热电厂的热经济性及评价.

第四章热电厂的热经济性4.1热负荷及其载热质4.2热电联合生产及总热耗量的分配4.3热电厂主要热经济指标4.4热电厂的热化系数与供热机组选型4.1热负荷及其载热质4.1.1热负荷的分类和计算热负荷按其用途可分为采暖、通风、空调、生活热水和生产工艺等类型。热负荷按其随季节变化的规律可分为季节性热负荷与全年性（非季节性）热负荷两大类。采暖、通风、空调属于季节性热负荷，其与室外气温、湿度、风速和太阳辐射等气候参数关系密切。生活热水和生产工艺热负荷属于全年性热负荷，受气候参数影响较小。采暖、通风、空调和生活热水热负荷宜采用经过核实的建筑物设计热负荷。当没有建筑物设计热负荷资料时，可以采用下列方法计算。4.1.1.1采暖设计热负荷采暖热负荷指的是，在维持室内温度的条件下，用以补偿房屋向外散热损失的热量。采暖设计热负荷Qh（MW）指的是，当气温降低到采暖室外计算温度及以下时供给采暖建筑物的热量。采暖室外计算温度定义为“当地历年平均每年不保证5天的日平均气温”。在20年的统计期间，总共有100天的实际日平均气温低于采暖室外计算温度。AqQh6h10（4-1）其中，qh—采暖热指标（W/m2），可按表4-1取用；A—采暖建筑物的建筑面积（m2）。表4-1采暖热指标（W/m2）（适合于华北、东北和西北地区，已包含5%热网损失。）建筑物类型住宅居住区综合楼学校办公医院托幼旅馆商店食堂餐厅影剧院展览馆大礼堂体育馆尚未采取节能措施58～6460～6760～8065～8060～7065～80115～14095～115115～165已经采取节能措施40～4545～5550～7055～7050～6055～70100～13080～105100～1504.1.1.2通风设计热负荷加热送进室内新鲜空气而消耗的热量称为通风热负荷。其设计热负荷Qv（MW）为hvVQKQ（4-2）其中，Kv—建筑物通风热负荷系数，可取0.3～0.5。4.1.1.3空调设计热负荷1.空调冬季热负荷主要包括建筑维护结构散热的耗热量和加热新风耗热量。其设计热负荷Qa（MW）为AqQa6a10（4-3）其中，qa—空调热指标（W/m2），可按表4-2取用；A—空调建筑物的建筑面积（m2）。2.空调夏季制冷热负荷空调夏季制冷热负荷主要包括建筑维护结构传热、太阳辐射、人体散热、照明散热、电器散热等形成的制冷热负荷以及新风制冷热负荷。其设计热负荷Qc（MW）为COP10c6cAqQ（4-4）其中，qc—空调冷指标（W/m2），可按表4-2取用；A—空调建筑物的建筑面积（m2）；COP—吸收式制冷机的制冷系数，应取用吸收式制冷机的制造厂提供的数据，或者在0.7～1.2范围取用。表4-2空调热指标、冷指标（W/m2）（适合于华北、东北和西北地区）建筑物类型办公医院旅馆商店、展览馆影剧院体育馆热指标80～10090～12090～120100～120115～140130～190冷指标80～11070～10080～110125～180150～200140～2004.1.1.4生活热水设计热负荷1.生活热水平均热负荷生活热水热负荷指的是日常生活用热水的加热量，例如洗脸、洗澡、洗衣服、刷洗器皿等，需要将5～20℃的常温水加热到35～45℃使用。其平均热负荷Qwa（MW）为AqQw6wa10（4-5）其中，qw—生活热水热指标（W/m2），可按表4-3取用；A—居住区的建筑面积（m2）。2.生活热水最大热负荷Qwma（MW）其中，Kh—小时变化系数，可取2.5～3.5。wahwmaQKQ（4-6）表4-3生活热水日平均热指标（包括10%管网热损失）用水设备情况热指标（W/m2）住宅没有生活热水设备，只对公共建筑供热水2～3全部住宅有淋浴设备，并供给生活热水5～154.1.1.5生产工艺设计热负荷生产工艺热负荷指的是工业生产过程的加热、烘干、蒸煮、清洗等工艺或拖动机械动力设备（如汽锤、工业汽轮机、压气机）所需要的热量，用热设备种类繁多，用热方式多种多样，工作时间因生产工艺和企业管理制度而异，所以，不存在同一的、固定的数学计算公式。