第六章-热电厂的对外供热系统.ppt

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1、第六章第六章 热电厂的对外供热系统热电厂的对外供热系统 本章先介绍热负荷的类型及其变化规律，而后讲汽网、水网系统及其设备，水网供热设备工况图的作用及其绘制方法；最后讲热电厂的经济分析，重点是选择供热式机组的节煤条件式。简介供热系统(含热电厂、热网、热用户)的优化。第六章第六章 热电厂的对外供热系统热电厂的对外供热系统第一节第一节 热负荷的特性及载热质的选择热负荷的特性及载热质的选择第二节第二节 热电厂的对外供热系统热电厂的对外供热系统第三节第三节 热电厂的经济性分析及供热机组的优化热电厂的经济性分析及供热机组的优化本本本本 章章章章 提提提提 要要要要第一节第一节 热负荷的特性及载热质的选择热

2、负荷的特性及载热质的选择一、热负荷一、热负荷一、热负荷一、热负荷（一）热负荷的分类（一）热负荷的分类（一）热负荷的分类（一）热负荷的分类热能生产过程必须随时保持产、供、销平衡，并应保证热能供应的可靠性和经济性。由发电厂通过热网向热用户供应的不同用途的热量，称为热负荷。各类热负荷特点各类热负荷特点类别特点生 产 热 负 荷热水供应负荷采暖及通风热负荷用 途用于加热、干燥、蒸馏等工艺热负荷；用作驱动汽锤、压气机、水泵等动力热负荷。印染、漂洗等生产用热水；城市公用设施及民用热水生产、城市公用事业及民用的采暖及通风主要用户石油、化工、轻纺、橡胶、冶金等生产及人民生活生产及人民生活负荷特性非季节性，昼夜

3、变化大，全年变化小非季节性，昼夜变化大，全年变化小季节性，昼夜变化小，全年变化大介质及参数一般为0.150.6MPa饱和蒸汽，也有高于1.43.0MPa的蒸汽6070热水70150或更高温度的热水或0.070.28MPa蒸汽工质损失率直接供汽：20%100%间接供汽：0.5%2%100%水网循环水量的0.5%2%(a)(a)建筑物季节性热负荷的示意图；建筑物季节性热负荷的示意图；建筑物季节性热负荷的示意图；建筑物季节性热负荷的示意图；(b)(b)采暖热负荷图；采暖热负荷图；采暖热负荷图；采暖热负荷图；(c)(c)通风热负荷图；通风热负荷图；通风热负荷图；通风热负荷图；(d)(d)季节性热负荷图

4、季节性热负荷图季节性热负荷图季节性热负荷图（二）季节性热负荷（二）季节性热负荷1.采暖热负荷建筑物采暖设计热负荷采暖特性系数建筑物空气渗透系数室内计算温度建筑物外围体积当地采暖室外计算温度我国以日平均温度为统计基础，根据20年的统计，采用当地历年平均每年不保证5天的日平均温度值为该地采暖室外计算温度。即20年期间当地有100天的实际日平均温度低于当地的 值。2.通风热负荷采用强迫通风的系统才有通风热负荷。建筑物的通风热负荷设计值为：通风换气次数通风室外计算温度（三）非季节性热负荷（三）非季节性热负荷1.热水供应热负荷特点：全年变化小，日变化大热水温度一般：60-652.生产热负荷加热多用低压蒸

5、汽：0.15-0.6MPa饱和蒸汽动力多用过热蒸汽，压力1.4-3.0MPa，温度200-300。和具体的生产工艺有关。（三）热负荷资料的汇总与整理（三）热负荷资料的汇总与整理（三）热负荷资料的汇总与整理（三）热负荷资料的汇总与整理 1.1.两个系数两个系数两个系数两个系数 同时系数同时系数 1 供热区内有较多热用户，一个工业企业内还有许多用热点，显然其最大热负荷不会同时出现，应以各用户的同时系数 1 考虑。即 负荷系数负荷系数 2 供热区域内用户的负荷不可能总在额定负荷下运行，不同时间有不同的负荷系数。二、热负荷持续时间图二、热负荷持续时间图二、热负荷持续时间图二、热负荷持续时间图图6-2(

