第一节第一节 热力发电厂热经济性的评价方法热力发电厂热经济性的评价方法v一、评价热力发电厂热经济性的主要方法一、评价热力发电厂热经济性的主要方法v二、热量法二、热量法v三、熵方法三、熵方法v四、火用方法四、火用方法v要求熟念掌握热量法用于电厂热经济性定量计算方要求熟念掌握热量法用于电厂热经济性定量计算方法。法。v要求深刻理解燃料化学能的要求深刻理解燃料化学能的做功能力做功能力在火电厂中被在火电厂中被利用的程度，灵活应用它们来评价电厂的热经济性。利用的程度，灵活应用它们来评价电厂的热经济性。一、评价热力发电厂热经济性的主要方法一、评价热力发电厂热经济性的主要方法v热量法是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，一般用于电厂热经济性定量分析。v熵方法、火用方法是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，一般用于电厂热经济性定性分析。v两种不同的观点：能量的数量利用和能量的质量利用热量法（热效率法）：以热力学第一定律为基础；做功能力法（或称火用方法）与熵方法：以热力学第一、二定律为基础。v（一）热量法（一）热量法v热量法进行热经济性分析时是通过热量的利用程度（如热效率）或损失大小（如热量损失、热量损失率）来评价电厂和热力设备的热经济性的。v在热量转换及传递过程中，热平衡式为：供给热量=有效利用热量+损失热量1热效率（热量利用率）热效率（热量利用率）v图11凝汽式发电厂热力系统图v（一）锅炉设备的损失与锅炉效率（一）锅炉设备的损失与锅炉效率v锅炉设备中的热损失主要包括有排烟热损失，散热损失，未完全燃烧热损失，排污热损失等。其中排烟热损失占总损失的40%50%。v锅炉效率b表示锅炉设备的热负荷与输入燃料的热量之比。其表达式为v v锅炉热损失率为v v（二）管道热损失与管道效率（二）管道热损失与管道效率v在工质流过主蒸汽管道时，会有一部分热损失。管道效率用汽轮机的热耗量Q0与锅炉设备热负荷Qb之比（主蒸汽管道出、进口热量之比）表示，其表达式为v v管道热损失率v v（三）汽轮机的冷源损失与汽轮机绝对内效率（三）汽轮机的冷源损失与汽轮机绝对内效率v汽轮机的绝对内效率汽轮机的绝对内效率i表示汽轮机实际内功率与汽表示汽轮机实际内功率与汽轮机热耗量之比（即单位时间所做的实际内功与耗轮机热耗量之比（即单位时间所做的实际内功与耗用的热量之比），其表达式为用的热量之比），其表达式为v汽轮机冷源热损失率汽轮机冷源热损失率v以图以图1-1为例，以汽轮机的汽水参数所表示的为例，以汽轮机的汽水参数所表示的Q0、Wi、q0、wi及及i如下所述。如下所述。v1. 汽轮机汽耗为汽轮机汽耗为D0时的实际内功时的实际内功v汽轮机实际做功汽轮机实际做功 Wi有三种表示法：有三种表示法：v（1） Wi以汽轮机凝汽流和各级回热汽流的内功之以汽轮机凝汽流和各级回热汽流的内功之和表示，则实际内功为和表示，则实际内功为v（2）Wi以输入、输出汽轮机的能量之差来表示，以输入、输出汽轮机的能量之差来表示，则实际内功为则实际内功为v其中其中v汽轮机组的实际比内功表达式为：汽轮机组的实际比内功表达式为：v（3）用反平衡法求Wi、wi v2. 汽轮机汽耗为汽轮机汽耗为D0kg时机组热耗（循环吸热量）时机组热耗（循环吸热量）v1kg新蒸汽的热耗（比热耗）v3. 