600MW火電機組熱力系統(tǒng)的火用分析

河北工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文）緒論1.1課題研究的背景新中國成立以來，中國政府一直把電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟的先行工業(yè)，經(jīng)過大規(guī)模濟建設(shè)，已形成一套比較完整并具有相當規(guī)模的電力工業(yè)體系。新中國的電力工業(yè)幾乎是在中國空白的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1949年，全國發(fā)電裝機容量只有1850MW，發(fā)電量為43億kWh，位居世界第25位和第21位，人均用電量只有9kWh。經(jīng)過近30年的建設(shè)，到1978年全國發(fā)電裝機容量達到57，120MW，發(fā)電量達到2566億kWh，分別比1949年增長了29．9倍和58．7倍，年均增長12．8％和15．1％。隨著中國電力建設(shè)規(guī)模不斷擴大，電力結(jié)構(gòu)也在不斷增加，發(fā)電機組容量不斷擴調(diào)整，從1956年4月國產(chǎn)第l臺6MW火電機組投產(chǎn)發(fā)電以來，國產(chǎn)發(fā)電設(shè)備不斷加入電力工業(yè)行列，發(fā)電設(shè)備品種不斷增加，發(fā)電機組容量不斷擴大?，F(xiàn)在，300MW及以上機組已成為運行中的主力機組，單機容量為600MW和800MW的發(fā)電機組已相繼并網(wǎng)發(fā)電；單機50MW及以下的純凝汽式小火電機組已得到有效控制和關(guān)停。然而，從總體上看，我國的電力工業(yè)無論在技術(shù)裝備方面還是運行水平方面都與世界先進國家存在著一定的差距。據(jù)國家電力公司1997年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，國內(nèi)機組的平均供電煤耗為408g／kWh，而同期國際先進機組的平均供電煤耗為324g／kWh，差距高達84g／kWh。這一嚴峻的現(xiàn)實要求我們要不斷在新機組的技術(shù)改造和節(jié)能挖潛方面下大力氣。本文由此針對機組熱力系統(tǒng)利用熱力學第二定律進行剖析，旨在找出國內(nèi)相應(yīng)機組熱力系統(tǒng)與設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，用以指導火電廠節(jié)能改造和提高我國火電機組設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和運行水平。加強這方面的進一步研究，具有重要的現(xiàn)實意義。1.2課題研究的現(xiàn)狀長期以來人們都在探求能量系統(tǒng)的分析方法，隨著人們節(jié)能意識的提高，這種探求顯得更為迫切。這是分析誕生的歷史背景。在理論探討上，人們對能的本性認識也經(jīng)歷著一個由淺入深的過程。這兩方面的結(jié)合便是產(chǎn)生新方法的基礎(chǔ)。但是前一個因素是不能忽視的，在一個能源價格相對于設(shè)備一次投資十分低廉的時期和國度里，人們覺得似乎不值得耗費精力去精雕細刻地研究提高能源利用效率的問題。所以盡管分析的歷史淵源可以追溯得很遠，但真正得到重視與發(fā)展還是近幾十年里的事。特別是70年代初發(fā)生的全球性能源危機，激發(fā)了人們的節(jié)能意識，當今在全球范圍內(nèi)分析研究的蜂起，正反映了這一需求。根據(jù)熱力學原理對各種能量系統(tǒng)進行分析，以明察系統(tǒng)各部位的能量損失，求取各種性能指標，對所研究的系統(tǒng)進行客觀評價，就是能量系統(tǒng)的熱力學分析。以能量平衡為基礎(chǔ)的叫做能分析，而以平衡為基礎(chǔ)的叫做分析。前者是傳統(tǒng)的分析方法，而后者是近些年才發(fā)展起來的方法。兩種分析方法的共同點：①通過輸入輸出，有效利用和損失的平衡，求解系統(tǒng)的總損失，進而確定損失的分布。②通過計算出的效率(有效利用的百分數(shù))評價系統(tǒng)的完善程度。兩種分析方法的區(qū)別：能分析法只是從不同質(zhì)的能量在數(shù)量上的守恒來計算損失，因而只計算外部損失而忽視內(nèi)部損失，其評價指標也只是計算被利用部分能的數(shù)量和輸入能的數(shù)量而忽略了其質(zhì)量的變化，即忽略了過程的不可逆性所帶來的損失。目前，美國已經(jīng)將方法用于熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟分析當中，而我國火電機組熱力系統(tǒng)的分析方法實際上都是依據(jù)熱力學第一定律，還建立在能量“量”的守恒上?