（精选）清华大学《联合循环》.ppt

第三章蒸汽轮机电站基本理论 汽轮机电站 电站锅炉 汽轮机装置联合循环下位电站 余热锅炉 汽轮机装置传统锅炉的任务是在炉内组织高效率的燃烧和传热余热锅炉的任务是在炉内组织高效率的 燃烧和 传热把热量传给水和水蒸汽 生产出符合汽轮机所要求的压力 温度和流量的水蒸汽 送入汽轮机膨胀作功 本章内容 火电汽轮机电站工作工程余热锅炉的工作过程与计算 电站锅炉与余热锅炉的区别燃烧系统 电站锅炉要求有一个稳定高效率的燃烧系统 而不补燃的余热锅炉则不需要燃烧系统 补燃的余热锅炉仅仅需要规模较小的燃烧系统传热方式 电站锅炉 传导 对流 辐射 不补燃余热锅炉 对流传热和热传导传热 电站锅炉与余热锅炉的区别压力级数 电站锅炉单压锅炉 余热锅炉单压 双压 三压 余热锅炉多压的目的 提高燃料能量使用率减小燃气轮机排气放热过程与水 水蒸汽吸热过程之间的传热温差 减小了热能作功能力的损失可以降低锅炉的排烟温度 减小了排烟带入大气的热量损失 排烟温度受到烟气中腐蚀性成分的含量的多少和腐蚀性成分蒸汽的露点的高低 第一节蒸汽轮机电站简介 发电效率供电效率 b p ri m g 1 e 1 e We B cv 0 b 锅炉效率锅炉中存在的损失及量级 30万机组 排烟显热损失7 9764 机械不完全燃烧损失 飞灰炉渣含有未燃烧的碳 0 5477 化学不完全燃烧损失 烟气中含有可燃气体 0 1505 炉体散热损失0 4281 飞灰和炉渣的显热损失0 3639 p 管道效率 ri 朗肯循环效率 计及汽轮机及辅助系统的热损失 汽轮机循环效率 汽轮机装置效率 第一节蒸汽轮机电站简介 汽轮机装置 汽轮机本体 凝汽器 给水回热加热器 除氧器构成给水回热加热器 提高汽轮机循环的效率而采取的回热措施除氧器 混合式给水回热加热器 在除氧器中将溶解在给水中的氧气和其他气体除去 保证锅炉的高温区的换热器管道不遭受高温氧腐蚀 不影响传热 以确保电厂的安全运行 第一节蒸汽轮机电站简介 除氧器要求 锅炉压力3 8 5 8MPa 给水溶解氧量标准值小于等于小于15 g L锅炉工作压力大于5 8MPa 给水溶解氧量标准值小于等于小于15 g L亚临界和超临界锅炉 给水要求彻底除氧 热力除氧辅以化学除氧 除氧器方法 化学除氧 联氨N2H4 和热力除氧热力除氧包括高压除氧 6atm 153度 含氧量小于7 g L 和常压除氧 1 2atm 104度 含氧量小于15 g L 第一节蒸汽轮机电站简介 除氧器工作原理 溶解于水中的气体量与液面上该气体的分压力成正比水被定压加热 液面上蒸汽量增加 水蒸汽分压增大 其他气体的分压减小 水中溶解的氧气和其他气体离析出来 排出 水大量蒸发 液面上其他气体分压接近水面上的全压力 溶解在水中的气体从水中逸出除去 第一节蒸汽轮机电站简介 除氧器结构图 第一节蒸汽轮机电站简介 汽轮机 单纯发电用汽轮机 凝气式 热电联供式汽轮机 背压式汽轮机用于热负荷常年稳定场合排汽供热 参数高 无热负荷 无法发电 以热定电抽凝式汽轮机用于年热负荷按照一定规律变化以热限电 纺织 印染 化工 造纸 参数高 目标 具有良好的变工况特性的热电联供方式 高品质能量发电 低品质能量供热 避免高能低用 实现能量梯级利用 第一节蒸汽轮机电站简介 背压透平与低压冷凝透平并列运行工作装置示意图 B G G 旁通阀 供热装置 第一节蒸汽轮机电站简介 不同级别汽轮机参数压力 MPA 温度 C 功率 MW 中低压3 92450小于50高压9 90540小于100超高压13 83540 540小于200亚临界16 77540 540300 600超临界大于22 13550 550600及以上超超临界大于25 00600 600600及以上 第一节蒸汽轮机电站简介 不同级别汽轮机参数 第一节蒸汽轮机电站简介 不同级别汽轮机参数 第一节蒸汽轮机电站简介 水蒸气的临界压力 22 12MPa 临界温度 374 15 石洞口电厂 1992 我国第一个超临界电厂 主辅助设备进口浙江玉环 20061013 国产超超临界 锅炉 哈锅 三菱设计技术 汽机 上汽 西门子技术 欧洲超超临界压力28 5MPa 31 0MPa 温度545 6001998年 丹麦ordjylland 28 5MPa 580 580 580 47 2001年 丹麦AVV2电厂 49 效率最高 第一节蒸汽轮机电站简介 2008年电力公司供电煤耗申能 集团 有限公司306克 千瓦时神华集团有限责任公司329克 千瓦时中国华能集团公司334克 千瓦时中国大唐集团公司335克 千瓦时60万机组2007年全国平均煤耗324克 千瓦时 最低3059克 千瓦时 第一节蒸汽轮机电站简介 我国主力机组60万机组 20万机组不再生产100万机组有订单 已经实现并网发电浙能舟山六横电厂2 1000mw 浙江玉环电厂4 1000MW曹妃甸电厂二期扩建 2 1000MW超临界机组 上海曹泾电厂2 1000MW谏壁发电厂扩建 2 1000MW机组 宁海发电厂二期2 1000MW上海外高桥第三发电厂三期2 1000MW 3月投产 泰州电厂一期建设2台1000MW超邹县电厂2 1000MW宁波北苍电厂2 1000MW安徽宿州电厂2 1000MW湖北汗川电厂三期2 1000MW天津北疆电厂2 1000MW国电博兴电厂2 1000MW广东平海电厂2 1000MW珠海电厂 江苏句容电厂 国华台山电厂2 1000MW 广东惠来电厂2 1000MW绥中发电厂二期2 1000MW 第一节蒸汽轮机电站简介 