第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

1. 第一章　热力发电厂动力循环及其热经济性 吉林大学热能工程系 交通馆四楼 电话：85095196 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

2. 第一章　热力发电厂动力循环及其热经济性 • 第一节 热力发电厂热经济性的评价方法 • 第二节 凝汽式发电厂的主要热经济性指标 • 第三节 发电厂的动力循环 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

3. 第一节 热力发电厂热经济性的评价方法 发电厂中能量的转换过程（存在各种损失） 化学能—热能—机械能 —电能 （煤） （锅炉） （汽轮机） （发电机） 发电厂热经济性的评价 ——通过能量转换过程中能量的利用程度或损失大小来衡量 目的：研究损失产生的部位、大小、原因及其相互关系，找出减少这些热损失的方法和相应措施 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

4. 一、评价发电厂热经济性的两种方法： 1 热量法、热效率法 基于热力学第一定律 ——以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定量分析。 2 熵方法、 方法、做功能力法 基于热力学第二定律 ——以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价电厂的热经济性，常用于定性分析。 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

5. 二、热量法 热量法以热效率或热损失率的大小衡量电厂的热经济性。 热效率反映热力设备将输入能量转换成输出有效能量的程度。发电厂不同阶段采用各种效率评价。 能量平衡关系： 供给热量=有效利用热量+损失热量 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

6. 返回1 有再热的凝汽式发电厂循环系统图 返回2 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

7. ηi Qb ηp ηm ηg T G B ηb C ηcp=ηbηpηiηmηg 简单凝汽式发电厂循环系统图 Q0 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

8. Q Q b b D Q h = = b b z = = - h 1 Bq b Q net b cp Q cp D Q b = - 1 0.9~0.94 Q cp （1）锅炉 锅炉能量平衡关系： 全厂热负荷Qcp = 锅炉热负荷Qb +锅炉热损失△Qb 锅炉热损失△Qb：排烟损失、散热损失、未完全燃烧损失、 排污损失等 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

9. （2）管道 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 0.98~0.99 ηp Q0 Qb G T B C 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

10. Q0 ηi Wi T G △Qc （3） 汽轮机 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 冷源热损失△Qc : (1)凝汽器中汽轮机排汽在凝汽器中的放热量 (2)膨胀过程中的节流、排汽、内部损失 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

11. Q0 ηi Wi T G △Qc D Q c z = = h h - h ( 1 ) c p i b Q cp W D W Q i i c h h = = = - 1 ri i Q Q W 0 0 a （3） 汽轮机 汽轮机相对内效率 Wi :汽机实际内功 Wa :汽机理想内功 循环的理想热效率： 汽轮机绝对内效率 0.45~0.47 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

12. 1.汽轮机汽耗为 D0时的实际内功Wi • Wi以汽轮机凝汽流和各级回热汽流的内功之和表示 系统图 为每kg 抽汽在汽轮机中的实际焓降。 在再热前 在再热后 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

13. 2.汽轮机汽耗为 D0时的机组热耗 （循环吸热量） 系统图 无工质损失时 比热耗 为汽轮机新蒸汽、各级抽汽、排汽和锅炉给水的流量，kg/h。 为汽轮机进汽1kg时抽汽、再热蒸汽和凝汽的份额。 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

14. 3. 凝汽式汽轮机的绝对内效率i 扣除给水泵消耗的功率 ，可得汽轮机的净内效率 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

15. （4）机械效率 汽轮机机械能量平衡关系： 汽轮机内功率Wi=发电机轴端功率Pax +机械损失△Qm 3600Pax=Wi-△Qm 0.965 ~ 0.99 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

16. （5）发电机 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 0.95 ~ 0.98 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

17. （6）全厂总效率 全厂能量平衡关系： 发电机输出功率Pe=全厂热耗量Qcp-全厂能量损失Σ△Qj 全厂总能量损失 Σ△Qj= △Qb + △Qp + △Qc + △Qm +△Qg 0.38~0.42 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

18. 火力发电厂的各项损失（%） 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

19. 热流图 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

20. 二、熵方法 实际的动力过程是不可逆的，必然引起熵增。 熵方法——通过熵产的计算来确定做功的损失。 若环境温度Ten，则熵产 △s引起的做功损失 I为： I = Ten △s 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