；跓崃W第一定律的分析方法存在的缺點是不能揭示內(nèi)部不可逆性大小，不能反映能質(zhì)蛻變的情況，不能分析不可逆性對經(jīng)濟性造成的影響。一些學者雖然致力于基于熱力學第二定律的分析研究，但這些優(yōu)化方法的研究水平較之發(fā)達國家還有一定的差距，多是理論指導且只強調(diào)某個因素，缺乏應(yīng)用實踐。因此這些方法在實際應(yīng)用中受到很大的限制。為了熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性、安全性以及更準確可靠地評價系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，此方面的研究有待進一步優(yōu)化和完善。國內(nèi)分析方法的實用化仍是亟待解決的問題。1.3研究內(nèi)容及目的針對大型火電機組的熱力系統(tǒng)劃分成若干子系統(tǒng)，根據(jù)平衡方程分析損失分布規(guī)律及原因，并且對熱力系統(tǒng)進行局部優(yōu)化。本論文的主要工作是利用分析方法對大型火電機組的熱力系統(tǒng)進行分析與優(yōu)化，包括：(1)針對大型火電機組的熱力系統(tǒng)的具體情況進行分析，弄清系統(tǒng)內(nèi)的物流與流狀況，根據(jù)需要將系統(tǒng)劃分為若干子系統(tǒng)；(2)在此基礎(chǔ)之上，列出系統(tǒng)的平衡方程；(3)計算系統(tǒng)效率，熱力學完善度、設(shè)備的損率等技術(shù)指標；(4)分析熱力系統(tǒng)損分布規(guī)律及原因。對各項計算指標做出科學解釋；(5)分析結(jié)果及結(jié)論。熱力學分析基礎(chǔ)理論2.1分析方法如果說熱力學第一定律所涉及的是關(guān)于能在“量"的方面的本性，說明的是能在量上的守恒性，那么熱力學第二定律所涉及的就是能在“質(zhì)"的方面的本性。所謂能的質(zhì)就是能的品位，或能的可用性，當任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時，其“質(zhì)"常發(fā)生變化。熱力學第二定律指出了能量轉(zhuǎn)換的方向性，即其品位只可能降低或不變，絕不可能提高。根據(jù)這一定律，能具有喪失其可用性的特征，或者說，能在質(zhì)上具有貶值的特性。不同能量的可轉(zhuǎn)換性不同，反映了其可利用性不相同，也就是它們的質(zhì)不同，當能量已無法轉(zhuǎn)換成其他形式的能量時，它就失去了利用價值。根據(jù)能量可轉(zhuǎn)換性的不同，可以將其分為三類：第一類，可以不受限制地完全轉(zhuǎn)換的能量，如電能、機械能、位能、動能。從本質(zhì)上來說，它們是完全有序運動的能量，在數(shù)量上與質(zhì)量上是統(tǒng)一的。第二類，具有部分轉(zhuǎn)換能力的能量，如熱能、物質(zhì)的內(nèi)能、焓等。它們在轉(zhuǎn)換成機械能或電磁能等其他形態(tài)的能量時，在給定的環(huán)境基準下，在極限情況下，也只能部分轉(zhuǎn)換，它們的數(shù)量與質(zhì)量是不統(tǒng)一的。第三類，受自然環(huán)境所限，完全沒有轉(zhuǎn)換能力的能量，如處于環(huán)境狀態(tài)下的大氣、海洋、巖石等所具有的內(nèi)能和焓，它們只有數(shù)量而無質(zhì)量。的定義和概念是逐步發(fā)展起來的，最初的概念是用一般人很難確切把握的熱力學術(shù)語來表述：是從平衡態(tài)中“拉出”一個系統(tǒng)時所需要的最小功，或表述為將此系統(tǒng)再“放回”平衡態(tài)時所能得到的最大功。1956年朗特(Z．Rant)對能概念進行了系統(tǒng)的分析，提出了能(En)=(E)+嫵(A)的公式，進而明確了是能量中可以無限轉(zhuǎn)換的部分，而嫵則是不可轉(zhuǎn)換的部分，而且取希臘字“ergo”(意為功或力)加上前綴“ex”(意為從其中)確定了的名稱為“exergie"(英文為exergy)，統(tǒng)一了全世界對此勢參數(shù)的名稱，在我國相應(yīng)譯為。它的嚴格定義是：物質(zhì)或物流在以給定環(huán)境為基準時的理論作功能力的量度。從本世紀50年代開始，隨著節(jié)能工作發(fā)展的需要，首先在歐洲、蘇聯(lián)，繼而在美國、日本以及其他國家陸續(xù)接受了朗特關(guān)于的定義，繼而形成了在西方國家稱之為“熱力學第二定律分析法”即“分析法”的熱力學分析方法。熱力學參數(shù)“”既是第二定律分析法的產(chǎn)物，又是第二定律分析法的有力工具。