珠江电厂全能值班培训专用系列教材-热力发电厂.doc

珠江电厂全能值班培训专用系列教材热力发电厂珠江电厂内 容 提 要本教材阐述动力循环的基本原理和热经济性分析的基本方法及其在发电厂中的应用。重点介绍国产300MW大型机组以及热力系统。内容包括发电厂的热经济性分析，回热系统的计算及发电厂全面性热力系统等。各章均附有典型思考、计算题。本教材为珠江发电厂培训用“热力发电厂”专用教材，也可供该厂有关工程技术人员参考。b234a7be8265406f60bcff21a21d605b.pdf目录绪论1第一章 发电厂的热经济性7第一节发电厂热经济性的评价方法71.1.1效率分析法71.1.2作功能力分析法81.1.3两种热经济性评价方法的比较及其应用8第二节凝汽式发电厂的热经济指标9第三节提高发电厂热经济性的途径111.3.1提高蒸汽初参数P0/t0111.3.2降低蒸汽终参数PC121.3.3给水回热循环141.3.4蒸汽再热循环211.3.5 热电联产循环24第四节发电厂的原则性热力系统251.4.1原则性热力系统概述251.4.2编制发电厂原则性热力系统的主要步骤27第二章 给水回热加热系统31第一节回热原则性热力系统312.1.1回热加热器的类型312.1.2表面式加热器的疏水连接方式322.1.3回热加热器结构332.1.4轴封加热器（轴封冷却器）33第二节回热原则性热力系统计算342.2.1计算的目的及基本公式342.2.2计算方法和步骤342.2.3热平衡式的拟定352.2.4常规热平衡的电算回热（机组）原则性热力系统36第三节除氧器412.3.1给水除氧的任务和方法412.3.2热力除氧原理412.3.3除氧器的类型422.3.4除氧器运行43第三章：发电厂全面性热力系统及运行45第一节主蒸汽管道系统463.1.1单元制主蒸汽管道系统463.1.2切换母管制主蒸汽管道系统473.1.3集中母管制主蒸汽管道系统48第二节再热机组的旁路系统483.2.1旁路系统的作用493.2.2旁路系统的型式49第三节给水管道系统50第四节发电厂的疏放水系统513.4.1疏放水来源及其疏水的重要性513.4.2疏水系统及其组成52第五节发电厂全面性热力系统533.5.1理解和分析现代发电厂的全面性热力系统应注意以下几点：533.5.2国产N 30016.67(170)/537/537型机组的发电厂全面性热力系统55第六节发电厂热力设备的经济运行593.6.1经济运行的重要性593.6.2热力设备的动力特性和微增煤耗率的概念59第七节发电厂热力设备的经济运行643.7.1并列运行锅炉间的负荷经济分配643.7.2并列运行的凝汽式汽轮机组间负荷的经济分配653.7.3并列运行单元机组间负荷的经济分配673.7.4全厂的经济调度68参 考 文 献：7375b234a7be8265406f60bcff21a21d605b.pdf绪论1.电力工业的作用和地位中国的电力工业是关系国计民生的重要基础产业和公用事业，电力既是生活资料也是生产资料。安全、稳定和充足的电力供应，是国民经济健康稳定持续快速发展的重要前提条件。2.我国电力工业的建设成就中国电力工业始于1882年。新中国成立前，电力工业发展缓慢，1949年发电装机容量和发电量仅为185万千瓦和43亿千瓦时，分别居世界第21位和第25位。新中国成立后，电力工业得到快速发展，1978年发电装机容量达到5712万千瓦，发电量达到2566亿千瓦时，分别跃居世界第8位和第7位。1978年改革开放到2000年，我国发电装机和发电量先后超越法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，居世界第2位。1987年发电装机突破1亿千瓦，1995年超过了2亿千瓦，2000年跨上3亿千瓦台阶。进入新世纪，电力工业进入历史上的高速发展阶段，2006年全国发电装机突破6亿千瓦。电力技术水平接近和达到国际先进水平。改革开放之前，我国发电设备只能生产12.5万千瓦和20万千瓦等级及以下的机组，输变电设备只能生产220千伏及以下的装置。随着电力工业的技术装备水平不断提高，我国成批量生产的30万千瓦和60万千瓦机组已成为国内的主力机型。目前,60万千瓦、90万千瓦超临界机组已经投产发电，国产百万千瓦级超超临界机组（30MPa）于2006年12月4日在山东邹城投产。通过引进国际先进技术，国内合作生产的30万千瓦大型循环流化床锅炉发电设备、9F级联合循环燃气轮机、60万千瓦级压水堆核电站和70万千瓦三峡水轮机组等发电设备在性价比上已经具有了国际竞争力。2006年10月，中国成功进行可控核聚变装置实验。同时，国内制造厂家生产制造的500千伏交直流输变电设备已成为电网的骨干输电网架。