程即：燃料化学能（锅炉）-蒸汽热能（汽轮机中膨胀做功）-机械能（发电机）-电能。在不同的转化阶段存在着数量不等的能量损失。一、电厂的能量转换——能量转换过程中的损失和利用发电厂的热经济性是通过能量转化过程中能量的利用程度或损失大小来衡量的，研究各种损失的部位、大小、原因等，以期减少损失浪费。第2页，课件共65页，创作于2023年2月电厂的能量转换——能量转换过程中的损失和利用发电厂热经济评价方法热量法（热效率法）：热力学第一定律为基础，从能量的数量利用角度评价做功能力损失法（熵方法）：热力学第二定律为基础，从能量的质量利用角度评价。发电厂热经济指标：1、热效率2、能耗3、能耗率区别：热量法分析燃料化学能数量上被利用的程度，用于定量分析；熵方法分析燃料化学能做功能力被利用的程度，用于定性分析。第3页，课件共65页，创作于2023年2月1.热量法——通过热量的利用程度（热效率）或损失大小（热量损失、热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性损失能量有效利用能量供给总能量热力设备η热损失率z热量守衡：供给热量=有效利用热量+损失热量第4页，课件共65页，创作于2023年2月锅炉机组热平衡及锅炉效率热平衡是指锅炉的输入热与输出热量（包括有效利用热和各项热损失）之间的平衡Qcp=Qb+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6Qcp-输入锅炉的热量Qb-锅炉有效利用热Q2-排烟热损失Q3-气体不完全燃烧热损失Q4-固体不完全燃烧热损失Q5-散热损失Q6-灰渣物理热损失第5页，课件共65页，创作于2023年2月锅炉机组热平衡及锅炉效率第6页，课件共65页，创作于2023年2月简单凝汽式发电厂循环系统图GBCηbηiηcp=ηbηpηiηmηgηgηmηpTQbQ0QCPWi第7页，课件共65页，创作于2023年2月有再热的凝汽式发电厂循环系统图G第8页，课件共65页，创作于2023年2月（1）锅炉效率hb

锅炉能量平衡关系：输入燃料热量Qcp

=锅炉热负荷Qb+锅炉热损失△QbbcpQbQbhz-=D=1cpQbQcpQbQBqbQbD-===1neth0.9~0.94BQb△QbQcp排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、排污损失2.凝汽式电厂的各种损失和热效率第9页，课件共65页，创作于2023年2月管道能量平衡关系：锅炉热负荷Qb= 汽轮机热耗量Q0+管道热损失△Qp（2）管道效率hPQbTQ0B△Qp0.98~0.99第10页，课件共65页，创作于2023年2月汽轮机能量平衡关系：汽轮机热耗Q0=汽轮机内功率Wi+汽轮机冷源损失△Qc汽轮机排汽的汽化潜热损失、膨胀节流、排汽、内部损失TWiQ0G△QC010QcQQiWiD-==h0.45~0.47)1(ipbcpQcQchhhz-=D=（3）汽轮机绝对内效率hi第11页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi

汽轮机能量平衡式：

绝对内效率ηi：

Wi——汽轮机汽耗为D0时实际内功率Wa——汽轮机汽耗为D0时理想内功率ηi——汽轮机的绝对内效率ηt——汽轮机的理想热效率ηri——汽轮机的相对内效率TWiQ0G△QC第12页，课件共65页，创作于2023年2月汽轮机机械能量平衡关系：汽轮机内功率Wi（kJ/h）=发电机轴端功率Pax（kW）

