![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
热电厂热力过程及效率分析.doc
《热电厂热力过程及效率分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热电厂热力过程及效率分析.doc(21页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、热电厂热力过程及效率分析第一部分:热力学基础热电厂是以蒸汽为工质的一个热力系统,因此,对热电厂的分析必须建立在热力学定律及理想热力循环的基础上。一、热力学的基本概念:1热力系:在分析热力过程或现象时,常从若干物体中取出需要研究的对象,这被取出的研究对象称为热力系。热力系可以是元件或设备,也可以是系统或空间。在同一个大的热力系统中,因研究问题的不同所选择的热力系也不同。以热电厂为例,可以把锅炉、汽轮机或单独一部分蒸汽管道作为一个热力系研究锅炉运行、汽轮机运行或管道损失问题,也可以把锅炉、管道及汽轮机共同作为一个热力系研究发电供汽过程存在的问题。外界:热力系以外的物质世界统称为外界或环境;边界:热
2、力系与外界的分界面称为边界;因此热力系即为由界面包围的作为研究对象的物体的总和。按热力系与外界进行物质、能量交换的情况不同,热力系主要有:闭口系:热力系与外界无物质交换;开口系:热力系与外界之间有物资交换,或者说有物质穿过边界。按热力系绝热系:热力系与外界无热量交换;孤立系:热力系与外界既无能量交换又无物质交换;2.热力过程与热力循环:2.1概念:热力系状态连续变化的过程称为热力过程。热力系统从一个初态出发经历一系列状态变化后又回到初始状态封闭的热力过程,称为热力循环。2.2工程中常见的两类热力循环:P 热能动力和制冷装置 热机的经济性用热效率衡量,等于净功与向循环输入11 2 2的热量比,=
3、W/Q43 T0 热力循环 热机低温热源高温热源热机 低温热源 高温热源 Q1Q1WWQ2Q2热能动力装置 制冷装置二、热力学第一定律:1.第一定律的实质:热力学第一定律是能量守恒与能量转换定律在热力学中的具体体现。热力学第一定律:在任何发生能量传递和转换的热力过程中,传递和转换的能量的总量保持恒定不变。“永动机是不可能制造成功的”。2.热力过程的两种能量传递方式:热力系与外界传递能量的方式有两种:作功和传热。2.1功:力学中功的定义为物体所受的力与沿力的方向所产生的位移之积。W=F.dx在热力学中功的定义为:功是物系间相互作用而传递的能量,当系统完成作功时,其对外界的作用可用在外界举起重物的
4、单一效果来代替。热力系对外作功符号为正,外界对热力系作功符号为负。在工程中,热与功的相互转换常常是通过气体的体积变化(膨胀或压缩)来实现的。2.2热:热是系统与外界交换能量地另一种形式,它是与物质内部分子运动有关的能量,当热力系与外界间温度不等而发生接触时,彼此将进行能量交换。热力系与外界之间依靠温差传递的能量称为热。热力系吸热时符号为正,放热时为负。Q=m.c.dT热与功是物系在与外界相互作用的过程中传递的能量,传热和作功是热力系与外界传递能量的两种方式,它们是过程量而不是状态量,因此不能说“物体具有多少热量”和“物体具有多少功量”。3.热力学第一定律表达式:3.1基本表达式: 根据能量守恒
5、定律,对于闭系能量守恒方程式:Q=U+W Q=dU +W式中:U为物质的内能,是以一定方式储存于热力系内部的能量,是热力系的状态函数。在闭系中,不存在与外界的物质交换,只存在能量交换,只涉及内能、热、功的相互转换,不牵涉任何其它形式能的转换,上述方程的惟一依据是能量守恒定律,因而适用于闭系内进行的一切热力过程。3.2稳定流动能量方程式:稳定流动:工程中常遇到工质流过热力设备时,工质不但与外界有能量传递与转换,而且有质量交换,即有工质流进流出,如汽轮机,是开口系。在流动过程中,开口系内部及其边界上各点,工质的热力参数及运动参数都不随时间而变,这种流动过程称为稳定流动过程。稳定流动的条件:单位时间