100万机组2009年部分招标或者订单广东平海电厂一期2 1000MW机组国电汉川电厂三期 2 1000MW 级机组陕西德源府谷2 1000MW机组广东发电厂规划容量6 1000MW等级国产超超临界燃煤机组山东莱州电厂一期2 1000MW机组广东台山发电厂二期 首两台1000MW级机组 平顶山第二发电厂一期2 1000MW机组凯里清江发电厂2 1000MW项目 第一节蒸汽轮机电站简介 世界范围超超临界技术发展20世纪90年代开始 快速发展 技术领先的国家 日本 德国和丹麦 世界上超超临界机组的最高热效率已达到47 在国际上采用的技术已经是成熟技术 锅炉设计通常采用 型炉和塔式炉 锅炉最常用的水冷壁布置方式是螺旋管圈 压力和温度的提高 增加壁厚或者提高材料等级 超超临界锅炉所采用的材料目前都是成熟的 汽轮机的高压缸压力很高 末级钛叶片 长叶片长度可达1375mm 排汽面积达15m2 对于600MW 700MW的超超临界机组只采用一个低压缸 所用的新马氏体钢和合金钢都已开发出来 第一节蒸汽轮机电站简介 汽轮机电站提高循环效率的措施 提高蒸汽初参数压力 温度匹配提高 漏气损失大 f 点湿度过大 熵增大 第一节蒸汽轮机电站简介 蒸汽初参数对超超临界汽轮机循环效率影响 压力是16 6 31 0MPa 温度在535 600 压力每提高1MPa 热效率上升0 18 0 29 新蒸汽温度每提高10 热效率提高0 25 0 3 再热蒸汽温度每提高10 热效率提高0 18 二次再热的机组就比一次再热机组的热效率高1 5 2 0 1000兆瓦电站 每年约需耗用标准煤230万吨 热效率绝对值提高1 每年节约标煤6万吨 第一节蒸汽轮机电站简介 汽轮机电站提高循环效率的措施 降低排汽参数 排汽压力 受到自然环境条件 冷却水 采用给水回热加热循环 一是直接减少循环向冷源排放的热量 二是提高给水进入锅炉时的温度针对蒸汽初参数提高相互不匹配时的初压p0过高而初温t0相对较低的情况 采用再热循环 温度低 压力高解决方案 材料 最佳再热压力 价廉的碳素低合金钢允许的蒸汽温度是450 以下 而碳素中合金钢是510 520 高级合金钢中的珠光体钢是560 570 奥氏体钢可以允许600 以上的高温 价格比珠光体钢高出5 7倍 降低厂用电 用变频技术来驱动电站的辅机 凝结水泵 循环水泵 给水泵 送风机 引风机 前置给水泵 压力最高 轴封加热器 第二节蒸汽轮机循环效率计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 设备 锅炉 扩容器 省煤器 蒸发器 过热器汽轮机 高压透平1 中压透平1 低压透平4给水回热系统 高压加热器3 低压加热器4 除氧器1水泵 凝结水泵 前置水泵 给水泵 拖动用小汽轮机 冷凝器发电机 给水回热系统疏水处理 高一级疏水压差作用下给下一级给水 逐级串连疏水 热经济性最差用泵把本级疏水打到加热器给水侧 经济效益中用泵把本级疏水打到加热器出水侧 经济效益高经济性需要与可靠性均衡考虑 泵为旋转机械 容易出故障 全部采用3方案技术经济性差 一般电厂安装2个泵 一个备用 第二节蒸汽轮机循环效率计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 常规计算法 通过一个具体算例 了解汽轮机电站的工作过程已知 锅炉型号DG 1000 16 66 1型额定蒸发量 Db 1000t h 锅炉效率 b 90 08 汽包压力 Pbd 18 63MPa主蒸汽参数 Pb 16 77MPatb 555 比焓hb 3443 2kJ kg再热器进 出口蒸汽压力温度 3 58 3 4MPa 335 555 连续排污量 Dbl 0 005Db扩容器工作压力 Pv 0 8MPa 第二节蒸汽轮机循环效率计算 已知 汽机型号 N300 16 17 550 550 额定功率 300MW主蒸汽参数 压力P0 16 17MPa 温度t0 550 再热蒸汽参数 压力Prh 3 23MPa 温度trh 550 排汽参数 压力Pc 0 005MPa 比焓hc 2394 4kJ kg 第二节蒸汽轮机循环效率计算 已知 回热系统参数 加热器端差疏水冷却器进口端差 第二节蒸汽轮机循环效率计算 已知 水泵和除氧器参数凝结水泵出口水压Pcwpo 1 67MPa给水泵出口水压Pfwpo 21 35MPa给水泵效率 fwp 84 86 除氧器工作压力Pdea 0 699MPa设计除氧器水箱液面至给水泵入口高度H 20m 第二节蒸汽轮机循环效率计算 其他已知 主汽门 调速汽门 中压联合汽门 中低压缸联通管的压损系数均为2 再热器压损系数9 8 小汽轮机汽耗量0 043D0 排汽压力0 0068MPa 排汽比焓2481kJ kg 全厂汽水渗漏损失DL 0 007Db 进入除氧器的轴封漏汽量Dsg1 0 01D0 比焓hsg1 3361kJ kg 第二节蒸汽轮机循环效率计算 进入7 加热器的轴封漏汽量Dsg2 0 003D0 比焓hsg2 3368kJ kg 进入轴封加热器的轴封漏汽量Dsg3 0 0014D0 比焓hsg3 3284kJ kg 轴封加热器汽侧压力0 095MPa 各换热器效率 k 0 98 补充水压力0 44MPa 补充水温度20 排污冷却器下端差 8 汽轮机机械效率 m 0 993 发电机效率 g 0 987 除氧器采用滑压运行方式 工作压力随着负荷和抽汽压力变化 非恒定 第二节蒸汽轮机循环效率计算 计算用数据整理1 