第4章 热电厂的经济性及其供热系统 热负荷及其载热质 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配 热电厂的主要热经济性指标与热电联产 节约燃料的条件 热电厂的热化系数与供热式机组的选型 热电厂的供热系统 4.1 热负荷及其载热质 凝汽式发电厂： 只发电 热电厂： 同时发电和供热 分散供热： 小锅炉供应 集中供热： 热电厂或区域性大锅炉房 4.1.1热负荷及其载热质 热负荷：供暖、通风、空调、热水、生产工艺用热 (1)热负荷分类 季节性热负荷：用热量主要与气候条件有 关 采暖、通风、空调 特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小 非季节性热负荷：用热量与室外气温无关 热水供应、生产工艺用热 特点：年变化小，日变化大 各类热负荷特点各类热负荷特点 类别 特点 生 产 热 负 荷热水供应负 荷采暖及通风热负 荷 用 途 用于加热、干燥、蒸馏等工 艺热负 荷；用作驱动 汽锤 、压气机、水泵等动力热 负荷。 印染、漂洗等生产 用热水；城市公用 设施及民用热水 生产、城市公用事业 及民用的采暖及通风 主要用户 石油、化工、轻纺 、橡胶、 冶金等 生产及人民生活生产及人民生活 负荷特性 非季节性，昼夜变化大，全 年变化小 非季节性，昼夜变 化大，全年变化小 季节性，昼夜变化小 ，全年变化大 介质及参数 一般为0.150.6MPa饱和蒸 汽，也有高于1.43.0MPa的 蒸汽 6070热水 70150或更高温 度的热水或 0.070.28MPa蒸汽 工质损 失率 直接供汽：20%100% 间接供汽：0.5%2% 100% 水网循环水量的 0.5%2% (2)季节性热负荷 供暖设计热负荷 保持建筑物损失热量与获得热量的平衡 体积指标法： 面积指标法： 通风设计热负荷 加热从室外进入的新鲜空气所消耗的热量 体积热指标法： 百分数法： 空调设计热负荷 冬季采暖 夏季制冷： （2） 全年性热负荷 生活用热设计热负荷 热水供应用热 其它生活用热 供暖期的热水供应平均小时热负荷： 热水送水温度一般为6065 生产工艺用热设计热负荷 满足生产过程中的各种用热 其大小和变化规律完全取决于工艺性质、生产设备 的形式及生产的工作制度 低温供热：130 150 中温供热：150 250 高温供热：250 300 （3） 热负荷图 反映热负荷随室外温度或时间的变化 热负荷时间图 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Qh(GJ/h) h Qt,max(GJ/h) 住宅区典型热水供应全日热负荷图 年生产热负荷曲线 热 负 荷 月份 1 23 45 6 7 8 9 10 11 12 热负荷随室外温度变化图 4 1 2 3 Qh,GJ/h to, +5 0 -5 -10 -15 -20 1供暖热负荷；2冬季通风热负荷； 3热水供应热负荷；4总热负荷 热负荷持续时间图 表示不同小时用热量的持续性曲线 季节性热负荷持续时间图 不同室外温度持续时间确定的热负荷 变化规律 Q ,h ,h t0 Qh=f(t0) t0=g() 季节性热负荷持续时间图绘制 室外气温 持续时间 采暖热负荷 室外温度 -5 -10 a1 a2 采暖热负荷 持续时间 总热负荷持续时间图 ,h Q Qs-季节性 Qns-非季节性 全年8760h 4.1.2 载热质及其选择 供热系统: 热源、热网、用户引入口及局部用热系统 热网: 将热能由热源通过管网输送给热用户的系统 热网分类 按载热质的回收情况分类： 按载热质分：水网和汽网 供热系统 封闭室式系统半封闭式系统开放式系统 水网汽网 供热距离2030km10km 供热汽轮机的经济性 热化发电比高热化发电比低 补充水处理费用低高 管网投资及运行费用 高低 水网的特点水网的特点 l 供热距离远； l 水网是利用供热式汽轮机的调节抽汽，在面式热网加 热器中凝结放热，将网水加热并作为载热质通过水网 对外供热，该加热蒸汽被凝结成的水可全部收回热电 厂，即回水率 = 100%； l 水网设计供水温度130150，可用供热汽轮机的低压 抽汽作加热蒸汽，使热化发电比加大，提高其热经济 性； l 可在热电厂内通过改变网水温度进行集中供热调节， 而且水网蓄热能力大，热负荷变化大时仍稳定运行， 水温变化缓和。 