+机械损失△Qm

（4）机械效率hmTWiPaxG△Qm0.965~0.99第13页，课件共65页，创作于2023年2月发电机能量平衡关系：发电机输入功率Pax

=发电机输出功率Pe+能量损失△Qg

（5）发电机0.95~0.98PaxG△QgPe第14页，课件共65页，创作于2023年2月全厂能量平衡关系：全厂热耗量Qcp =发电机输出功率Pe

+全厂能量损失Σ△Qj

（6）全厂总效率0.24~0.42QjcpQcpzD==Σzjcp0.58~0.76△Qb+△Qp+△Qc+△Qm+

△Qg第15页，课件共65页，创作于2023年2月火力发电厂的各项损失（%）项目高参数超高参数超临界参数锅炉△Qb1098管道△Qp10.50.5汽轮机冷源△Qc57.552.550.5汽轮机机械△Qm0.50.50.5发电机△Qg0.50.50.5总能量损失69.56360全厂总效率30.53740第16页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式电厂的热效率比较第17页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式电厂的损失率比较第18页，课件共65页，创作于2023年2月热流图第19页，课件共65页，创作于2023年2月3.熵方法（做功能力法）实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增熵方法——通过熵增（熵产）的计算来确定做功的损失环境温度Ten，则熵增△s

引起的做功损失I

为：

I=Ten

△sI

cp=∑I第20页，课件共65页，创作于2023年2月朗肯循环锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器朗肯循环1234简化（理想化）：12汽轮机

s

膨胀23凝汽器

p

放热34给水泵

s

压缩41

锅炉

p

吸热第21页，课件共65页，创作于2023年2月典型不可逆过程的做功能力损失（1）有温差的换热过程放热过程：熵减△sa吸热过程：熵增△sbTen放热量=吸热量做功损失：换热过程熵增：分析：△T↑，I

↑——锅炉、冷凝器、加热器I第22页，课件共65页，创作于2023年2月

过程熵增:△s

火用损△E

（2）不可逆绝热膨胀过程

——汽轮机做功损失：不可逆绝热膨胀21spcp1TenΔstu12aTp0p02第23页，课件共65页，创作于2023年2月（3）不可逆绝热压缩过程

——水泵做功损失：不可逆绝热压缩

21sp2p1TenΔs12T第24页，课件共65页，创作于2023年2月（4）节流过程

—汽轮机进汽调节结构做功损失：根据热力学第一定律：dq=dh-vdp节流前后工质焓不变即dh=0，所以ds=-v/Tdp21Tsp1p2TenΔsh=const第25页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率做功能力损失部位锅炉Ib管道Ip汽轮机内部做功It凝汽器Ic传动装置Im发电机Ig回热加热器、给水泵（忽略）第26页，课件共65页，创作于2023年2月en锅炉散热做功损失锅炉能量转换做功损失锅炉温差传热做功损失管道做功损失汽轮机内部做功损失凝汽器做功损失机械摩擦做功损失发电机做功损失凝汽式发电厂做功能力损失分布图第27页，课件共65页，创作于2023年2月第28页，课件共65页，创作于2023年2月第29页，课件共65页，创作于2023年2月

凝汽式发电厂做功能力损失

做功损失ICP：

en全厂效率：第30页，课件共65页，创作于2023年2月能流图第31页，课件共65页，创作于2023年2月小结1总体：热量法与作功能力法的全厂总效率相同2局部：损失分析不同

热量法：从热损失的角度分析作功能力法：从做功能力损失的角度分析3用途热量法：定量分析，指导工程实际作功能力法：定性分析，指导技术革新第32页，课件共65页，创作于2023年2月几点说明（1）效率和损失是能量转化过程中一个问题的两个方面，利用能量利用率和能量损失率来求各设备的效率是两种不同的分析方法和计算方法，他们是可以相互检验的。（2）以上的效率可以分为两类，一是绝对效率，如ηi、ηt、ηcp,他们不仅反映热量利用率，而且还反映热功转化的程度，因此不仅是数量指标而且也是质量指标；另一类是相对效率，如ηb、ηp、ηri、ηm、ηg，他们反映相应设备在制造中的工艺完善程度和运行管理水平。（3）全厂总效率既反映了发电厂燃料热量的利用程度，有反映了热能转化为电能的能量转换率，因此也是凝汽式发电厂最全面的指标。说明第33页，课件共65页，创作于2023年2月二