给水泵中水的焓升Pfwpi Pdea 0 00981 H 0 699 0 00981 20 0 8952MPa给水泵入口水温度 除氧器工作压力对应的饱和温度 164 9 给水泵入口的水的比焓和比熵hfwpi 696 8kJ kg sfwpi 1 9913kJ kg K 由Pfwpi tfwpi查水蒸汽热力性质表得到 给水泵出口的水的等熵比焓hfwpo s 719 9kJ kg 由Pfwpo sfwpi查水蒸汽热力性质表 给水泵内焓升 hfwp hfwpo s hfwpi fwp 27 22kJ kg给水泵出口温度tfwpo 168 4 给水泵出口压力Pfwpo 21 35MPa和比焓hfwpo hfwpi hfwp 696 8 27 22 724 02kJ kg查 第二节蒸汽轮机循环效率计算 计算用数据整理2 给水回热器出水口的水压确定设计过程 锅炉汽包工作压力确定 根据锅炉中省煤器和各个高压加热器的水侧压损来确定给水泵的出口压力 并据此来选用合适的给水泵验算过程 汽包压力和给水泵出口水压已知 若知道各个高压加热器的水侧压损 可然后确定高压加热器出口的水压高加 省煤器中还有压力损失 P Pfwpo Pbd 4 21 35 18 63 4 0 68MPa3 高压加热器出口水压Pw3 Pfwpo P 21 35 0 68 20 67MPa2 高压加热器出口水压Pw2 Pfwpo 2 P 21 35 2 0 68 19 99MPa1 高压加热器出口水压Pw1 Pfwpo 3 P 21 35 3 0 68 19 31MPa 第二节蒸汽轮机循环效率计算 计算用数据整理2 给水回热器出水口的水压确定低加 除氧器到5号低加长管道 有压损失 sg3换热器有损失 6次压降 P Pcwpo Pdea 6 1 67 0 699 6 0 161833333MPa8 低压加热器出口水压Pw8 Pcwpo 2 P 1 346MPa7 低压加热器出口水压Pw7 Pcwpo 3 P 1 185MPa6 低压加热器出口水压Pw6 Pcwpo 4 P 1 023MPa5 低压加热器出口水压Pw5 Pcwpo 5 P 0 861MPa除氧器出水压力Pw4 0 699MPa 第二节蒸汽轮机循环效率计算 3 回热系统汽水参数 第二节蒸汽轮机循环效率计算 3 回热系统汽水参数 续 第二节蒸汽轮机循环效率计算 4 各辅助汽水系数的整理与连续排污系统计算进入汽轮机膨胀的蒸汽量为D0 汽水系数为1 确定各辅助汽水流量的汽水系数绝对量相对量1 进入汽轮机膨胀作功的蒸汽量D0 0 12 汽轮机总进汽量D0 D0 Dsg1 Dsg2 Dsg3 1 0 01D0 0 1 014 0 003D0 0 0014D0 1 0144D03 锅炉产汽量Db D0 DL 1 0144D0 0 007Db b 1 021551Db 1 0144D0 0 993 1 021551DDL漏汽损失4 锅炉连续排污量Dbl 0 005Db 0 005 1 021551D0 0 0051078D0 bl 0 0051078 第二节蒸汽轮机循环效率计算 各辅助汽水系数的整理与连续排污系统计算5 锅炉给水量Dfw Db Dbl 1 021551D0 fw 1 0266588 0 0051078D0 1 0266588D06 锅炉连续排污口水的比焓hbl 1761 45kJ kg 汽包工作压力18 63MPa下的饱和水比焓 7 扩容器工作压力pv 0 8MPa 已知 8 扩容蒸汽的比焓x 0 98 pv下的饱和蒸汽比焓h 2767 46kJ kg 也可用程序算 饱和水比焓h 720 94kJ kg 扩容蒸汽比焓hf xh 1 x h 2726 53kJ kg9 扩容器排水的比焓 720 94kJ kg 查表求得 0 8MPa下的饱和水 第二节蒸汽轮机循环效率计算 各辅助汽水系数的整理与连续排污系统计算10 扩容蒸汽的汽水系数焓 0 0025602根据扩容器能平方程11 扩容器排水的汽水系数 0 0051078 0 0025602 0 002547612 补充水量 0 007 1 021551D0 0 0025476D0 0 00969845713 补充水的比焓hma 84 27kJ kg 根据补水压力0 44MPa和温度20度14 排污冷却器出口补充水比焓排污冷却器能量平衡方程 查表也可 第二节蒸汽轮机循环效率计算 各辅助汽水系数的整理与连续排污系统计算15 排污冷却器污水排出温度16 排污冷却器污水排出比焓 第二节蒸汽轮机循环效率计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算高加1 高加2 再热蒸汽量 抽汽系数和凝气系数计算高加3 第二节蒸汽轮机循环效率计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算除氧器4 混合加热器 利用焓利用系数 k衡量换热效果 抽汽点处的比焓是hj 认为抽汽进入加热器时的比焓是hj 将所有的损失集中考虑到进口参数的降低上 进入除氧汽的抽汽完全换热 kj hkj hkj 假定等于0 98除氧器能平方程 放热工质进入加热器的有效能量 混合工质离开加热器的能量 kihki ki outhout 第二节蒸汽轮机循环效率计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算 抽汽系数和凝气系数计算除氧器4 除氧器质量平衡 1 0266588 0 