汽网的优点 要求蒸汽作工质的热用户； 通用性好，可满足各种用热形式的需要； 耗电少； 因高度差形成的静压力很小，运行稳定； 蒸汽的传热系数高，可减少传热面积，降低换 热设备造价 4.2 热电联合生产及热电厂总热耗量的分配 4.2.1 热电联合生产 热电分产 只生产电能或热能一种能量 分散供热、分产电集中供热、分产电 热电联产 同时生产电能和热能 热电联产优点： 先发电，再供热； 发电和供热两种形式同时存在 按质用能 节约能源，环保有利 B T G 热电联产典型系统图 C型汽轮机B型、N型汽轮机 N=NC+Nh B G NC Nh G 供热循环在理想工况 和实际工况下的供热 循环的热效率: wah q2ah 4.2.2 热电厂总热耗能的分配 热电联产总热耗能的分配方法： 热量法（热电联产效益归电） 实际焓降法（热电联产效益归热） 做功能力法（热电联产效益折中） （1）热量法 将热电厂的总热耗量按产品数量比例进行分配 热电厂总热耗量： 分配给供热的热耗量： 能量平衡式： 汽轮机内效率： 分析： 从热能数量利用的观点来分配热耗； 没有考虑热能质量上的差别； 供热热耗量Qtp(h)是几种方法中最大的； 好处归电（发电部分没有冷源热损失）； 不能调动改进热功转化过程的积极性； 不利于鼓励热用户降低用热参数 （2）实际焓降法 按联产供热汽流在汽轮机中少做的功（实际 焓降不足）与新蒸汽实际的焓降来分配供热的热耗量 分配给供热的热耗量： 减温减压器的热耗量： 供热总热耗量： 发电热耗量： 特点： 考虑外供热抽汽在汽轮机中做功的影响； 考虑热能质上的差别； 供热部分没有分担热功转换过程中的冷源损失 和不可逆损失； 供热热耗量Qtp(h) 最小，好处归热； 可鼓励热用户降低用热参数 （3）做功能力法 把联产汽流的热耗量按蒸汽的最大做功能力在电、热 两种产品之间分配 分配给供热的热耗量： 比火用： 分析： 同时考虑热能的质量和数量； 热电联产的热经济效益分配到热电两种产品上； 供热抽汽（排汽）温度与环境温度接近，分析结果与实际 焓降法近似 B T G 热电联产典型系统图 C型汽轮机B型、N型汽轮机 N=NC+Nh B G NC Nh G 4.3 热电厂的主要热经济性指标 与热电联产节约燃料的条件 热电分产 只生产电能或热能一种能量 分散供热、分产电集中供热、分产电 4.3.1 热电厂的分项热经济性指标 （1）发电方面的热经济性指标 热电厂发电热效率 热电厂发电热耗率 热电厂发电标准煤耗率 )( )( 3600 etp e etp Q P =h )( )( )( 3600 etpe etp etp P Q q h = )( )( )( 123. 0 etpe s etp s etp P B b h = 热经济性指标表示设备或系统能量利用及能量转换过 程中的技术完善程度 （2）供热方面的热经济性指标 热电厂供热热效率 热电厂供热标准煤耗率 )( )( )( 按热量法分配 hspb htp h htp Q Q hhhh= )( 6 )( )( 1 .34 10/htp h s htp s htp Q B b h = 4.3.2 热电厂总的热经济性指标 （1）热电厂的燃料利用系数tp 热电厂对外供电、热之和与输入能量之比 3600 tp h tp Q QW+ =h 数量利用指标 估算燃料消耗量 （2）热化发电率 质量不等价的热化发电量与热化供热量的比值 热化供热量： 热化发电量： 外部热化发电量 （供热蒸汽） 