主要借助來進行節(jié)能分析的方法叫分析法，屬于第二定律分析法的范疇，其含義包括分析、熵分析和能級分析法。作為一種評價能量價值的物理量，從“量”與“質(zhì)"的結(jié)合上評價了能量的價值，解決了熱力學和能源科學中長期以來還沒有任何一個參數(shù)可單獨評價能量價值的問題，改變了人們對能的性質(zhì)、能的損失和能的轉(zhuǎn)換效率等傳統(tǒng)的看法，提供了熱工分析的科學依據(jù)，它還深刻地揭示了能量在轉(zhuǎn)換過程中變質(zhì)退化的本質(zhì)，為合理用能指明了方向。分析方法依據(jù)能量中的平衡關(guān)系，列出平衡方程并求解，這點與能平衡計算一樣，通過分析，揭示出能量中的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況，確定出該系統(tǒng)或裝置的利用效率。分析方法要比能分析方法更科學、更深入也更全面，因為能效率的分子分母常常是不同質(zhì)的對比，不能準確地表征能量的利用程度，這樣有時給人以假象，給出錯誤信息，使人們產(chǎn)生錯覺，而效率和分析法正好能解決上述缺陷。它在揭露損失原因、部位以及指出改進方向等方面，的確能發(fā)揮出獨特的作用。分析方法既可以作系統(tǒng)分析，又可以作優(yōu)化綜合，它可以很方便地進行系統(tǒng)優(yōu)化，與經(jīng)濟因素結(jié)合后可以作設(shè)備全壽期成本統(tǒng)計，這些都是方法的優(yōu)越性。隨著節(jié)能工作的深入，分析方法在能源管理、熱能動力、制冷技術(shù)、石油化工、冶金等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。2.2分析理論分析是以系統(tǒng)的平衡原理為基礎(chǔ)，在實際過程中是不守恒的，即輸入系統(tǒng)的與由系統(tǒng)輸出的是不相等的。為了建立平衡方程，就要引入損失的概念，只有在計算出系統(tǒng)的各項損失后，才能揭示出系統(tǒng)的各能量項之間的平衡關(guān)系，然后確定過程的損失和效率，找出損失或損耗的原因以及能量利用上的薄弱環(huán)節(jié)，從而為節(jié)能降耗，提高能量利用率指明正確的方向。分析法的主要內(nèi)容有如下幾部分：(1)確定出入系統(tǒng)的各種物流量、熱流量和功流量，及各種物流的狀態(tài)參數(shù)；(2)流計算；(3)由平衡方程確定過程的損失；(4)確定熱力學第二定律效率、損率和損系數(shù)及單位耗。2.2.1損失在一切實際的不可逆過程中，不可避免的發(fā)生能的貶值變質(zhì)，的總量將有所減少，由于這種退化是無法逆轉(zhuǎn)的，所以稱之為損失。把能量在傳遞過程中由于不可逆性引起的消失現(xiàn)象稱為耗散，或稱內(nèi)部損失。內(nèi)部損失與外部損失的共同特點是損失掉的最終都變?yōu)閶?，這種嫵或是以環(huán)境無效熱或是以環(huán)境無效功的形式為環(huán)境所吸收，它的產(chǎn)生必然減少了系統(tǒng)的有效耗，從而降低系統(tǒng)的效率。但是，內(nèi)部損失與外部損失兩者之間也存在差別：(1)內(nèi)部損失完全是由系統(tǒng)內(nèi)部過程的不可逆性引起的，其大小主要是取決于過程的不可逆程度。一般來說，環(huán)境的變化不會直接影響系統(tǒng)內(nèi)部進行的過程，但內(nèi)部損失的大小與環(huán)境變化相聯(lián)系，只是環(huán)境所起的作用要比系統(tǒng)內(nèi)過程本身的不可逆性影響要小得多。外部損失主要是由于系統(tǒng)對環(huán)境的物質(zhì)和能量的排放，因而外部損失的值主要取決于排放物和環(huán)境的狀況。(2)一切實際過程都是不可逆過程，因而內(nèi)部損失是不可避免的，只能設(shè)法減少，即減少過程的不可逆性。從能量系統(tǒng)的優(yōu)化觀點來看，不是消除內(nèi)部損失，而是要把它控制在某一最佳值。外部損失，對于“孤立"系統(tǒng)或接近于“孤立"的能量系統(tǒng)來說，它是可以接近甚至等于零的，工程上應(yīng)盡量減少它。(3)從能質(zhì)的觀點看，內(nèi)部損失通常是高質(zhì)能，如因摩擦而耗散的機械、因流阻而耗散的動能等。而外部損失常是由溫度、壓力較低的排放物帶走的低質(zhì)能。因此，從技術(shù)經(jīng)濟觀點來看，減少內(nèi)部損失的價值比外部損失大。當然，對于一個能量系統(tǒng)來說，內(nèi)部損失與外部損失并非是彼此孤立、毫無聯(lián)系的。2.2.2平衡在能量傳遞過程中，過程物系的減少量恒等于過程物系的嫵增量，這就是關(guān)于過程進行平衡原理。