凝汽式汽轮机的绝对内效率凝汽式汽轮机的绝对内效率i v用比内功和比热量来表示用比内功和比热量来表示v(四）汽轮机的机械损失四）汽轮机的机械损失 Qm及机械效率及机械效率mv汽轮机输出给发电机轴端的功率与汽轮机内功率之比称之为机械效率m，其表达式为v汽轮机机械热损失率为v（五）发电机的能量损失及发电机效率（五）发电机的能量损失及发电机效率v发电机的输出功率发电机的输出功率Pe与轴端输入功率与轴端输入功率Pax之比称之为之比称之为发电机效率发电机效率g，其表达式为，其表达式为v发电机能量损失率为发电机能量损失率为v（六）全厂总能量损失及总效率（六）全厂总能量损失及总效率v对整个发电厂的生产过程而言，将上述各项损失综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，得出凝汽式发电厂的总效率合考虑以后，得出凝汽式发电厂的总效率cp的表达的表达式为式为v全厂总效率也表示发电厂输出的有效能量（电能）全厂总效率也表示发电厂输出的有效能量（电能）与输入总能量（燃料的化学能）之比，其表达式为与输入总能量（燃料的化学能）之比，其表达式为v发电厂总能量损失率为发电厂总能量损失率为v v 图1-2凝汽式电厂能量转换过程的热量利用和热量损失v三、熵方法三、熵方法v熵方法以热力学第二定律为理论基础，着重研究各熵方法以热力学第二定律为理论基础，着重研究各种动力过程中做功能力的变化。实际的动力过程都种动力过程中做功能力的变化。实际的动力过程都是不可逆过程，必然引起系统的熵增（熵产），引是不可逆过程，必然引起系统的熵增（熵产），引起做功能力的损失。熵产的大小表征热力过程不可起做功能力的损失。熵产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，并以此作逆性的大小，可用来确定做功能力损失，并以此作为评价电厂热力设备热经济性的指标。为评价电厂热力设备热经济性的指标。v在温度为在温度为T en的环境里，某一热力过程或设备中的的环境里，某一热力过程或设备中的熵产熵产s引起的做功能力损失引起的做功能力损失v考虑能量转换过程中所有的不可逆过程考虑能量转换过程中所有的不可逆过程 后，火电厂后，火电厂总的做功能力损失总的做功能力损失v(一）典型不可逆过程的做功能力损失一）典型不可逆过程的做功能力损失v1. 有温差换热过程的做功能力损失。有温差换热过程的做功能力损失。v结论：结论：T越大越大 I 越大；越大；vdq越大越大 I 也越大；也越大；v 越高越高 I 越小。越小。图1-3有温差换热过程的T-S图v2. 工质节流过程的做功能力损失工质节流过程的做功能力损失v热力学第一定律可表示为热力学第一定律可表示为v节流前后工质焓不变节流前后工质焓不变 ，则，则v节流过程的熵产节流过程的熵产Spv做功能力损失做功能力损失 图14工质绝热节流过程Ts图v3. 工质膨胀做功（或工质膨胀做功（或压缩）过程的做功能压缩）过程的做功能力损失。力损失。v蒸汽在汽轮机中不可蒸汽在汽轮机中不可逆热膨胀，水在水泵逆热膨胀，水在水泵中被不可逆绝热压缩中被不可逆绝热压缩等都属于有摩阻的绝等都属于有摩阻的绝热过程，膨胀时其做热过程，膨胀时其做功能力损失功能力损失 图15工质膨胀做功过程Ts图(二）凝汽式发电厂各种损失及全厂总效率cpv1. 