西北750 千伏交流输变电示范工程和河南灵宝背靠背成套设备已建成投产。三峡水电站建成投产，超超临界火电机组及750千伏超高压输变电工程建设，初步实现全国联网，标志着我国电力技术水平上了一个新的台阶，不少已达到世界先进水平。电网电厂经营管理水平也有很大提高。稳步推进电力体制改革。 2002年12月29日，国家电力监管委员会、两大电网公司、五大发电集团公司和四个辅业公司的相继成立（如图），标志着我国电力体制改革取得了决定性成绩。实现了 “厂网分开”和“政企分开”，电力工业竞争有序的局面已经形成。目前，改革的后续工作正按照积极稳妥的原则稳步推进。3.与工业发达国家相比差距较大人均装机容量：6亿/13亿=460W/人（世界平均500KW/人，发达国家2100 KW/人）；发电标准煤耗率：0.350kg/KWh（发达国家0.300 kg/KWh）最大单机参数及容量：1300MW双轴超临界23.54MPa/540/540（美国，1972）1200MW单轴超临界（前苏联）1000MW超超界30MPa/535/535（中国，2006）电力弹性系数=电力消费的年平均增长率/GDP的年平均增长率：1.8（美国）、2.0（英国）1.6（德国）、1.5（法国）、1.42（中国,“十五”平均）。输电电压：765kV（美国，1969）；750kV（中国，2006）在国际上，大量建造的是百万千瓦级的核电机组，而且有压水堆和沸水堆两种主要的堆型，而我们国家至今为止没有真正生产过百万千瓦的核电机组，这就是差距。图01 国家电力公司构成4.“十一五”计划制定了一系列的政策与措施。首先，将进一步深化电力体制改革和电价改革。其次，为了优化地区布局，国家将会出台优惠政策，促进西部发展，实现西电东送。第三，还要研究制定可再生能源发电和清洁能源发电优惠政策。第四，加强需求侧管理，引导用户经济合理用电，抑制峰谷差进一步扩大，提高电力系统效率。第五，注重环保和节水、节地，采用大型、高效机组，同步治理和改善生态环境。第六，加快项目前期工作，增加水电前期工作投入，提高项目前期储备水平，增强市场适应能力。第七，扩大电力设备供应能力，提高消化吸收能力，促进产业升级。第八，鼓励煤电一体化，加快大型煤矿建设，增加运输能力，保障发电燃料供应。电力行业“十一五”计划及2020年发展规划“十一五”期间电力发展的基本方针是：深化体制改革，加强电网建设，大力开发水电，优化发展煤电，积极发展核电，适当发展天然气发电，加快新能源开发，重视生态环境保护，提高能源效率。5.热力发电厂的类型及对热力发电厂的要求表01热力发电厂的分类分类方法热力发电厂类型能源化石燃料发电厂/原子能发电厂/地热发电厂/太阳能发电厂/磁流体发电厂/垃圾发电厂电厂功能凝汽式发电厂/热电厂/热电冷三循环电厂/供电、热、煤气电厂/多功能热电厂原动机类型汽轮机发电厂/燃气轮机发电厂/内燃机发电厂/燃气-蒸汽联合循环发电厂单机容量小型（50MW以下）/中型（100-200MW）/大型（300MW及以上）电厂容量小容量电厂（200MW以下）/中等容量电厂（200-800MW）/大容量电厂（1000MW及以上）蒸汽初参数中低压发电厂3.43MPa以下/高压发电厂8.83Mpa/超高压发电厂12.75Mpa/亚临界压力发电厂16.18Mpa/超临界压力发电厂22.05Mpa/超超临界压力发电厂30MPa以上承担负荷性质带基本负荷电厂/带中间负荷电厂/调峰负荷电厂主设备布置室内布置/半露天布置/露天布置服务性质孤立发电厂/列车电站/企业自备发电厂/区域性发电厂电厂位置负荷中心电厂/坑口、路口、港口发电厂/煤源与负荷中心之间发电厂热力发电厂应满足的要求：1) 提高发电厂的安全可靠性、可用率；2) 提高电厂的经济性；3) 注意提高机械化、自动化水平和劳动生产率；4) 便于维修、施工和扩建；5) 搞好环境保护。6.本课程的任务与作用任务：以热力发电厂整体为对象，重点研究汽轮机发电厂的热工转换理论基础极其热力设备和系统。在安全、经济、满发的前提下，分析热力发电厂的经济效益。热经济性的分析以热力学第二定律（即熵方法）为基础，定量计算以热力学第一定律（即常规热平衡法）为基础。作用：培养学生分析、研究、解决热力发电厂生产实际问题的独立工作能力。7.本课程的内容及要求内容：以国产300MW大型火电机组为主。主要内容包括：发电厂的经济性、给水回热加热系统、除氧器系统、发电厂的原则性、全面性热力系统及发电厂热力设备的安全经济运行等。第一章 发电厂的热经济性在发电厂的发电成本中，燃料费用所占份额通常都在70左右。减少电厂能量转换过程中的各种能量损失，提高电厂设备对燃料热能的利用率(通常称其为热经济性)，具有特别重大的意义。