热电厂热经济性的评价方法（热力发电厂课件）

热量法及其应用认知发电厂热经济性评价

认知热电厂热经济性的评价方法12345热经济性安全可靠性投资建设工期物资消耗234如何评价发电厂的综合经济效益?

锅炉汽轮机发电机

蒸汽化学能(燃料)热

能机械能电

能如何评价发电厂生产过程中的热经济性?是以热力学第一定律和第二定律相结合的做功能力分析法或以热力学第二定律为基础的熵分析法（火用分析法、熵分析法）

——定性分析。是以热力学第一定律为基础的热量法(效率法、热平衡法)——定量分析。第一种方法热经济性评价方法第二种方法目前，在我国电厂的热经济性评价主要用（），为什么？A.热量法

B.做功能力法直观、易于理解，计算方便。注意：它单纯以数量来衡量，没有考虑能量的质量问题。A热量法定义是以燃料产生的热量被有效利用的程度对电厂热经济性进行评价。是通过热量的利用程度（如各种效率）或损失大小（如热量损失或热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性。热量法实质热效率某一热力过程或设备有效利用的能量占所消耗能量的百分数：热效率的大小定量地表征了设备或热力过程的能量转换效果，反映了设备的技术完善程度。一循环热效率1.卡诺循环在发电厂中应用实际电厂的蒸汽动力装置中不采用卡诺循环？在压缩机中绝热过程4-1难实现01循环局限于饱和区033处于湿蒸汽区，不利于安全044的比体积大，压缩机功率大022.朗肯循环及在发电厂中应用当初压很高时，水泵做功约占汽轮机做功2%。在粗略计算中，仍可将水泵做功忽略不计，但在较精确计算时，即使初压不高，也不应忽略水泵做功。ηt＝Wt／q1=(h0-hca)-(h’fw-h’c)/(h0-h’fw)由于水的压缩性很小，当蒸汽初压力不高时（P0<10MPa时），给水泵耗功和给水在给水泵中的焓升可忽略不计，则：ηt＝(h0-hca)/(h0-h’fw)凝汽式发电厂的各项热损失和效率二发电厂实际生产过程的不可逆性，使得能量的转化和能量的传递过程中存在着各种损失，一般情况下，用热力过程和设备的热效率来表述其损失的大小。1.锅炉热损失和锅炉效率锅炉设备中的热损失主要包括：排烟热损失、散热损失、化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失、排污热损失、灰渣热物理损失等，其中排烟热损失最大，占锅炉总损失的40％～50％。锅炉效率锅炉设备输出的被有效利用的热量(锅炉热负荷)与输入热量(燃料在锅炉中完全燃烧时的放热量)之比。锅炉热负荷：Qb=Db(hb－hfw)+Dbl(hbl－hfw)锅炉热效率：ηb=Qb／BQnet

ηb=90～94%影响锅炉效率的主要因素锅炉参数、容量、结构、燃料性质、燃烧方式以及炉内的空气动力工况等。一般情况下，需要通过试验来测定各项损失的大小。现代大型锅炉效率一般为90%～94%。2.管道热损失和管道效率管道热损失主要包括：通过主蒸汽管道、再热蒸汽管道时的散热损失及工质排放和泄漏造成的热损失。注意：蒸汽在主、再热管道中流动时还有节流损失，但通常都在汽轮机的相对内效率中考虑。

管道效率表示汽轮机组的耗热量与锅炉热负荷之比

。锅炉热负荷：Qb=Db(hb－hfw)汽轮机组耗热量：Q0=D0(h0－hfw)管道效率：ηp=Q0／Qb

=D0(h0－hfw)/Db(hb－hfw)

ηp=98～99%管道效率反映了管道设施保温的完善程度和工质在主、再热蒸汽管道上的泄漏和排放的大小。一般情况下，现代发电厂的管道效率在99%以上。理想冷源损失即理想情况下（汽轮机无内部损失）汽轮机排汽在凝汽器中的放热量，与其对应的能量被有效利用的程度用理想循环效率来反映。3.汽轮机设备的冷源损失及汽轮机绝对内效率附加冷源损失即蒸汽在汽轮机中实际膨胀过程中产生的损失，包含进汽节流、排汽及内部（包括喷嘴、动叶、余速、漏汽、摩擦、湿汽等）损失，这些损失使蒸汽做功量减少，使汽轮机实际排汽焓hc大于理想排汽焓hca，从而增加的一部分冷源损失。汽轮机相对内效率蒸汽在汽轮机中的实际焓降与理想焓降的比值。ηri=(h0-hc)/(h0-hca)ηri

