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1、 第三章第三章 热电联产热电联产 3.1 3.1 热电联产的意义热电联产的意义 电能和热能联合生产称为热电联产电能和热能联合生产称为热电联产 ，如利用汽轮机中作过功的蒸汽对外供热，如利用汽轮机中作过功的蒸汽对外供热，它它是将燃料的化学能转化为高品位的热能用是将燃料的化学能转化为高品位的热能用以发电，同时将已经在汽轮机中作了部以发电，同时将已经在汽轮机中作了部分功分功（即发了电或热化发电）后的低品位热能，（即发了电或热化发电）后的低品位热能，对外供热。电能是在供热的基础上进行对外供热。电能是在供热的基础上进行生生产的。产的。热电联合能量生产符合按质利用热能热电联合能量生产符合按质利用热能原则，达
2、到了原则，达到了“热尽其用热尽其用”之目的之目的 。实现热电联产必需具备的基本条件是：实现热电联产必需具备的基本条件是：1 1、有热用户，而且要保证热用户所须、有热用户，而且要保证热用户所须要的参数（压力和温度）和流量；要的参数（压力和温度）和流量；2 2、在供热的同时还要保证必需数量的、在供热的同时还要保证必需数量的电能。电能。进行热电联产的主要优点有：进行热电联产的主要优点有：1 1节约能源节约能源 2 2减轻大气污染，改善环境减轻大气污染，改善环境 3 3提高供热质量，改善劳动条件提高供热质量，改善劳动条件 4 4其它经济效益其它经济效益 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式 依
3、据热电联产所用的能源及热力原动机型式的不同，热电联产可以分为下列几种基本形式：蒸汽轮机热电联产、燃气轮机热电联产、核电热电联产、内燃机热电联产。3.2.1蒸汽轮机热电联产 蒸汽轮机热电联产是联产集中供热的最主要形式。对外同时供热和发电的蒸汽轮机称为供热式汽轮机，装有供热式汽轮机的发电厂称为热电厂。供热式汽轮机的型式有：背压式汽轮机、抽汽式汽轮机、凝汽采暖两用机、低真空供热的凝汽机组。一、背压式汽轮机(B型,CB型)背压式汽轮机利用排汽向外供热，热用户作为它的冷源，其优点是热能利用率高，结构简洁，不须要凝汽器，投资省。但它的运行特点是：按“以热定电”的运行方式，热和电不能独立调整；另外背压高，整
4、机的焓降小，偏离设计工况时，机组的相对热效率ri显著下降。一般必需有稳定牢靠的热负荷时才接受背压式汽轮机。抽汽背压式汽轮机，即CB型，其特点是在背压排汽供热的同时，还有一级较高压力的调整抽汽供热。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)二、抽汽式汽轮机二、抽汽式汽轮机(C(C型，型，CCCC型型)C C型表示汽轮机带有一级调整抽汽：抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为型表示汽轮机带有一级调整抽汽：抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为0.780.781.23MPa1.23MPa；可供采暖用汽，压力调整范围一般为；可供采暖用汽，压力调整范围一般为0.1180.1180.245MPa0.