對于一個熱力系統(tǒng)的平衡可以用下面的方程式表達：輸入系統(tǒng)的=輸出系統(tǒng)的+損失+系統(tǒng)的變化對于穩(wěn)定流動系統(tǒng)(如圖21)，系統(tǒng)的變化為0，運用熱力學第一定律和熱力學第二定律的平衡方程，對于圖所示的單股流體穩(wěn)流系統(tǒng)，忽略流體進出系統(tǒng)的宏觀動位能變化，可建立穩(wěn)定流動系統(tǒng)的平衡方程，如下:（21）式中:____過程吸收熱量時帶入的;____開口系對外做出的有用功;____分別為系統(tǒng)進口、出口的及系統(tǒng)的損失。 圖21穩(wěn)定流動系統(tǒng)的流圖2.2.3分析評價指標分析的對象可能是一個用能過程，一臺用能設(shè)備，也可以是一個含有若干臺、若類設(shè)備的生產(chǎn)系統(tǒng)。對于不同的對象，有一些反映不同對象特征的指標。在分析當中，為了確切比較不同工作條件各個過程或各種設(shè)備中的利用程度和不可逆程度，只知道損失這一絕對量不夠，所以必須引入評價系統(tǒng)完善性的指標——目的效率，設(shè)備的目的效率反映系統(tǒng)或設(shè)備的熱力學完善程度的真實情況；但是效率不能反映任意子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)性能的影響，所以又引入設(shè)備的損率和損系數(shù)，它們能較充分的表征各加熱器損在總損中占的比重，又能反映這些損在系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的分布，可用單位耗指標比較各加熱器的用能水平隨，從而可判別設(shè)備的“薄弱環(huán)節(jié)"，據(jù)此指出節(jié)能潛力之所在。我們可以用以下性能指標來評定加熱器設(shè)備的用能合理性。設(shè)備的目的效率目的效率是指達到目的所得到的與付出代價所消耗的的比值。（22）式中：____到目的所得到的；____付出代價所消耗的；設(shè)備過程的損率定義：設(shè)備過程的損率是該設(shè)備的損失與系統(tǒng)的總損之比，即（23）式中：____設(shè)備的損失；____系統(tǒng)的總損。(3)設(shè)備過程的損系數(shù)定義：設(shè)備過程的損系數(shù)是該設(shè)備的損失與系統(tǒng)總消費的比值，即（24）式中：____系統(tǒng)總消費。(4)煤耗增量損失與煤耗關(guān)系：每一環(huán)節(jié)損系數(shù)都會引起燃料的過量消耗。（25）2.3值的計算方法在電廠熱力系統(tǒng)的分析中，主要涉及到開口系統(tǒng)焓的計算。開口系統(tǒng)的焓即為穩(wěn)定物質(zhì)流的，可定義為：穩(wěn)定物質(zhì)流從任一給定狀態(tài)流經(jīng)開口系統(tǒng)以可逆的方式轉(zhuǎn)變到環(huán)境狀態(tài)，并且只與環(huán)境交換熱量時，所能作出的最大有用功，稱為，計算公式為（26）式中：____分別為環(huán)境狀態(tài)的焓、溫度和熵。2.4燃料的計算煤的燃料煙計算式為：（27）式中：____燃料的低位發(fā)熱量；____燃料工質(zhì)的所含水分的成分；____環(huán)境溫度下水的汽化潛熱。（28）式中：____鍋爐熱效率，取熱力平衡試驗平均值93．76％；、____主蒸汽、再熱蒸汽流量；____給水、過熱器減溫水流量；____消耗的燃料總量；____過熱蒸汽、給水焓；____再熱器出口、入口焓；____過熱蒸汽噴水減溫焓。（29）熱力系統(tǒng)分析3.1能量系統(tǒng)的參數(shù)及燃料的計算3.1.1能量系統(tǒng)的參數(shù)本畢業(yè)設(shè)計所選參數(shù)為汽輪機在調(diào)門全開，機組連續(xù)運行的全開工況，此工況下的發(fā)電機有功功率為662.916MW?；鶞薁顟B(tài)為：溫度25℃，壓力101KPa的環(huán)境，基準狀態(tài)下水的焓值為=104.865，熵值。表3-1600MW火電機組連續(xù)運行的全開工況發(fā)電機端功率662.916MW汽機總進汽量2026t/h主蒸汽壓力17MPa主蒸汽溫度540℃汽機進口壓力16.7MPa汽機進口蒸汽溫度537℃高壓缸排汽壓力4.006MPa高壓缸排汽溫度326.6℃再熱蒸汽流量1676.628t/h夏季工況凝汽器背壓11.8KPa給水溫度281.6℃進入凝汽器流量1255.636t/h冷卻水溫49℃排汽焓2355.9kj/kg3.1.2燃料的計算本畢業(yè)設(shè)計選用的燃料為標準煤，其收到基低位發(fā)熱量為，其所含水分的成分為，在環(huán)境溫度下水的汽化潛熱為。