6、a)的左半边为季节性热负荷随室外气温变化的曲线，即Qs=f(t0)。右半边为季节性热负荷随时间变化的曲线，即Qs=f()，称为季节性热负荷持续时间图，其横坐标为等于和低于某一室外温度的持续小时数，纵坐标为该室外温度条件下的每小时耗热量；曲线下的面积为全年供热量。由图6-2(a)可知，全年供热量还有下列关系式：曲线下面积等于面积 defod 得：(6-6)曲线下面积等于面积 abco 得 (6-7)上二式中 Qh(M)、Qh(av)最大、平均热负荷，GJ/h；热负荷最大利用小时数，h；全年采暖持续时间，h。图6-2(b)为总热负荷(Qs+Qns)的持续时间图，该图所示为以非季节性热负荷的平均值为

7、基础，叠加季节性热负荷而成；反之，也是可以的，如图6-2(c)所示。图图图图6-2 6-2 热负荷图热负荷图热负荷图热负荷图(a)(a)季节性热负荷持续时间图；季节性热负荷持续时间图；季节性热负荷持续时间图；季节性热负荷持续时间图；(b)(b)、(c)(c)总热负荷持续时间图总热负荷持续时间图总热负荷持续时间图总热负荷持续时间图第二节第二节 热电厂的对外供热系统热电厂的对外供热系统 一、载热质的选择及供热热网一、载热质的选择及供热热网一、载热质的选择及供热热网一、载热质的选择及供热热网水网的特点为：水网的特点为：水网的特点为：水网的特点为：1.供热距离远；2.水网是利用供热式汽轮机的调节抽汽，

8、在面式热网加热器中凝结放热，将网水加热并作为载热质通过水网对外供热，该加热蒸汽被凝结成的水可全部收回热电厂，即回水率=100%；3.水网设计供水温度 ，可用供热汽轮机的低压抽汽作加热蒸汽，使热化发电比加大，提高其热经济性；4.可在热电厂内通过改变网水温度进行集中供热调节，而且水网蓄热能力大，热负荷变化大时仍稳定运行，水温变化缓和。汽网的特点是：汽网的特点是：1.对热用户适应性强，可满足各种热负荷，特别是某些工艺过程如汽锤、蒸汽搅拌、动力用汽等，必须用蒸汽。2.输送蒸汽的能耗小，比水网用热网水泵输送热水的耗电量低得多。3.蒸汽密度小，因地形变化(高差)而形成的静压小，汽网的泄漏量较水网小2040

9、倍。而水网的密度大，事故的敏感性强，对水力工况要求严格。二、汽网的供汽系统及其设备二、汽网的供汽系统及其设备二、汽网的供汽系统及其设备二、汽网的供汽系统及其设备（一）供汽方案（一）供汽方案（一）供汽方案（一）供汽方案热电厂可能的供汽方案，集中画在一台机组上(实际不是这样的)，如图 6-3 所示几种。1.由锅炉引来蒸汽经减压减温后直接供汽，如图中 p1 所示；2.由背压机组的排汽或抽汽凝汽式供热机组的高压调节抽汽对外供汽，称为直接供汽方式。如图中 p3 所示为抽汽凝汽式供热机组的调节抽汽对外供热。直接供汽简单，投资省，现多采用之；3.如供热式汽轮机的排汽或调节抽汽压力略低于热用户的要求，而所需蒸

