第三讲：火电厂能量损耗分布

第三讲火电厂能量损耗分布主要内容3.1火电厂生产过程简介3.2火电厂能量损耗分布3.3火电厂损耗分布3.4工程举例3.5大机组经济性能技术指标3.6火电厂单位产品能耗限额3.1火电厂生产过程简介3.1火电厂生产过程简介定义——利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏量极其丰富的化石燃料发电称为火力发电。按发电方式，它可分为汽轮机发电、燃气发电和既供电又供热的“热电联产”。汽轮机发电又称蒸汽发电，占世界火力发电总装机的95％以上。3.1.1火电厂定义火电厂全貌3.1.2火电厂电能生产过程燃料的化学能热能机械能电能简单蒸汽动力装置流程图关键动力设备：锅炉（吸热）汽轮机（膨胀做功）冷凝器（放热）水泵（压缩）3.1.2火电厂工质及其循环工质：水和水蒸汽。基本循环：郎肯循环。实际循环：具有再热、回热的郎肯循环。1、朗肯循环的组成定压吸热、定熵膨胀、定压放热、定熵压缩１２３４PumpCondenserBoilerTurbineWturb,outqoutqinWpump,in3.1.2火电厂工质及其循环2、朗肯循环在T-S图和p-v图中的表示sT1234pv31243.1.2火电厂工质及其循环157H.PL.P8933、蒸汽再热循环BoilerReheaterLow-PturbineHigh-PturbinePumpCondenserqinqout蒸汽再热循环系统示意图wturb,outwpump,in蒸汽再热循环系统示意图3.1.2火电厂工质及其循环4、回热循环3.1.2火电厂工质及其循环5、火电厂实际循环3.1.2火电厂工质及其循环以水和水蒸汽为工质，在郎肯循环的基础上，叠加了多级回热，和一次及以上再热的复杂循环。电站Cl2过滤器软化器反渗透阳床蒸发器阴床混床冷凝液储罐冷凝精处理低压加热器除泡器补给水泵高压加热器锅炉煤槽PULVERIZERFORCEDDRAFTINDUCEDDRAFT空气加热器气体净化器高压透平发电机冷凝器热井冷却塔废水处理源水补给水锅炉给水省煤器STEAMDRUM,RISERSDOWN-COMERS过热器主蒸汽管道再热再热次级过热器冷却水补给冷却水排放废水全厂废水主蒸汽管道低压透平整个生产过程分为三个系统（阶段）：燃烧系统：燃料化学能在锅炉里燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变成蒸汽；汽水系统：锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能；电气系统：由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，将机械能变为电能。四个流程：煤、风、汽、水（冷却）3.1.3火电厂主要系统与流程•1、燃烧系统锅炉煤斗磨煤机鼓风机引风机空气预热器除尘器脱硫装置脱销装置组成：运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成脱硫装置除尘装置脱硝装置除汞装置锅炉煤粉电站锅炉燃烧产物流程•2、汽水系统•3、电气系统组成：发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等3.1.4火力发电厂的特点•高温﹑高压﹑高速﹑高自动化；•系统中既有物质流，也有信息流，物质流中，有固相﹑液相和气（汽）相，存在多相一起流动；•产品的生产﹑销售与使用在瞬间完成，产品不能储存；•能量转换过程环环相扣，设备类型多，工作原理差别大；•故障点多，故障扩散速度快，故障类型多，故障波及的面很大，造成的损失大；•伴随大量的污染物排放（固体，气体，液体）。3.1.5火力发电厂热经济性的评价方法•热量法（热效率法）——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。•做功能力法（熵方法、火用方法）——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。