5、245MPa。抽汽式汽轮机的特点是：抽汽式汽轮机的特点是：热电负荷可独立调整，运行敏捷。热电负荷可独立调整，运行敏捷。抽汽式汽轮机有抽汽式汽轮机有最小凝气流量，以保证低压缸有通风冷却蒸汽。最小凝气流量，以保证低压缸有通风冷却蒸汽。凝汽汽流存在着节流损失，凝汽流凝汽汽流存在着节流损失，凝汽流的确定内效率比同参数的凝汽机组低的确定内效率比同参数的凝汽机组低 。三、凝汽采暖两用机组三、凝汽采暖两用机组(简称两用机简称两用机)该机组在采暖期供热，在非采暖期或暂无热负荷时仍以凝汽机组运行。该机组在采暖期供热，在非采暖期或暂无热负荷时仍以凝汽机组运行。两用机的特点是：两用机的特点是：它的高压缸通流容积是按
6、凝汽流设计，当抽汽供热时，电功它的高压缸通流容积是按凝汽流设计，当抽汽供热时，电功率削减。率削减。由于在导汽管上蝶阀压损的影响，在非采暖期虽为凝汽机组，热经济性仍由于在导汽管上蝶阀压损的影响，在非采暖期虽为凝汽机组，热经济性仍会下降约会下降约0.10.10.50.5。在抽汽运行时具有抽汽式汽轮机的特点，但它的设计、制在抽汽运行时具有抽汽式汽轮机的特点，但它的设计、制造简洁，成本低造简洁，成本低 。图图31国产国产200MW凝汽采暖两用机凝汽采暖两用机示意图示意图 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)四、低真空供热的凝汽机组四、低真空供热的凝汽机组 该机组在冬季采暖期时，提高机组
7、背压，用循环水供热。由于提高了排汽压力也会该机组在冬季采暖期时，提高机组背压，用循环水供热。由于提高了排汽压力也会使电功率削减。使电功率削减。3.2.23.2.2燃气轮机热电联产燃气轮机热电联产 燃气轮机热电联产系统是利用燃气轮机的排气供应热能，来对外界供热或制冷，燃气轮机热电联产系统是利用燃气轮机的排气供应热能，来对外界供热或制冷，其系统图见图其系统图见图3-23-2。燃气轮机的排气在余热锅炉中加热水，产生的蒸汽干脆作为生产。燃气轮机的排气在余热锅炉中加热水，产生的蒸汽干脆作为生产用汽或居民生活供热。用汽或居民生活供热。燃气燃气蒸汽联合循环热电联产，将余热锅炉产生的高温、高压蒸汽在供热式汽轮
8、蒸汽联合循环热电联产，将余热锅炉产生的高温、高压蒸汽在供热式汽轮机中做功发电，压力降到机中做功发电，压力降到0.80.81.2MPa1.2MPa左右的蒸汽作工艺用热和生活用热，也可以将左右的蒸汽作工艺用热和生活用热，也可以将余热锅炉设计成双压式，低压蒸汽主要用作供热。余热锅炉设计成双压式，低压蒸汽主要用作供热。燃气燃气蒸汽联合循环被用于热电联产目的时，它可以分为几大类型，即：蒸汽联合循环被用于热电联产目的时，它可以分为几大类型，即：向工厂供应工业用汽的工业动力站；向工厂供应工业用汽的工业动力站；向工厂供应工业用汽和热水的热电站；向工厂供应工业用汽和热水的热电站；向地区供热系统供应热能的热电站；
9、向地区供热系统供应热能的热电站；与海水淡化设备配套的动力装置。与海水淡化设备配套的动力装置。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)图图 3-2 燃气轮机热电联产系统图燃气轮机热电联产系统图 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)在燃气蒸汽联合循环型的热电联产机组中，燃气轮机的作功能量占主导地位，因而功率系数(机组的供电量与供热量的比值)比较高，这种类型的热电联产机组比较适宜于在相对须要较多电能的场合运用，蒸汽循环中所用的供热式汽轮机为供热式汽轮机，可以是背压式或抽汽式。在运行中，假如热负荷不足，可以在余热锅炉中补燃；假如要提高整个联产系统的发电量，则可以接受注蒸汽的