21. Ten 典型不可逆过程的做功能力损失 （1）有温差的换热过程——冷凝器、加热器 放热过程：熵减△s a 吸热过程：熵增△s b 吸热量 = 放热量 换热过程熵增： 做功损失： △T ↑、 ↓ ， I↑ 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

22. en tu 不可逆绝热膨胀 • 过程熵产 △s损△E （2）不可逆绝热膨胀过程 ——汽轮机 做功能力损失： 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

23. en 不可逆绝热压缩 （3）不可逆绝热压缩过程 ——水泵 做功能力损失： 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

24. en 有摩阻的流动 （4）节流过程 —汽轮机进汽调节结构 做功能力损失： 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

25. （二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率 en 1 锅炉的做功能力损失 （1）锅炉的散热损失 做功能力损失 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

26. （2）化学能转化为热能 熵产： 做功能力损失： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

27. （3）工质温差传热 熵产： 做功能力损失： 锅炉中做功总损失： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

28. 2 主蒸汽管道的做功能力损失 熵产： 做功能力损失： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

29. 3 汽轮机内部做功能力损失 熵产： 做功能力损失： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

30. 4 凝汽器中做功能力损失 熵产： 做功能力损失： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

31. 5 汽轮机机械摩擦产生的做 功能力损失 做功能力损失： en m 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

32. 6 发电机的做功能力损失 做功能力损失： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

33. 7 凝汽式发电厂做功能力损失 做功能力损失： 全厂效率： en 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

34. 能流图 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

35. 四、火用 方法 1．火用 效率与火用 损 能量平衡关系： 供给的可用能=有效利用的可用能+火用 损 火用 效率ηex 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

36. eout 热力设备 wi eq ein 火用 平衡方程的图解 火用 损： 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

37. 电厂典型热力设备的火用 损及火用 效率 火用 kJ/kg % 设 备 特 点 比 损△ （ ） 火用 效率η e （ ） ex w t i h = D = - - e e w e ex 汽轮机 e =0 t in 1 out - e e q in out e out h = D = + - b e e e e 锅炉、换热器 w =0 ex b in q out + e e i in q e out p h = D = - e e e 管道 e =0, w =0 ex p in out e q i in 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

38. 凝汽式电厂纯凝汽工况运行时的火用 损分布 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

39. 火用 流图 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

40. 小结： 1 热量法与作功能力法计算的全厂总效率相同； 2 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 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

41. 第二节 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 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

42. 1、能耗 ——反映生产电功率Pe所消耗的能量 电厂热耗Qcp、 电厂煤耗Bcp、 汽轮机热耗Q0、 汽轮机汽耗D0 功率方程式： 3600Pe = Bqnetηbηpηiηmηg=Bqnetηcp=Qcpηcp = Q0ηiηmηg=Q0ηe kW = D0wiηmηg kJ/h 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

43. 3600Pe = Bqnetηbηpηiηmηg=Bqnetηcp=Qcpηcp = Q0ηiηmηg=Q0ηe= D0wiηmηg • 发电厂热耗量： • 发电厂煤耗量： • 汽轮发电机组热耗量： • 汽轮发电机组汽耗量： • 注意 • 能耗指标与产量有关，只能表明Pe为一定时的热经济性； • 当q0不同时，即使Pe一定，D0也不能作为热经济指标。 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

44. 2、能耗率 ——反映每生产1kW.h电能所消耗的能量 发电厂热耗率qcp 发电厂煤耗率bcp 汽轮机热耗率q 汽轮机汽耗率d 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

45. 标准煤 q1=29270kJ/kg 发电标准煤耗率 供电标准煤耗率 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

46. Q0 Wi T G △QC C 3、热效率 （1）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 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

47. 以1kg新汽为基准 汽轮机能量能量平衡： 比热耗q0： 比内功wi ： △qc比冷源热损失： 内效率ηi ： 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

48. 示例：计算图示系统中汽轮机的内效率 （忽略汽水损失） 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

49. 计算过程： （1）汽轮机热耗Q0、比热耗q0 （2）汽轮机实际做功量Wi、比内功wi （3）汽轮机内效率ηi、净内效率 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性

50. 2、汽轮发电机组的绝对电效率ηe 第一章 热力发电厂动力循环及其热经济性