3.2火电厂能量损耗分布3.2火电厂能量损耗分布•锅炉热损失•管道散热损失•汽轮机热损失•乏汽在凝汽器的放热损失•发电机损失•工质泄漏、工况变化和燃料运输存储损失等ηcp=ηbηpηiηmηgGBCηbηiηmηpTQbQ0QCPWiηg简单凝汽式发电厂循环系统图3.2.1锅炉能量损失锅炉的能量损失主要由排烟热损失、机械不完全燃烧损失、灰渣物理损失、化学不完全燃烧损失、散热损失组成。锅炉热平衡图影响锅炉热效率的因素锅炉燃烧效率排烟温度空预器漏风率锅炉尾部漏风过量空气系数（O2）飞灰可燃物损失灰渣损失散热损失吹灰蒸汽流量锅炉效率ηb锅炉在完成燃料化学能转变为蒸汽热能的过程中，锅炉的有效利用热量与输入燃料热量之比。大、中型锅炉效率ηb=85%～94%。BQb△QbQcp•管道损失：工质流过蒸汽管道和给水管道时由于泄漏及散热造成的损失。•管道效率ηp：汽轮机组的热耗量与锅炉设备热负荷的比值。若不计工质损失，一般ηp=99%；若考虑工质损失，ηp=96%～97%。3.2.2管道损失和管道效率QbTQ0B△Qp3.2.3汽轮机组能量损失与汽轮机效率•内部损失：级内损失（包括漏汽、摩擦、湿汽等）、进汽阻力损失、排汽阻力损失。•外部损失：机械损失、外部漏气损失。TWiQ0G△QC（1）内部损失1、汽轮机损失（2）外部损失•机械损失——汽机运行时，克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，带动主油泵、调速器等消耗一部分有用功造成的损失。•外部漏气损失——汽轮机的主轴在穿出汽缸两端时，为了防止动静部分的摩擦，总要留有一定的间隙，又由于汽缸内外存在着压差，则必然会使高压端有一部分蒸汽向外漏出，这部分蒸汽不作功，因而造成了能量损失。1、汽轮机损失（1）汽轮机相对内效率ηri•汽轮机的相对内效率ηri：汽轮机的实际焓降与理想焓降之比。一般ηri=78%～85%2、汽轮机内效率•循环的理想热效率ηt•汽轮机的绝对内效率：ηi=ηri﹒ηt（2）汽轮机绝对内效率ηi•汽轮机机械效率ηm：汽轮机输出给发电机轴端的功率与汽轮机的内功率之比的百分数，称之为机械效率。一般为ηm=96%～99%3、汽轮机机械效率•影响汽轮机热效率的因素1高压缸效率13再热蒸汽压损2中压缸效率14最终给水温度3低压缸效率15凝汽器压力4主蒸汽压力16再热器减温水流量5主蒸汽温度17锅炉吹灰蒸汽流量6再热蒸汽温度18小汽轮机进汽流量7机组补水率19加热器疏水端差8调节阀运行方式及开度20凝汽器端差9给水泵焓升21凝汽器过冷度10凝结水泵焓升22阀门内漏11轴封漏汽量23设备散热损失12加热器给水端差3.2.4发电机损失及发电机效率•发电机损失：发电机轴与支持轴承的摩擦，以及发电机机内冷却介质的摩擦和铜损（线圈发热）、铁损（激磁铁芯涡流发热等）造成的功率消耗。•发电机效率ηg：发电机的输出电功率与轴端输入功率之比。ηg=96%～99%PaxG△QgPe3.2.5发电厂总效率•对整个发电厂的生产过程而言，将上述各项损失综合考虑以后，得出凝气式发电厂的总效率ηcp的表达式为：ηcp=ηbηpηiηmηg3.2.5发电厂总效率3.2.5发电厂总效率•不同型式的火电机组，其全厂总效率有很大差别纯凝汽式机组的总效率小于抽凝机组的总效率；抽凝机组的总效率小于背压机组的总效率。热电联产能提高发电厂效率。3.2.5发电厂总效率3.2.6提高发电厂效率的措施ηcp=ηbηpηiηmηg=ηbηpηriηtηmηg火电厂节能工作的基本目标：提高ηcp。主要措施：（1）提高锅炉效率；（2）提高管道效率；（3）提高汽轮机效率；（4）提高循环效率；（5）提高机械效率；（6）提高发电机效率；（7）减少辅助设备耗能。