1839465 0 00256 0 01 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算加热器5 第二节蒸汽轮机循环效率计算 联合求解的6 7号加热器抽汽系数用图 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算加热器6 7加热器6能平方程 混合器质量守恒方程 1 4 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算混合器能量平衡方程 7 加热器的能量平衡方程 2 3 4 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算式1 2 3联立求解 377 5089750kJ kg 0 053001840 0 037141932结果代入4 0 692154431 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算8号加热器凝气器工作压力取为汽轮机排气5100Pa 忽略小汽轮机排气与主排气差异 对应的饱和温度是33 250637度 取其为凝结水泵出口温度 忽略补充水和8 加热器 轴封加热器的疏水送入凝汽器热水井中对井中凝结水的温度的影响 忽略凝结水在凝结水泵中的焓升 已知pcwpo 1 67MPa 查表 得到凝结水泵出口焓hcwpo 139 2474kJ kg 第二节蒸汽轮机循环效率计算 8 0 023744383凝汽系数核算 c 0 692154431 0 023744383 0 0014 0 0096985 0 043 0 614311548 抽汽系数和凝气系数计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 抽汽系数和凝气系数计算 1 0 0499055 2 0 0949507 3 0 0390903 4 0 055636242 5 0 032217797 6 0 053001840 7 0 037141932 8 0 023744383 c 0 614311306 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 抽汽的作功不足系数和功率方程1kg s新蒸汽从头到尾作功 h h0 h2 hrh hc h0 hc hrh h2 h0 hc qrh无再热 h h0 hc再热器上游j级抽汽作功不足 hj hj hc qrh下游j级抽汽作功不足 hj hj hc汽机功率方程 h h0 hc qrh j hj h j hj h 1 j hj h h 1 jyj 抽汽的做功不足系数 yj hj h 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 抽汽的作功不足系数和功率方程 qrh hrh h2 3072 66 3565 9421 3072 66 493 2822kJ kg h h0 hc qrh 3435 8887 2394 4 493 2822 1534 7709kJ kg 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 发电量与汽耗量计算ne h 1 jyj 1534 7709 1 0 206877799 0 993 0 987 1193 026427kJ kgD0 Ne ne 300000kW 1193 026427 kJ kg 251 4613198kg s 905 2607516t h 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 发电量核算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 汽水量计算 1 汽轮机汽耗 D0 0 D0 918 2965064t h 2 轴封漏汽量 Dsg1 sg1 D0 9 052607516t h 3 轴封漏汽量 Dsg2 sg2 D0 2 715782255t h 4 轴封漏汽量 Dsg3 sg3 D0 1 267365052t h 5 再热蒸汽量 Drh 774 1281191t h 6 1次抽汽量 D1 1 D0 45 17749043t h 7 2次抽汽量 D2 2 D0 85 95514204t h 8 3次抽汽量 D3 3 D0 35 38691435t h 9 4次抽汽量 D4 4 D0 50 36530624t h 10 除氧器用汽量 D4 4 D0 11 43909393t h 小汽轮机用汽量 Dfp fp D0 0 043 905 2607516 38 92621231t h 11 5次抽汽量 D5 5 D0 0 032217797 905 2607516 29 16550712t h 热力性能计算 汽水量计算 12 6次抽汽量 D6 6 D0 0 053001840 905 2607516 47 98048551t h 13 7次抽汽量 D7 7 D0 0 037141932 905 2607516 33 62313327t h 14 8次抽汽量 D8 8 D0 0 023744383 905 2607516 21 49485800t h 15 凝汽量 Dc c D0 0 614311306 905 2607516 556 1119145t h 16 锅炉产汽量 