10、方式（将余热锅炉中产生的部分蒸汽回注到燃气轮机的燃烧室），就能摆脱常规的热电联产机组中“以热定电”的负荷调整模式。燃气轮机联产系统的主要特点是启动块、运行敏捷。目前的发展方向是降低成本、进一步削减环境污染。图3-3中给出了一个供应工业用汽的联合循环热电联产的实例。该热电联产联合循环的主要技术参数如表3-1所示。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)1-发电机 2-压气机 3-燃烧室 4-燃气透平 5-烟气旁通阀 6-余热锅炉的补燃室 7-余热锅炉 8-汽包 9-水泵 10-除氧器 11-给水泵 12-蒸汽用户 13-蒸汽旁路阀 14-发电机 15-背压式蒸汽轮机 图图3-3 3-
11、3 供应工业用汽的热电联产的联合循环供应工业用汽的热电联产的联合循环 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)表表3-1 联合循环热电联产的主要技术参数联合循环热电联产的主要技术参数 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)燃气-蒸汽联合循环热电联供应用的作用：1.提高城市居民生活品质。2.自然气管线调峰。3.热力调峰。4.电力调峰。燃气蒸汽联合循环热电厂是典型的能量梯级利用装置，具有很高的热效率，可达70%85%左右，接近燃气锅炉。提高能源利用率，不但节约了燃料成本，更重要的是在人口稠密地区少用能源，间接的削减了污染。燃气蒸汽联合循环供热系统的规划建设必需考虑城市的自
12、然气的供应、供热经济范围等方面，同时兼顾燃气轮机、供热设备效率及投资等。从目前我国城市的建设考虑，一般认为燃气蒸汽联合循环供热系统发电功率为4070MW，供热面积为100200万m2的小区最为合适。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)3.2.3核电热电联产核电热电联产 接受核电热电联产，即核装置所供应的能量在采暖供热季节可以供热为主，接受核电热电联产，即核装置所供应的能量在采暖供热季节可以供热为主，而在而在不须要采暖供热的季节，则以供电为主。热电联产就是将反应堆产生的热能不须要采暖供热的季节，则以供电为主。热电联产就是将反应堆产生的热能转化为水蒸汽，转化为水蒸汽，再送往汽轮机发
13、电的同时，利用抽汽或者排汽进行供热。再送往汽轮机发电的同时，利用抽汽或者排汽进行供热。利用汽轮机排汽作为采暖热源的热电联产是核电热电联产的另一种方式，利用汽轮机排汽作为采暖热源的热电联产是核电热电联产的另一种方式，为保证为保证供暖热源的参数，接受排汽压力为供暖热源的参数，接受排汽压力为0.98MPa的背压式汽轮机。自核热得来的背压式汽轮机。自核热得来的新汽经过的新汽经过汽轮机作功后进入热网换热器，加热热网水，使热网水达到供暖所要求的温汽轮机作功后进入热网换热器，加热热网水，使热网水达到供暖所要求的温度。度。在核能热电厂中虽然是用汽轮机作为原动机进行热电联产，但仍具有如下在核能热电厂中虽然是用汽
14、轮机作为原动机进行热电联产，但仍具有如下主要的主要的特点：特点：（1）不能完全避开核污染；）不能完全避开核污染；（2）热水输送距离远；）热水输送距离远；（3）核反应堆由启动到发出额定功率时间长，停机时仍消耗燃料）核反应堆由启动到发出额定功率时间长，停机时仍消耗燃料。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)3.2.4内燃机热电联产内燃机热电联产 目前的往复式内燃机发电装置成本低，启动简洁，适当地保养下牢靠性高，目前的往复式内燃机发电装置成本低，启动简洁，适当地保养下牢靠性高，负荷负荷跟随性能良好；跟随性能良好；且其排放量近年得到了显著地降低且其排放量近年得到了显著地降低，因而特别适合
15、于作为，因而特别适合于作为备用、尖备用、尖蜂和中间负荷的电源，同时也适合小型或中型联产机组。蜂和中间负荷的电源，同时也适合小型或中型联产机组。热电联产系统中应用的内燃机主要有两种：热电联产系统中应用的内燃机主要有两种：Diesel柴油机和柴油机和Otto点燃式点燃式内燃机，内燃机，Otto点燃式内燃机又有两种，一种为以汽油为燃料的；另一种为从柴油机点燃式内燃机又有两种，一种为以汽油为燃料的；另一种为从柴油机转为火花塞转为火花塞点火方式的，燃料为自然气；前者功率范围点火方式的，燃料为自然气；前者功率范围20kW1.5MW，后者的功率，后者的功率范围范围2kW4MW。Otto点燃式内燃机转速为点燃
