第四章熱電廠的經濟性及供熱系統

第四章

熱電廠的經濟性及其供熱系統熱負荷及其載熱質熱電聯合生產及熱電廠總熱耗量的分配熱電廠的主要熱經濟性指標與熱電聯產節約燃料的條件熱電廠的熱化系數與供熱式機組的選型熱電廠的供熱系統熱電廠:熱電聯產凝汽式發電廠：只發電熱電廠： 同時發電和供熱分散供熱： 小鍋爐供應集中供熱： 熱電廠或區域性大鍋爐房（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4.1熱負荷及其載熱質2）季節性熱負荷（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：（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：（3）空調設計熱負荷空調冬季采暖熱負荷：空調夏季制冷熱負荷：3）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：生活熱水供熱溫度一般為60—65℃（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℃以下中溫供熱：130—250℃高溫供熱：250—300℃4）熱負荷圖——反映熱負荷隨室外溫度或時間的變化（1）全日熱負荷圖住宅區典型熱水供應全日熱負荷圖

024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)年生產熱負荷曲線熱負荷月份12 34 56789101112（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5）熱負荷持續時間圖——表示不同小時用熱量的持續性曲線季節性熱負荷持續時間圖——不同室外溫度持續時間確定的熱負荷變化規律Qτ,hτ,ht0Qh=f(t0)t0=g(τ)季節性熱負荷持續時間圖繪制室外氣溫持續時間采暖熱負荷室外溫度-5-10a1a2采暖熱負荷持續時間5總熱負荷持續時間圖τ,hQQs-季節性Qns-非季節性全年8760h（二）供熱載熱質及其選擇供熱系統:——由熱源、熱網、用戶引入口及局部用熱系統組成熱網:——將熱能由熱源通過管網輸送給熱用戶的管道及其設備系統載熱質:——用來傳送熱能的媒介物質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式系統半封閉式系統開放式系統水網汽網供熱距離10~30km10km供熱汽輪機的經濟性高低補充水處理費用低高管網投資及運行費用高低水網和汽網比較（P119~120）汽網的優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，運行穩定；蒸汽的傳熱系數高，可減少傳熱面積，降低換熱設備造價4.2熱電聯合生產及熱電廠總熱耗量的分配（一）熱電聯產熱電分產——只生產電能或熱能一種能量

分散供熱、分產電集中供熱、分產電熱電聯產——同時生產電能和熱能熱電聯產優點：先發電，再供熱；發電和供熱兩種形式同時存在按質用能節約能源，環保有利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供熱循環在理想工況和實際工況下的供熱循環的熱效率:wah

q2ah

4.2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）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：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（發電部分沒有冷源熱損失），發電效率總為1；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。按熱量法供熱節約燃料的條件：小鍋爐供熱效率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聯產供熱的熱耗量：減溫減壓器的供熱量：供熱總熱耗量：發電熱耗量：特點：考慮了供熱抽汽在汽輪機中做功的影響；考慮了熱能品質上的差別；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。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）溫度與環境溫度接近，分析結果與實際焓降法近似

（一）熱電廠的分項熱經濟性指標1、發電方面的熱經濟性指標熱電廠發電熱效率熱電廠發電熱耗率熱電廠發電標準煤耗率)()(3600etpeetpQP=h)()()(3600etpeetpetpPQqh==)()()(123.0etpesetpsetpPBbh==4.3熱電廠的主要熱經濟性指標與熱電聯產節約燃料的條件熱經濟性指標——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hspbhtphtpQQhhhh==，6，)(1.3410/htphshtpshtpQBbh==（二）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、熱之和與輸入燃料能量之比

3600tphtpQQW+=h

數量利用指標估算燃料消耗量2、熱化發電率ω

——質量不等價的熱化發電量與熱化供熱量的比值熱化供熱量：熱化發電量：外部熱化發電量（供熱蒸汽）內部熱化發電量（加熱抽汽）份額較小可忽略熱化發電率分析：

—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。（即熱化發電率不能作為熱電廠熱經濟性的單一指標）3、熱電廠的熱電比Rtp

