VDI 3986-2014 Determination of efficiencies of conventional power stations.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREErmittlung des Wirkungsgrads von konventionellen KraftwerkenDetermination of efficiencies of conventional power stationsVDI 3986Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch EnergietechnikVDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und StrukturanalyseVDI-RICHTLINIENDie deu

2、tsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 27.100 Juli 2014 July 2014No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this standard shall be taken as authoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Anwendungsbereich .

3、. . . . . . . . . . . . . 42 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Formelzeichen und Indizes . . . . . . . . . . 54 Definition der Wirkungsgrade . . . . . . . . . 74.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Thermischer Wirkungsgrad . . . . . . . . 84.2.1 Allgemein . . . . .

4、 . . . . . . . . . 84.2.2 Dampfkraftprozess . . . . . . . . . 84.2.3 Gas-und-Dampfturbinen-Prozess . . 94.3 Blockwirkungsgrad . . . . . . . . . . . . 114.3.1 Allgemein . . . . . . . . . . . . . . 114.3.2 Dampfkraftprozess . . . . . . . . . 114.3.3 GuD-Prozess . . . . . . . . . . . . 124.4 Blockwirku

5、ngsgrad von Dampfkraft- werken mit Dampfentnahme . . . . . . . 124.4.1 Allgemein . . . . . . . . . . . . . . 124.4.2 Heizdampf . . . . . . . . . . . . . 134.4.3 Prozessdampf . . . . . . . . . . . . 154.5 Blockwirkungsgrad bei GuD-Prozessen mit Dampfentnahme . . . . . . . . . . . . 214.5.1 Heizdampfe

6、ntnahme . . . . . . . . 214.5.2 Prozessdampfentnahme . . . . . . . 235 Bezugszustnde, Voraussetzungen, Versuchsbedingungen . . . . . . . . . . . . . 255.1 Bezugszustnde . . . . . . . . . . . . . . 255.1.1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . . 255.1.2 Heizwert, Brennwert . . . . . . . . 255.1.3 Dampft

7、urbine . . . . . . . . . . . . 255.1.4 Gasturbine . . . . . . . . . . . . . 265.1.5 Khlturm . . . . . . . . . . . . . . 265.1.6 Phasenwinkel . . . . . . . . . . . . . 26Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and

8、 definitions . . . . . . . . . . . . . 53 Symbols and indices. . . . . . . . . . . . . . 54 Definition of efficiency . . . . . . . . . . . . . 74.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.2 Thermal efficiency . . . . . . . . . . . . . 84.2.1 General. . . . . . . . . . . . . . . . 84.2.2 Ste

9、am power process. . . . . . . . . 84.2.3 Gas/steam turbine process . . . . . . 94.3 Unit efficiency . . . . . . . . . . . . . . . 114.3.1 General. . . . . . . . . . . . . . . . 114.3.2 Steam power process. . . . . . . . . 114.3.3 Gas/steam turbine process . . . . . . 124.4 Unit efficiency steam powe

10、r stations with for steam withdrawal . . . . . . . . . . . . 124.4.1 General. . . . . . . . . . . . . . . . 124.4.2 Heating steam . . . . . . . . . . . . 134.4.3 Process steam . . . . . . . . . . . . 154.5 Unit efficiency of gas/steam turbine processes for steam withdrawal. . . . . . . 214.5.1 Heati

11、ng steam withdrawal . . . . . . 214.5.2 Process steam withdrawal . . . . . . 235 Reference conditions, prerequisites, test conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.1 Reference conditions . . . . . . . . . . . . 255.1.1 General. . . . . . . . . . . . . . . . 255.1.2 Inferior/superior calorifi

12、c value . . . 255.1.3 Steam turbine . . . . . . . . . . . . 255.1.4 Gas turbine. . . . . . . . . . . . . . 265.1.5 Cooling tower . . . . . . . . . . . . 265.1.6 Phase angle. . . . . . . . . . . . . . 26Frhere Ausgabe: 10.00 Formeredition: 10/00VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt (GEU)Fachbereich Ene

13、rgiewandlung und -anwendungZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2014Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedB55EB1B3E14C

14、22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF89D9NormCD - Stand 2014-07Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 2 VDI 3986Seite5.2 Voraussetzungen, Bedingungen, Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . 275.2.1 Allgemein . . . . . . . . . . . . . 275.2.2 Schaltung . . . . . . . .