16、式内燃机转速为7503000rpm，发电效率为，发电效率为25%35%，可以接受，可以接受多种燃料，包括汽油、自然气、工业生成气、沼气等。多种燃料，包括汽油、自然气、工业生成气、沼气等。内燃机的热电联产循环系统见图内燃机的热电联产循环系统见图3-4，该系统中余热回收有两种方式，高，该系统中余热回收有两种方式，高温余热温余热回收和低温余热回收，高温余热回收在余热锅炉中进行，用以对外供热，低回收和低温余热回收，高温余热回收在余热锅炉中进行，用以对外供热，低温余热回温余热回收为内燃机冷却系统。收为内燃机冷却系统。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)图图 3-4 内燃机的热电联产循环系
17、统内燃机的热电联产循环系统 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)内燃机的热电联产循环系统特别适合小型用能系统，且该系统启动块，系统经济性受环境温度影响不大；其缺点是由于内燃机的磨损使得设备运行、维护费用高。典型的内燃机能量平衡图见图3-5，从图中可以看出，内燃机冷却系统（包括冷却水、油冷却器、入口空气冷却器）回收的热量为25%，该热能温度为95的低品位热；与燃气轮机联产相比，内燃机的供热量较小，比较适合于供应热水、热空气、低压蒸汽的场合，由于内燃机的排气中含氧量较大，可以达到15%，假如须要中压蒸汽，则可以在余热锅炉中接受补燃的方式。3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式
18、(续续)图图 3-5 内燃机联产系统能量平衡图内燃机联产系统能量平衡图 3.2 热电联产的基本形式热电联产的基本形式(续续)不同的热电联产方式性能参数见表3-2。表表3-2 3-2 不同热电联产方式性能参数不同热电联产方式性能参数 3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性3.3.1 热电厂的总指标热电厂的总指标 热电厂总指标有两个。一、热电厂的燃料利用系数一、热电厂的燃料利用系数tp 式中：Pe为热电厂的总发电量；Q为热电厂的供热量；Btp为热电厂的煤耗量。二、供热机组的热化发电率二、供热机组的热化发电率 1、热化发电率的定义为：式中,Wh为热电联产的热化发电量；Qh为热电联产的热化供热量。热
19、化发电率的意义是表明供热机组每单位GJ供热量的发电量。（31）（32）kWh/GJ3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)图36抽汽式汽轮机的系统图。图中供热抽汽量Dh在热用户处放出热量后以h.h返回除氧器。然后经H2、H1加热到hfw进入锅炉，产生蒸汽再进入到汽轮机，这部分蒸汽完成一个供热循环，相当一个背压机循环。该循环的发电量由Dh在汽轮机中膨胀电能Wh0和其回水引入加热器的各级回热抽汽产生的电能Whi组成，即Wh=Wh0+Whi。(1)外部热化发电率0 只考虑抽汽Dh在汽轮机的膨胀做功称为外部热化发电率。则：（33）（35）（34）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)