％（℃）（℃）（℃）（℃）（℃）將以上參數(shù)代入式（28），得由式（27），得由式（29），得3.2電廠熱力系統(tǒng)的單元劃分復雜系統(tǒng)的分析可用單元法。此法由系統(tǒng)計算順序表和各種過程的單獨計算步驟組成。單元法提供了一種分析計算技術(shù)，可以給出所期望的結(jié)果精度，詳細探尋組成能量系統(tǒng)的所有環(huán)節(jié)的損大小，找出提高系統(tǒng)熱經(jīng)濟完善性的改進方向。為此，可以將一個獨立的能量系統(tǒng)分成若干個組成單元，然后對各個單元逐一進行損計算。對于火電廠中的主系統(tǒng)，我們可以將其劃分為三部分，即鍋爐系統(tǒng)、主蒸汽管道系統(tǒng)和汽輪機裝置系統(tǒng)。表3-2分析單元單元號過程設(shè)備1一般燃燒過程加熱爐、燃燒室2燃燒、化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗訜釥t、燃燒室3燃燒、熱由燃氣（煙氣）傳給工質(zhì)鍋爐、加熱器4蒸汽流或燃氣流的摩擦風道或管道5液體流動的摩擦損失管道6蒸汽或燃氣流的熱損失風道或管道7液體流動的熱損失管道8蒸汽或燃氣流的散熱和摩擦損失風道或管道9液體流動的散熱和摩擦損失管道10泵送液體液體泵11蒸汽膨脹做功透平續(xù)表3-2單元號過程設(shè)備12飽和蒸汽冷凝為液體冷凝器13不同工質(zhì)之間的傳熱熱交換器14同種工質(zhì)之間的傳熱熱交換器15溫度不同的工質(zhì)的混合管道系統(tǒng)3.2.1電廠系統(tǒng)各狀態(tài)點參數(shù)的計算1）狀態(tài)點3的焓值和熵值分別為：2）狀態(tài)點4的熵值為：3）狀態(tài)點5的熵值為：4）狀態(tài)點6的熵值為：表3-3系統(tǒng)工況匯總位置溫度t（℃）壓力p（MPa）焓h（kj/kg）熵s（kj/(kgK)）（kj/h）1100029343.3176.526.090540173398.76.40723.09353716.73393.5646.408263.024326.64.0063031.426.4816062.2455374.0063527.87.19342.336490.01182355.97.367040.217490.0118205.150.69080.0178’’281.6171239.6763.044810.683.2.2系統(tǒng)各部分損失計算根據(jù)平衡方程計算各部分的損失。對某一熱力系統(tǒng)，基本的平衡方程為：（31）式中：____進入熱力系統(tǒng)的；____流出熱力系統(tǒng)的；____熱力系統(tǒng)的損失。電廠系統(tǒng)各部分損失圖見附錄圖3-1。(1)燃燒過程中因熱損失引起的損失由于鍋爐效率為％，所以鍋爐的熱量損失為，并看作是直接損失，因為它使燃料中的可用功減少了該數(shù)值。這一損失在溫熵圖上以矩形代表。由化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤鸬膿p失燃料燃燒過程中化學能的剩余部分將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。在燃料中以面積代表。在蒸氣中以面積和面積代表。此時有兩個原因會引起損失。其一是，有用的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁且粋€不可逆過程。此面積值為因此損失為將參數(shù)帶入上式，得在溫熵圖上此損失由面積代表。(2)煙氣和蒸汽之間傳熱引起的損失這是通過燃燒加熱蒸汽過程中損失的第二個來源。此過程的總損失可由下式來確定：其中在溫熵圖上分別以線段的長度代表。將參數(shù)帶入上式，得但亦可由下式直接算出：將參數(shù)值代入上式，得此損失在溫熵圖上以矩形的面積表示。由化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芗坝煞瞧胶鈧鳠岫鸬目倱p失為。(3)由鍋爐到透平的管路中蒸汽流動引起的損失此過程的損失有兩個來源。即由于摩擦引起的蒸汽流的節(jié)流以及蒸汽與周圍介質(zhì)之間的非平衡熱交換。總損失等于過程開始和終了時的值之差。工況0下蒸汽的做功能力由面積代表，其值為：工況3下蒸汽的做功能力由面積代表，其值為：過程的損失為 將參數(shù)的各數(shù)值代入上述各式，得實際上此系統(tǒng)是由蒸汽和作為冷源的周圍介質(zhì)組成的。系統(tǒng)的總熵增為則蒸汽的損失為這與前面所得到的結(jié)果相同。(4)蒸汽在透平中不可逆膨脹引起的損失這一損失可有基本方程確定將參數(shù)數(shù)值代入上述各式計算，得在溫熵圖上這一損失由面積和面積代表。