提高火力发电厂热效率的几种方法

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提高火力发电厂热效率的几种方法

2011级动力工程  赵健  201120202507

[摘要]节能减排是我国的基本国策，火力发电厂是一次能源的使用大户，火力发电厂的节能对全国能源的节约具有重要的意义。提高火力发电厂的热效率意味着提高能源的使用效率。本文试对提高火力发电厂的热效率需要考虑的若干问题作一研讨，为火力发电厂的节能减排提供参考。

[关键词]火力发电厂  热效率

汽轮机发电机组的常用热经济性指标为热耗率，其含义是汽轮发电机组单位发电量的耗热量。现代大容量汽轮发电机组的热耗率为7900千焦/千瓦时左右。提高汽轮机发电机组的热效率，目前主要有以下5个方法：

一、提高蒸汽初参数。

file:///C:/Users/xiang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif    上图为火力发电厂的蒸汽朗肯循环T-S图和循环效率的公式。从图中和公式中可以看出，热源与冷源的温度决定在此温差范围内的任何热机所能具有的最高热效率。因此,尽可能提高汽轮机动力装置的新蒸汽参数,降低排汽温度，可显著提高该装置的热效率。现代制造的汽轮机动力装置采用的初蒸汽温度基本上已达到了当前冶金工业技术经济水平所能达到的最高极限值(565℃左右)。再提高汽温则需要大量使用价格昂贵、加工工艺复杂的奥氏体钢，综合经济效果并非有利。提高进汽压力也能提高该装置的热效率。但在一定的进汽温度下，过高的进汽压力会导致排汽湿度增大，不但会加大湿汽损失，而且会加剧低压部分叶片的冲刷腐蚀。所以现代汽轮机动力装置参数的提高，主要体现在中间再热循环的采用上。

1.蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响；

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从以上T-S图中可以看出：在极限初压力内，提高蒸汽初压，循环效率提高。

2.蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响；

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从上图可以看出：蒸汽初压力和终压力不变，蒸汽初温度上升，高温段吸热量增加，平均吸热温度增加，循环效率增加。

二、降低蒸汽终参数；

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由上图可以看出：降低蒸汽终参数可以提高循环效率。

1.理论极限
        分析：凝汽器的工作压力是靠冷却水不断带走排汽的放热量而维持，因此排汽温度不可能低于冷却水的进水温度t1。
        结论：降低排汽压力首先受到凝汽器冷却水进水温度的限制。

2.技术极限分析：汽轮机排汽温度由下式决定：
        tc= t1 +Δt +δt ℃

冷却水在凝汽器中的温升Δt，即冷却水出口水温与进口水温差取决于冷却水量或循环倍率，一般合理的温升为6～11℃。另外，降低排汽压力还要受到凝汽器传热端差δt的限制，它与凝汽器面积、管材、冷却水量等有关，一般为5～10 ℃。

如t1取20 ℃ ，Δt取8 ℃ ，δt取5 ℃ 。
          tc= t1 +Δt +δt=25+8+5=33 ℃        

由tc查表，Pc=0.006MPa

三、采用蒸汽再热循环

将在汽轮机的高压部分（通常是高压缸内）已膨胀做功的蒸汽（温度和压力都有所降低，其压力一般在主汽压力的18～22％）从汽轮机中全部引出，送至锅炉的再热器中再次加热（一般加热到新蒸汽同样水平的温度），然后再引回汽轮机内（一般为中压缸的进汽端），继续膨胀做功。采用中间再热能起到与提高进汽温度同样的效果，又能降低排汽的湿度。从而为在进汽温度的提高受到金属材料限制的情况下进一步提高进汽压力提供了可能。现代大容量高参数的汽轮机动力装置都采用中间再热循环。采用一次中间再热，一般可使装置的热效率提高5％以上。如采用二次中间再热,可使机组的热效率再提高2％左右。但过多次的中间再热会使汽轮机动力装置的结构布置及运行方式过于复杂。
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1．蒸汽中间再热对汽轮机相对内效率的影响分析：采用蒸汽中间再热，汽轮末级蒸汽湿度下降，湿汽损失减少。结论：采用蒸汽中间再热，汽轮机相对内效率提高。
2.蒸汽中间再热对汽轮机绝对内效率的影响根据以上分析，适当选择蒸汽中间再热参数，蒸汽中间再热能提高电厂实际循环热效率。

分析：

（1）再热后蒸汽作功焓降增加，功率不变时，汽机汽耗减少，给水量减少，各级抽汽量减少；

（2）对有过热度的抽汽级，抽汽过热度增加，抽汽量减少。
      

结论：再热削弱了回热加热的效果，但再热后循环总的热经济性仍是提高的。

四、采用联合循环。利用热力性能不同的工质组成联合动力装置，可改善整个装置的经济性。一个主要的联合方式是，以高温工质循环的排气(汽)作为低温工质循环的热源。联合装置的工质有燃气－蒸汽、汞蒸气-蒸汽、蒸汽－氨（或氟里昂）等多种形式。

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燃气轮机的发展

§ 热力参数与单机容量逐步提高，热效率高；

§ 可靠性高，可作为基本负荷电站；

联合循环的现实可行性

§ 燃气轮机排气温度t4=400~600 ℃；

§ 大功率机组排气量300kg/s以上；

§  利用排气能量加热蒸汽轮机给水(取代锅炉)，大大提高供电效率。

五、实行热电联产或者是热电冷三联产。

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热电联产是火力发电厂将汽轮机中作完一部分工的蒸汽抽出而供给用热户，使本应排至凝汽器需要放弃的蒸汽凝结热得以利用而不予废弃．使火电厂的全厂热效率可以大大提高，根据不同的进气参数将热效率由３０％一４０％，在最大供热情况下提高到９０％左右，热电联产工程实际上是发电和集中供热两项工程的组合。在生产相同数量和质量的电和热的前提下，热电联产比单纯发电加单纯集中供热的能耗之和要小。而这两者间的总能耗差值就是热电联产在节能上的收益。

结论，提高火力发电厂循环热效率的措施概括来说如下所述：

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上述几种方法都可以有效的提高火力发电厂的热力循环效率，各有优缺点，在实际工程应用中应结合实际情况综合考虑选用合适的方法来提高汽轮发电机组的热效率。