20、图图36 抽汽式供热汽轮机系统图抽汽式供热汽轮机系统图 3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)(2)内部热化发电率i 若回水在所经各级加热器(图中的H1，H2和CY)的抽汽所产生的电能，这部分的热化发电率称为内部热化发电率。那么:(3)供热汽轮机的热化发电率 式中，称为相对热化发电份额，它表示供热循环中，回热 部分作功 与抽汽作功的比值，也表示回热作功所占的比例。（36）（37）（38）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)要指出的是：回热抽汽Djh是指对供热返回水加热的抽汽量；当热网工质有损失时，回水率为 (在01之间)，则需补充热网水(1 )，补充水焓为hw.m，那么回
21、水焓为 。2、热化发电率指标的特点（1）热化发电率是质量指标。(2)影响的因素有供热机组的初参数，抽汽参数，回热参数，回水温度，回水率，补 充水温度，设备的技术完善程度以及回水所流经的加热器的级数等。(3)的应用：只能用来比较供热参数相同的供热式机组的热经济性。3.3.2 3.3.2 热电厂的分项热经济指标热电厂的分项热经济指标 在经济性评价时，需将Btp(或Qtp)分为发电和供热两项，称之为分项热经济指标。令Qtp(h)、Qtp(e)为热电厂供热、发电的热耗量；Btp(h)，Btp(e)为热电厂供热、发电的煤耗量，则有：（310）（39）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)将Qt
22、p安排为Qtp(e)、Qtp(h)的实质，是将热电厂总煤耗Btp在发电、供热两产品间安排为Btp(e)、Btp(h)。对热电厂Qtp安排方法的要求是：既要反映电、热两种产品的品位不同，又要能反映热电联产过程的技术完善程度，且计算简便，并能为国家节约能源，促进热化事业的发展。有三类典型的热电厂总热耗量安排方法，一是热电联产效益归电法(热量法)，一种是该效益归热法(实际焓降法)，两者是Qtp安排的两个不同极端方法，再一种是将该效益折中分摊在发电、供热两方面，这类的方法有很多种，如净效益法、做功实力法等等。热量法是我国的法定安排方法。3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)一、热电厂煤耗量的
23、安排一、热电厂煤耗量的安排 以图以图3-73-7所示的供热机组说明三种典型安排方法。所示的供热机组说明三种典型安排方法。1 1热量法安排热量法安排 安排的原则是：热电厂安排给供热的煤耗量是依据汽轮机的供热量安排的原则是：热电厂安排给供热的煤耗量是依据汽轮机的供热量 占机组热耗量占机组热耗量Q0Q0的比例来安排。即：的比例来安排。即：2 2实际焓降法实际焓降法 安排原则是：热电厂安排给供热的煤耗量是依据供热排汽在汽轮机中削减的内功安排原则是：热电厂安排给供热的煤耗量是依据供热排汽在汽轮机中削减的内功占新汽的所做内功的比例来安排。占新汽的所做内功的比例来安排。Btp=BtpK 式中 为安排的比例系
24、数。（312）（311）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)图图37 非再热单抽式供热机组的热力系统非再热单抽式供热机组的热力系统 3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)即3做功实力法 安排的原则是：热电厂安排给供热的煤耗量按供热蒸汽的可用能占新蒸汽的可用能比例来安排。即 Eo，eh，eamb，sh，So，Samb分别为新蒸汽，供热蒸汽和环境温度的比火用，kJ/kg和比熵，kJ/(kg.K)；Tamb为环境温度(K)。（315）（314）（313）式中，Eh=eheamb=(hhTambSh)(hambTambSamb)Eo=eoeamb=(hoTambSo)(hambT
25、ambSamb)3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)表33为热电厂的分项热经济指标的计算式。3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)三、几点说明三、几点说明 1 1依据热量法安排供热方面所分得的煤耗量最大，发电方面所分得热量最小，又称依据热量法安排供热方面所分得的煤耗量最大，发电方面所分得热量最小，又称为为“好处归电好处归电”法。按实际焓降法安排供热方面所分得的煤耗量最小，发电方面法。按实际焓降法安排供热方面所分得的煤耗量最小，发电方面所分得的煤耗量最大，又称所分得的煤耗量最大，又称“好处归热法好处归热法”。其不同的安排结果的实质是冷源热。其不同的安排结果的实质是冷源热损失