——供熱機組熱化供熱量與發電量的比值由于熱電比只表明本機組熱電聯產的利用程度，所以其值不宜作為熱電機組之間的橫向比較，只能用它來衡量熱電機組本身的利用率或節能經濟效果。對熱電廠總指標的規定：P125（三）熱電聯產較分產的燃料節約量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

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

2、聯產較分產的節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=Bsdp–Bstp =（Bscp

–Bstp,e）+（Bsd

–Bstp,h）=△Bes+△Bhs聯產發電節煤量聯產供熱節煤量凝汽式機組分產鍋爐1、供熱方面的節省燃料量分產供熱時的標準煤耗量（小鍋爐）

聯產供熱時的標準煤耗量（凝汽式機組）聯產供熱較分產供熱時節省的燃料量ΔBhs

分產供熱時的標準煤耗率聯產供熱時的標準煤耗率2、發電方面的節省燃料量分產發電時的標準煤耗量（代替凝汽式機組）

聯產發電時的標準煤耗量(供熱汽流、凝汽流)聯產供熱較分產供熱發電時節省的燃料量ΔBes

熱化發電比——熱化發電量占整個機組發電量的比值聯產節省的燃料量ΔBs（三）熱電聯產節省燃料的條件1、聯產供熱節省燃料的條件2、聯產供電節省燃料的條件臨界熱化發電比式3-48推導（三）熱電聯產節省燃料的條件3、聯產供熱、電較分產熱、電節省燃料的條件 1） 2）聯產供電節煤聯產供熱節煤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省的標準煤耗量達25%—60%例題：4-1已知某熱電廠裝有C50-8.82／1.27型供熱機組，已知某工況運行數據為：h0=3475kJ/kg，s0=6.78kJ/(kgK)；hh=3024.1kJ/kg，sh=6.9645kJ/(kgK)，h’h=418.68kJ/kg；hc=2336.2kJ/kg，h’c=99.65kJ/kg；回水率100%，汽輪機發電機組機電效率mg＝0.96，鍋爐管道效率bp＝0.88，熱網效率hs＝0.98；汽輪機進汽量D0=370t/h，最小凝汽量Dc=18t/h，不考慮回熱、不計散熱損失，環境溫度Ten=273.15K。求該熱電廠的燃料利用系數tp、熱化發電率ω和發電、供熱的熱經濟指標。（三種熱量分配方法）例4-1求解過程解：1）求機組電功率Pe供熱抽汽量Dh

Dh=D0-Dc=…=352t/h由汽輪機功率方程式求電功率Pe2）求熱電廠的總熱耗量

3）計算tp和ω

對外供熱量Qh=Dh(hh-h’h)

=917.108GJ/h熱用戶得到的熱量Q=Qhhs=熱電廠燃料利用系數tp

熱化發電率4）熱電廠的分項熱經濟性指標按熱量法分配 Qtp(e)=Qtp-Qtp(h)發電方面熱經濟性指標。。。。供熱方面熱經濟性指標。。。。實際焓降法

Qtp(e)=Qtp-Qtp(h)=發電方面熱經濟性指標。。。。供熱方面熱經濟性指標。。。。做功能力法Qtp(e)=Qtp-Qtp(h)發電方面熱經濟性指標。。。。供熱方面熱經濟性指標。。。。例題：4-2熱電聯產方案以4-1機組的原始數據為準，其額定功率Pre=5104kW。分產時凝汽式機組發電選電網的主力機組的循環絕對內效率i＝0.4507，分產時供熱鍋爐管道效率b(d)p(d)＝0.80.98=0.784，機組全年運行小時數au=6000h，工業熱負荷年利用小時數hu=4000h。（1）與熱電分產相比，計算全年節省標準煤量。（2）若hu=2000h還能節煤嗎？若不能節煤，全年多耗多少標準煤？例4-2求解過程解:1)判斷熱電聯產能否節煤供熱機組凝汽發電時臨界熱化發電比為X