评价热力发电厂的热经济性，目的就是为了分析比较热力发电厂各种不同的热力循环型式、循环参数、热力系统连接方式的热经济性，以便在热力设备及热力系统的制造、安装、设计、运行和检修等工作中采取有效措施，减少燃料消耗，推进节能工作。评价发电厂经济性时，除了热经济性这一主要因素外，还应全面考虑其它有关因素。如设计时的投资效益等，采用全面技术经济比较的方法来确定设计方案。在电厂运行时，确定汽水控制参数及设备、系统的运行方式，还要考虑运行的安全可靠性及寿命的损耗等。第1节 发电厂热经济性的评价方法对发电厂的热经济性进行全面和正确的评价，是建立在热力学第一定律、第二定律的基础上的。发电厂热经济性的评价方法有效率分析法和作功能力法。1.1.1效率分析法效率分析法是指通常采用的传统评价方法。该方法以效率的高低作为评价动力设备在能量利用方面的完善程度的指标。效率是某一热力循环中装置或设备有效利用的能量占总供给能量的百分数。效率分析法以热力学第定律为依据，其实质是能量的数量平衡，所以又可称其效率为第一定律效率。我们也把这种分析方法称为第一定律分析法，它具有直观、计算方便、简捷等优点，目前被世界各国广泛应用于定量计算。对任一热力系统或设备，根据热力学第一定律可写出其能量平衡式：供给的热量=有效利用的热量+损失热效率=有效利用的热量/供给的热量=1-损失/供给的热量1.1.2作功能力分析法作功能力分析法是以热力学第定律和第二定律为基础，从能量的作功能力角度出发，把能量分为有作功能力和无作功能力两部分，重在研究各个热力过程中作功能力的变化。由热力学可知，实际的热力过程都是不可逆的，不可逆过程必然会引起作功能力损失，其损失的大小取决于设备的完善程度。作功能力分析法就是以作功能力损失的大小或对作功能力的有效利用程度来作为评价动力设备热经济件的指标。一般采用熵分析法。火电厂任一热力系统的热功能量转换过程都是不可逆的，会引起熵增。作功能力分析法通过计算热力过程熵产S的大小，来评价热经济性。1.1.3两种热经济性评价方法的比较及其应用效率分析法（或热量）法表明能量数量转换的结果，不能区分能量损失的高低；而做功能力分析法（或熵方法）以过程的不可逆性为准，能够区分能量的品质。如图11为某孤立系统加热器，根据热量法：热效率=吸热量Q/放热量Q=1，没有任何能量损失；根据熵方法：孤立系统不可逆熵产S=热源熵产-Q/T1+冷源熵产Q/T2即： S =Q（1/T2-1/T1）0温差越大，不可逆损失越大。由此可以看出，在评价一个热力系统的热经济性时，须根据效率分析法及做功能力分析法综合考量，即在高效率的情况下，使系统不可逆损失最小。本课程定量计算采用热量法，定性分析采用熵方法。图11 两种热经济性评价方法的比较第2节 凝汽式发电厂的热经济指标为定量评价凝汽式发电厂的热经济性，世界各国目前均采用效率分析法制订全厂和汽轮发电机组的热经济性指标，这些指标一般可分为三类：1) 直接说明热经济性的热效率和能耗率（单位发电量的能耗）；2) 说明与产量（Pe或Wi）和热经济性有关的单位时间能耗；3) 反映能量生产关系的功率方程。图12（a） 简单凝汽式电厂热力循环示意图图12（b） 朗肯循环T-S图热力发电厂都是以某种热力循环为基础，由热功转换获得电能的。我们以图12为例来说明简单凝汽式电厂的热力循环及热经济性指标的计算方法。其工作过程如下：4561完成给水在锅炉中的定压加热（省煤器）、汽化（水冷壁）及过热（过热器）；12是过热蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀作功过程；23是排汽在凝汽器中定压凝结放热过程；34是凝结水在水泵中的等熵压缩过程。根据热效率定义：热效率有效利用的能量/供给的能量，我们可以写出锅炉热效率：；主蒸汽管道效率：；汽轮机绝对内效率：；机械效率：；发电机效率：根据全厂热平衡，我们首先可以写出该机组功率方程：全厂效率：；煤耗的三个指标：煤耗量：煤耗率：标准煤耗率：机组热耗的两个指标：功率方程：热耗量：热耗率：机组汽耗的两个指标：功率方程：汽耗量： 汽耗率：第3节 提高发电厂热经济性的途径我们知道提高火电厂热经济性的关键是减少冷源损失QC。所以减小冷源损失的主要技术措施就是提高火电厂热经济性的途径。表11给出了组成全厂效率的各分效率的变化范围，不难看出，汽轮机绝对内效率i是影响热力发电厂热经济性的关键因素。故提高发电厂热经济性的途径要立足于使i逼近同温限下卡诺循环的热效率。热效率锅炉效率管道效率汽轮机绝对内效率机械效率电机效率全厂效率变化范围0.90-0.920.98-0.990.45-0.470.990.98-0.990.39-0.42表11 热力发电厂热效率的变化范围提高发电厂热经济性的途径包括以下几个方面：1) 提高蒸汽初参数；2) 降低蒸汽终参数；3) 采用蒸汽中间再热；4) 采用回热加热；5) 热电联产。