Db b D0 1 021551 905 2607516 924 7700260t h 17 全厂汽水渗漏损量 DL 0 007 Db 0 007 924 7700260 6 473390182t h 18 锅炉连续排污水量 Dbl bl D0 0 0051078 905 2607516 4 623890867t h 19 扩容蒸汽量 Df f D0 0 0025602 905 2607516 2 317648576t h 20 扩容器排污水量 D0 0 0025476 905 2607516 2 306242291t h 21 锅炉给水量 Dfw fw D0 1 0266588 905 2607516 929 3939169t h 22 补充水量 Dma ma D0 0 009698457 905 2607516 8 779632473t h 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 汽轮机组热经济性指标Q0 D0 h0 hfw Drh qrh Df hf hfw Dm a hma hfw 918 2965064 1000 3435 8887 1145 91 774 1281191 1000 493 2822 2 317648576 1000 2726 53 1145 91 8 779632473 1000 207 75 1145 91 2480169677kJ h汽轮机热耗率 q0 Q0 Ne 2480169677 300000 8267 232256kJ kW h汽轮机发电效率 0e 3600 8267 232256 0 435454078 第二节蒸汽轮机循环效率计算 再热器进口蒸汽参数Prhb 3 58MPa trhb 335 比焓hrhbi 3067 6645kJ kg 再热器出口蒸汽参数Prhb 3 4MPa trhb 555 比焓hrhbo 3575 6169kJ kg 1kg再热蒸汽在锅炉里的吸热量 qrhb hrhbo hrhbi 3575 6169 3067 6645 507 9524kJ kg锅炉热负荷 Qb Db hb hfw Drh qrhb Dbl hbl hfw 924770 0260 3443 2 1145 91 774128 1191 507 9524 623 890867 1761 45 1145 91 2520531358kJ h 第二节蒸汽轮机循环效率计算 热力性能计算 汽轮机组热经济性指标管道效率 p Q0 Qb 2480169677 2520531358 0 983986836全厂热效率 cp b p 0e 0 9008 0 983986836 0 435454078 0 385975757全厂热耗率qcp 3600 cp 3600 0 385975757 9327 010659kJ kW h标准煤耗 第二节蒸汽轮机循环效率计算 第二节蒸汽轮机循环效率计算 冷凝器 冷却水回路 进入凝气器流量已知 一般hs hw变化很小 2140 2220kJ kg之间 取平均值2180kJ kg 循环水量与冷却汽量之比m取50 120 节点温差ts tw2取3 10度不同的m和给水温度确定了冷凝器的工作压力 第二节蒸汽轮机循环效率计算 冷凝器 取节点温差为5度 冷凝器工作压力 Pa 给水温度m 50m 60m 80m 100018201630141012901033803060266024602059805440482044703010180933083107760冷却水量m 556 1 38 9 吨 30万本例 第三节其他方法简介 等效焓降法 前苏联学者 在60年代提出的一种汽轮机循环热力性能的计算方法既可以像常规计算法一样用于整个汽轮机循环系统的热力性能计算也可以当汽轮机循环的热力系统有了局部性的改变之后 不必对整个的热力系统全部重新进行计算 而只需要对与这个局部改变有关的部分进行计算 就能够得到整个循环的热力性能的变化结果 为联合循环选配汽轮机 热电联供系统设计 给水回热系统改变 快捷评价循环特性 等效焓降方法优点可以用来计算汽轮机机组的效率 计算过程中不需要解方程组简单 计算的结果准确 对机组热力系统的局部变动 可以迅捷地计算汽轮机效率的改变结果等效焓降方法缺点一定程度上把能量平衡和工质质量平衡分解开来 以至计算除了功率和效率时 还不能完整地获得各计算点的汽水参数 第三节其他方法简介 第三节其他方法简介 推导前提 整个汽轮机装置中 进入汽轮机进口的作功汽和离开汽轮机装置的给水量相等 在此基础上推导等效焓降 和常规法不同区别 常规法各点按照物理上的量进行计算 进入汽轮机作功汽量小于锅炉给水 第三节其他方法简介 等效焓降概念对于新蒸汽 把有抽汽情况下新增1kg新蒸汽的实际作功量称之为新蒸汽的等效焓降对于抽汽 被排挤的1kg抽汽返回汽轮机后在抽汽口下游的汽轮机里的实际作功量 等效焓降计算举例 8号加热器 第三节其他方法简介 等效焓降计算举例7号加热器 纯热量进入系统作用于7 加热器 排挤7 加热器的1kg抽汽 在进入系统前后 8 加热器的能量平衡方程分别是 第三节其他方法简介 等效焓降计算举例6号加热器 纯热量进入系统作用于6 加热器 排挤6 加热器的1kg抽汽 在热量进入系统前后 7 加热器的能量平衡方程分别是 在进入系统前后 8 加热器的能量平衡方程分别是 第三节其他方法简介 第三节其他方法简介 6号加热器等效焓降和抽汽效率 第三节其他方法简介 