第3章熱電廠的經濟性及供熱系統

熱電聯產節(jié)約能源的需要保護環(huán)境的需要第一頁，共六十九頁?；靖拍顭犭姀S：供熱、供電凝汽式電廠：供電分散式供熱：小鍋爐集中式供熱：熱電廠或者區(qū)域性大鍋爐房第二頁，共六十九頁。熱電發(fā)展速度過快，名為熱電，實為發(fā)電；配套熱網發(fā)展滯后，集中供熱無法同步實施；現有熱電廠凝結水回收少，水資源浪費嚴重；冬季環(huán)境效益明顯，夏季環(huán)境影響增大；熱電聯產存在的問題第三頁，共六十九頁。第三章

熱電廠的經濟性及其供熱系統1、熱負荷及其載熱質2、熱電聯合生產及熱電廠總熱耗量的分配3、熱電廠的主要熱經濟性指標與熱電聯產節(jié)約燃料的條件4、熱電廠的熱化系數與供熱式機組的選型5、熱電廠的供熱系統第四頁，共六十九頁。第一節(jié)熱負荷及其載熱質凝汽式發(fā)電廠：只發(fā)電熱電廠： 同時發(fā)電和供熱分散供熱： 小鍋爐供應集中供熱： 熱電廠或區(qū)域性大鍋爐房第五頁，共六十九頁。（一）熱負荷及其載熱質熱負荷：供暖、通風、空調、熱水、生產工藝用熱1、熱負荷分類

——季節(jié)性熱負荷：用熱量主要與氣候條件有關采暖、通風、空調特點：取決于室外溫度，年變化大，日變化小——非季節(jié)性熱負荷：用熱量與室外氣溫無關熱水供應、生產工藝用熱特點：年變化小，日變化大第六頁，共六十九頁。各類熱負荷特點類別特點生產熱負荷熱水供應負荷采暖及通風熱負荷用途用于加熱、干燥、蒸餾等工藝熱負荷；用作驅動汽錘、壓氣機、水泵等動力熱負荷。印染、漂洗等生產用熱水；城市公用設施及民用熱水生產、城市公用事業(yè)及民用的采暖及通風主要用戶石油、化工、輕紡、橡膠、冶金等生產及人民生活生產及人民生活負荷特性非季節(jié)性，晝夜變化大，全年變化小非季節(jié)性，晝夜變化大，全年變化小季節(jié)性，晝夜變化小，全年變化大介質及參數一般為0.15~0.6MPa飽和蒸汽，也有高于1.4~3.0MPa的蒸汽60℃~70℃熱水70℃~150℃或更高溫度的熱水或0.07~0.28MPa蒸汽工質損失率直接供汽：20%~100%間接供汽：0.5%~2%100%水網循環(huán)水量的0.5%~2%第七頁，共六十九頁。2、季節(jié)性熱負荷（1）供暖設計熱負荷——保持建筑物損失熱量與獲得熱量的平衡體積指標法：面積指標法：第八頁，共六十九頁。（2）通風設計熱負荷——加熱從室外進入的新鮮空氣所消耗的熱量體積熱指標法：百分數法：第九頁，共六十九頁。2全年性熱負荷（1）生活用熱設計熱負荷 熱水供應用熱其它生活用熱供暖期的熱水供應平均小時熱負荷：熱水送水溫度一般為60—65℃第十頁，共六十九頁。（2）生產工藝用熱設計熱負荷——滿足生產過程中的各種用熱其大小和變化規(guī)律完全取決于工藝性質、生產設備的形式及生產的工作制度低溫供熱：130—150℃中溫供熱：150—250℃高溫供熱：250—300℃第十一頁，共六十九頁。3熱負荷圖——反映熱負荷隨室外溫度或時間的變化（1）全日熱負荷圖