1.3.1提高蒸汽初参数P0/t01.3.1.1吸热平均温度的概念：所谓吸热平均温度即T-s图上定压吸热线4561的积分平均值。图13 吸热平均温度图示1.3.1.2提高蒸汽初参数对热经济性的影响初温T0提高（初压不变），循环吸热平均温度增加，理想循环热效率t提高。但受到材料限制；初压P0提高（初温不变），循环吸热平均温度增加，循环热效率t提高。但使高压缸漏汽损失增加，相对内效率ri减小。可通过提高汽轮机流量加以改善；同时提高初压使汽轮机低压缸湿汽损失增加，相对内效率ri减小。采用再热可以使其得到改善。如图14所示。图14 提高蒸汽初参数热经济性分析1.3.2降低蒸汽终参数PC图15 降低蒸汽终参数热经济性分析1.3.2.1降低蒸汽终参数PC对热经济性的影响排汽压力Pc降低（初参数P0/t0不变），则循环放热温度tc下降，理想循环热效率t提高；排汽压力Pc降低（初参数P0/t0不变），排汽比容Vc增加，若排汽面积一定，则余速损失增加，相对内效率ri降低；1.3.2.2 极限真空：当Pc降低带来的理想比内功wa的增加等于余速损失增量时，就达到极限真空。再降低背压，i也不会增大。1.3.2.3降低终参数的限制冷凝器实际能够达到的排汽温度tc由下式确定图16 冷凝器温度变化但受到自然条件twi及冷却水量G、换热器面积A等技术条件的限制。1.3.2.4最佳终参数设计最佳终参数（汽轮机的冷端优化设计）年费用：minK（Pc）=f（冷凝面积A，冷却水流量G，水泵，冷却塔等）最佳运行真空：如图17所示，在汽轮机末级尺寸，冷凝器面积已定的情况下，背压降低汽轮机功率的增加与水泵多耗功的差值达到最大时对应的压力。图17 冷凝器最佳运行真空1.3.3给水回热循环回热的意义：如图18所示，回热即将汽轮机作过功的一部分蒸抽出加热给水。图18 给水回热加热图图19 抽汽比内功图示1.3.3.1采用回热加热对热经济指标的影响(1)回热使i提高根据汽轮机绝对内效率的定义，参照图18我们可以写出：循环绝对内效率=（凝汽作功+抽汽作功）/（凝汽吸热+抽汽作功）其中：iR-相应朗肯循环绝对内效率Ar-动力系数，抽汽与凝汽作功之比R-回热循环与朗肯循环绝对内效率之比讨论：回热式汽轮机的绝对内效率i总是高于相应纯凝汽式汽轮机的绝对内效率iR(2)回热使汽耗量D0、汽耗率d增加回热机组的比内功=纯凝汽作功-回热抽汽作功不足图110 抽汽作功不足图示即： （3）回热使比内功减小由功率方程：则：即：回热使汽耗量D0增加。-抽汽作功不足汽耗增加系数；Dco-相应的朗肯循环汽耗量，kg/h。汽耗率：即：回热使汽耗率d增加。（4）回热使比热耗q0减小有再热时：无再热时：采用回热使给水焓hfw大大增加，但也使汽耗率d增大，故使比热耗降低。1.3.3.2回热基本参数对回热经济性的影响影响给水回热循环热经济性的三个给水回热参数是回热加热的分配、相应最佳给水温度tfw和给水回热加热级数z；图111 回热加热基本参数分析（1）回热加热级数z设：j级加热器给水吸热量：抽汽放热量：No.1加热器热平衡：No.2加热器热平衡：依次类推，对冷凝器：汽轮机绝对内效率：假设各加热器放热量qj及吸热量hwj均相等，即各级加热平均分配，则：图112将锅炉省煤器作为0级加热器T-S图其中：，当循环参数一定时M为定值。讨论：（1）i是z的递增函数；（2）i是收敛级数,（2）最佳回热分配使机组绝对循环热效率i达最大值的回热分配称理论上最佳回热分配。最佳回热分配的推导如下：图113 z与i、i的关系对i求极值以获得最佳回热分配，令：当循环初参数一定时 （h1在变）则：同理：若进一步简化，忽略某些次要因素，则可得出以下三种最佳回热分配通式。(a)焓降分配法设qj=0，即忽略q随hw的变化，则：即将每一级加热器内水的焓升等于上级至本级蒸汽在汽轮机中的焓降。(b)平均分配法设qj=0，且qj均相等，则即各级加热器内水的焓升相等。(c)等焓降分配法由（b）外推到（a），则即每一级加热器中水的焓升等于汽轮机的各级焓降。(d)几何级数分配法即各加热器的绝对温度按几何级数进行分配。(3)最佳给水温度tfwop使回热循环的绝对内效率为最大时所对应的给水温度，也叫热力学最佳给水温度。当汽轮机抽汽级数Z一定时：1) tfw提高，热耗率q0=（h0-tfw）下降；2) p1提高使内功wI减小，汽轮机汽耗率d=3600/wimg增加；3) 汽轮机热耗率q=dq0，I=wi/q0存在一最佳值；4) 当tfw=tc，则全部凝汽，或tfw=tso，则全部抽汽（不作功）时，回热抽汽作功为零，故热经济性不会提高；5) 最佳给水温度通过相应各级回热最佳分配方式来获得。平均分配法：焓降分配法：几何分配法：工程上的技术经济最佳值应考虑汽轮机的结构及全厂投资的影响。