(5)由于冷凝器中非平衡傳熱引起的損失這一損失可由基本方程確定，此時熵的變化為損失為將參數(shù)數(shù)值代入上式，得在溫熵圖上此損失由面積代表。蒸汽在透平中所做的有用功將參數(shù)數(shù)值代入上述各式，得這些計算將在單元3-1至3-7中反映出來。計算結(jié)果以的標準形式列于表3-4中。表3-4計算匯總表簡單蒸汽電站[單位：]損失工況或部件的變化傳熱有用功化學變化傳熱摩擦機械的不完善性放熱總計總損失（％）16.5爐子0.410.410.411026.09鍋爐3.06.091.431.237803.09管路0.07-0.010.010.060.07333.02透平0.780.7340.0440.04442.24再熱器0.8352.33續(xù)表3-4透平2.121.470.0870.087460.21冷凝器0.20.20.2570.0173.841003.2.3系統(tǒng)單元劃分平衡方法：A.單元3-1過程：燃燒（過程單元1-2）部件：蒸汽發(fā)生器的爐子部分基準溫度=298K燃燒溫度=1273K燃燒放熱=爐子效率=93.76％1點的值= 由于爐子的不完全性引起的損失燃料燃燒過程中化學能的剩余部分燃燒損失（化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽〣.單元3-2過程：傳熱（過程單元）部件：蒸汽發(fā)生器的鍋爐部分蒸汽終態(tài)蒸汽初態(tài)基準狀態(tài)2點的值=主蒸汽流量=點的值=傳熱引起的損失0點的值=C.單元3-3過程：摩擦，傳熱（過程單元0-3）部件：管路，鍋爐—透平蒸汽初態(tài)蒸汽終態(tài)基準狀態(tài)由于摩擦和傳熱引起的損失為點3的值為=D.單元3-4過程：膨脹做功（過程單元3-4）部件：蒸汽透平蒸汽初態(tài)蒸汽終態(tài)基準狀態(tài)該過程的總變化為高壓缸有用功由于不可逆引起的損失4點的值=E.單元3-5過程：傳熱（工程單元4-5）部件：再熱器（鍋爐中）蒸汽初態(tài)蒸汽終態(tài)基準狀態(tài)再熱蒸汽流量=傳熱引起的損失為5點的值=F.單元3-6過程：膨脹做功（過程單元5-6）部件：蒸汽透平蒸汽初態(tài)蒸汽終態(tài)基準狀態(tài)該過程的總變化中低壓缸做的有用功由于不可逆引起的損失6點的值=G.單元3-7過程：冷凝和放熱（過程單元6-7）部件：冷凝器蒸汽初態(tài)蒸汽終態(tài)基準狀態(tài)冷凝器中總變化為如果沒有回收任何熱量來做功，總損失為7點的值=能分析方法：燃燒過程的熱損失=蒸汽管路中的熱損失=轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃?冷凝器中放熱量=熱平衡的這些結(jié)果與平衡法的結(jié)果相比較的結(jié)果表明：分析方法給出了有關(guān)系統(tǒng)真實損失的更清楚的說明。3.3性能指標計算(1)設(shè)備的目的效率鍋爐：由鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的，即收益鍋爐付出代價所消耗的由式（22），得蒸汽透平：由透平產(chǎn)生的有用功，即收益透平產(chǎn)生有用功付出代價所消耗的由式（22），得冷凝器：由冷凝器出來的，即收益進入冷凝器的，即代價 由式（22），得管道：由主蒸汽管路流出的蒸汽，即收益進入主蒸汽管路的蒸汽，即代價由式（22），得（2）設(shè)備過程的損率鍋爐：鍋爐中的總損失=由式（23），得鍋爐的損率管路：管路中的總損率=由式（23），得管路的損率蒸汽透平：透平中的總損失=由式（23），得蒸汽透平的損率冷凝器：冷凝器中的總損失=由式（23），得冷凝器的損率（3）設(shè)備過程的損系數(shù)由式（24），得各設(shè)備過程的損系數(shù)鍋爐：管路：蒸汽透平：冷凝器：（4）煤耗增量系統(tǒng)的總損系數(shù)由式（25），得各部分的煤耗增量鍋爐：管路：蒸汽透平：冷凝器：表3-5分析結(jié)果單元效率損率損系數(shù)煤耗增量U（g/j）鍋爐0.47540.88540.524643.254管路0.97570.01820.010770.888蒸汽透平0.7310.034120.020151.661冷凝器0.08090.052080.030772.537全廠0.41370.5862948.34熱力系統(tǒng)系統(tǒng)效率3.4性能計算結(jié)果分析從表3-5中可以看出各損失的大小、效率的高低，以及損率、損系數(shù)、煤耗增量的大小。從各設(shè)備的損數(shù)值可明顯看出損失較大的設(shè)備；目的效率的數(shù)值反映設(shè)備的熱力學完善程度；將表3-5中的數(shù)據(jù)用柱形圖表示。參見附錄。