26、的处理不同，热量法是将热电联产中冷源热损失全部划归供热方面。而实际损失的处理不同，热量法是将热电联产中冷源热损失全部划归供热方面。而实际焓降法是将冷源热损失全部划归了发电方面。做功实力法是一种折衷的安排方法，焓降法是将冷源热损失全部划归了发电方面。做功实力法是一种折衷的安排方法，将热电联产效益折衷安排到供热和发电两方面。将热电联产效益折衷安排到供热和发电两方面。2 2各种安排方法均有人为的因素，在电功率各种安排方法均有人为的因素，在电功率PePe确定，热负荷确定，热负荷Q Q确定，机组参数确定的确定，机组参数确定的条件下，其煤耗量条件下，其煤耗量BtpBtp是确定的，各种安排方法只是将是确定的
27、，各种安排方法只是将BtpBtp安排为两项而已，因此安排为两项而已，因此安排方法不同，各分项热经济指标也不同。安排方法不同，各分项热经济指标也不同。3 3由于热量法简洁，直观便于推行，因此它还是现行运用的方法。它的缺点是以热由于热量法简洁，直观便于推行，因此它还是现行运用的方法。它的缺点是以热力学第确定律为依据，不能反映供热参数凹凸的影响力学第确定律为依据，不能反映供热参数凹凸的影响(因为因为,是以热用户处的热负是以热用户处的热负荷为依据的荷为依据的)，不能调动热用户运用低参数供热的主动性，也不能促进热电厂改进，不能调动热用户运用低参数供热的主动性，也不能促进热电厂改进热功转换过程的主动性。热
28、功转换过程的主动性。4 4安排给供热方面的热量是作为锅炉干脆供出的热量，即安排给供热方面的热量是作为锅炉干脆供出的热量，即 ，属于分产供热，它没有得到热电联产的好处，只得到以电站高效率属于分产供热，它没有得到热电联产的好处，只得到以电站高效率 大锅炉取代低效率的小锅炉的好处。大锅炉取代低效率的小锅炉的好处。3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)3.3.33.3.3热电厂的节煤量的计算及节煤条件热电厂的节煤量的计算及节煤条件1、节煤量的计算 热电厂和热电分产系统如图38所示。图中电负荷为 kW.h/a，热负荷为Q GJ/a。热电分产的凝汽电厂锅炉效率为be、管道效率为pe、汽轮机的机械
29、效率为me、发电机效率为ge、发电标准煤耗率为b be；热电厂的锅炉效率为b、管道效率为p、汽轮机的机械效率为m，和发电机的效率为g；分产供热的工业锅炉效率为b(d)、管道效率为p(d)。热网效率hs，因此热电联产的供热量Qh与热用户的热负荷Q的关系是Q=Qhhs。热电厂总标准煤耗Btp，为用于发电、供热的标准煤耗之和，即 上式中第一项是发电的节煤量，其次项是供热的节煤量。热电分产总标准煤耗Bf为分产发电标准煤耗Bcp与分产供热煤耗Bh之和，即：则热电联产的节煤量为：（316）（318）（317）(a)热电厂的热力系统 (b)热电分产的热力系统 图图38热电厂和热电分产系统示意图热电厂和热电分
30、产系统示意图 3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)2、联产供热节煤条件分产供热的标准煤耗量：热电厂供热的标准煤耗量：热电厂供热节约的标准煤量：则热电厂供热的节煤条件为0，即：0 （322）（321）（320）（319）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)当热电厂供热和分产供热供应相同热负荷Q时，能节约燃料的主要缘由是热电厂的电站锅炉效率b，远高于分产供热的工业锅炉效率b(d)所致，其不利因素是热电厂供热有热网损失。若考虑热电厂供热和分产供热管道效率大致相等，即取pp(d)，则其节煤条件为：3、热电厂发电的节煤条件 分产发电