新蒸汽的等效焓降和汽轮机循环效率 公式中并没有出现对应的后面级的增加抽汽系数 抽汽等效焓降的通用计算公式 被排挤的抽汽全程作功量被排挤抽汽在压力低于被排挤抽汽压力的各个抽汽口的分配额的做功不足之和 第三节其他方法简介 修正之后的焓降 用辅助成分对新蒸汽等效焓降进行修正 排污闪蒸 漏气进系统 热量伴随工质进入系统实际这些有热量的工质进入系统排挤的蒸汽最后和补水一起都加到8号进口 要多加热这么多水需要多抽的汽带来的焓降 不用计算新增抽汽的量 直接用抽汽效率计算 4号抽汽去小汽轮机 热量随工质退出系统 第三节其他方法简介 第三节其他方法简介 用等效焓降法优化改型对于变化 计算变化带来的焓降变化计算变化之后的计算实际的变热量等效焓降计算汽轮机吸热量计算效率与原方案进行比较 第三节其他方法简介 等效函数法参考书林万超 火电厂热系统节能理论 西安交通大学出版社 1994图书馆有此书 索书号 TM621L520 第三节其他方法简介 循环函数法美国汽轮机循环顾问工程师J K Salisbury在20世纪50年代提出了 任何汽轮机循环的各级给水加热器 都可以划分为几个加热单元 HeaterGroup 的概念 马芳礼先生 从 加热单元 的概念出发 根据热力学第二定律 发展了一整套理论上坚实 应用上方便的蒸气循环分析方法 称之为循环函数法 循环函数法用系统热力过程的不可逆性或熵增来分析热能作功能力的损失和废热的增加 对热力系统进行定性分析 论证了热力系统中不可逆性或熵增与汽轮机的排汽系数的大小是一致的 第三节其他方法简介 第三节其他方法简介 循环函数法参考书马芳礼 电厂热力系统节能分析原理 水利电力出版社 1992图书馆有此书 索书号 TM621 422 第四节余热锅炉介绍 HRSGHeatRecoverySteamGenerator热回收蒸汽发生器余热锅炉 第四节余热锅炉介绍 作用热源结构压力水循环产生蒸汽无补燃卧式单压自然循环加热给水补燃立式多压强制循环卧式余热锅炉燃机水平排气 设备高度低 便于检修 占地面积大 受热管簇垂直安装 水循环一般是自然循环 也可以采用强迫循环 利于抗震立式余热锅炉燃机排气垂直向上 设备高度高 占地面积相对小 受热管簇水平安装 水强制循环 强制循环余热锅炉 采用循环水泵产生的动力使水循环 烟囱高度缩短 需要循环泵运行复杂 维修费用增加 第四节余热锅炉介绍 第四节余热锅炉介绍 自然循环余热锅炉 依靠下降水和向上流动的汽水混合物密度差形成连续产汽过程 多用于卧式布置 烟囱高度高 第四节余热锅炉介绍 卧式余热锅炉 第四节余热锅炉介绍 无补燃 对于现在E级别以上的燃机 一般效率高补燃 增加蒸汽产量或者提高蒸汽参数 现仅用于热电联产联合循环 补燃燃气温度控制700 1000度 保证汽水循环系统与无补燃类似 无需增加辐射受热面单压 结构简单 投资低 效率低多压 效率高 锅炉 管道和蒸汽轮机的基本投资费用相应增高 第四节余热锅炉介绍 汽水循环系统对机组性能的影响单压无再热改为三压再热 联合循环机组热效率增加3 功率增加6 单压不再热改为双压不再热 机组效率提高1 7 双压无再热改为双压再热 机组效率提高0 6 0 7 三压比单压投资增加6 三压比双压投资增加4 1 高压烟气入口及不锈钢烟道2 高压过热器3 再热器 可再热 可不再热 4 天然气及柴油补燃器和过滤装置5 高压锅炉区及降水线6 高压汽包7 一氧化碳转换器及催化剂减量装置8 中压过热器9 高压降压区10 中压锅炉区及降水管11 中压降压区12 低压锅炉部分及降水管13 烟气冷凝器 给水预热器 14 中压汽包 15 低压汽包 内设与集水器相连装置 16 集水器17 烟囱18 操作平台及楼梯 第四节余热锅炉介绍 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉的效率Qout水和水蒸汽在余热锅炉中吸收的热量Qin烟气及加入余热锅炉的其他热量总和Qloss烟气离开余热锅炉带走的热量总和 第四节余热锅炉介绍 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉参数进口烟气温度 流量出口烟气温度新蒸汽压力温度节点温差 tgw T6 Tc接近点温差 tww Tc Tc 余热锅炉进口温差T4 Te余热锅炉出口温差Ts Tb 烟气放热线与蒸汽吸热线之间面积传热过程损失的作功能力 S0线以下面积HRSG排烟损失 第四节余热锅炉介绍 设计理念 高效 经济 安全约束条件 省煤器不能出现汽化排烟温度不低于露点温度 影响余热锅炉效率的因素 排烟温度排烟温度降低效率增加换热面积增大 设备投资费用增加 利用更低温区烟气能量 流向长度加长 流动阻力增大 燃机作功减少排烟温度低 汽机参数低 效率下降烟气温度受到酸露点或水露点的限制 排烟要比烟露点温度高10度 锅炉给水温度不低于露点温度 第四节余热锅炉介绍 影响余热锅炉效率的因素 节点温差减小放热线一定 汽机参数可调水泵出口状态升高 汽机参数提高 汽机效率提高余热锅炉排烟温度提高 节点温差减小 余热锅炉效率下降 第四节余热锅炉介绍 节点温差过小 在变工况 如排气温度降低时是可能出现 tgw 0 排气温度降低 水侧热惯性大 水侧温度变化未跟上 6点水温度高于燃气温度 节点温差取值的范围10 20度 影响余热锅炉效率的因素 节点温差汽机参数不可调 放热线一定 通过增加水侧流量减小节点温差换热面积增大 设备投资费用增加 排烟温度减小用T Q图分析 第四节余热锅炉介绍 t传热温差或者温压是变化的 