1.3.4蒸汽再热循环蒸汽再热循环是指利用汽轮机作过功的蒸汽来加热锅炉给水的方法。如图114所示再热的目的主要体现在两个方面：1) 提高膨胀终了干度；2) 提高机组热经济性。1.3.4.1再热参数的合理选择再热的热经济性与再热参数图114 蒸汽再热循环再热循环=基本循环+附加循环其中：Arh=wa/wa，为附加循环动力系数。则再热循环热效率的相对提高为：讨论：（1）若t，则热经济性提高； （2）若=t，则热经济性不变； （3）若t，则热经济性降低。2)最佳再热温度压力的确定再热循环热效率达到最大时所对应的再热压力叫最佳再热压力。构造循环绝对内效率计算公式（如对于无回热一次再热汽轮机）其次，展开方程通过再热温度对绝对内效率求极值。结论：（1）最佳再热温度等于整个再热循环的吸热过程平均温度 （2）实际再热压力的选择须经过技术经济比较，一般Prh=（0.15-0.20）P0。1.3.4.2再热压损和再热方法对再热经济性的影响1）再热压损：从高压缸排汽到中压缸进汽段管道的压力损失。2）再热方法烟气再热：再热温度高，再热压损大，提高热经济性68。图1-15 烟气再热蒸汽再热：再热温度低，再热压损小，主要用于核电机组，提高热经济性23。图116 蒸汽再热3）核电站去湿再热图117 核电站再热系统1.3.4.3再热对回热的影响采用再热使汽轮机中低压膨胀过程线向h-s图右上方偏移，如图118所示。各加热抽汽焓和过热度增加。直接影响表现于两点：图118 再热对回热的影响1）削弱回热的热经济性；（1）合理的再热因提高工质在锅炉内吸热过程的平均温度，从而使回热提高该温度的效果减弱；（2）再热后的抽汽过热度增加，加大了在相应加热器内换热的温差使不可逆损失加大。2）影响回热的最佳分配：（1）最佳给水温度必须由最佳再热压力和最佳回热分配综合考虑。（2）为削弱中压缸第一级抽汽高过热度对回热经济性的影响，可采用如下措施：降低该级压力，减小加热器吸热量；加装蒸汽冷却器，降低不可逆损失。再热虽削弱回热的效益，但叠加上再热本身的热经济效益，总的效益还是高于无再热的回热机组。1.3.5 热电联产循环热电联产的概念：如图119所示，热电联产指利用已在汽轮机作过功的蒸汽对外供热。图119 热电联产示意图热电联产的热效率分析理想供热循环热效率：实际供热循环热效率：讨论：（1）背压机（抽汽汽流）循环发电没有冷源损失，即I=tri=1；对供热汽流发电：对凝汽流：故热电联产节煤效果显著。（2）符合按质用能的原则。（3）提高环保水平，有较高的社会效益。第4节 发电厂的原则性热力系统1.4.1原则性热力系统概述发电厂的任务是将燃料中的热能转变为电能。这种转化是由已给定的热力设备按照热力循环的顺序来完成的。发电厂热力部分的主、辅设备按照热力循环的顺序用管道和附件连接起来的整体线路图，称为热力发电厂的热力系统图。图120为发电厂热力系统分类树。热力系统图中除锅炉和汽轮发电机组外，还有凝汽设备、回热加热器、除氧器、轴封冷却器、锅炉连续排污扩容器、生水加热器及各种水泵等。热电厂还包括热网加热器、蒸发器及返回水泵等。整个热力系统可以视作一部庞大而复杂的机器。其中的任何一台设备均可以看作是大机器中的一个零件，任何设备发生故障或事故停用，都会影响整个发电厂的安全和经济运行。图120 热力系统分类图示在生产实践中，按其应用的目的和编制方法不同，热力系统有两种不向的基本型式。即原则性热力系统和全面性热力系统。其中以规定的符号来表示工质按某种热力循环顺序流经的各种热力设备之间联系的线路图，称为发电厂的原则性热力系统。原则性热力系统图的实质是用来表明工质的能量转换及其热量利用的过程，它反映了发电厂能量转换过程的技术完善程度和发电厂热经济性的好坏。由于原则性热力系统只表示工质流过时状态参数发生变化的各种热力设备。故图中同类型同参数的设备只用个来表示。它仅表明设备之间的主要联系，备用设备、管道及附件一般不画出。原则性热力系统的作用是用来计算和确定各设备、管道的汽水流量，发电厂的热经济指标等。故又称为计算热力系统。图121 原则性热力系统组成图示如图121所示，原则性热力系统主要由下列备局部系统组成：锅炉、汽轮机、主蒸汽及再热蒸汽管道和凝汽设备的连接系统；给水回热加热系统；除氧器和给水箱系统；补充水系统；连续排污及热量利用系统。如系供热机组还包括对外供热系统等。由于各发电厂具体情况不同，即使是主要热力设备的类型和容量相同，原则性热力系统也可能不尽相同。不同的连接方式所获得的经济效果也不同。因此正确地拟定、分析和论证合理的原则性热力系统，在不同的连接方案中选样最优方案，是发电厂设计和技术改进节能工作的重要环节。1.4.2编制发电厂原则性热力系统的主要步骤1.4.2.1确定发电厂的形式及规划容量根据国民经济发展计划，通过技术经济比较及可行性研究，论证并确定发电厂的性质及规划容量。