=90～92%意义：反映汽轮机中能量转换过程完善程度。汽轮机绝对内效率（实际循环热效率）汽轮机的实际内功率与汽轮机组的热耗量的比值。ηi=3600Pi/Q0=D0(h0-hc)/D0(h0-hfw)=ηtηriηi

=35～49%3600—电热当量，1kw.h的电能相当于3600kJ的热量。意义：反映机组实际冷源热损失大小。4.汽轮机的机械损失和机械效率汽轮机的机械损失主要包括：支撑轴承和推力轴承的机械摩擦损失，以及拖动主油泵和调速器的功率消耗。机械效率汽轮机轴端功率与汽轮机的内功率的比值。机械效率：ηm=Pax／Pi

ηm

：大于99%。5.发电机的能量损失和发电机效率发电机的能量损失主要包括：机械方面的轴承摩擦损失，通风耗功和电气方面的铜损、铁损等。发电机效率发电机输出的电功率与汽轮机输入的轴功率的比值。发电机效率：ηg=Pe／Pax

ηg

：发电机效率与发电机的冷却方式和冷却介质有关。空冷：97%～98%氢冷：98%～99%双水内冷：96%～98.7%发电厂的总效率及热平衡三发电厂总效率：表示发电厂在整个能量转化过程中能量损失的大小。其值为发电厂输出的电能与其消耗的能量之比。ηcp=3600Pe／BQnet

发电厂生产过程中的能量转换示意图△qbpe△qppe△qcape△qripe△qmpe△qgpe锅炉ηb管道ηp朗肯ηt汽机ηr机械η发电机ηgBQnetQbQ03600Pia3600Pi3600Pax3600Pe项目电厂初参数中参数高参数超高参数超临界参数锅炉热损失111098管道损失110.50.5汽轮机冷源热损失61.557.552.550.5汽轮机机械损失10.50.50.5发电机损失10.50.50.5总热损失75.569.56360全厂效率24.530.537≥40不同参数凝汽式发电厂各项损失及全厂效率的大致情况某超高压凝汽式电厂热流图（蒸汽初参数为13MPa，535℃，终参数为5KPa）热平衡方程(对凝汽式电厂）燃料输入热量=电厂输出功量+各项热损失BQnet=3600Pe+Qlb+Qlp+Qli+Qlm+Qlg

或：1=ηcp+ζb+ζp+ζi+ζm+ζg（反平衡）

ηcp=1－ζb－ζp－ζi

－ζm

－ζg发电厂总效率（正平衡）ηcp=3600Pe/BQnet=ηbηpηiηmηg其中：ηi＝ηt×ηri

做功能力分析法及其应用认知发电厂热经济性评价

认知热电厂热经济性的评价方法熵分析法一熵是热力系内微观粒子无序度的一个量度，熵的变化可以判断热力过程是否为可逆过程。熵用什么物理量来度量这种不等价性呢?通过研究，找到了“熵”这个物理量。两个温度不同的物体相互接触时，高温物体会自发地将热传给低温物体，最后两个物体温度达到相等。但相反的过程不会自发地发生。上述现象说明，自然界发生的一些过程是有一定的方向性的，这种过程叫不可逆过程。过程前后的两个状态是不等价的。举例？通常关心的不是熵的数值，而是熵的变化趋势。对实际的绝热膨胀过程，熵必然增加。熵增加的幅度越小，说明损失越小，效率越高。总结熵方法以热力学第二定律为理论基础，通过熵增原理来分析和评价实际电厂热经济性的方法熵增的大小表征热力过程不可逆性的大小，可用来确定做功能力损失的大小。发电厂能量转换过程是由一系列的不可逆过程组成，因此，发电厂总的能力损失：温度度为环境中，某一热力过程或设备中的熵增为，则引起的做功能力损失

为：举例发电厂中三种典型的不可逆过程有温差的换热工质绝热节流工质膨胀或压缩1.有温差的换热过程l-2过程，工质A放热，平均温度为单位工质的熵减少了，放热量为3-4过程，工质B吸热，平均温度为单位工质的熵增加了，吸热量为据能量平衡，单位工质的换热量：

换热过程的熵增：单位工质做功能力的损失：记笔记啊！！！0102当环境温度一定时，平均换热温差越大，换热过程的做功能力损失也越大；相同的换热量和平均换热温差，流体的平均换热温度越高，换热的做功能力损失越小。分析应用：凝汽器、加热器