平均温压定义 t 换热器进口冷热工质温差 t 换热器出口冷热工质温差 tmax max t t tmin min t t 第四节余热锅炉介绍 预热热蒸发热过热热烟气放热 第四节余热锅炉介绍 放热线确定 原流量对应吸热线bcde增加流量过热热增加 d e蒸发热增加 线加长c d 预热热增加 c b 斜率减小 S 温度低于S烟气温度省煤器 蒸发器进出口温差均减小 平均温压大幅度减小 换热面积大幅度增加 投资增加 第四节余热锅炉介绍 节点温差增大 余热锅炉效率低 换热面积小节点温差小 余热锅炉效率高 换热面积按照指数关系增大 蒸汽量线性增加 效率随着节点温差线性变化换热面积变换剧烈在8 20度期间效率可认可 节点温差减小换热面积变化不是非常剧烈 第四节余热锅炉介绍 必须有接近点温差 保证余热锅炉安全工作负荷减小 烟气温度降低 放热量减小 产汽量减小 汽包压力降低 对应的饱和温度降低 相应的接近点温差减小 如果设计状态的接近点温差过小或者未考虑 会出现省煤器中给水温度高于降低的汽包压力对应下的饱和温度 省煤器内汽化 换热管壁面温度过高选取范围5 20度 第四节余热锅炉介绍 接近点温差增大 省煤器换热面积减小蒸发器换热面积增大余热锅炉总换热面积增大 第四节余热锅炉介绍 省煤器进出口温差 接近点c c 5 20度假定节点温差为15度 进口温差60度 省煤器出口温差20 25度 第四节余热锅炉介绍 接近点温差越大 锅炉总体尺寸越大 余热锅炉内烟气流速和换热面积的关系烟气流速增加 换热面积减小原因分析 流速增加 换热加强 面积减小 但是流阻增加 燃机排气背压增加 燃机功率减小 效率降低 HRSG燃气流阻增加1kPa 燃机功率和效率降低0 8 第四节余热锅炉介绍 第四节余热锅炉介绍 主蒸汽的温度比燃机排气温度低25 40度 单压小结节点温差减小 蒸发器面积指数增大 蒸汽产量线性增加 节点温差是决定换热面积的关键因素 蒸汽参数和放热线确定 接近点温差关系换热面积和安全运行换热面积的费用约占总体投资40 50 设计要求 在保证安全运行的前提下 通过技术经济分析 得到联合循环效率与投资费用的最优化结果 第四节余热锅炉介绍 多压余热锅炉 解决单压不能解决的矛盾优化余热锅炉效率和汽机效率 下位电站效率最高 与排烟温度密切相关 与新蒸汽参数密切相关 汽机参数提高 汽机效率增加 HRSG排烟温度增加 效率下降解决措施 思路 蒸汽参数不变 调整水量单压余热锅炉通过省煤器 蒸发器和过热器汽水流量相同 第四节余热锅炉介绍 多压余热锅炉多压从低压到高压 不同压力等级的饱和温度线Tsl Tsi和Tsh顺烟气放热线从低温到高温之势逐级抬高 逼近烟气放热线 从而减小了烟气放热线与水 水蒸汽吸热线之间的面积 损减小单压烟气温度170度左右多压排烟温度 135左右 具体与燃料有关S含量3ppm天然气燃料 排烟温度70 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉中的腐蚀问题低温腐蚀和高温腐蚀低温腐蚀 含硫燃料 硫酸 碳酸 水蚀 烟气成分 CO2 H2O N2 O2 Ar 燃料含硫 SO2气体SO3与水蒸汽结合成硫酸蒸汽含硫燃料严格控制烟气中硫酸蒸汽含量 要求给水温度大于水露点或者酸露点 第四节余热锅炉介绍 腐蚀过程 一定烟气温度 开始酸蒸汽结露 结露硫酸浓度大 腐蚀速度不很高 受热面温度继续降低 结露中硫酸浓度减小 腐蚀速度增加 在某处达到极大值 此后硫酸浓度降低 壁温降低 腐蚀速度减小 最后水蒸汽大量凝结 凝结中水形成碳酸 腐蚀加快 第四节余热锅炉介绍 影响酸露点因素 SO3 上面反应在高温下难以进行 减小燃烧区的理论空气系数 增加燃烧温度 控制三氧化硫生长量 增大总体空气系数 使生成的三氧化硫浓度减小 但是增加燃烧温度减小三氧化流排放与氮氧化物控制相矛盾热经济性 维护费用 安全性 环境保护因素必须综合考虑 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉热经济性与防止低温腐蚀的矛盾 热经济性与维修维护费用和安全性之间的矛盾 防止低温腐蚀要求余热锅炉给水温度高于酸露点 给水温度增加 在省煤器中的吸热量减小 排烟温度高 余热锅炉效率低 第四节余热锅炉介绍 高温腐蚀 由燃用重油引起 由燃料中S和燃料灰份中的碱金属Na K以及V引起 现在参数的余热锅炉高温腐蚀主要是V引起的 其他的高温腐蚀存在于燃气轮机流程中钒在重油燃烧过程中会氧化 若空气不足 生成三氧化二钒 V2O3 若空气过量则生成五氧化二钒 V2O5 五氧化二钒与氧化钠 Na2O 氧化钾 K2O 生成钒酸盐 钒酸盐的熔点比较低 约为600 如果受热面管簇的外壁温度达到或超过600 的话 钒酸盐就会融化而粘结在管簇的外壁上 会对各种钢材的受热面管簇生成具有腐蚀性的液膜 使管簇受到强烈的腐蚀 第四节余热锅炉介绍 高温腐蚀 相较传统锅炉 由燃料中S和燃料灰份中的碱金属Na K引起的高温腐蚀小传统锅炉若燃料中含有上述成分 燃烧生成的Na2O与 K2O 与SO3反应生成硫酸盐 Na2SO4 硫酸钾 K2SO4 熔点为700 800 烟气700 800 时受热面上这些气态物质就会在受热面上凝结 形成碱金属的密实的粘结沉淀层 并粘结固体颗粒 形成多孔的外灰层 与灰中的铁 铝在氧化硫总用下生成碱金属硫酸盐复合物 如Na3Fe SO4 3 K3Fe SO4 3及KAl SO4 3 融化或半融化状态的碱金属硫酸盐复合物对于受热面合金钢材料会产生强烈的腐蚀 