10、汽量又不大时，不宜因之多选一台供热式机组时，则可采用蒸汽喷射泵，其工作原理与构造特征，与凝汽器系统用的射汽抽气器类似。通过蒸汽喷射泵，将供热机组的压力为 p3 的蒸汽，增压至 p2 后再对外直接供汽；4.利用供热机组的调节抽汽作为蒸汽发生器的加热(一次)蒸汽，产生压力稍低的 P4（二次蒸汽）对外供汽，称为间接供汽方式。p1p2p3p4图图图图6-3 6-3 热电厂不同供汽方案热电厂不同供汽方案热电厂不同供汽方案热电厂不同供汽方案的示意图的示意图的示意图的示意图（二）减压减温器（二）减压减温器（二）减压减温器（二）减压减温器 减压减温器是用以降低蒸汽压力和温度的设备，不仅用于热电厂的供热系统，凝

11、汽式发电厂也常用它作为厂用汽源设备，将降压减温后的蒸汽用于加热重油，或作除氧器的备用汽源，在单元式机组中常用它构成旁路系统。图 6-4 所示为减压减温器的原则性热力系统。分产供热用减压减温器出口蒸汽参数的选择，不影响热电厂的热经济性。作为供热抽汽用的减压减温器，其出口蒸汽参数应与供热抽汽参数完全相同。作为水网峰载热网加热器的汽源设备时，其出口汽压应能将网水加热至所需温度(设计送水温度 加上峰载热网加热器的端差)，并能使其疏水自流至高压除氧器。图图图图6-4 6-4 减压减温器的原则性减压减温器的原则性减压减温器的原则性减压减温器的原则性热力系统热力系统热力系统热力系统疏水三、水网的供热设备及其

12、系统三、水网的供热设备及其系统三、水网的供热设备及其系统三、水网的供热设备及其系统 以水为载热质的采暖、通风用的热水和热水负荷的热水，都是通过水网的热网加热器制备的。（一）热网加热器的类型（一）热网加热器的类型（一）热网加热器的类型（一）热网加热器的类型 热网加热器是面式换热器，其工作原理和构造与面式回热加热器相同，也有立式、卧式之分。但其容量、换热面积较大，可达500m2；端差较大，可达10左右；其水质逊于给水、凝结水；为便于清洗，多采用直管。一般不是按季节性热负荷的最大值选择一台热网加热器，一般不是按季节性热负荷的最大值选择一台热网加热器，一般不是按季节性热负荷的最大值选择一台热网加热器，

13、一般不是按季节性热负荷的最大值选择一台热网加热器，而是配置水侧串联的两台热网加热器而是配置水侧串联的两台热网加热器而是配置水侧串联的两台热网加热器而是配置水侧串联的两台热网加热器BHBH、PHPH，如图，如图，如图，如图6-66-6所示。所示。所示。所示。（二）水网加热设备的选择（二）水网加热设备的选择（二）水网加热设备的选择（二）水网加热设备的选择基载热网加热器可安排在非采暖期进行检修，故不设备用，但在容量上有一定裕度，即在停用一台热网加热器时，其余热网加热器能满足 60%75%（严寒地区取上限）季节性热负荷的需要。这是因为事故是短暂的，而且采暖建筑有一定的蓄热能力，并已保证了基本需要，其目

14、的当然是为了减少水网供热系统的投资和运行费用。至于峰载热网加热器或热水锅炉的配置，应根据热负荷的性质、供热距离、当地气象条件和热网系统等具体情况，综合研究确定。一般热网水泵 HP、热网凝结水(即热网疏水)泵HDP 和热网补充水泵 HMP 都不少于两台，其中一台备用，备用热网补充水泵应能自动投入。四、四、四、四、CCCCCCCC型机组供热系统型机组供热系统型机组供热系统型机组供热系统图6-6所示为CC型机组供热系统的全面性热力系统，设有BH、PH各一台，HP、HDP各2台(其中1台备用)，PH、BH各设有备用减压减温器。其疏水方式为逐级自流，即PH疏水在正常工况时自流至BH，BH的疏水用疏水泵H