电厂性质包括：（1）电厂形式-凝汽式电厂或热电厂、新建电厂或扩建电厂；（2）在电网中的作用-是否并入电力系统、承担基本、中间或调峰负荷。1.4.2.2选择汽轮机1.汽轮机形式的选择：（1）当地区只有电负荷要求，或系远离城市的煤矿附近建的电厂，应建成凝汽式电厂；（2）若该地区同时有热电负荷要求，而经论证热电联产比建坑口电厂供电、大型供热锅炉房就地供热更为合理时，则应建热电厂。2.单机容量及蒸汽参数的选择（1）对大电网中承担基载的主力机组采用高参数大容量中间再热式机组，为保证电网工作安全可靠最大单机容量不宜超过所在电网总容量的8-10%；（2）由于热电厂发电节煤是有条件的，为保证能够节煤，供热机组的选择必须遵循“以热定电”的原则。1.4.2.3绘发电厂原则性热力系统图汽轮机型式和单机容量确定后，即可根据机组本体汽水系统和选定的锅炉型式来绘制发电厂原则性热力系统图。主要确定内容包括：汽包锅炉连续排污扩容系统；除氧器的形式和工作压力、定压或滑压运行方式；是否采用前置泵；给水泵形式（电动、电动调速或汽动）及连接系统；补充水汇入热力系统方式（除氧器或冷凝器）；辅助换热设备（轴封冷却器、暖风器）及其连接方式选择；热电厂载热质、供汽方式的确定等。1.4.2.4选择锅炉（1）对于凝汽式电厂，一般一机配一炉，锅炉不设备用。锅炉容量为108-110%D0；（2）“设规”规定，装有供热式机组的发电厂，当一台最大容量锅炉停用时，其余锅炉的蒸发量应满足：热用户连续生产用汽量，冬季采暖、通风和生活用热量的60-75%（严寒地区取上限），此时允许降低部分发电出力。1.4.2.5选择热力辅助设备根据最大工况时原则性热力系统的各汽水流量，按照“设规”的技术要求，合理选择机组热力辅助设备，主要有：除氧器及其水箱；凝结水泵组；给水泵组；排污扩容器等。1.4.3 300MW亚临界中间再热机组原则性热力系统图122 300MW机组原则性热力系统图122为国产N 3001618550550型亚临界参数中间再热式汽轮机组，配10001677555型直流锅炉的发电厂原则性热力系统图。该机组有八级不调整抽汽，回热系统为三台高压加热器、四台低压加热器、一台除氧器。三台高压加热器都设置内置式蒸汽冷却器和疏水冷却器、疏水逐级自流至除氧器，除氧器为滑压运行，给水系统采用汽动调速给水泵FP，主给水泵FP前设电动前置泵TP。驱动小汽轮机TD为凝汽式，其排汽进入主机凝汽器CC，正常工况汽源为第五段抽汽。H5低压加热器设有内置式蒸汽冷却器，除H7低压加热器采用疏水泵DP外，其余低压加热器均采用疏水逐级自流方式，H8低压加热器放在凝汽器颈部，其疏水自流入热井。由于直流锅炉没有排污，为保证锅炉的汽水品质，对凝结水需要全部精处理，故没有凝结水除盐设备DE。因DE采用低压系统，故装设相应的凝结水升压泵BP。化学补充水进入凝汽器。该机组在额定工况时的热托率q为8189.38kJ/kWh。思考题：1.发电厂为什么要考虑经济效益、社会效益和环境效益的统一?2.效率的一般概念是什么?试以节流过程为例，用热效率法进行计算并说明其结果为什么不一样？3.为什么工程上常用热效率法来评价发电厂的热经济性？4.凝汽式发电厂的总效率由哪些效率组成？当提高其中任一(或两个)分效率时总效率将如何变化?5.传热温差越大，作功能力损失越大。这与传热学中“传热温差越大，传热效果越好”是否有矛盾?为什么?6.凝汽式发电厂有哪些主要热经济指标?它们之间的关系是怎样的?7何渭发电标准煤耗率和供电煤耗率?为什么要用供电标准煤耗率小能真正反映发电厂运行的经济性?第二章 给水回热加热系统第1节 回热原则性热力系统2.1.1回热加热器的类型回热加热器是利用汽轮机抽汽加热进入锅炉的给水，从而提高热力循环效率的换热设备。按传热方式分：混合式加热器；表面式加热器图21 表面与混合式加热器图22 除氧器按布置方式分：卧式加热器；立式加热器按水侧压力分：高压加热器；低压加热器图23 低压加热器图24 高压加热器2.1.2表面式加热器的疏水连接方式图25 疏水逐级自流图26带疏水泵的连接方式图27带疏水冷却器的连接方式2.1.3回热加热器结构图28 回热加热器结构2.1.4轴封加热器（轴封冷却器）利用轴封及门杆的漏汽来加热主凝结水，其疏水至凝汽器，从而减少热损失并回收工质。图29 抽汽压损与加热器端差2.1.5.1抽汽管道的压损由于管子长度、弯头、阀门等引起沿程阻力和局部阻力造成汽机至加热器的压降。压损的影响：（1）当twj一定时，则必提高Pj，引起回热作功减小；（2）当Pj一定时，则Pj引起twj降低，使回热效果降低。2.1.5.2表面式加热器的端差出口端差加热器汽侧压力下的饱和温度tsj与出口水温twj之间的差值，也叫上端差；进口端差离开疏水冷却器的疏水温度tsj与进口水温twj+1之间的差值。