6、进入和流出热力系的工质质量相等,并等于常数;单位时间加入热力系的净热及热力系输出的净功不随时间而变;1Wnet2p1 v1 T1p2 v2 T2 u1 c1 z1u2 c2 z221Q稳定流动能量方程式:因为存在工质的进出及能量的转化,因此在研究稳定流动过程时,应以能量守恒定律为基础,同时兼顾热力学能量变化与宏观机械能等能量的变化。工质进入热力系界面1-1时携带的能量:工质的内能:U1;工质因具有流速c1而具有的宏观动能1/2mc12;工质在进口截面相对某一基准面有一定的高度而具有的重力势能mgz1;因此工质进入热力系统时携带的能量为:E1= U1+1/2mc12+ mgz1。同理,工质流出热
7、力系界面2-2时携带的能量为:E2= U2+1/2mc22+ mgz2。因而,工质流经热力系统时,热力系统储存能量的变化为:E=E2-E1=(U2-U1)+1/2m(c22- c12)+mg(z2- z1) =U+1/2mc+mgz热力系与外界功、热量的变化为:外界加入Q的热量;系统输出净功Wnet;工质进入热力系克服系统内工质阻力而对热力系作的功P1V1,工质流出热力系克服外界阻力而对外界作功P2V2。Wf= P2V2- P1V1=PV称为流动功。综上,根据能量守恒定律有:Q= E2-E1+Wnet+ Wf=E+Wnet+ Wf=U+1/2mc+mgz+ Wnet+ Wf = (U2+ P2
8、V2)- (U1+ P1V1)+ 1/2mc+mgz+ Wnet定义H=U+PV或对于单位工质h=u+pv分别为焓及比焓,则有:Q=H+1/2mc+mgz+ Wnet其微分形式为:Q=dH+1/2mdc+mgdz+ Wnet此即为稳定流动的能量方程式。焓的概念及实质:在稳定能量方程中引入了一个新的参数焓H=U+PV,显然焓是由状态参数组成的,因此它也是一个状态参数。从物理意义上讲,焓实际上是流动工质的内能与流动功之和,可以认为是流动工质所携带的能量。稳定流动的能量方程式是热电厂分析中最常用的工具。第二部分:蒸汽动力循环:一、概述:蒸汽动力循环系指以蒸汽作为工质的动力循环。热电厂即是以蒸汽动力循
9、环为理论依据设计、建设的,因此研究蒸汽动力循环,分析循环热效率是分析提高热电厂运行效率的基础。1、动力循环的热效率:动力循环过程的热力学第一定律表达式为:q=w,其中q=q1-q2,w=wt-wp,q和w分别表示循环的净热量和净功量;q1和q2分别表示循环的吸热量和放热量;wt和wp分别表示循环的作功量和耗功量;则循环效率为:=w/q1=( q1-q2)/ q1=1- q2/ q12、卡诺循环:根据热力学第二定律,当冷热源温度确定时,可逆循环的热效率最高。由两个定温过程及两个绝热工程组成的可逆循环称为卡诺循环。对于可逆过程有q2/ q1= T2/ T1,故循环热效率为:T=1- T2/ T14
10、 1而对于一般的动力循环,如图,引入平均吸热T1温度T1和平均放热温度T2,则循环效率可表达为:T2 =1- T2 / T1 3 2可见欲提高循环效率,应设法提高平均吸热温度和 O S降低平均放热温度。 卡诺循环在蒸汽卡诺循环中,定温吸热过程4-1是在锅炉T内的定压吸热过程,定温放热过程2-3是在冷凝器中 T1 4 1的定压放热过程,定熵膨胀过程是在汽轮机中的理想 绝热膨胀过程,定熵压缩过程3-4是在压缩机中的理 T2 3 2 想绝热压缩过程。在实际工程中,前三个过程均可近似的实现,但 S第四各过程,将汽水混合物压缩则需要耗费很大的 一般的热力循环压缩功,而且压缩机工况极为恶劣,难于实现。因此
11、,蒸汽动力循环的卡诺循环是难以被采用的。为了改进上述压缩过程,人们将汽轮机出口的低压湿蒸汽完全凝结成水,以便采用水泵来完成压缩过程,如此改进的结果即构成了蒸汽动力循环的朗肯循环。2、蒸汽的朗肯循环:最简单的水蒸汽动力循环装置由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵组成,如图所示。其工作过程如下:水在锅炉中吸热,由水变为过热蒸汽;过热蒸汽进入汽轮机中膨胀,对外作功;在汽轮机出口,工质为低压湿蒸汽状态(称为乏汽),此乏汽进入冷凝器向冷却水放热,凝结为饱和水(称为冷凝水);水泵消耗外功,将凝结水升压并送回锅炉,完成动力循环。上述理想的简单蒸汽动力循环称为朗肯循环。可以看出,朗肯循环过程即是一个基本的冷凝机组循环