15、DP打出，正常工况时是引至回热系统(即图图7-37-3所示H4的出口M1处)，因H4与BH的加热蒸汽均引自第4级抽汽，引至H4出口的M1处，换热温差最小。事故工况时，PH、BH的疏水均可分别引至高压除氧器。水网供水管、回水管各设一根。汽网部分为直接供汽，正常工况是以0.781.27MPa的工业调节抽汽直接对外供热，该抽汽也是PH的汽源。汽网设供汽管、生产返回水管各一根，返回水箱2个，返回水泵RP 2台，其中1台备用。图图图图6-6 CC6-6 CC型机组供热系统全面性热力系统型机组供热系统全面性热力系统型机组供热系统全面性热力系统型机组供热系统全面性热力系统五、水网供热设备工况图五、水网供热设

16、备工况图五、水网供热设备工况图五、水网供热设备工况图 1.绘制水网供热设备工况图的目的绘制水网供热设备工况图的目的 (1)确定基载、峰载热网加热器的以小时计的最大热负荷 、，用以选择这些设备；(2)不同室外温度 时，送至基载热网加热器的调节抽汽压力，为提高热化发电比，应充分利用低压抽汽；(3)确定基载、峰载热网加热器间的负荷分配；(4)确定基载、峰载热网加热器间的全年供热量 、，前者还可划分为采暖调节抽汽压力下限的全年供热量 、调压范围内全年供热量 和采暖调节抽汽压力上限的全年供热量 ；进而计算全年的热化发电量，据以计算热经济指标。2.2.绘制水网供热设备工况图原始资料（内容见教材）绘制水网供

17、热设备工况图原始资料（内容见教材）绘制水网供热设备工况图原始资料（内容见教材）绘制水网供热设备工况图原始资料（内容见教材）图图图图6 67 7 热网加热器的热负荷分配图热网加热器的热负荷分配图热网加热器的热负荷分配图热网加热器的热负荷分配图(a)(a)水网加热器系统；水网加热器系统；水网加热器系统；水网加热器系统；(b)(b)、t tsusu、t tr rt t=f f (t to o)和和和和 曲线曲线曲线曲线3.3.热网加热器间的热负荷分配热网加热器间的热负荷分配热网加热器间的热负荷分配热网加热器间的热负荷分配 (1)热网加热器间热负荷分配的理论依据热网加热器间热负荷分配的理论依据 供热式

18、汽轮机调节抽汽的最大抽汽量 Dh.t(M)所确定的汽轮机最大热化供热量 Qh.t(M)为：取=100%时 若季节性热负荷以采暖热负荷为主，则有 以水为载热质，采用中央质调节，即网水流量 G 不变，改变送水温度 tsu 以适应热负变化，则有 式(6-10)和上列式(A)、(B)是热网加热器间热负荷分配的理论依据。(2)不受三个参量不受三个参量 的限制。的限制。(3)受调压低限对应的受调压低限对应的 参量的限制参量的限制 (4)受汽轮机最大抽汽供热量受汽轮机最大抽汽供热量 的限制的限制 (5)受调压高限对应的受调压高限对应的 参量的限制参量的限制 最最后后要要指指出出，这这种种水水网网供供热热设设

19、备备工工况况图图的的绘绘制制方方法法，仅仅适适用用于于单单一一的的季季节节性性热热负负荷荷；或或以以季季节节性性热热负负荷荷为为主主，热热水水负负荷荷所所占占比比例例不不大大时时，也也基基本本适适用用，并并应应以以热热水水负负荷荷为为基基准准，叠叠加加季季节节性性热热负负荷荷如如图图6-2(b)所示，之后再进行绘制。所示，之后再进行绘制。第三节第三节 热电厂的经济分析及供热系统的优化热电厂的经济分析及供热系统的优化 一、供热式机组的选择一、供热式机组的选择一、供热式机组的选择一、供热式机组的选择（一）三类供热式机组的临界热化发电比（一）三类供热式机组的临界热化发电比（一）三类供热式机组的临界热