内部热化发电量 （加热抽汽） 分析： 热电联产质的指标，比较供热机组热功转换 过程技术完善的程度； 只与热电联产部分的热、电有关； 只能比较抽汽参数相同的供热机组间的热经 济性 （3）发电厂的热比 表明本机组热电联产利用程度 4.3.3 热电联产较分产的燃料节约量 （1）比较基础 遵循能量供应相等原则，假定联产与分产的热 负荷Q 、电负荷分别相等； 热电分产的凝汽式机组（代替电站）的b、 p、m和g与联产发电相同； 联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉 效率 热电联产与分产的对比系统模型 Bsdp = Bscp+Bsd Bstp = Bstp(h)+Bstp(e) 热电分产 热电联产 （2）联产较分产的节煤量 在能量供应水平相等的前提下： 热电分产标煤量：Bsdp = Bscp+Bsd 热电联产标煤量： Bstp = Bstp(h)+Bstp(e) 差值为： Bs = Bdps Btps =（Bcps Btp（e）s）+（Bds Btp（h）s） =Bes +Bhs 联产发电节煤量 联产供热节煤量 供热方面的燃料节省 分产供热时的标准煤耗量 联产供热时的标准煤耗量 联产供热较分产供热时节省的燃料量Bhs 分产供热时的标准煤耗率 联产供热时的标准煤耗率 发电方面的燃料节省 分产发电时的标准煤耗量 联产发电时的标准煤耗量(供热汽流、凝汽流) 联产供热较分产供热发电时节省的燃料量Bes 热化发电比热化发电量占整个机组发电量的比值 联产全年节省的燃料量Bs (1) (1) 联产发电节煤的条件联产发电节煤的条件 a. a.单抽凝汽式机组的节煤条件单抽凝汽式机组的节煤条件 Wc=WWh 代入 单抽凝汽式机组与代替电站的凝汽式机组相比，就蒸汽初参数而言 ，同档次时Xc 13%15%；低一档时Xc 40%；低两档时 Xc 50%。 （3）联产比分产节煤的条件 b. b.背压式机组的节煤条件背压式机组的节煤条件 背压式机组以供热量 Qh 单值地决定了其热化发电量 Wh ，根据 能量供应相等的原则，其不足的发电量 (WWh) 要由电力系统来补 偿 Wcs ，该补偿发电量的煤耗率应以电网中火电机组的平均标准煤 耗率 计。 同理，背压式机组的节煤条件式为 将 Wcs=WWh 关系代入上式，并整理为 c. c.凝汽凝汽- -采暖两用机的节煤条件采暖两用机的节煤条件 两用机在采暖期要抽汽对外供热而少发的电，由电力系统补偿，其煤耗 率也以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。 两用机的产电节煤条件式为： 将 Wc=WWhWcs 关系式代入并整理为： 两用机产电的临界热化发电比 XN(c) 为： （2）联产供热节省燃料的条件 4.4 热电厂的热化系数与供热式机组的选型 4.4.1 热化系数tp 供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比 小时热时热 化系数tp： 年热热化系数tpa： 热化系数tp应用背景: 已建成投运的热电厂： 提高tp，供热机组热化发电量Wh愈大，热化 发电比X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好 新建的热电厂： tp的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽 式机组的热经济性及其投资有关 热化系数tp选择: 工业热负荷：0.60.75 采暖热负荷：0.500.55 背压式机组 4.4.2供热机组的选择 （1）供热机组的机型选择 机型及其特点 凝汽-采暖式机组 抽汽式机组 背压式 抽汽式 凝汽-采暖式 纯背压式（B） 抽汽背压式（CB） 全年性负荷 全年性负荷 、 季节性负荷 季节性负荷 （2）供热机组单位容量的选择 （2）供热机组初参数的