第一章 热力发电厂的评价

本章提要

本章先讨论发电厂的安全、可靠管理和寿命管理，再讨论火力发电厂的环保评价，然后重点讨论热力发电厂热经济性评价的两种基本分析方法（热量法和 方法），以及用热量法分析凝汽式发电厂的热经济性及指标

电力工业生产的特点

安全可靠 力求经济 保证质量 保护环境

第一节 热力发电厂的安全可靠性

一．安全管理 1. 电力的特点： (1). 产、供、销是连续、瞬时完成的； 　　　　　　　 (2). 电能不可能大量储存； 　　　　　　　 (3). 生产不安全会严重影响工农业生产和人民生活，

造成巨大经济损失，甚至酿成严重的社会灾害，乃至人的生命。

　　　　　　　 因此，要保障安全可靠的供电。 2. 措施： (1). 全面的安全性：每一个设备、部件，每一环节，每一个

操作，都要确保安全可靠； 　　　　 (2). 安全第一，预防为主：煤的质量、设备和原材料及其制

造工艺和质量、规划设计、安装调试、运行能力以及生产经营、组织管理等各环节要抓好；

　　　　 (3). 自动监控，提高电网稳定性； 　　　　 (4). 提高人员素质：人员培训、开发仿真培训机。

二．可靠性管理

第一节 热力发电厂的安全可靠性

任务与作用：在预定时间内和规定的技术条件下，保持系统、设备、部件、元件发出额定电力的能力，并以量化的一系列可靠性指标来体现。

AH RH SH

PH PH

AF ＝

可靠系数

缺电时间概率 LOLP ：一定时间内系统发电量不能满足负荷需要的时间概率期望植的总和。

三大机组的可靠性比较： 锅炉＜发电机＜汽轮机

三 . 寿命管理

第一节 热力发电厂的安全可靠性

1 物质寿命：自然寿命，物质磨损消耗决定的寿命。2经济寿命：由于设备老化，检修费用剧增至经济上不合理了，设备检修费用决定的设备寿命。3技术寿命：由于科学技术的进步，出现了技术更先进和经济更合理的新型设备，使原有设备在物质寿命结束前即被淘汰。

三种寿命：物质寿命、经济寿命、技术寿命

寿命管理：以设备运行状态及金属材料的长期连续监督为基础，适时进行各种检查，及时维修和更换，使设备在使用年限内发挥最佳效益或延长其寿命。

寿命分配 : 为保证火电设备的安全可靠运行，须合理选择寿命损耗系数，合理寿命分配。即预计各设备在设计寿命年限内启停次数和启停方式以及工况变化、甩负荷次数等，分配其各种工况下允许寿命损耗 .

根据允许寿命损耗，合理控制其启停速度、运行温度、负荷变化率等，以保证使用寿命期间安全运行。

设备延寿： 锅炉、汽轮机等火电设备设计寿命

一般为 30 年

高温构件、高温蒸汽管道的设计寿命一般为 11 ～ 12 年

四 . 火电厂的计算机监视 利用先进的手段（电子计算机）对设备的运行情况进行监视，实现数据的采集与处理、显示、制表打印等，保证设备的安全运行。五 . 设备的故障诊断

在监测设备运行的同时掌握设备的健康状态，对可能发生的事故作出判断和评价，以便作出对策或采取其他措施。 设备检修的三种情况：1 事故维修：已经出现事故，不得不进行维修；2 定期维修：间隔一定的时期来进行维修，视设备而定时间；3 预估检修：减少突发性事故，节省大量检修费用。