锅炉的做功能力损失锅炉的做功能力损失v锅炉设备的做功能力损失由三部分组成：（锅炉设备的做功能力损失由三部分组成：（1）锅）锅炉的散热引起的做功能力损失炉的散热引起的做功能力损失 ，见图，见图1-6中面积中面积6-7-3-6-6面积；（面积；（2）化学能转变为热能引起的）化学能转变为热能引起的做功能力损失做功能力损失 ,见图见图1-6中中3-8-8-3-3的面积；的面积；（3）工质温差传热引起的做功能力损失）工质温差传热引起的做功能力损失 ,见图见图1-6中中8-O- O-8-8。图纯凝汽式发电厂热力系统图图纯凝汽式发电厂做功能力损失分布图v（1） 锅炉的散热损失锅炉的散热损失qv锅炉散热引起的做功能力损失锅炉散热引起的做功能力损失v（2） 化学能转变为热能引起的熵产化学能转变为热能引起的熵产v化学能转变为热能引起的做功能力损失化学能转变为热能引起的做功能力损失v（3） 工质温差传热引起的熵产工质温差传热引起的熵产v工质温差传热引起的做功能力损失工质温差传热引起的做功能力损失v锅炉中总的做功能力损失为锅炉中总的做功能力损失为v2. 主蒸汽管道的做功能力损失主蒸汽管道的做功能力损失v蒸汽流过主蒸汽管道时，既有沿程压力损失，又有沿程散热损失，因压蒸汽流过主蒸汽管道时，既有沿程压力损失，又有沿程散热损失，因压损而引起的做功能力损失见图中面积损而引起的做功能力损失见图中面积0-1-1-0-0,其表达式为其表达式为v3. 汽轮机内部做功能力损失汽轮机内部做功能力损失v汽轮机中由于蒸汽膨胀过程有摩阻使熵增加而产生的做功能汽轮机中由于蒸汽膨胀过程有摩阻使熵增加而产生的做功能力损失见图中面积力损失见图中面积1-2-2-1-1，其表达式为：，其表达式为：v4. 凝汽器中的做功能力损失凝汽器中的做功能力损失v5. 汽轮机的机械磨擦损失产生的做功能力损失汽轮机的机械磨擦损失产生的做功能力损失v6. 发电机的做功能力损失发电机的做功能力损失 v7.凝汽式发电厂的做功能力损失及全厂效率凝汽式发电厂的做功能力损失及全厂效率v每生产每生产1kg蒸汽凝汽式发电厂做功能力损失蒸汽凝汽式发电厂做功能力损失全厂效率全厂效率图17凝汽式发电厂的能流图v四、火用方法四、火用方法v由火用平衡式可求得热力设备的火用损通式为由火用平衡式可求得热力设备的火用损通式为其中 实际电厂的总火用损为电厂生产1kg蒸汽所消耗燃料的火用值为：全厂火用效率v这三种热经济性分析法所计算出的全厂热效率是相这三种热经济性分析法所计算出的全厂热效率是相同的，但对损失的分布三种分析法得出的两种完全同的，但对损失的分布三种分析法得出的两种完全不同的结果。不同的结果。热量法热量法认为，发电厂中，凝汽器中的认为，发电厂中，凝汽器中的热损失最大，而锅炉的热损失却很小。热损失最大，而锅炉的热损失却很小。熵方法、火熵方法、火用方法用方法认为，发电厂中，锅炉的做功能力损失最大，认为，发电厂中，锅炉的做功能力损失最大，而凝汽器中做功能力损失却很小，因为锅炉的传热而凝汽器中做功能力损失却很小，因为锅炉的传热温差很大而引起的做功能力损失很大的缘故。凝汽温差很大而引起的做功能力损失很大的缘故。凝汽器中虽然热量损失大，但其品位很低，所以做功能器中虽然热量损失大，但其品位很低，所以做功能力损失很小。力损失很小。v热量法热量法只表明能量转换的结果，不能揭示能量损失只表明能量转换的结果，不能揭示能量损失的本质原因。的本质原因。熵方法或火用方法熵方法或火用方法不仅表明能量转换不仅表明能量转换的结果，并能揭示能量损失的部位、数量及其损失的结果，并能揭示能量损失的部位、数量及其损失的原因。热量法和熵方法的原因。热量法和熵方法 （火用方法）从不同的（火用方法）从不同的角度丰富了对同一事物不同侧面的认识。角度丰富了对同一事物不同侧面的认识。