凝汽式发电厂的主要热经济指标能耗（汽耗量、热耗量、煤耗量）能耗率（汽耗率、热耗率、煤耗率）热效率第34页，课件共65页，创作于2023年2月汽轮发电机组的绝对电效率ηeGTQ03600Pe△Q第35页，课件共65页，创作于2023年2月1.能耗(单位时间能耗,/h)

电厂煤耗B电厂热耗Qcp汽轮机热耗Q0

汽轮机汽耗D0

相互关系

GBCηbηiηmηpTQcpD0ηgBcpPe第36页，课件共65页，创作于2023年2月不同容量机组能耗比较660MW1000MW发电厂热耗量（kJ/h）5476*10e67985*10e6发电厂煤耗量（kg/h）1.901*10e52.728*10e5汽轮发电机组汽耗量（kg/h）2100*10e32975*10e3汽轮发电机组热耗量（kJ/h）5477*10e67751*10e6结论：能耗指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性；第37页，课件共65页，创作于2023年2月2.能耗率(单位发电量的能耗，/KW·h)

——反映每生产1kW.h电能所消耗的能量发电煤耗率标准发电煤耗率电厂热耗率汽轮机热耗率汽轮机汽耗率相互关系第38页，课件共65页，创作于2023年2月标准煤低位发热量qnet=29270kJ/kg发电标准煤耗率

供电标准煤耗率（扣除厂用电）

（kg标准煤/(kW.h)）厂用电率（kg标准煤/(kW.h)）第39页，课件共65页，创作于2023年2月不同容量机组能耗率比较660MW1000MW全厂热耗率（kJ/(kW.h)）84407986 全厂发电煤耗率（kg/(kW.h)）288272汽轮机热耗率（kJ/(kW.h)）76627383汽轮机汽耗率（kg/(kW.h)）3.182.98结论：能耗率能够全面反映发电厂热经济性第40页，课件共65页，创作于2023年2月3.热效率凝汽式汽轮机的绝对内效率ηi

汽轮机能量平衡式：

绝对内效率ηi：

Wi——汽轮机汽耗为D0时实际内功率Wa——汽轮机汽耗为D0时理想内功率ηi——汽轮机的绝对内效率ηt——汽轮机的理想热效率ηri——汽轮机的相对内效率TWiQ0G△QC第41页，课件共65页，创作于2023年2月1kg新汽的热耗汽轮机能量能量平衡：比热耗q0（kJ/kg）

：比内功wi（kJ/kg）

：比冷源热损失△qc：内效率ηi：第42页，课件共65页，创作于2023年2月示例：计算图示系统中汽轮机的内效率（忽略汽水损失）第43页，课件共65页，创作于2023年2月汽轮机实际做功Wi的计算：（1）Wi＝汽轮机凝汽流内功＋各级回热汽流内功（2）Wi＝汽轮机输入能量－输出能量（3）Wi＝汽轮机热耗Q0－汽轮机冷源损失△Qc第44页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式电厂热效率ηcp（全厂热效率）全厂净热效率（扣除厂用电功率的电厂效率）厂用电率（平均为8.2%）300MW及以上机组电厂：4.7%—5.5%；125—200MW机组电厂：8.5%；中小容量机组电厂： 9%—12%。第45页，课件共65页，创作于2023年2月凝汽式电厂的热经济性指标的说明在一个电厂范围内，标准煤耗率是表明能量转换程度的最全面的指标，它既反映电厂的管理水平和运行水平，也是厂际、班组间的经济评价、考核的重要指标之一。对于一个汽轮机，热耗率是一个最完善的指标，可以做为机组改造或热力试验考核的标准。能耗中的热耗率q和煤耗率b与热效率是一一对应关系，他们是通用的热经济指标，而汽耗率与热效率无直接关系，它取决于汽轮机的实际内功率。第46页，课件共65页，创作于2023年2月三、核能发电的条件及热经济性核燃料：U235、U238、Pu239和钍原子核的裂变：

核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，又能使别的原子核接着发生核裂变……，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。第47页，课件共65页，创作于2023年2月第48页，课件共65页，创作于2023年2月 核能：核裂变能（可控）、核聚变能（不可控）