由于各个工厂或车间的最大生产工艺热负荷不可能同时出现，为了使供热系统的设计和运行更接近实际情况，集中供热系统热网的生产工艺设计热负荷Qw,max（MW）取为maxsh,shmaxw,QKQ（4-7）其中，Ksh—同时使用系数，可取0.6～0.9，当各热用户生产性质相同、生产负荷平稳且连续生产时间较长，同时使用系数取较高值，反之取较低值；∑Qsh,max—经核实的各工厂或车间的最大生产工艺热负荷之和，MW。4.1.2供热载热质及其选择在供热系统中，用来传送热能的媒介物质称为供热载热质。供热载热质有热水和蒸汽两种，相应的热网称为水网和汽网，两种热网的特点对比列于表4-4中。表4-4水网和汽网的比较载热质热水蒸汽供热适应性一般。高温供水温度可达250℃，可在热用户处设蒸汽发生器以满足蒸汽的使用。如需要更高的温度，难以满足要求。好。可适应于各类热负荷。供热距离长。一般10km，最远30km。每公里温度降低约1℃，热网热损失小。短。一般3～5km，最远10km。每公里温度降低较水网大，每公里压力降低0.10～0.12MPa，热网热损失大。热化发电量多。方便利用汽轮机的低压抽汽，还可以实现低真空供热和热网水的多级加热。少。为了满足热用户的压力和温度的要求，须要根据供热距离提高汽轮机的抽排汽压力。凝结水回水率高达100%。换热器一般安装在热电厂内，凝结水全部回收。很低，甚至回水率为零。加热过程产生的凝结水往往严重污染，并且分散不便于回收，从而造成耗水量增大，热电厂补充水量大，水处理系统投资和运行费用升高。供热质量供热速度慢；载热质密度大；蓄热能力强；可实施量调节方式、质调节方式和混合调节方式的实时切换；温度变化缓和，不会出现局部过热现象。供热速度快；载热质密度小；蓄热能力弱；只能进行量的调节；运行中可能出现局部过热现象；热网系统设计需要考虑管网的静压差。静压差很小。耗能情况耗电多。需要安装热网水循环泵和补充水泵。耗电较少，若不回收凝结水，则不直接耗电。表4-4水网和汽网的比较载热质热水蒸汽耗能情况耗电多。需要安装热网水循环泵和补充水泵。耗电较少，若不回收凝结水，则不直接耗电。用热设备投资多。需要安装汽水换热器、热网水循环泵和补充水泵。少。不需要安装水循环泵，且蒸汽的传热系数比水大，故用户处的用热设备换热面积小。供热效率总效率约90%，管道热效率95%，热水渗漏占2～3%。总效率约60%，管道热效率92～95%，蒸汽渗漏占3%，凝结水损失50～100%。供热管网使用寿命长。理论使用寿命20～30年。短。一般5年，因为疏水器往往接通大气，腐蚀严重。管网维修管理工作量较少。较多。疏水器为运动部件，磨损较严重。综上分析，供热载热质的选择较为复杂，应该在满足供热的前提下，根据热电厂、热网和热用户的投资、运行方式，进行具体技术经济分析确定。一般，采暖、通风、热水负荷广泛以水为载热质。生产工艺热负荷一般用蒸汽作为载热质，也可以用高温热水作为载热质，到达热用户再采用蒸汽发生器产生蒸汽。水网的热损失比汽网少，汽轮机的热化效果好，凝结水回收率高，供热距离远，且更环保，故常常考虑尽量采用热水供热。4.2热电联合生产及总热耗量的分配4.2.1热电联合生产蒸汽动力循环装置即使采用了高参数蒸汽、回热和再热等措施，热效率仍很少超过45%，也就是说，燃料燃烧释放出的热能中有大部分能量没有得到充分利用，约60%左右散发到环境中，其中通过凝汽器冷却水带走而排放到大气中的能量约占总能量的50%。同一股蒸汽汽流（简称为热电联产汽流）先发电后供热的能量生产方式称为热电联产，这种既发电又供热的发电厂称为热电厂，其热力循环称之为供热循环，以热电联产方式集中供热称为热化。