31、即代替凝汽式电厂发电的标准煤耗量Be为：（323）（324）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)图38所示为单抽汽式供热机组，可视为背压机与凝汽机的组合，即供热汽流发电Wh，凝汽流发电Wc，并且W=Wh+Wc。由于供热汽流发电属热电联产，它的i=1，则供热汽流的发电标准煤耗率为：而凝汽流发电的标准煤耗率为：由于供热机组凝汽流发电的确定内效率比代替凝汽机组的低(即ic 。（325）（326）3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)热电厂发电的标准煤耗量Btp(e)为：则热电厂发电的节煤量可写为 将Wc=W Wh代入得：热电厂节煤的有利因素是热化发电的煤耗率比替代机组的发电煤耗
32、率低，而不利因素则是供热机组凝汽流发电的煤耗率比替代机组的发电煤耗率高，因此，热电厂的发电是否节煤存在确定的条件，即要满足 0。（327）（328）（329）即 。当 时，得 令 X=的含义是供热机组热化发电量占供热机组总发电量的比例，称为热化发电比；X是由供热机组的特性与替代机组的特性确定的特性参数，称为临界热化发电比。热电厂的发电节煤条件是供热机组的热化发电比确定要大于临界热化发电比，即 。而Wh=Qh，只有Qh足够大时热电厂才会节煤。3.3 热电厂的热经济性热电厂的热经济性(续续)当供热机组蒸汽初参数与替代凝汽式电厂机组的初参数相同时，要求的热化发电比为：13%15%；当供热机组初参数比
33、替代凝汽式电厂机组的初参数低一档时，要求的热化发电比为：40%；当供热机组初参数比替代凝汽式电厂机组的初参数低二档时，要求的热化发电比为：50%。（330）（331）3.4 热化系数热化系数3.4.1热化系数的定义热化系数的定义 热电厂是通过汽轮机抽汽辅以尖峰锅炉来满足热负荷要求的。计算热负荷热电厂是通过汽轮机抽汽辅以尖峰锅炉来满足热负荷要求的。计算热负荷（热负（热负荷的最大值）中由汽轮机抽汽担当的份额称为热电厂的热化系数。荷的最大值）中由汽轮机抽汽担当的份额称为热电厂的热化系数。图图39为具有采温煦热水负荷的全年热负荷的持续时间图。横坐标为热负为具有采温煦热水负荷的全年热负荷的持续时间图。横
34、坐标为热负荷的持荷的持续小时数，纵坐标为小时热负荷。室外为计算温度的热负荷称为计算热负荷，续小时数，纵坐标为小时热负荷。室外为计算温度的热负荷称为计算热负荷，或者称或者称热负荷的最大值，以热负荷的最大值，以 表示。全年供热量为面积表示。全年供热量为面积1234561。汽轮机的最大。汽轮机的最大小时供热小时供热量为量为 ，汽轮机全年抽汽供热量，汽轮机全年抽汽供热量1834561的面积。的面积。小时热化系数以小时热化系数以 表示：表示：年热化系数用年热化系数用 表示：表示：式中，式中，为供热汽轮机总的抽汽（或排汽）供热量，为供热汽轮机总的抽汽（或排汽）供热量，GJ/h；为热电厂为热电厂的最大的最大
35、热负荷（也称为计算热负荷），热负荷（也称为计算热负荷），GJ/h。（332）（333）3.4 热化系数热化系数(续续)图图3 39 9 有采温煦热水负荷的全年热负荷的持续曲线有采温煦热水负荷的全年热负荷的持续曲线 3.4热化系数热化系数(续续)通常接受的是小时热化系数，简称为热化系数，以 表示。年热化系数是由小时热化系数所确定的，对于给定地区某一个热化系数下对应一确定的年热化系数。如图310所示为兰州地区小时和年热化系数的关系。图图310 兰州地区小时和年热化系数的关系兰州地区小时和年热化系数的关系 1.热化系数 ；2.年热化系数 3.4 热化系数热化系数(续续)3.4.2理论上最佳热化系数理