核电站： 核能——————电能 易裂变元素：U235、U233、Pu239 常用核燃料：二氧化铀 核电的优点：（1）燃料能量集中 （2）环境污染小 （3）燃料储量丰富 （4）大部分设备与普通电站基本相同可控自持裂变反应第49页，课件共65页，创作于2023年2月核电厂类型压水堆核电厂沸水堆核电厂重水堆核电厂石墨沸水堆核电厂石墨气冷堆核电厂高温气冷核电厂快中子增殖堆核电厂第50页，课件共65页，创作于2023年2月核反应堆类型第51页，课件共65页，创作于2023年2月 压水堆核电厂

——以轻水做慢化剂和冷却剂

压水堆核电厂组成核岛：反应堆厂房、核辅助机厂房和建筑物、 相关系统和设备常规岛：汽轮机发电机厂房及其建筑物、相关系 统和设备配套设施：其他建筑物、系统和设备第52页，课件共65页，创作于2023年2月第53页，课件共65页，创作于2023年2月具体过程反应堆堆芯内进行核裂变并稳定地释放热能。由于采用稳压器提高系统内的水压，一回路的水受热后不会沸腾。这些高压水随之将堆芯内产生的热能带走。带热能的高压水经蒸汽发生器内数以千计的传热管，将热能传到管外二回路系统的水内。二回路系统与一回路系统是完全分隔的。二回路水随即受热沸腾，变成蒸汽，然后推动汽轮机发电机组产生电力。蒸汽自汽轮机排出，被三回路的海水冷却后，再循环至蒸汽发生器加热。第54页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ITER介绍国际热核反应堆合作计划（ITER）由中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国参加。2014年建造一座总功率为500万千瓦的热核反应堆，项目总投资额预计为100亿欧元(反应堆所在国出资48％，其他国家各出资10％)。建造一座原型聚变反应堆(2025年前投入运行)和一座示范聚变堆(2040年前投入运行)目的:从海水中提取氢的同位素用于核聚变反应国际热核反应堆选址：法国南部城市马赛附近的卡达拉舍中国HT-7超导托卡马克（高温等离子研究）第55页，课件共65页，创作于2023年2月大亚湾核电站三门核电站（三）核电的优越性1.化石燃料资源有限，核能资源丰富2.核能是安全清洁的能源3.核电经济上合算，特别是缺煤少油地区第56页，课件共65页，创作于2023年2月（四）核电厂回路系统及热力设备特点1.工质为低压饱和蒸汽，工质流量和容积流量都大得多第57页，课件共65页，创作于2023年2月

1、新汽为饱和蒸汽或微湿蒸汽，必须先行汽水分离。2、高压缸排蒸汽湿度较大，必须再加热。3、再热器的特点是用新蒸汽或抽汽来作为加热蒸汽。4、在湿蒸汽区域的各级叶栅，应采取相应的去湿措施。2.核电饱和蒸汽轮机的结构特点3.核电汽轮机装置热力系统的特点1、需有蒸汽母管。2、需用整机旁路系统。3、给水系统也为母管式单元制系统。4、须有连续放射性监测装置。第58页，课件共65页，创作于2023年2月（五）核电站的热经济指标第59页，课件共65页，创作于2023年2月第60页，课件共65页，创作于2023年2月第61页，课件共65页，创作于2023年2月国外的核电事业国外核电概况

1938年德国科学家首先发现了铀的核裂变现象，1942年英国建成了第一座核反应堆，1954年在原苏联建成了世界第一座核电站，它以浓缩铀为燃料，石墨为减速剂，容量为5MW，揭开了核电发展的历史。接着美国研制成功轻水反应堆，英、法研制成功气冷反应堆，加拿大研制成功了重水反应堆，并分别建成了实用的核电站。（2006年全球核电分布如右下图所示）第二代特征是标准化、系列化。第三代使具有预防和缓解严重事故措施，经济上能与天然气机组相竞