3.3火电厂损耗分布3.3火电厂损耗分布效率与损能量平衡关系：供给的可用能=有效利用的可用能+损热力设备eqeinwieout△e平衡方程的图解41锅炉p吸热34给水泵s压缩23凝汽器p放热12汽轮机s膨胀郎肯循环汽轮机发电机凝汽器1234简化（理想化）：锅炉3.3.1火电厂典型的不可逆做功损失TenI（1）有温差的换热过程——锅炉、冷凝器、加热器放热过程：熵减△Sa吸热过程：熵增△Sb放热量=吸热量bBaasTsTdq换热过程熵增：TTdqTTTdqTdqsssaaabab做功损失：TTdqTTTsTIaaenen分析：IT,1tentuITs不可逆绝热膨胀21spcp1TenΔstu2aTp0p02（2）不可逆绝热膨胀过程——汽轮机做功损失：（3）不可逆绝热压缩过程——水泵做功损失：tenITs不可逆绝热压缩21sp2p1TenΔs12T（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：节流前后工质焓不变即dh=0，所以ds=-v/TdpvdpdhdqpenpITs21Tsp1p2TenΔsh=const3.3.2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）enIbI锅炉散热做功损失锅炉能量转换做功损失IIbIpI管道做功损失汽轮机内部做功损失tI凝汽器做功损失cI发电机做功损失gI凝汽式发电厂做功能力损失分布图机械摩擦做功损失mIIIIbI锅炉温差传热做功损失3.4工程举例3.4工程举例•以按朗肯循环工作的同一凝汽式发电厂为实例,用两种热经济性评价方法的具体计算结果，予以对比说明。pb=17MPa，tb=555℃，p0=16.5MPa，t0=550℃，pc=0.005MPa，炉膛内烟气平均温度℃，环境压力Pen=0.098MPa，环境温度ten=20℃，各项效率为b=0.91，ri=0.884，m=0.98，g=0.987，蒸汽在汽轮机中为含摩阻膨胀，但不计给水泵功。产生1kg蒸汽的燃料加热量以3636.24kJ/kg计。•计算结果如下表所示：热量法的热损失方法的损项目数量kJ/kg所占份额%项目数量kJ/kg所占份额%锅炉327.269锅炉2049.0256.35蒸汽管道7.270.22蒸汽管道7.640.21汽轮机2003.255.09汽轮机190.175.23凝汽器凝汽器90.912.50机械损失25.540.71机械损失26.540.73发电机16.730.46发电机16.730.46总损失2380.00总损失2381.01全厂效率34.52全厂效率34.52由上表的计算结果可知：1.本例中供入的热量和可用能相等，因此两种方法算得的总损失量和全厂效率是相同的。2.热量法不区分能量品位的高低，故汽轮机的热损失为最大3.做功能力法，区分能量品质的高低以锅炉燃烧传热过程的不可逆最严重，故其可用能损失为最大4.本课定量计算用热量法，定性分析用熵方法3.5提高火电行业能效的主要措施3.5火电提高能效所采取的主要措施1、电力发展增量的产业结构升级2、电力存量资产的技术改造3、电力调度与机组运行4、电力市场建设3.6大机组经济性能技术指标3.6常规燃煤发电机组单位产品能耗限额能耗限额指标说明：本标准规定了电力行业常规燃煤发电机组必须达到的能源消耗指标、计算方法及必须具备的管理要求，适用于常规纯凝汽式燃煤发电机组。供热机组、燃用煤矸石和泥煤等低品位燃料综合利用机组不适用。3.6常规燃煤发电机组单位产品能耗限额能耗限额的确定：（1）现有火电企业火电单位产品能源消耗限额的确定（2）新建火电企业火电单位产品能源消耗限额的确定（3）火电企业火电单位产品能源消耗限额最优值的确定（4）影响因子的确定3.6常规燃煤发电机组单位产品能耗限额表1供电煤耗限额基础值压力参数容量级别MW供电煤耗gce/kWh超临界600≤320亚临界600≤330300≤340超高压200,125≤375（服役期满关停）高压100≤395（运行满20年关停）注1：表中未列出的机组容量级别，可按低一档标准考核。注2：对于特定类别（早期国产和原苏联东欧设备）机组、坑口电站机组，可按低一档标准考核。3.6.1供电煤耗限额基础表2新建机组能耗限额准入值类别供电煤耗gce/kWh一般地区≤300坑口电站≤309注1：一般地区新建机组发电煤耗为286gce/kWh；坑口电站发电煤耗为295gce/kWh。3.6.2新建机组能耗限额准入值表3现有机组能耗限额先进值的基础值压力参数