20、化发电比（一）三类供热式机组的临界热化发电比 X X X X 有电、热负荷时，首先要考虑是热电联产或热电分产集中供热的方案，比较其燃料节省；而正确选择供热式机组的型式是热电联产方案的关键。供热式机组有背压式(B型、CB型)、抽汽凝汽式(C型、CC型)、和凝汽采暖两用机(N(C)型)三种类型。有不同的方法来论证选择供热式机组型式，本书用临界热化发电比X=Wh/W 来选择供热式机组的型式。热电联产发电较分产发电节煤与供热汽流、凝汽汽流和代替电站的凝汽式机组三者绝对内效率值有关，并有ih=1，ihiic的关系，即 ，有关公式列表汇总成表6-2。项目项目代替电站凝汽代替电站凝汽式机组式机组供热式机组供

21、热式机组供热汽流供热汽流凝汽汽流凝汽汽流机组热耗机组热耗率率kJ/(kW h)全厂热耗全厂热耗率率kJ/(kW h)发电标准发电标准煤耗率煤耗率kg标煤标煤/(kW h)表表表表6-26-2 联产发电较分产发电节煤的有关公式汇总表联产发电较分产发电节煤的有关公式汇总表联产发电较分产发电节煤的有关公式汇总表联产发电较分产发电节煤的有关公式汇总表(1)(1)单抽凝汽式机组的临界热化发电比单抽凝汽式机组的临界热化发电比单抽凝汽式机组的临界热化发电比单抽凝汽式机组的临界热化发电比 XcXc 单抽凝汽式供热机组产电节煤的条件式可由式(2-49a，定稿后核定)得到，将 Wc=WWh 关系代入该式，并整理为

22、 单抽凝汽式机组与代替电站的凝汽式机组相比，就蒸汽初参数而言，同档次时Xc 13%15%；低一档时Xc 40%；低两档时 Xc 50%。(2)(2)(2)(2)背压式机组的临界热化发电比背压式机组的临界热化发电比背压式机组的临界热化发电比背压式机组的临界热化发电比 XBXBXBXB 背压式机组以供热量 Qh 单值地决定了其热化发电量 Wh，根据能量供应相等的原则，其不足的发电量(WWh)要由电力系统来补偿 Wcs，该补偿发电量的煤耗率应以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。同理，按式(2-49a)，背压式机组的节煤条件式为 将 Wcs=WWh 关系代入上式，并整理为(3)(3)(3)(3)凝凝

23、凝凝汽汽汽汽-采采采采暖暖暖暖两两两两用用用用机机机机的的的的临临临临界界界界热热热热化化化化发发发发电电电电比比比比 X X X XN N N N(c c c c)(以以以以国国国国产产产产200MW200MW200MW200MW凝凝凝凝汽汽汽汽采采采采暖两用机为例，暖两用机为例，暖两用机为例，暖两用机为例，)两用机在采暖期要抽汽对外供热而少发的电，由电力系统补偿，其煤耗率也以电网中火电机组的平均标准煤耗率 计。两用机的产电节煤条件式为：将 Wc=WWhWcs 关系式代入并整理为：两用机产电的临界热化发电比 XN(c)为：国产国产国产国产200MW200MW凝汽凝汽凝汽凝汽-采暖两用机系统示

24、意图采暖两用机系统示意图采暖两用机系统示意图采暖两用机系统示意图 （二二二二）供供供供热热热热式式式式机机机机组组组组的的的的单单单单位位位位容容容容量量量量、台台台台数及其蒸汽参数的选择数及其蒸汽参数的选择数及其蒸汽参数的选择数及其蒸汽参数的选择 图6-9所示，当供热量 Qh 一定时，提高初压，供热机组热效率提高，且随 Qh 的提高而增加；而且机组供热时的提高值比不供热时的高。Ph 高时，提高初压使机组热效率提高的幅度比 ph低时的大。当然，提高初压需相应提高初温，才能保证排汽湿度在允许范围内。图示：图示：图示：图示：图图图图6-9 6-9 蒸汽初压与供热机组热热蒸汽初压与供热机组热热蒸汽初