36、论上最佳热化系数 燃料节约总量的式（燃料节约总量的式（3-18）可以改写为：）可以改写为：第一项第一项 ，是热电厂生产电能理论上节约燃料的最大值；，是热电厂生产电能理论上节约燃料的最大值；其次项其次项 ，是热电厂以凝汽流的方式生产电能所多耗费的燃料；，是热电厂以凝汽流的方式生产电能所多耗费的燃料；第三项第三项 ，是热电厂供热所节约的燃料。，是热电厂供热所节约的燃料。为了简化分析，可以不考虑热电厂供热所节约的燃料为了简化分析，可以不考虑热电厂供热所节约的燃料，则联产和分产相比，则联产和分产相比节煤量节煤量可写为可写为 图图311 是采温煦热水负荷的持续时间图。是采温煦热水负荷的持续时间图。（33
37、4）（335）3.4 热化系数热化系数(续续)图图3 311 11 采温煦热水负荷的持续时间图采温煦热水负荷的持续时间图 3.4 热化系数热化系数(续续)从上图的分析可以得出理论上最佳热化系数的含义：在这个热化系数时，联产和分产相比节约的燃料量为最大。用 表示热化系数的增量，则节煤量变更 的公式可写为：当 0时，节煤量的确定值最大，这是热化系数理论上最佳值的条件，即将上式变形为：增加的总发电量用 表示，则有关系式：，只要热电厂供热气流和凝汽流电能的变更满足式（342）的条件，所对应的热化系数即为理论上的最佳热化系数，用 表示。由上述关系式可知 ，将其代人式（338）后得：（336）（337）（
38、338）（339）3.4 热化系数热化系数(续续)当 变更很小时，热电厂供热气流的发电量变更可以表示为：式中，为供热机组功率的变更，kW；为尖峰锅炉投运的持续时间，h。同理，供热机组凝汽流发电量变更可表示为：将式（340）、（341）代入式（339）可得 式中，为机组的年利用小时数，h。以上即是热电联产节煤量最大时，尖峰锅炉运行的持续时间 与机组年利用时间 的最佳比例。按式（342）所得出的条件求得热化系数，称为理论上最佳得热化系数。（340）（341）（342）3.4 热化系数热化系数(续续)3.4.3最佳热化系数的确定最佳热化系数的确定 热电厂热化系数的选择，首先要考虑它的热经济性。但除了
39、要在经济上合热电厂热化系数的选择，首先要考虑它的热经济性。但除了要在经济上合理，即理，即经济效益好，还要求热经济和技术经济上综合的最佳。经济效益好，还要求热经济和技术经济上综合的最佳。热电厂的热化系数的选取，不仅确定热电联产的节煤量，而且确定供热汽热电厂的热化系数的选取，不仅确定热电联产的节煤量，而且确定供热汽轮机的轮机的安装容量。热化系数为最佳值时，应使燃料的节约量最大且它的投资量尽量安装容量。热化系数为最佳值时，应使燃料的节约量最大且它的投资量尽量小。小。节约年计算费用最大值所对应的热化系数称为经济上最佳的热化系数。节约年计算费用最大值所对应的热化系数称为经济上最佳的热化系数。热电联产和分
40、产相比，年计算费用的节约可写为：热电联产和分产相比，年计算费用的节约可写为：式中，式中，、为分产和联产的年计算费，元为分产和联产的年计算费，元/a；为联产的节煤量，为联产的节煤量，t/a；为热电厂的功率，为热电厂的功率，kW；为热电厂每千瓦的投资，包括尖峰锅炉和为热电厂每千瓦的投资，包括尖峰锅炉和热力网，热力网，元元/kW；为分产方案的每千瓦的投资，它包括凝汽式电厂和附加锅炉房和相为分产方案的每千瓦的投资，它包括凝汽式电厂和附加锅炉房和相应的热应的热网，元网，元/kW；为投资的有效性系数，为投资的有效性系数，1/a；为固定资产的折旧率，或者称为固定资产的折旧率，或者称基建投基建投资的折旧率，资的折旧率，1/a；为标准燃料的价格，元为标准燃料的价格，元/t；为联产和分产相比增加为联产和分产相比增加的附加费的附加费用，元用，元/kW，初步计算时可以取，初步计算时可以取 0。（343）3.4 热化系数热化系数(续续)年计算费用的增量为零，即 对应经济上的最佳热化系数。则有 式中，为机组的年利用小时数，h。从式（344）可以看出，对经济上最佳热化系数的影响因素有热电厂的单位投资，分产时凝汽式电厂及锅炉房的单位投资等，两者的投资差越大，最佳热化系数越小。此外最佳热化系数还与 有关，系数取得越大，最佳热化系数就越小。地区的燃料价格越高，最佳的热化系数就越大。（344）