端差的影响：（1）当降低，在一定给水温度下Pj降低，则wi增加，但换热面积A增加，投资增加；（2）当降低，则离开加热器的疏水温度更低，因而排挤下一级抽汽较小，wi增加。第2节 回热原则性热力系统计算2.2.1计算的目的及基本公式2.2.1.1目的1) 确定某工况时机组的热经济性指标和各部分汽水流量；2) 根据最大工况时的各汽水流量，选择有关的辅助设备及汽水管道；3) 确定某些工况下汽轮机的功率或新汽流量；4) 新机组本体热力系统定型设计。在原则性热力系统计算中，当负荷给定时叫定功率计算；当汽轮机进汽量给定时叫定流量计算。2.2.1.2基本公式已知：汽机类型、容量、参数、机组相对内效率、回热系统三个基本公式：1) 加热器热平衡；2) 加热器质量平衡；3) 汽轮机功率方程2.2.2计算方法和步骤2.2.2.1计算方法1) Z个加热器热平衡式+功率方程（或质量平衡方程）；2) 联立求解得Z个抽汽量；3) 计算热经济指标；4) 计算次序是“由高到低”。2.2.2.2计算步骤图210 热力计算步骤2.2.3热平衡式的拟定两种写法（1）吸热量=放热量对表面式加热器的热平衡：令：则： （2）流入热量=流出热量对混合式加热器的热平衡：质量平衡：则：令：则：图211 回热加热器的计算物理模型2.2.4常规热平衡的电算回热（机组）原则性热力系统例21某汽轮发电机组的回热加热系统及有关汽水比焓如图212所示。已知Pe=6000kW，h0=3305.1kJ/kg，mg=0.95，不计散热损失，不考虑水在泵中的焓升，求：（1）无回热加热器的各项热经济指标q0、i、q、d；（2）有回热加热器的各项热经济指标q0、i、q、d；（3）比较采用回热加热的热经济效果i=？图212 某机组回热系统解：（1）无回热加热的各项热经济性指标比热耗： 汽轮机的绝对内效率：汽耗率：热耗率： （2）机组有回热加热的热经济性指标No.1加热器的热平衡则： No.2加热器的热平衡 （a）No.3加热器的热平衡 （b）质量平衡式： （c）联立（a）、（b）、（c）得：比热耗： 汽轮机绝对内效率：汽耗率：热耗率： （3）比较采用回热加热的热经济效果例22 已知国产200MW汽轮机组额定工况时，h0、hrh分别为3433、3543kJ/kg，qrh为500kJ/kg，回热系统各处汽水焓值如图213所示，mg=0.98，若不计加热器的散热损失，求该机组额定工况时的热耗率q0？图213 某200MW机组回热系统解：1.采用常规热平衡法 No.1加热器： No.2加热器： No.3加热器： No.4加热器： No.5加热器： No.6加热器： No.7加热器： No.8加热器： 2.采用电算法计算 写成矩阵形式： 即：1kg蒸汽所做的功：比热耗：汽轮机绝对内效率：汽轮机热耗率：第3节 除氧器2.3.1给水除氧的任务和方法给水中氧的来源：1）补充水，10mg/L；15g/L； 2）处于真空下工作的设备及管道附件的不严密处漏入； 3）抽汽不凝结气体。给水含氧的危害性：1）腐蚀金属设备，安全受到威胁； 2）传热恶化，热经济性下降； 3）高参数机组溶盐能力加强，汽轮机叶片容易形成氧化物沉积，使出力下降。给水除氧方法：化学除氧：在除氧器出口添加还原剂，如亚硫酸钠Na2SO3 和联胺N2O4使之与水中溶氧化合而达到除氧目的。物理除氧：指采用物理方法进行除氧。2.3.2热力除氧原理热力除氧的机理，基于以下四个理论：亨利定律：当液体和气体间处于平衡状态时，对应一定的温度单位体积中溶解的气体量b与水面上该气体的分压力pf成正比。即：推论1：若欲将某气体从液体中完全清除，只需设法使该气体在液面上的分压力等于零即可。道尔顿分压定律：混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和。对于给水而言，水面上气体混合物全压力等于水中溶解各气体分压力和水蒸汽分压力之和。推论2：若能使蒸汽分压力等于液面上的全压力，则其它气体的分压力趋于零。结论：在定压下将水加热至饱和温度，则溶于水中的其它气体就能全部逸出而被除去，这就是热力除氧原理。要保证理想的除氧效果，热力除氧还必须满足传热、传质方程。传热方程：除氧器所传递的热量与汽水接触面积A及温差t成正比。即：传质方程：除氧器所离析出的气体量G与汽水传质面积及不平衡压差p成正比。即：2.3.3除氧器的类型表21除氧器的类型分类方法类型按结构分淋水盘式喷雾式填料式按布置分立式卧式按压力分真空式（0.059（MPa）大气式（0.12MPa）高压除氧器（0.58MPa）2.3.4除氧器运行2.3.4.1除氧器的运行方式除氧器的运行原则：保证除氧器和给水泵的安全可靠运行，同时兼顾热经济性。除氧器的运行方式有定压、滑压两种。2.3.4.2实现除氧器滑压运行应采取的措施1.