024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)住宅區(qū)典型熱水供應全日熱負荷圖

第十二頁，共六十九頁。年生產熱負荷曲線熱負荷月份12 34 56789101112第十三頁，共六十九頁。（2）熱負荷隨室外溫度變化圖4123Qh,GJ/hto,℃+50-5-10-15-201－供暖熱負荷；2－冬季通風熱負荷；3－熱水供應熱負荷；4－總熱負荷第十四頁，共六十九頁。4熱負荷持續(xù)時間圖——表示不同小時用熱量的持續(xù)性曲線季節(jié)性熱負荷持續(xù)時間圖——不同室外溫度持續(xù)時間確定的熱負荷變化規(guī)律第十五頁，共六十九頁。Qτ,hτ,ht0Qh=f(t0)t0=g(τ)季節(jié)性熱負荷持續(xù)時間圖繪制室外氣溫持續(xù)時間采暖熱負荷室外溫度-5-10a1a2采暖熱負荷持續(xù)時間第十六頁，共六十九頁。總熱負荷持續(xù)時間圖τ,hQQs-季節(jié)性Qns-非季節(jié)性全年8760h第十七頁，共六十九頁。（二）載熱質及其選擇供熱系統:——熱源、熱網、用戶引入口及局部用熱系統熱網:——將熱能由熱源通過管網輸送給熱用戶的系統第十八頁，共六十九頁。熱網分類按載熱質的回收情況分類：按載熱質分：水網和汽網供熱系統封閉室式系統半封閉式系統開放式系統第十九頁，共六十九頁。水網汽網供熱距離20~30km10km供熱汽輪機的經濟性熱化發(fā)電比高熱化發(fā)電比低補充水處理費用低高管網投資及運行費用高低第二十頁，共六十九頁。汽網的優(yōu)點要求蒸汽作工質的熱用戶；通用性好，可滿足各種用熱形式的需要；耗電少；因高度差形成的靜壓力很小，運行穩(wěn)定；蒸汽的傳熱系數高，可減少傳熱面積，降低換熱設備造價第二十一頁，共六十九頁。第二節(jié)熱電聯合生產及熱電廠總熱耗量的分配（一）熱電聯合生產熱電分產

——

只生產電能或熱能一種能量

分散供熱、分產電集中供熱、分產電第二十二頁，共六十九頁。熱電聯產

——

同時生產電能和熱能熱電聯產優(yōu)點：先發(fā)電，再供熱；發(fā)電和供熱兩種形式同時存在按質用能節(jié)約能源，環(huán)保有利第二十三頁，共六十九頁。BTG熱電聯產典型系統圖C型汽輪機B型、N型汽輪機N=NC+NhBGNCNhG第二十四頁，共六十九頁。供熱循環(huán)在理想工況和實際工況下的供熱循環(huán)的熱效率:

wah

q2ah

第二十五頁，共六十九頁。（二）熱電廠總熱耗能的分配熱電聯產總熱耗能的分配方法：熱量法（熱電聯產效益歸電）實際焓降法（熱電聯產效益歸熱）做功能力法（熱電聯產效益折中）第二十六頁，共六十九頁。1、熱量法

——將熱電廠的總熱耗量按產品數量比例進行分配熱電廠總熱耗量：分配給供熱的熱耗量：能量平衡式：汽輪機內效率：第二十七頁，共六十九頁。分析：從熱能數量利用的觀點來分配熱耗；沒有考慮熱能質量上的差別；供熱熱耗量Qtp(h)是幾種方法中最大的；好處歸電（發(fā)電部分沒有冷源熱損失）；不能調動改進熱功轉化過程的積極性；不利于鼓勵熱用戶降低用熱參數第二十八頁，共六十九頁。2、實際焓降法

——按聯產供熱汽流在汽輪機中少做的功（實際焓降不足）與新蒸汽實際的焓降來分配供熱的熱耗量分配給供熱的熱耗量：減溫減壓器的熱耗量：供熱總熱耗量：發(fā)電熱耗量：第二十九頁，共六十九頁。特點：考慮外供熱抽汽在汽輪機中做功的影響；考慮熱能質上的差別；供熱部分沒有分擔熱功轉換過程中的冷源損失和不可逆損失；供熱熱耗量Qtp(h)

最小，好處歸熱；可鼓勵熱用戶降低用熱參數第三十頁，共六十九頁。3、做功能力法

——把聯產汽流的熱耗量按蒸汽的最大做功能力在電、熱兩種產品之間分配分配給供熱的熱耗量：比火用：分析：同時考慮熱能的質量和數量；熱電聯產的熱經濟效益分配到熱電兩種產品上；供熱抽汽（排汽）溫度與環(huán)境溫度接近，分析結果與實際焓降法近似第三十一頁，共六十九頁。熱經濟性指標——表示設備或系統能量利用及能量轉換過程中的技術完善程度（一）熱電廠總的熱經濟性指標1、熱電廠的燃料利用系數ηtp

——熱電廠對外供電、熱之和與輸入能量之比第三節(jié)熱電廠的主要熱經濟性指標與熱電聯產節(jié)約燃料的條件

3600tphtpQQW+=h

數量利用指標估算燃料消耗量第三十二頁，共六十九頁。2、熱化發(fā)電率ω

——質量不等價的熱化發(fā)電量與熱化供熱量的比值熱化供熱量：熱化發(fā)電量：外部熱化發(fā)電量（供熱蒸汽）內部熱化發(fā)電量（加熱抽汽）第三十三頁，共六十九頁。第三十四頁，共六十九頁。分析：