從損失、效率、損率、損系數(shù)和煤耗增量圖可以得出以下結(jié)論：(1)熱力系統(tǒng)中損失最大的是鍋爐，其次是蒸汽透平，損失最小的設(shè)備是管路；(2)系統(tǒng)中各設(shè)備損率的高低反映各個設(shè)各的損失在系統(tǒng)總損失中所占的比重。由圖3-6可以看出鍋爐的損率最大，但鍋爐熱效率在93％左右，說明鍋爐能量損失不大，但其品味卻大大降低了，可見在鍋爐中存在著很大的熱力學不可逆性；而常規(guī)分析法中能量損失最大的凝汽器，在分析中，其損率并不大，也就是說在凝汽器中雖然有大量的能量損失，但所損失能量的品味很低，在整個系統(tǒng)中并不是關(guān)鍵問題．這是用常規(guī)的第一定律分析方法所無法發(fā)現(xiàn)的。(3)由圖3-3可以看出各設(shè)備的損系數(shù)，它可以反映出損在系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)上的分布，因而可以明確指出節(jié)能潛力之所在。這樣我們就可以針對薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的措施進行改進。由圖3-3看出熱力系統(tǒng)中鍋爐的損系數(shù)最大，是系統(tǒng)最薄弱環(huán)節(jié)。第四章熱力系統(tǒng)優(yōu)化分析4.1提高電廠循環(huán)熱效率提高電廠循環(huán)熱效率的一些基本方法，包括：提高新汽的初溫、初壓；采用蒸汽再熱循環(huán)系統(tǒng)；采用多級抽汽回熱循環(huán)；采用熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)。在現(xiàn)在代化電廠中，系統(tǒng)可劃分為很多單元，比如對整個汽輪機裝置系統(tǒng)的劃分，由于回熱的采用，又將回熱系統(tǒng)劃分成單元，任何一個單元由于某些因素而引起的微弱變化，都會影響到其它單元，這種引起某單元變化的因素叫做“擾動”，也就是說，某單元局部參量的微小變化(即擾動)，會引起整個系統(tǒng)的“反彈’’，但是它不會引起系統(tǒng)所有參數(shù)的“反彈”。就汽輪機裝置系統(tǒng)而言，系統(tǒng)產(chǎn)生的任何變化，都可歸結(jié)為擾動后本級或鄰近級抽汽量的變化，從而引起汽輪機裝置系統(tǒng)及各單元的損變化。因此，在對電廠熱力系統(tǒng)進行經(jīng)濟性分析時，僅計算出某一工況下各單元的損失分布還是不夠的，還應(yīng)計算出當某局部參量變化時整個熱力系統(tǒng)效率變化情況。而優(yōu)化理論基礎(chǔ)，又要涉及新的指標，比如抽氣回熱系統(tǒng)中的抽汽有效降，新蒸汽有效降，再熱機組新蒸汽有效降，在對系統(tǒng)優(yōu)化分析時要對以上指標進行分析研究；另外還包括對噴水減溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這些都是優(yōu)化理論要研究的。4.2優(yōu)化理論基礎(chǔ)4.2.1抽氣有效降對于抽汽回熱系統(tǒng)，某級回熱抽汽減少或某小流量進入某加熱器“排擠’’抽汽量，諸如此類原因使某級加熱器抽汽產(chǎn)生變化(一般是抽汽量減少)，如果認為此變化很小而不致引起加熱器及熱力系統(tǒng)參數(shù)的變化，那么便可基于等效焓降理論引入放熱效率來求取某段抽汽量變化時對整個系統(tǒng)效率的影響．為便于分析，我們定義抽汽的有效降，在抽汽減少的情況下表示1kg排擠抽汽作功的增加值；在抽汽量增加時，則表示作功的減少值：用符號，來表示。而排擠1kg抽汽所獲得的作功與需加入的抽汽之比稱為抽汽效率，即：(41)4.2.2抽氣的的計算通式從靠近凝汽器側(cè)開始，研究各級抽汽有效降，的計算公式的規(guī)律是從排擠1kg抽汽的焓降中減去某些固定成分，可歸納為下列通式：(42)式中：取以或者，，視加熱器換熱型式而定。如果j為匯集式加熱器，則均以代之；如果j為疏水放流式加熱器，則順著凝結(jié)水或給水來流方向從j以上直到(包括)匯集式加熱器用代替，而順著凝結(jié)水或給水來流方向在匯集式加熱器以上無論是匯集式或疏水放流式加熱器，則一律以代替；r____加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼；____汽輪機流動效率。4.2.3新蒸汽有效降根據(jù)抽汽有效降推演，并考慮輔助成分的作功損耗，可以得到新蒸汽的凈有效降：(43)式中：____系統(tǒng)全部輔助成份的作功損失，是指除了回熱加熱以外的一切附加成份，包括門桿漏汽、軸封漏汽、給水泵功損、加熱器的損失等的代數(shù)和。