15、. . . . . 275.2.3 Lastpunkt . . . . . . . . . . . . . 275.2.4 Wirkungsgrad . . . . . . . . . . . 275.2.5 Beharrungszustand, Versuchsbeginn . . . . . . . . . . 275.2.6 Istzustand . . . . . . . . . . . . . 285.2.7 Elektrischer Eigenbedarf . . . . . 285.2.8 Nettoleistung . . . . . . . . . . . 285.2.9 L

16、eistung des Generators . . . . . 295.2.10 Heizwert/Brennwert. . . . . . . . 306 Messungen zur Ermittlung des Wirkungsgrads . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.1 Thermischer Wirkungsgrad . . . . . . . . 306.1.1 Mechanische Leistung der Dampfturbine. . . . . . . . . . . . 306.1.2 Mechanische Leistun

17、g der Gasturbine . . . . . . . . . . . . . 316.1.3 Mechanische Leistung der Speisepumpe . . . . . . . . . . . . 316.1.4 bertragener Wrmestrom . . . . . 326.2 Blockwirkungsgrad . . . . . . . . . . . . 336.2.1 Brennstoffmassenstrom . . . . . . 336.2.2 Heizwert oder Brennwert. . . . . . 336.2.3 Elektri

18、sche Leistung . . . . . . . . 336.3 Messverfahren und Messgerte . . . . . . 34 6.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . 346.3.1.1 Messgerte . . . . . . . . . 346.3.1.2 Messaufbau . . . . . . . . 356.3.1.3 Messstellen. . . . . . . . . 356.3.2 Brennstoffmassenstrom . . . . . . 356.3.2.1 Gasfrmige Bre

19、nnstoffe, Brenngase . . . . . . . . . 356.3.2.2 Flssige Brennstoffe, Heizl 366.3.2.3 Feste Brennstoffe . . . . . 376.3.3 Heizwert . . . . . . . . . . . . . . 386.3.3.1 Heizwert der Brennstoffe . 38 6.3.3.2 Probenahme von Brennstoffen . . . . . . . . 396.3.4 Druck . . . . . . . . . . . . . . . 396.3.

20、4.1 Druckentnahmestelle. . . . 396.3.4.2 Druckmessgert . . . . . . 396.3.4.3 Hinweise . . . . . . . . . . 406.3.5 Temperatur . . . . . . . . . . . . . 406.3.5.1 Temperaturmessstelle im Wasser-/Dampfkreislauf . . 406.3.5.2 Temperaturmessstelle im Luft-/Rauchgasweg . . . . 406.3.5.3 Temperaturmessstel

21、le im Khlwasserkreislauf . . . . 41Page5.2 Prerequisites, conditions, circuit condition . . . . . . . . . . . . . . 275.2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . 275.2.2 Circuit condition . . . . . . . . . . 275.2.3 Load point . . . . . . . . . . . . . 275.2.4 Efficiency . . . . . . . . . . . . . 27

22、5.2.5 Stationary state, start of test . . . . 27 5.2.6 Actual condition . . . . . . . . . . 285.2.7 Auxiliary load . . . . . . . . . . . 285.2.8 Net output . . . . . . . . . . . . . 285.2.9 Generator output . . . . . . . . . . 295.2.10 Superior/inferior calorific value . . 306 Measurements to ascert

23、ain efficiency . . . . 30 6.1 Thermal efficiency . . . . . . . . . . . . . 306.1.1 Mechanical output of the steam turbine . . . . . . . . . . . . 306.1.2 Mechanical output of the gas turbine . . . . . . . . . . . . . . 316.1.3 Mechanical input of the feed pump . . . . . . . . . . . . . . 316.1.4 Tra

24、nsferred heat flow . . . . . . . . 326.2 Unit efficiency . . . . . . . . . . . . . . . 336.2.1 Fuel mass flow. . . . . . . . . . . . 336.2.2 Superior or inferior calorific value . 336.2.3 Electrical output . . . . . . . . . . . 336.3 Measuring procedures and measuring equipment . . . . . . . . . . .