—熱電聯產質的指標，比較供熱機組間熱功轉換過程技術完善的程度；—只與熱電聯產部分的熱、電有關；—只能比較抽汽參數相同的供熱機組間的熱經濟性第三十五頁，共六十九頁。（二）熱電廠的分項熱經濟性指標1、發(fā)電方面的熱經濟性指標熱電廠發(fā)電熱效率熱電廠發(fā)電熱耗率熱電廠發(fā)電標準煤耗率)()(3600etpeetpQP=h)()()(3600etpeetpetpPQqh==)()()(123.0etpesetpsetpPBbh==第三十六頁，共六十九頁。2、供熱方面的熱經濟性指標熱電廠供熱熱效率熱電廠供熱標準煤耗率)()()(按熱量法分配hspbhtphhtpQQhhhh==)(6)()(1.3410/htphshtpshtpQBbh==第三十七頁，共六十九頁。（三）熱電聯產較分產的燃料節(jié)約量1、比較基礎

（1）遵循能量供應相等原則，假定聯產與分產的熱負荷Q、電負荷Ｗ分別相等；（2）熱電分產的凝汽式機組（代替電站）的ηb、ηp、ηm和ηg與聯產發(fā)電相同；（3）聯產供熱的鍋爐效率遠高于分產供熱的小鍋爐效率

第三十八頁，共六十九頁。熱電聯產與分產的對比系統模型Bsdp=Bscp+Bsd

Bstp=Bstp(h)+Bstp(e)

熱電分產

熱電聯產

第三十九頁，共六十九頁。2、聯產較分產的節(jié)煤量在能量供應水平相等的前提下：熱電分產標煤量： Bsdp=Bscp+Bsd

熱電聯產標煤量： Bstp=Bstp(h)+Bstp(e)

差值為：△Bs=Bdps–Btps

=（Bcps–Btp（e）s）+（Bds–Btp（h）s）

=△Bes+△Bhs聯產發(fā)電節(jié)煤量聯產供熱節(jié)煤量第四十頁，共六十九頁。1、供熱方面的燃料節(jié)省分產供熱時的標準煤耗量聯產供熱時的標準煤耗量聯產供熱較分產供熱時節(jié)省的燃料量ΔBhs

第四十一頁，共六十九頁。分產供熱時的標準煤耗率聯產供熱時的標準煤耗率第四十二頁，共六十九頁。2、發(fā)電方面的燃料節(jié)省分產發(fā)電時的標準煤耗量聯產發(fā)電時的標準煤耗量(供熱汽流、凝汽流)聯產供熱較分產供熱發(fā)電時節(jié)省的燃料量ΔBes

第四十三頁，共六十九頁。熱化發(fā)電比——熱化發(fā)電量占整個機組發(fā)電量的比值聯產全年節(jié)省的燃料量ΔBs

第四十四頁，共六十九頁。（三）熱電聯產節(jié)省燃料的條件1、聯產供熱節(jié)省燃料的條件第四十五頁，共六十九頁。2、聯產供電節(jié)省燃料的條件第四十六頁，共六十九頁。3、生產相同電量W和熱量Qh時

——聯產與熱電分產的總燃料消耗量之比值熱電聯產節(jié)省的標準煤耗量達25%—75%第四十七頁，共六十九頁。第四節(jié)熱電廠的熱化系數與供熱式機組的選型（一）熱化系數αtp——供熱機組最大供熱能力與熱網最大熱負荷之比小時熱化系數αtp：年熱化系數αtpa：第四十八頁，共六十九頁。1、熱化系數的定性分析（1）αtp=1

滿足最大熱負荷的需要，不需設置分產供熱設備；大部分時間熱負荷都小于最大熱負荷，因而供熱機組的熱化發(fā)電量Wh↓，熱化發(fā)電比↓；凝汽流發(fā)電量Wc↑，這部分發(fā)電耗煤↑（其熱經濟性小于代替電站）；非采暖期只剩下很少的熱水熱負荷結論：

αtp=1不可取第四十九頁，共六十九頁。（2）αtp<1（不是太?。?/p>

供熱機組的最大供熱量比最大熱負荷小，需設置分產供熱設備、代替電站的凝汽式機組；不足的熱負荷ΔQh： 分產設備供應同樣熱負荷比供熱機組要多耗燃料；不足的發(fā)電量（供熱汽流ΔWh+凝汽汽流ΔWc）： 代替電站發(fā)ΔWh電比供熱機組供熱汽流發(fā)多耗煤，代替電站發(fā)ΔWc電比供熱機組凝汽汽流少耗煤；對整個地區(qū)能量供應系統而言是節(jié)省燃料的