从工程热力学基本原理讲，热电联产的一个基本特征是，热用户是热功转换的冷源。4.2.1.1热电分别能量生产与热电联合能量生产的特点热能和电能的生产分单一能量生产和联合能量生产两种形式，即热电分产和热电联产。热力设备只用来供应单一能量（热能或电能）的方式称为热电分产，如供热锅炉房只供应热能（蒸汽和热水），凝汽式发电厂只供应电能，如图4-1（a）所示；又如凝汽式发电厂在供应电能的同时，由锅炉产生的蒸汽经减温减压后直接向热用户供应蒸汽，虽然也同时供应两种能量，但仍属热电分产，见图4-1（b）所示。热电厂的常见生产方式有：背压式汽轮机、调节抽汽式汽轮机、背压式汽轮机加凝汽式汽轮机三种，其原则性热力系统图分别为图4-2（a）、（b）和（c）。其共同点是，都要采用减温减压装置作为尖峰热负荷期使用，及对汽轮机供热的备用。可见，在热电厂里，既有热电联产生产方式，又有热电分产生产方式。排汽压力高于大气压的汽轮机称为背压式汽轮机，如图4-2（a）所示。这种系统没有凝汽器，蒸汽在汽轮机内做功后具有一定压力，通过管路送给热用户使用，无冷源热损失（实质上，热用户就是热功转换的冷源），热经济性最高，而且结构简单，投资少；其缺点是：发电和供热相互制约，难以同时满足用户对于电、热负荷两种能量的需要；其机组适应性差，在热负荷变化时，机组的电功率变化剧烈，相对内效率也会显著降低。蒸汽在调节抽汽式汽轮机中膨胀至一定压力时，被抽出一部分送给热用户，其余蒸汽则经过调节装置继续在汽轮机内做功，乏汽送往凝汽器。这种循环能自动调节热、电出力，保证供汽量和供汽参数，从而可以在满足热用户要求的同时参加电负荷调峰，如图4-2（b）所示。抽汽式汽轮机因同时存在凝汽发电和热化发电，故整个机组的热经济性介于凝汽式机组与背压式机组之间，主要取决于热化发电所占比例的大小；且调节抽汽的回转隔板增加了节流损失，使机组的相对内效率比纯凝汽式机组的低。4.2.1.2热电联产的热量法定性分析下面对具有相同初参数的纯凝汽式机组和背压式机组的理想循环进行定性分析。如图4-3（a）所示，理想朗肯循环的效率和实际朗肯循环效率的表达式分别为a0cacacact0000c11wqqqhhqqqhhi0cccci0000c11wqqqhhqqqhh（4-8）（4-9）如图4-3（b）所示的供热循环，即背压式汽轮机组的循环，其理想的热效率与实际热效率的表达式分别为：1)()(h0hhaha00haathhhhhhhqqw0hhhahahihih00h1hhhhhhwqqhh（4-10）（4-11）热电厂的节煤量是指在能量（热负荷Q，电负荷W）供应相等的原则下，热电厂与热电分产方式相比节省的燃料量。图4-4（a）、（b）为热电厂及热电分产的热力系统图。热电分产时，电能由电力系统中的凝汽式发电厂（称代替凝汽式机组）生产，热能由分散的小锅炉供应。sssssssscpdtpcptp,edtp,hssehBBBBBBBBBB（4-12）scpcpbpimg0.1230.123BWW（4-13）shhsdb,dp,db,dp,d2930829308QQB（4-14）shcbpmgii,cihshb,dp,dbp0.1231111129308BWWQ（4-17a）式（4-17a）等号右边第一项为热电厂发电较分产发电的节煤量，第二项为热电厂供热较分产供热的节煤量。就供热节煤而言，只要保持bphsb,dp,d（4-18）供热方面就能节省燃料。4.2.3热电厂总热耗量的分配分产的发电和供热是各自独立的，因此其发电及供热所消耗的热量（或耗煤量）是明确的。对联产而言，同一股联产汽流既发电又供热，只能对热电厂总热耗量（或耗煤量）在两种能量产品之间进行合理分配，才能确定电能和热能的生产成本及其相关的热经济指标。tpQbp0D0hcDchhhh,tDchfwhhs