25、 . . . . . . 346.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . 346.3.1.1 Measuring equipment. . . . 346.3.1.2 Measuring configuration . . 356.3.1.3 Measuring sites . . . . . . . 356.3.2 Fuel mass flows . . . . . . . . . . . 356.3.2.1 Gaseous fuels, burnable gas 35 6.3.2.2 Liquid fuels, fuel oil . . . .

26、366.3.2.3 Solid fuels. . . . . . . . . . 376.3.3 Calorific value . . . . . . . . . . . . 386.3.3.1 Calorific value of the fuels . 386.3.3.2 Sampling fuels . . . . . . . 39 6.3.4 Pressure . . . . . . . . . . . . . . . 396.3.4.1 Pressure tap . . . . . . . . . 396.3.4.2 Pressure measuring unit. . . 396

27、.3.4.3 Remarks. . . . . . . . . . . 406.3.5 Temperature . . . . . . . . . . . . . 406.3.5.1 Temperature measuring site in water/steam circuit . . . . 406.3.5.2 Temperature measuring site in air/flue gas lines . . . . . 406.3.5.3 Temperature measuring site in the coolant circuit . . . . 41B55EB1B3E14

28、C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF89D9NormCD - Stand 2014-07All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI 3986 3 Seite6.3.5.4 Temperaturmessgerte . . 41 6.3.5.5 Einsatz elektrischer Berhrungsthermometer . 426.3.6 Massenstrom/Durchfluss . . . . . . 426.3.6.1 Allgemein . . . .

29、. . . . . 426.3.6.2 Durchflussmessung nach dem Wirkdruckverfahren . 43 6.3.6.3 Durchflussmessung im Khlwasserkreislauf. . . . 456.3.6.4 Durchflussmessung in Luft- und Rauchgaskanlen . . . 466.3.7 Elektrische Leistung . . . . . . . . 466.3.7.1 Messung der elektrischen Leistung . . . . . . . . . . 466

30、.3.7.2 Elektrische Messinstrumente . . . . . 476.3.7.3 Messwandler . . . . . . . 476.3.7.4 Anschlsse fr elektrische Messinstrumente . . . . . 476.3.8 Drehmoment . . . . . . . . . . . . 486.3.9 Drehzahl . . . . . . . . . . . . . . 486.3.10 Fllstand . . . . . . . . . . . . . . 486.4 Messwerte . . . .

31、. . . . . . . . . . . . . 496.4.1 Messwertaufnahme . . . . . . . . . 496.4.2 Zeitliche Mittelwertbildung . . . . 497 Umrechnung auf Bezugszustnde . . . . . . 517.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . 517.2 Brennwert/Heizwert. . . . . . . . . . . . 517.3 Dampfturbine . . . . . . . . . . . . . .

32、 . 527.4 Gasturbine. . . . . . . . . . . . . . . . . 548 Messunsicherheiten . . . . . . . . . . . . . . 55Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Page6.3.5.4 Temperature measuring equipment. . . . . . . . . 416.3.5.5 Use of electrical contact thermometers . . . . . . . 426.3.6 Mass flow

33、/flow rate . . . . . . . . 426.3.6.1 General . . . . . . . . . . 426.3.6.2 Flow measurement with the differential pressure procedure . . . . . . . . . 436.3.6.3 Flow measurement in the cooling water circuit . . . 456.3.6.4 Flow measurement in air and flue gas ducts . . . . . 466.3.7 Electrical outpu

34、t . . . . . . . . . . 466.3.7.1 Measuring electrical output . . . . . . . . . . . 466.3.7.2 Electrical measuring instruments . . . . . . . . 476.3.7.3 Measuring transformers . 476.3.7.4 Connections for electrical measuring instruments . . 476.3.8 Torque . . . . . . . . . . . . . . 486.3.9 Velocity .