2.绝热节流过程图1-4中的0-a过程所示为蒸汽在汽轮机进汽调节机构中的节流过程。记笔记啊！！！0102压降愈大，做功能力的损失愈大做功能力损失与工质的比体积成正比，工质温度成反比。分析应用：有阀门的管道绝热节流过程的做功能力损失：0102减少工质节流过程做功能力损失的途径？为什么高温高压蒸汽管道可使用小管径通道，而低温低压不可以？问题3.有摩擦阻力的膨胀或压缩过程蒸汽在汽轮机中为可逆膨胀做功时，排汽的熵为sca；由于汽轮机内部存在蒸汽与动、静叶的摩擦等种种不可逆因素，实际排汽熵为sc。小结一下！！！01减少工质膨胀或压缩过程做功能力损失的途径是减少其过程的扰动、摩擦以及工质的泄露等不可逆程度。分析应用：汽轮机、水泵汽轮机膨胀过程的做功能力损失：㶲分析法二“焓”与“内能”虽具有“能”的含义和量纲，但它们并不能反映出能的质量。而“熵”与能的“质”有密切关系，但却不能反映能的“量”，也没有直接规定能的“质”。为了合理用能，就需要采用一个既能反映数量又能反映各种能量之间“质”的差异的同一尺度。——㶲0102当系统由一任意状态可逆地变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以无限转换为任何其他能量形式的那部分能量，称之为㶲。只有可逆过程才有可能进行最完全的转换，因此㶲是在可逆过程中，理论上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。分析0304与此相对应，一切不能转换为㶲的能量，称之为火无。任何能量E均由㶲和火无两部分所组成。在一切实际不可逆过程中，不可避免地发生能的贬值，㶲将部分地“退化”为（火无），成为㶲损失。因为这种退化是无法补偿的，所以㶲损失才是能量转换中的真正损失。㶲表示在给定的环境条件下，能量具有的最大做功能力。㶲在某种程度上可以被理解为能够被利用的能量。㶲损失可以理解为损失掉的可被利用的能量。㶲分析法利用㶲效率（可用能利用率）和㶲损（做功能力损失）来评价电厂能量的质量利用情况。(一）㶲的一般概述1kg工质在变温情况下沿1-2过程吸热，吸热量为q12。取一微元吸热过程的吸热量为dq，工质熵的变化为ds，吸热温度为T，则dq=Tds，根据热二定律，热流dq所能完成的最大功，即热流dq的㶲deq为：1.热量（热流）㶲01热流㶲的大小不但与热量的数量有关，而且与过程的温度有关，过程平均温度越高，热量㶲越大，热量的品味也越高。分析假定吸热过程的平均温度为，则：2.工质㶲如图，1kg工质进入热力系统时的参数p1、t1可逆地变到与环境相同的参数pamb、tamb，在状态变化时，没有其它热源，只与环境交换热量，并对外做功。忽略工质动能和位能变化，则由热力学第一定律得：由热力学第二定律得：综上可得，1kg工质在状态p1、t1下的㶲：3.其它有关能量的㶲理论上机械能和电能都可以全部转变为功，所以：

机械能的㶲机械能的热当量

电能的㶲电能的热当量固体燃料的化学㶲固体燃料的低位发热量4.

㶲损失、㶲平衡、㶲效率㶲损失各种热力过程的不可逆因素都将会有熵增，熵增将带来做功能力的损失即㶲损失，使一部分可用能变成无用能。对任何实际热力过程来说，热力系统输出各种㶲的总和永远小于进入热力系统总和，两者之差就是热力过程的㶲损失：进、出热力系统的任何形式的㶲。举例㶲效率有效利用的㶲与消费的㶲之比。某凝汽式发电厂煤耗为B，总㶲损失为，发电功率为Pe，则其效率：整个发电厂的㶲损失：某一热力设备或能量传递过程中的㶲损失。(二）㶲损失基准工质流量1kg、忽略水在给水泵中的焓升。1.锅炉中的㶲损失进入锅炉㶲ecp

（来自燃料eq和给水的㶲efw）锅炉有效利用的㶲eb锅炉㶲损△eb2.主蒸汽管道的㶲损失锅炉出口蒸汽的㶲eb=汽轮机入口蒸汽的㶲eo+主蒸汽管道的㶲损△ep

主蒸汽管道的㶲损△ep

3.汽轮机内部㶲损失汽轮机入口蒸汽的㶲eo=汽轮机排汽的㶲ec+工质膨胀所做的内功wi+膨胀引起的㶲损△et

汽轮机内部的㶲损△et

4.凝汽设备的㶲损失汽轮机排汽的㶲ec=凝结水的㶲e'c

+温差传热引起的㶲损△ec

凝汽设备中的㶲损△ec

5.汽轮机机械摩擦阻力引起的㶲损失工质膨胀所做的内功wi=汽轮机轴端的有效功we+机械摩擦产生的㶲损△em

机械摩擦产生的㶲损△em

6.发电机的㶲损失汽轮机轴