>[XC]說明熱電聯產可以節煤2)求熱電廠全年節約的標準煤量（1）全年供熱節約的標準煤耗量（2）聯產發電全年節約的標準煤耗量（3）非供熱期間，多耗標準煤耗量3)若hu=2000h，判斷熱電廠能否節能供熱汽流的電功率：熱化發電比X<[XC]說明熱電聯產發電方面不能節煤。（4）全年實際節約標準煤耗量若hu=2000h，X=0.2863（1）全年供熱節約的標準煤耗量（2）熱電聯產全年節約的標準煤耗量（3）全年實際節約標準煤耗量（負號“-”每年要多耗煤）4)供熱機組臨界年利用系數根據熱電聯產能否節煤的判別式4.4熱電廠的熱化系數與供熱式機組的選型（一）熱化系數αtp——供熱機組最大熱化供熱能量與熱網最大熱負荷之比小時熱化系數αtp：年熱化系數αtpa：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電量Wh↓，熱化發電比X↓

；凝汽流發電量Wc↑，這部分發電耗煤↑（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（2）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：沒有節煤反而多耗煤，不合理

（3）αtp<1（不是太小）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；不足的發電量（供熱汽流ΔWh+凝汽汽流ΔWc）：

代替電站發ΔWh電比供熱機組供熱汽流發多耗煤，代替電站發ΔWc電比供熱機組凝汽汽流少耗煤；對整個地區能量供應系統而言是節省燃料的

結論：

αtp

<1可取已建成投運的熱電廠： 提高αtp，供熱機組熱化發電量Wh愈大，熱化發電比X愈大，節省燃料量愈多，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:工業熱負荷=0.70～0.80采暖熱負荷=0.50～0.60熱化系數αtp應用背景:理想工程上一股0.5~0.71、供熱機組機型的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）穩定全年性負荷較穩定全年性負荷季節性負荷背壓式機組凝汽-采暖式機組抽汽式機組凝氣——采暖式機組相比抽汽式機組：設備利用率高非采暖季節具有較高的熱效率機組設計工作量小（與凝汽式機組基本相當）與凝汽式機組在電網中形成冬夏互補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，可提高機組熱化發電比X；降低供熱抽汽參數，也可達到同樣的效果供熱機組的選擇：總結1）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，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最大熱負荷，即αtp<1；3）擴大城市熱化供熱規模，改造淘汰小型鍋爐。4.5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、區域鍋爐房、 工業鍋爐等載熱質：熱水、蒸汽（二）蒸汽供熱系統及設備

1、直接供汽方式

2、間接供汽方式

（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－循環水泵；7－凝汽器內熱網水加熱管束；8—疏水冷卻器1、蒸汽系統

1－基本熱網加熱器；2－尖峰加熱器；3－疏水泵；4－疏水冷卻器；5－減溫減壓器2、循環水系統

3、疏水系統回收熱網加熱器的疏水。4、補充水系統系統投入前的系統補水和投入后的補充補水。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，在尖峰熱負荷期間 投入使用（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，進行供熱調節供熱調節質調節（流量不變，調節供水溫度）量調節（供水溫度不變，調節流量）質-量混合調節（兩者均可調）（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（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)由過熱蒸汽充汽；(d)、(e)由一個高壓汽源充汽，向一個低壓汽源放汽；(f)用于背壓機組（五）減溫減壓器1、減溫減壓器的作用及其熱力系統

——將較高參數的蒸汽降低到需要的壓力和溫度工作原理：通過節流降低壓力，通過噴水降低溫度組成：節流減壓閥、噴水減溫設備、壓力溫度自動 調節系統圖3-20減溫減壓器熱力系統圖1－減壓閥；2－節流孔板；3－混和管；4－噴嘴；5－給水分配閥；6－節流裝置；7－截止閥；8－逆止閥；9－主安全閥；10－脈沖安全閥；11－壓力表；12－溫度計；13－蒸汽管道；14－出口閥；15－疏水排出系統L1－減壓系統長度；L2－減溫系統長度；L3－安全裝置長度2、減溫減壓器的熱力計算目的：確定進入減溫減壓器的蒸汽流量D和噴水量Dw

熱平衡：物質平衡：本章小結：熱負荷及其載熱質熱電聯合生產及熱電廠總熱耗量的分配熱電廠的主要熱經濟性指標與熱電聯產節約燃料的條件熱電廠的熱化系數與供熱式機組的選型熱電廠的供熱系統作業4-1已知某熱電廠裝有C50-8.83／0.118型供熱機組，已知某工況運行數據為：h0=3475kJ/kg，s0=6.78kJ/(kgK)；hh