35、 . . . . . . . . . . . . . 486.3.10 Filling level . . . . . . . . . . . . 486.4 Measured values . . . . . . . . . . . . . . 496.4.1 Recording measured values . . . . 496.4.2 Taking the mean value in time . . . 497 Conversion to reference conditions . . . . . 517.1 General . . . . . . . . . . . . . .

36、 . . . . . 517.2 Superior/inferior calorific value . . . . . . 517.3 Steam turbine . . . . . . . . . . . . . . . 527.4 Gas turbine . . . . . . . . . . . . . . . . . 548 Measuring uncertainties. . . . . . . . . . . . 55Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59B55EB1B3E14C22109E918E8EA43

37、EDB30F09DCAB7EF89D9NormCD - Stand 2014-07Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 4 VDI 3986VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, de

38、r Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, m

39、glich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.1 AnwendungsbereichDer Wirkungsgrad eines Kraftwerks ist ein Ma fr die Gte der Umsetzung von Wrme in elektrische Energie. Er wurde bisher im Wesentlichen unter wirt-schaftlichen Gesichtspunkten geseh

40、en, denn eine Verbesserung des Wirkungsgrads ist mit einer Brenn-stoffeinsparung verbunden. Heute ist der Wirkungs-grad eine wichtige Gre auch im Hinblick auf die Abgasemissionen, die von den klassischen Luftver-unreinigungen Staub, Schwefeldioxid u. a. bis zu den klimabeeinflussenden Emissionen (in

41、sbesondere CO2) reichen. Ein geringerer Brennstoffaufwand be-deutet gleichzeitig eine geringere Abgasmenge und damit, bei sonst gleichen Bedingungen, auch eine niedrigere Stofffracht. Whrend der wirtschaftliche Gesichtspunkt im Wesentlichen eine Angelegenheit des Kraftwerksbetreibers ist, haben luft

42、- und klima-belastende Emissionen eine allgemeine Bedeutung.Da der Wirkungsgrad unterschiedlich definiert wer-den kann, ist es notwendig zu sagen, wie er definiert ist, auf welches System er sich bezieht und unter wel-chen Voraussetzungen er gemessen werden soll. Diese Richtlinie gibt dazu Regeln un

43、d Hinweise. Be-sonderes Augenmerk wird dabei der Wrmeauskopp-lung aus Kraftwerken gewidmet. Die Richtlinie soll auch zur Harmonisierung der Begriffe beitragen.Diese Richtlinie gilt fr konventionelle Wrmekraft-werke, die als Blockanlagen ausschlielich oder berwiegend der Stromerzeugung dienen. Sie gi

44、lt nicht fr Gegendruckanlagen sowie fr Kraftwerke, deren Stromkennzahl weniger als 2,0 betrgt, oder fr Blockheizkraftwerke.Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved,

45、 including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Not

46、ices (www.vdi.de/richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.1 ScopeThe efficiency of a power station is a measure for the quality of the conversion of heat into electrical en-ergy. Up to now, this was mainly seen under econo-mic aspects, because an

47、improvement in efficiency goes hand in hand with fuel savings. Today, effi-ciency is an important parameter with regard to ex-haust emissions, ranging from the classical air pol-lutants dust, sulphur dioxide, etc. all the way to emis-sions having an effect on the climate (particularly CO2). Smaller

48、fuel quantities also mean smaller ex-haust quantities and thus lower substance transporta-tion under otherwise equivalent conditions. While the economic aspect is essentially the power station ow-ners business, emissions which affect the quality of the air and the climate are of general significance

49、. There are different ways of defining power station efficiency, so that it is necessary to say how efficiency is to be defined, which system it refers to and under which prerequisites it is to be measured. This stan-dard provides appropriate rules and instructions. The standard will devote particular attention to thermal outcoupling from power stations. The standard also aims at harmonising the definitions used.This standard applies to conventional thermal power stations which are