第二节 火力发电厂的环保评价

火电厂对环境的影响 我国的环保方针全面规划、合理布局、综合利

用、化害为利、依靠群众、、大家动手、保护环境、造福人民。

环境空气质量标准 环境空气质量功能区分为三类：（不同地区实

行不同标准） 1 一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区（执

行一级标准）； 2 二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、

一般工业区和农村地区（执行二级标准）； 3 三类区为特定工业区（执行三级标准）。

和火电厂相关的法律：

我国先后制定了４项专门法律、２０多项行政法规及２３０项环保标准来加强环境方面的监督作用。

环保法、大气污染防治法、海洋环境保护法、

水法、水污染防治法等。

火电的污染物治理 A 废气

B 废水 C 灰渣 D 热排水 E 噪声

A废气

管理 对不同时段的电厂锅炉最高允许二氧化硫排放量、烟尘排放浓度和烟气黑度作了不同规定

防治 高烟囱 高效除尘器 ＳＯ２控制技术的开发应用

B废水

节约水资源

火电厂用水主要有冷却水、冲灰水及锅炉补充水，其中，冲灰水是火电厂最大的废水排放量

减少冲灰排水的措施：•1 重复利用：采用闭路循环，灰水回收使用；•2 高浓度输送灰浆：灰水比为 1 2﹕ ～ 1 6﹕ ；•3灰渣分除：比灰渣混除节约用水 40 ;﹪•4贮灰场灰水循环使用，灰场澄清水再用于冲灰；•5 综合利用，以废治废。

C 灰渣

灰渣的多种综合利用

“贮用结合，因地制宜，多种途径，积极利用，讲究实际”，多种政策来鼓励对其的应用。

灰渣主要利用的方法：建工、建材、筑路、回填、农业、资源回收 .

D 热排水

综合利用

E 噪声

火电厂的噪声防治： ⑴噪声源控制 ⑵噪声传播途径控制

第三节 热力发电厂热经济性评价 发电厂能量转换过程的各种热损失和热效率基本热力循环在发电厂的应用

凝汽式发电厂的热功转换过程

燃烧 蒸汽管道 热工转换 发电机锅炉 机械传动

燃料 工质 汽轮机 机械能 电能

在能量转换过程中，各部分总有能量损失，能量的品质发生变化，发电厂的热经济性就是用来评价在这些过程中能量利用程度（正平衡法）或能量损失大小（反平衡法）。

热经济性主要用来说明火电厂燃料利用程度，以及热力过程中和部分的能量利用情况， 这均直接 到火电厂的发电成本 、利润和燃料 节约是，一般用热经济性指标来表示。

对热经济性的评价，是通过能量转换过程中能量的利用程度或损失大小来衡量。

热力发电厂热经济性的　　　两种基本评价方法

从热力学观点来分析有两种：

　　　基于热力学第一定律的热量法 基于热力学第二定律的做功能力法。

热量法

基于热力学第一定律（能量守恒），关注的是能量转换的数量。

以效率或热损失率来评价电厂和热力设备的热经济性

供给的热量 =有效利用热量 +损失热量

热效率 = 有效利用热量

供给的热量

定量的表征了该设备或热力过程的热能转换效果，反映了设备的技术完善程度。

燃烧 蒸汽管道 热工转换 发电机锅炉 机械传动

燃料 工质 汽轮机 机械能 电能

cpQ bQ 0Q iW Ｐ e

bQ pQ cQ mQ gQ

bb pp ii gg mm

0.9 ～ 0.94 0.99 以上 0.35 ～ 0.49 0.99 0.96 ～ 0.99

一、热量法

以热力学第一定律为基础 ,反映了能量转换的大小 ,但并没有反映出能量的品质 .