12、。汽轮机中的膨胀过程1-2:可逆绝热过程,即定熵过程。应用开口系能量方程,过程中对外作功wt=h1-h2。冷凝器内的放热过程2-3:定压过程。过程中工质放热q2=h2-h3。水泵中的压缩过程3-4:定熵过程。过程中工质接受外功wp=h4-h3。锅炉中的吸热过程4-1:定压过程。过程中工质吸热q1=h1-h4。朗肯循环的热效率为:=w/q1=(wt-wp)/ q1=( h1-h2)-( h4-h3)/( h1-h4)功比rw=w/wt是反映动力循环经济性的另一指标,其定义为循环的净输出功量与汽轮机作功量之比值。朗肯循环的功比为:rw=w/wt=(wt-wp)/ wt=( h1-h2)-( h4-
13、h3)/( h1-h2)由于水的不可压缩性,故泵功常用下式近似计算:wp=v3(p4-p3)水泵耗功一般运小于汽轮机作功,因此近似计算中常忽略泵功不计,此时循环热效率为:=( h1-h2) /( h1-h4);评价蒸汽动力装置的另一重要指标是汽耗率d,其定义是装置每输出1kwh功量所耗费的蒸汽量:d=3600/w;朗肯循环是最基本的蒸汽动力循环,其结构简单而热效率较低。现代蒸汽动力装置中实际所采用的较复杂的蒸汽动力循环都是在其基础上加以改进后得到的。例题:蒸汽参数为p1=5.0Mpa t1=4350C p2=0.0049Mpa,试计算循环功量、吸收热量、热效率、功比、汽耗率,若忽略泵功,循环效
14、率又为多少?解:查表h1=784kcal/kg=3281kJ/kg s=6.75kJ/kg.K h2=553.1kcal/kg=2080kJ/kg x=0.794 h3=h2=32.56kcal/kg=136.3kJ/kg h4=33.62kcal/kg=140.73kJ/kg则:汽轮机作功为:wt=h1-h2=3281-2080=1201kJ/kg 水泵耗功为: wp=h4-h3=140.73-136.3=4.43kJ/kg 循环功量为: w=wt-wp=1196.57kJ/kg 吸热量为: q1=h1-h4=3281-140.73=3140.27kJ/kg 放热量为: q2=h2-h3=2
15、080-136.3=1943.7kJ/kg 热效率为: =w/q1=1196.5/3140.27=38.10% 功比为: rw=w/wt=1196.57/1201=0.996 汽耗率为: d=3600/w=3.008kg/kw.h若忽略泵功,则循环热效率为:=wt/q1=1201/3140.27=38.25%3.蒸汽参数对循环热效率的影响前面提过,对一般动力循环,提高平均吸热温度,降低平均放热温度,即可提高蒸汽动力循环的热效率。因此进出汽轮机的蒸汽参数将对循环的热效率产生影响。我们把汽轮机进口处的蒸汽参数称为初参数,出口处称为终参数。3.1蒸汽初压力的影响:维持汽轮机终参数不变,当提高初压力后
16、,因饱和温度的提高,平均吸热温度提高,由一般动力循环热效率公式可知,循环效率提高,特别是初压较低的时候,效率随初压的提高有显著的增加。因此,现代大型火力发电机组蒸汽压力选用高参数、汽轮机运行中要求保证进汽压力。但有两点需要注意:1.机组选型参数增大对机组制造材料的要求增高,且高参数时,饱和蒸汽与水的比容差减少,不利于锅炉工质循环;2.汽轮机运行中单纯提高初压,会使汽轮机膨胀终了时的乏汽干度下降,而蒸汽中含水过多将危及机组安全,因此,在提高初压的同时应提高蒸汽温度。3.2蒸汽初温度的影响:若维持初压和终压不变,而将初温提高,必然会提高循环的平均吸热温度,循环热效率亦必然提高。另外,初温度提高后,
17、循环功量将增大,汽耗率降低,且乏汽干度增加,对汽轮机的工作有利。但要注意的是:1.提高初温,锅炉过热器、汽轮机的高压部分要使用较高性能的材料。而且初温度的提高受到材料耐热性能的限制。2.运行中初温度超出规定值,一方面影响汽轮机动静膨胀,另外,降低汽轮机材料寿命。3.3蒸汽终参数的影响:当初参数不变,而降低终压(即降低终温)时,循环的放热平均温度将明显下降,因此循环热效率将有明显的提高。综上所述,蒸汽参数对循环热效率的影响可归纳如下:提高蒸汽初参数和降低终参数可以提高循环热效率。4.朗肯循环的改进:为了提高动力循环的热效率,人们在朗肯循环效率分析的基础上,对朗肯循环的过程加以改进,从而产生了再热