結論：

αtp<1可取第五十頁，共六十九頁。（3）αtp<<1絕大多數熱負荷不是靠供熱機組的熱化供熱，而是由分產供熱設備來提供，此時多耗標煤；類似αtp<1時的分析，多耗標煤結論：沒有節(jié)煤反而多耗煤，不合理

第五十一頁，共六十九頁。熱化系數αtp應用背景:已建成投運的熱電廠： 提高αtp，供熱機組熱化發(fā)電量Wh愈大，熱化發(fā)電比X愈大，節(jié)省燃料量愈多，經濟性愈好新建的熱電廠：

αtp的選擇與供熱機組、供熱系統、代替凝汽式機組的熱經濟性及其投資有關熱化系數αtp選擇:工業(yè)熱負荷=0.6～0.75采暖熱負荷=0.50～0.55第五十二頁，共六十九頁。1、供熱機組的機型選擇機型及其特點

背壓式抽汽式凝汽-采暖式（二）供熱機組的選擇純背壓式（B）抽汽背壓式（CB）全年性負荷全年性負荷、季節(jié)性負荷季節(jié)性負荷第五十三頁，共六十九頁。背壓式機組第五十四頁，共六十九頁。凝汽-采暖式機組抽汽式機組第五十五頁，共六十九頁。2、供熱機組參數的選擇給水回熱加熱實質上是內部熱化，ηir=1；對高參數大容量供熱機組通常也采用蒸汽中間再過熱以進一步提高其熱經濟性；提高供熱機組的蒸汽初參數，可提高機組熱化發(fā)電比X；降低供熱抽汽參數，也可達到同樣的效果第五十六頁，共六十九頁?？偨Y1．根據電網容量、火電機組單機容量、全廠容量及參數的情況，供熱機組的選擇要“以熱定電”，盡可能采用較高的初參數和再熱循環(huán)，完善回熱系統；2．根據熱負荷的特性選擇供熱式機組，使機組盡可能在經濟的設計工況附近運行。機組最大供熱量應小于熱負荷最大值，即αtp<1；3．擴大城市熱化規(guī)模，改造淘汰小型鍋爐。第五十七頁，共六十九頁。第五節(jié)熱電廠的供熱系統（一）供熱系統分類分散供熱系統：熱源與熱用戶的用熱裝置直接結合，或者相距很近，無需熱網集中供熱系統組成：熱源、熱網、熱用戶熱源：熱電聯產裝置、城市鍋爐房、區(qū)域鍋爐房、 工業(yè)鍋爐等載熱質：熱水、蒸汽第五十八頁，共六十九頁。（二）蒸汽供熱系統及設備

1、直接供汽方式

第五十九頁，共六十九頁。2、間接供汽方式

第六十頁，共六十九頁。（三）熱水供熱系統及設備

高參數熱電廠熱網加熱器的原則性熱力系統1－基本熱網加熱器；2－尖峰加熱器；3－熱網水泵；4－熱網凝結水泵；5－尖峰熱水爐；6－循環(huán)水泵；7－凝汽器內熱網水加熱管束；8—疏水冷卻器第六十一頁，共六十九頁。供熱設備熱網加熱器：表面式換熱器（立式、臥式）

基本熱網加熱器（基載加熱器BH） 尖峰熱網加熱器（峰載加熱器PH）熱網水泵HP：熱水循環(huán)的動力源熱網加熱器凝結水泵HDP：回收熱網加熱器中凝結水熱網補充水泵HMP：補充熱網水損失尖峰鍋爐WB：熱化系數αtp<1時，在尖峰熱負荷期間 投入使用第六十二頁，共六十九頁。（四）供熱系統中的調峰設備

1、尖峰熱水鍋爐——將熱網水溫提高到熱網設計的供水溫度2、蒸汽蓄熱器——平衡短時尖峰負荷，進行供熱調節(jié)供熱調節(jié)質調節(jié)（調節(jié)供水溫度）輔助性調節(jié)（借助設備蓄熱能力）第六十三頁，共六十九頁。（1）蒸汽蓄熱器的原理和結構

變壓蓄熱器原理圖(a)變壓蓄熱器系統圖 (b)換流器工作示意圖

第六十四頁，共六十九頁。（2）蒸汽蓄熱器的連接方式

變壓蓄熱器的各種連接方案(a)、(b)飽和蒸汽來自同一汽源；(c)由過熱蒸