二、作功能力法

从能量的质量（品位）来评价，基于热力学第二定律。

热力学第二定律：（开尔文 -普朗克）不可能构造这样一个装置，它完成了一个循环后，除了从单一热源吸热并产生功外，没有其他影响。

二、作功能力法

sup

sup sup

1ej

je at j

j

E AW

E E

supE

ejj

A

jj

—供入系统的可用能

—不可逆因素导致的各项可用能损失之和；

—可用能损失系数之和。

方法 效率与 损

( ) ( )in q a out ene e e w e T s

典型不可逆过程的熵增及其拥损

电厂的拥效率牵涉到实际能量转换全过程中的所有不可逆过程，它们主要是

1 化学能→热能时能量的贬值； 2 温差换热（锅炉、回热加热器、凝汽器）； 3 汽轮机不可逆绝热膨胀； 4绝热节流 ,有摩阻的流动及散热。

温差换热

j j ene s T

有摩阻的膨胀

有摩阻的压缩

有摩阻的流动及散热

绝热节流

凝汽式电厂 损的分布

凝汽式电厂 损的分布

四、两种热经济性评价方法的比较及其应用

从表 1-14 可以得到以下结论：

1. 供入的热量和可用能相等，两种方法算得的总损失量和全厂效率是相同的；

2. 损失的分布，结果不同； 热量法：能量损失以散失到环境为准，不能区分品位的高低，故汽轮机的

损失最大（凝汽器放热于冷源），这部分能量损失数量虽然最大，但品位很低（一般为 50～ 60°热水），可用率低。

拥方法：可用能的损失以过程的不可逆性为准，指的是在不可逆过程中可用能转换为拥的部分与拥是排向环境还是暂时在工质内以后再排向环境无关，从表 1-14 中可看出，锅炉的拥损最大，主要是由巨大的温差换热引起的，高达57﹪。

3. 热量法只表明能量数量的转换结果，不能揭示能量损失的原因（第一定律），作功能量方法不仅表明能量转换的结果并能确切揭示能量损失的部位、原因，考虑了能量的品位（第二定律，作功能力的转化），二者互为补充，但不能相互取代；

我国广泛采用的是热量法（计算方便），本课程采用热量法来评价电厂的热经济性。

第四节 凝汽式发电厂的热经济性指标

电厂的设计和运行，都是以热经济指标来说明电厂热经济性的。

国际上均用热量法制定了主要设备和全厂的热经济指标

主要有汽、热、煤（耗、耗率）和全厂热效率。

一、汽轮发电机组热经济性指标

㈠凝汽式汽轮机组的绝对内效率

1.正、反热平衡法的 i 表达式

凝汽式汽轮机的热耗率 0 i cQ W Q

/kJ h

0

ii

W

Q

正平衡 0

a ii

ati r

W W

Q W

1.正、反热平衡法的 i 表达式

反平衡 0

1 ci

Q

Q

00

0i c

Qq w q

D 比热耗

说明：正平衡和反平衡计算的 i 值应完全一致，可以相互检验。

比内功 比冷源损失

汽轮机的实际比内功 iw

1 iw = 输入能量 - 输出能量

''0 1 1 2 2( ) ( )i rh rh z z c cw h h h h h h

/kJ kg

2 为凝汽流与各级回热抽汽流所做内功之和

iw

1 0 1 2 0 2 0 0( ) ( ) ( ) ( )i z z rh c c rhw h h h h h h q h h q

1

zc r

c i j ih h

再热前 0ri jh h h

再热后 0

ri j rhh h h q

3 为 1kg 凝汽流做内功与各段抽汽流做功不足之差 2

1 3

( ) ( )z

ci i j j c i crh

w h h h q h h

iw 等效于2

1

(1 )j jY kg 的凝汽流的实际焓降

0( )(1 )eqi i c rh j jw h h h q Y

jY — j 级抽汽做功不足系数

再热前 0

j c rhj

c rh

h h qY

h h q

再热后0

j cj

c rh

h hY

h h q

5 0i cw q q

的另一种表达式 i

.1

0 0

( ) /z

c rc i j i fw g pu

ii

fw rh

h hw

q h h q

1kg 凝汽流的比热耗 '0 0c

c rhq h h q

进入锅炉的给水比焓 '

1

z

fw c c j jh h h 1 c j

j

0 0 fw rhq h h q

'0

1 1 1

( ) ( ) ( )z z z

c j c c j j c j rhh h h q '

01

zc

c j jq h .