18、循环、回热循环。回热循环是在朗肯循环的基础上,对其吸热循环改进而得到的。从朗肯循环的T-S图可见,水的预热阶段是整个吸热阶段中吸热温度最低的部分,若能改善此低温吸热段,使循环的平均吸热温度有较大的提升,则可较大程度地提高循环热效率。利用在汽轮机中作过功的蒸汽来加热锅炉给水,以减少工质在低温液态阶段从锅炉的吸热,从而提高循环的平均吸热温度的循环,称为回热循环。采用分级(即在不同压力的蒸汽压力下)从汽轮机中抽出部分已作过一些功的蒸汽,在回热加热器中加热给水,从而减少了低温水从热源的吸热,这种循环称为抽汽回热循环。见图示;在回热循环中,锅炉进口水的温度(即凝结水被回热加热的最高温度)称为给水回热温度
19、或简称给水温度,是回热循环的一个重要参数。根据回热级数、给水温度的不同,循环效率增长幅度不一,以公司现有3#、4#机组分析,给水温度1500C,估算循环热效率提高67%。5、热电循环:尽管采用了高参数和回热等措施,现代蒸汽动力循环的效率一般仍低于50%。即有约50%的热能通过冷凝器换热散失于大气之中。这部分热量虽然数量很大,但由于它接近大气温度,因而很难将其转换为机械功,然而在一定的条件下可以作为热能的形式直接加以利用,如用于工业工程的加热、采暖等。热电循环就是一方面生产电能,一方面将做过功的蒸汽一部分或全部引出,供给工业或生活用热户,使能量得到更加充分利用的一种综合循环方式。热电循环经济性:
20、从动力循环效率分析的角度,不考虑热能的利用,热电循环效率的计算方法与纯凝循环相同,即=w/q1=1- q2/ q1,其中q2包括向用热户的供热热量在内。显然,由于背压或抽汽压力的提高,使热电循环的热效率低于凝汽式循环,这也可以说明为何背压机组发电汽耗率高于抽汽机组,抽汽机组高于凝汽式机组。其原因就是动力循环的热效率指标仅把功量作为产出,而未考虑供热热量。如果从能量利用的角度来看,热电循环的能量利用系数则高于凝汽式循环。能量利用系数K定义为:已利用的能量与工质从热源得到的能量之比,其中已利用的能量包括功量和供给用户的热量。循环热效率中未考虑低温热能的利用,而能量利用系数中又未考虑电能与热能的差异
21、(按市场价计算电能118.8元/GJ,热能约31.05元/GJ),二者各有其片面性,在衡量热电循环经济性时,应将两者综合考虑。第三部分:热电厂热经济性分析及指标热电厂生产过程中,以燃料原煤为投入,产出热能和电能,在产品成本中,燃料费用占总成本的70%左右,因此,发电、供热煤耗率对热电厂的经济效益起着决定性的作用。所谓热电厂的热经济性即为其燃料能量的利用率,研究热经济性,其目的就是减少能量转换过程中的损失,提高燃料能量的利用率。热电厂的热力过程基本为抽汽回热或背压热电循环,以我公司为例,3#、4#机组即是采用了抽汽回热循环的抽汽式汽轮机机组,1#、2#机组为背压式汽轮机机组。因此,分析研究热电厂
22、热经济性必须以朗肯循环、热力学基本定律为理论依据。又由于动力循环仅讨论了以汽轮机为主的理想蒸汽动力过程,而热电厂的整个过程是从燃料能量开始到输出电能、热能的实际运行过程,因此,对热电厂的热经济性分析应当从燃料输送、锅炉运行、管道输送、汽轮机运行、发电机运行以及各种辐助设备的运行全面的分析、研究。一、热电厂能量转换过程中的各种能量损失及效率:1、锅炉的热损失与锅炉效率:锅炉把燃料的化学能转换为热能,并将热能传递给工质水和蒸汽。在锅炉内的主要损失有排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失以及灰渣物理热损失等。锅炉的热效率等于锅炉的热负荷与消耗燃料热量之比,即b=Db(hb-
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热电厂 热力 过程 效率 分析
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【w****g】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【w****g】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。