25、压与供热机组热热蒸汽初压与供热机组热热效率关系效率关系效率关系效率关系曲线曲线曲线曲线1 1为为为为Q Qh h=0=0；曲线；曲线；曲线；曲线2 2、2 2 为为为为Q Qh h=5=5 4.18GJ/h4.18GJ/h；曲线曲线曲线曲线3 3、3 3 为为为为QQh h=90=90 4.18GJ/h4.18GJ/h（三）供热机组临界年利用小时数（三）供热机组临界年利用小时数（三）供热机组临界年利用小时数（三）供热机组临界年利用小时数 其它条件一定时，值偏低，由式(2-48b)可知，仍然不能发挥供热机组节煤的优越性。可由式(2-49a)推出供热机组临界年利用小时数 。将 代入式(2-49a)

26、，则式中，供热机组的额定功率和额定热化发电功率，kW；设备年利用小时数和供热机组年用小时数，h；供热机组的额定供热量，GJ/h。例题例题6-2 计算临界供热机组年利用小时数计算临界供热机组年利用小时数 已知 以例题2-1、2-2的原始条件为基准，并已知该 C50 型机组额定采暖蒸汽量 ，由例题6-1，已知 xc=0.1578。解：该机组的额定供热量 将各值代入式(6-14)计算为 即该供热机组，在其他条件不变时，仅其年利用小时数低于 1130 h，虽为热电联产生产却不能节约燃料了。二、集中供热锅炉房二、集中供热锅炉房二、集中供热锅炉房二、集中供热锅炉房 将这些分散的热负荷，由容量稍大的供热锅炉

27、来集中供热，称为集中供热锅炉房或区域锅炉房供热。（2）与（1）相比：1.节约燃料；2.减轻对环境的污染；（2）与（3）相比：1.效益低；2.一次投资少；3.选址简单。如热用户较分散，相距又较远，而且水质较差，回水率很低，化水车间和热网的投资比重过大，建集中供热锅炉房分产供热，配以建坑口凝汽式发电厂分产发电反而经济。足见，联产发电供热的经济效益是有条件的。三、我国对发展热电联产的热经济指标的规定三、我国对发展热电联产的热经济指标的规定三、我国对发展热电联产的热经济指标的规定三、我国对发展热电联产的热经济指标的规定 热电联产应符合下列指标：热电联产应符合下列指标：热电联产应符合下列指标：热电联产应

28、符合下列指标：1.1.供供热热式式汽汽轮轮发发电电机机组组的的蒸蒸汽汽流流既既发发电电又又供供热热的的常常规规热热电电联联产产。应应符合下列指标：符合下列指标：(1)总热效率年平均大于45%。()热电联产的热电比：热电比=供热量/（供电量3600千焦/千瓦时）100%单机容量在50兆瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于100%；单机容量在50兆瓦至200兆瓦以下的热电机组，其热电比年平均应大于50%；单机容量200兆瓦及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50%。2.燃燃气气蒸蒸汽汽联联合合循循环环热热电电联联产产系系统统包包括括：燃燃气气轮轮机机+供供热热余余热热锅锅炉炉、燃燃气气

29、轮轮机机+余余热热锅锅炉炉+供供热热式式汽汽轮轮机机。燃燃气气蒸蒸汽汽联联合合循循环环热热电电联联产系统应符合下列指标：产系统应符合下列指标：(1)总热效率年平均大于55%；(2)各容量等级燃气蒸汽联合循环热电联产的热电比年平均应大于30%。五、供热工程的优化简介（由目标函数与未知参数的关系得到）五、供热工程的优化简介（由目标函数与未知参数的关系得到）五、供热工程的优化简介（由目标函数与未知参数的关系得到）五、供热工程的优化简介（由目标函数与未知参数的关系得到）优化计算时，首先要确定随未知参数（多变量）而变的目标函数，不随未知参数而变的为常数项，因不影响最优解，可不包括在计算方程中。最优解求法：1.解析式法（求最大或最小值）2.图解法单个参数单个参数整个系统整个系统城市供热城市供热优化对象优化对象热网、水网、汽网等热网、水网、汽网等