01

1

( ) /z

c rc i j i fw g p

zc

ir

u

c j iq h

h h

㈡汽耗 D 和汽耗率 d0

汽耗 汽轮发电机组生产 Pe 电能所消耗的蒸汽量

0 01

[ ( ) ( )] 3600z

c c rh j j rh m g eD h h q D h h q P

01

c jD D D

0 00

1

3600 1

( ) (1 )

ecz

c rh m gj j

PD D

h h q Y

汽耗率 汽轮发电机组生产单位电能（ 1kWh ）所消

耗的蒸汽量

00 0

0

3600

( ) ce c rh m g

Dd d

P h h q

0 00

1

3600 1

( ) (1 )

ecz

c rh m gj j

PD D

h h q Y

1j 1jY 1

故回热机组的0D

、

0d 大于相同参数朗肯循环的汽耗、汽耗率。

㈢热耗和热耗率

热耗汽轮发电机组生产 Pe 电能所消耗的热量

0 0 0 fw rh rhQ D h h D q

热耗率汽轮发电机组生产单位电能（ 1kWh ）所

消耗的热量

00 0

0fw rh rh

Qq h h q

D

00 0 0 fw rh rh

e

Qq d h h q

P

汽轮发电机组绝对电效率

0 0

3600 3600e i ax ee m g m g

i ai

xt ri

P W W P

Q Q W W

0 0

3600 3600

/ eQ P q

0

3600 3600

e i m g

q

锅炉效率与主蒸汽管道效率

锅炉效率

1

b bb

cp

Q Q

Q Bq

锅炉热负荷

'b b b rh rh bl bl fw fwQ D h D q D h D h /kJ h

fw b blD D D

'b b b fw rh rh bl bl fwQ D h h D q D h h

管道热效率

0p

b

Q

Q

1 pp

b

Q

Q

四、全厂热经济性指标

全厂发电热经济性指标

全厂热耗

01

3600b ecp

b b p b p e

Q Q PQ Bq

/kJ h

全厂热耗率 3600cpcp

e b p e

Qq

P /kJ kW h

全厂煤耗率

全厂标准煤耗

0

1 1 1 1

3600cp bcp

e b b p b p e

q q qBb

P q q q q

3600 0.123

29270scp

b p e b p e

b

kg 标煤 / kW h

全厂热效率（毛效率）

0

1 1 0

3600 3600e b ecp b p e b p t ri m g

b

P Q Q P

Bq Bq Q Q

全厂供电热经济指标

全厂供电热效率：扣除厂用电的全厂效率，又称全厂净效率。

3600 36001 1

e apn ecp ap cp ap

cp cp

P P P

Q Q

厂用电率

全厂供电热耗率

全厂供电标准煤耗率

3600 3600

1ncp n

cp cp ap

q

0.123 0.123

1ncp n

cp cp ap

b

热经济性指标间的变化关系

用热经济性指标的绝对量或相对量的变化，表明热经济性变化的改善或下降。

表 1-20 为热经济性的变化，用“ ´” 表示变化后的数值，△＞ 0 ，热经济性↑， △＜ 0 ，热经济性↓

1 热耗率与绝对内效率

'' '

' '

3600 3600 3600 i il

i m g i m g i m g i

q q q q

q q q

'iq

2 全厂标准煤耗率与绝对内效率

''

'' '

0.123 0.123 0.123s s s si ii

b p i m b p i m g b p i m g i

b b b b

s s sb b b

sib

3绝对内效率、热耗率与全厂标准煤耗率

' siq b

'i i

' si iq b

siq b

但

汽轮机组热耗率的考核

①出厂：厂家提供相应的保证植； ②安装后：要通过有关热力试验来考核是否达到保证植能否验收；

③试验：计算机组热耗率。

第五节 发电厂的技术经济比较与经济效益的指标体系

发电厂的技术经济比较 可比条件 技术经济比较的基本方法 发电厂经济效益的指标体系

总投资 +贷款利息

投资回收年限 =———————————≤7 年 年发电利润 +税金 + 发电厂折旧

第六节 我国能源和电力工业的可持续发展