4.2.4再熱機組新蒸汽有效降新蒸汽有效降按前述基礎(chǔ)理論推演方法，采用變量抽汽效率可導出新蒸汽有效降為：(44)裝置效率為：式中：____循環(huán)升量，；____1kg蒸汽在再熱器中吸收的量，；____再熱熱段的蒸汽，；____再熱冷段的蒸汽，；____變量抽汽效率，；____變量抽汽有效降，再熱熱段以后由于排擠抽汽不影響再熱器的蒸汽份額，也不影響再熱器的升，變熱量抽汽有效降的計算與非再熱機組一樣，其通式為：(45)對再熱冷段及其以上抽汽，根據(jù)定義，每產(chǎn)生1kg排擠抽汽，但有加入的作功，而且還包含排擠抽汽引起的再熱器升的作功，該蒸汽返回汽輪機的實際作功為：(46)4.2.4的應(yīng)用和的求法火電廠的熱力設(shè)備和系統(tǒng)，無論是發(fā)生量和工質(zhì)的損失，還是工質(zhì)和量利用于系統(tǒng)，都將影響裝置的經(jīng)濟性，通常工質(zhì)損失的同時總伴隨著有量的損失。熱力設(shè)備和管道的散熱、排污及汽水滲漏和取樣等就是屬于工質(zhì)和量損失；工質(zhì)和量利用于系統(tǒng)，包括來自循環(huán)內(nèi)部的工質(zhì)和量，以及循環(huán)外部工質(zhì)和量，比如軸封漏汽、抽氣器排汽、除氧器余汽利用以及給水泵內(nèi)的升等均屬于內(nèi)部量和工質(zhì)的利用，而外來蒸汽或熱水、排污擴容蒸汽、鍋爐排煙余熱利用都屬于外部量和工質(zhì)利用于系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)中各種熱經(jīng)濟性問題，可以歸納為兩大類：一是純量變動或出入系統(tǒng)；另一類是帶有工質(zhì)的量進出系統(tǒng)。兩類熱經(jīng)濟性問題有本質(zhì)區(qū)別，它們對經(jīng)濟性的影響和效果以及分析計算的方法都將有很大不同。在研究計算時，按純量和帶工質(zhì)的量進出系統(tǒng)分別予以討論，給出新蒸汽有效降的增量和循環(huán)升增量的計算方法。和得出后，就可求得裝置效率的相對變化：(47)4.2.5計算條件引入效率方法之后與等效焓降計算條件相同。從等效焓降的推演過程可知，等效焓降的計算是以新蒸汽流量保持不變?yōu)榍疤釛l件的。這樣就避免了熱力系統(tǒng)一般計算方法的缺點，即熱力系統(tǒng)中影響經(jīng)濟性的任何變化，其最終結(jié)果都將導致各抽汽量和總汽耗量的變化，因而需全部從頭開始計算，方能求出經(jīng)濟性的變化結(jié)果。如果把新蒸汽流量固定不變，則熱力系統(tǒng)中任何變化，只是改變汽輪機的功率和該變動以后的抽汽份額，各級抽汽流量不致全部變動。因此，有可能就局部變化進行分析。這樣就簡化了計算，使局部定量分析成為可能。此外，在計算時，認為新蒸汽參數(shù)、再熱汽參數(shù)、終參數(shù)以及各抽汽參數(shù)均為已知，且保持不變，即汽輪機膨脹過程線的變化暫時不予考慮。這些都是建立和推導公式的前提條件。另外，為了局部定量分析方便，把加入循環(huán)升也保持不變。在這些前提下，求得的全部抽汽有效降和抽汽效率，是一些完全確定的數(shù)值和物理含意相當?shù)膮⒘?。它們以一次性參?shù)給出，不必經(jīng)常計算，成為分析熱力系統(tǒng)的重要參數(shù)。應(yīng)當指出，實際工程計算中，大量應(yīng)用的是，尤其是在局部定量計算當中。因為熱力系統(tǒng)中任意地方發(fā)生量的增減變化，它所引起作功變化就等于該量與所處能級抽汽效率的乘積。還應(yīng)當明確的認識，所得的作功變化，已毫不遺漏地考慮了該能級以下所有加熱器的抽汽量、疏水量等的全部變化。這是因為中反應(yīng)了這些變化的緣故。所以是計算的核心，是能使局部定量計算簡便、準確的根本所在?？偨Y(jié)前面對簡單循環(huán)電廠系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了分析，并且包含了熱平衡分析。這兩種分析方法的結(jié)論不盡相同，這是由于這兩種分析方法中“損失”的含義有原則的區(qū)別。兩種分析方法分別繪制了流圖和能流圖，見附錄。從熱平衡法分析得到的能流圖可以看出，從量的角度看，冷凝器中損失的能量最多，而分析方法從量與質(zhì)的統(tǒng)一角度來看，冷凝器中損失的能量不小，但因與環(huán)境溫度接近，幾乎不存在轉(zhuǎn)換為功的潛力，因此，從熱變功的角度認為冷凝器幾乎沒有改進的余地，而分析方法的分析結(jié)果表明，損失最大的部位在鍋爐，而且明確的指出損失主要是由于鍋爐中燃燒即化學反應(yīng)和較大溫差傳熱的不可逆性造成的，為了提高效率，應(yīng)該盡可能改善燃燒及傳熱條件，一便較少不可逆損失。分析法為合理利用能源，提供了可靠的依據(jù)。要綜合考慮熱平衡法和分析方法二者得出的