负荷剧升时除氧效果的保证控制负荷升速在5%/min内；缩减滑压范围；设置再沸腾管。2.负荷剧降时给水泵安全的保证给水泵不汽蚀的基本条件是泵入口的有效汽蚀余量NPSHa应大于必须的汽蚀余量NPSHr。即： 其中： 提高除氧器安装高度；采用低转速前置泵使NPSHr降低；降低泵吸入管内的压降；缩短泵入口水温滞后于除氧器水温的时间T，可采取：a.提高下降管内水的，引起p增加，一般2-3米；b.开启给水再循环；c.在泵入口处注入冷水（利用主凝结水旁路或设置给水冷却系统）。减缓暂态时除氧器压力下降a.增加除氧器储水量，靠更多的水闪蒸来阻止pd下降；b.装设备用汽源。思考题1. 混合式低压加热器的特点是什么，为何国外大机组有采用混合式低压加热器的？2. 为什么高压除氧器能防止“自生沸腾”现象？3. 回热加热器的疏水方式通常有那几种形式，各有何优缺点？4. 为何高参数以上机组采用高压除氧器？为何热电厂才采用两级除氧？5. 某汽轮机只有一级抽汽送至除氧器，系统及各焓值如图215所示，不计水在泵中的焓升，求：1) 不计除氧器散热损失时，汽轮机的绝对内效率i；2) 考虑除氧器散热损失时汽轮机绝对内效率的变化i，取h=0.98；图215 习题5附图6. 某汽轮发电机组的回热加热系统及有关汽水比焓如图2-16所示，不考虑水在泵中的焓升，试根据常规热平衡的电算原则，列出它的系数矩阵A。图216 习题6附图第三章：发电厂全面性热力系统及运行发电厂的全面件热力系统是以规定的符号表明全厂主辅热力设备，包括运行的和备用的，以及按照电能生产过程连接这些热力设备的汽水管道和附件整体系统图。发电厂全面性热力系统是根据原则性热力系统拟定的。原则性热力系统只考虑了电厂能量转换及热量利用的基本过程，而全面性热力系统同时又考虑了怎样连续实现电厂的能量转换。当设备或管路停运或检修时，不影响主机乃至整个电厂的连续生产，必须装置备用设备及其备用管路，如备用给水泵、备用疏水管路等。为适应启动、低负荷运行、变工况、正常运行、事故或停止运行时各种运行方式变化的需要，装置了各种不同作用的操作部件和安全保护部件，如截止阀、调节阀、减压间、逆止阀、安全阀、水位调节阀、疏水器、减温装置、高压加热器的自动旁路、流量测量孔板等。全面性热力系统图是按发电厂设备的实际数量绘制的。包括全厂主要热力设备和辅助设备、如锅炉设备、汽轮发电机组、各种热交换器、减温减压器、各种水泵、水箱等。并按发电厂的现有情况表示出发电厂的主蒸汽系统、凝结水系统、回热抽汽系统、除氧器系统、锅炉给水系统、补充水系统、启动旁路系统以及锅炉启动系统。如果是热电厂，还有供热系统等管道系统。在全面性热力系统图中，属于热力设备本身的有机组成部分，如锅炉本体的汽水管道系统、汽轮机本体的疏水系统、辅助汽轮机的疏水等一般均不加表示；属于些次要管道系统，如锅炉连续和定期排污系统、高压和低压加热器的空气抽出系统，一般情况下只部分地表示。全面性热力系统标明一切必需的连接管路和管路上的切附件，因而全面性热力系统反映了全厂热力设备的配置情况和各种运行工况的切换方式，是发电厂运行操作的依据。发电厂全面性热力系统简单或复杂，对设计而言，直接影响到投资的多少和钢材的耗用量。对施工而言，直接影响到施工工作量的大小和施工期限的长短；对运行而言，直接影响到运行调度的灵活性、可靠性和经济性，工质损失的多少和散热损失的大小；对检修而言，直接影响到各种切换的可能性及备用设备投入的可能性。因此拟定全面性热力系统要符合安全可靠、简单明了，便于运行操作、维护方便，留有扩建余地。投资运行费用低，技术经济上合理的原则。在发电厂设计时，可以根据拟定的全面性热力系统图，编制全厂汽水设备总表，计算管子的直径和壁厚，提出管道制件的定货清单。同时也给发电厂管道系统和主厂房布置设计提供了依据。通过上面分析可以看出，发电厂全面性热力系统图图是电厂各项工作中必不可缺少的有指导意义的重要文件之一。第1节 主蒸汽管道系统锅炉供给汽轮机蒸汽的管道，蒸汽管间的连通母管，通往用新汽设备的蒸汽支管等称为主蒸汽管道。如果是再热式机组，还有汽轮机高压缸排汽口至再热器人口的再热冷段管道再热器出口至汽轮机中压缸人口的再热热段管道也属于这个范围。发电厂主蒸汽管道的特点是：输送工质流量大，参数高，用的金属材料质量高，对发电厂运行的安全性、可靠性、经济性影响大，所以要求主蒸汽管道系统力求简单，工作安全可靠；运行调度灵活，能进行各种切换，便于维修、安装和扩建，投资费用少，运行费用低。要得到这样的系统，必须通过综合技术经济比较确定最优方案。发电厂中常用的主蒸汽管道系统有以下几种形式：3.1.1单元制主蒸汽管道系统单元制主蒸汽管道系统是指一台锅炉配一台汽轮机的管道系统(包括再热蒸汽管道)，组成独立单元，各单元间无横向联系，用汽设备的蒸汽支管