腐蚀从540 620度开始 700 750度腐蚀速度最大 联合循环钟中烟气温度一般不高于700度没有此类高温腐蚀 第四节余热锅炉介绍 防止高温腐蚀原则降低过热蒸汽和再热蒸汽温度 使得换热器管束外壁温度低于580度 高温腐蚀速度可以容忍燃用重油时采用低的过量空气系数 生成三氧化二钒而少生成五氧化二钒 同时使三氧化硫也生成的少 这样就可以避免发生严重的高温腐蚀 第四节余热锅炉介绍 减小生成 降低浓度 低腐防凝 高腐防熔 第四节余热锅炉介绍 锅炉防腐原则 余热锅炉的给水温度问题 选定省煤器进口温压 余热锅炉的排烟温度由给水温度确定 要降低余热锅炉的排烟温度采用加大通过低压省煤器的给水流量的方法 加大给水流量受到烟气在省煤器所处的烟气温区放热量和省煤器进出口温压的限制 给水温度是决定余热锅炉排烟温度的关键参数 常规的汽轮机电站 在省煤器的下游还有空气预热器 所以锅炉的排烟温度不是由给水温度直接决定的 而在联合循环机组中 在省煤器的下游没有空气预热器 所以排烟温度是由给水温度直接决定的 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉的给水温度问题 汽轮机电站 锅炉的排烟温度不直接由给水温度决定 采用给水加热提高汽轮机循环的效率 300MW汽轮机给水温度达到262 100MW 233 125MW 239 200MW 248 600MW 286 联合循环电站 HRSG的排烟温度直接由给水温度决定 用于联合循环的汽轮机没有给水回热加热系统的高压加热器 联合循环电站的汽轮机与用于常规汽轮机电站的汽轮机在给水回热加热系统上的主要区别之一 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉给水除氧 除氧后给水温度就是余热锅炉的给水温度采用热除氧法不同的除氧器工作压力 除氧器出口水温为该压力下的饱和温度 工作压力高 除氧器造价贵 单压HRSG 高压除氧器 多压HRSG 常压除氧器排烟温度80 90度 负除氧 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉给水除氧辅助蒸汽来源 汽轮机的适当抽气辅助锅炉或者运行中的其他抽汽余热锅炉低压省煤器下游布置除氧器辅助蒸汽加热器方案选择通过热力平衡分析和结束经济分析确定 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉脱硝装置高温燃烧产生NOx 降低方法采用NOx生成量较低的予混燃烧技术在通常的燃烧方式中 在燃烧区喷入水或水蒸汽 是燃烧火焰温度降低的方法除去烟气中NOx的脱硝法 余热锅炉中进行 第四节余热锅炉介绍 联合循环电站目前采用的脱硝法是氨的干式接触还原法 在烟气中添加用空气稀释过的氨 与烟气一起通过催化层 分解成氮气和水4NO 4NH3 O2 4N2 6H2ONO NO2 2NH3 2N2 3H2O脱硝反应的最佳温度范围是200 400 第四节余热锅炉介绍 第四节余热锅炉介绍 脱硝 第四节余热锅炉介绍 脱硝 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉本体的组成 采用模块化的结构 便于现场安装 降低建造费用 组件 烟道 膨胀节 90度转弯段 支撑框架 汽包 烟囱 烟囱挡板 烟囱缩口 过热器 蒸发器 省煤器 旁路烟道及其挡板和膨胀节有热烟气流过的组件 安装管板箱 管板箱外壁碳钢钢板 内壁耐热合金钢钢板 中间矿物纤维保温层 管板箱从烟气入口到出口逐渐减薄 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉的热力特点变温显热源中温大流量气侧工质HRSG烟气流量 蒸汽流量4 10省煤器水温升斜率大于烟气放热斜率 节点在热端温差SG烟气流量 蒸汽流量1 1 2给水热容远大于烟气热容 节点温差在冷端 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉的热力特点负荷变化时气 汽侧温度变化不协调燃气侧热源变动大 蒸汽侧要求热力参数相对稳定 大气温度变化 20 45oC 燃机变负荷工作 燃机排气温度和流量变化大 余热锅炉进口截面 烟气流速变化 40 温度不均匀度55oC 约束条件 省煤器不能出现气化 排烟温度不能低于露点 热源头 燃机 热惯性小 余热锅炉热惯性大 第四节余热锅炉介绍 余热锅炉的热力特点一般少采用从蒸汽轮机抽汽加热给水充分利用燃气轮机排气的余热 尽可能降低余热锅炉的排烟温度 凝结水的加热和除氧大多在余热锅炉的给水加热部分 在充分利用余热锅炉排气基础上 如果给水不能满足条件 采用抽汽加热 第五节余热锅炉计算 第五节余热锅炉热力学计算 单压余热锅炉计算忽略给水泵焓升给水焓取决于凝结水焓凝结水焓取决于汽轮机背压 第五节余热锅炉热力学计算 烟气下标说明第一个字母说明工质 g燃气 第二个说明位置4余热锅炉进口0环境态s余热锅炉出口6节点给水参数下表说明第一个字母说明工质 s蒸汽 w水 随后说明物理意义satw 饱和水 s0 初蒸汽 fw给水 cw凝结水 第五节余热锅炉热力学计算 计算余热锅炉前提 燃气轮机热力计算已完成 燃气轮机排气流量 排气温度是已知量 环境的大气温度根据现场条件选定 选定余热锅炉参数 给定蒸汽压力和蒸汽温度 查对应的饱和温度 给定给水压力和给水温度 查给水比焓 或者认为给水比焓等于凝结水比焓 根据背压查进余热锅炉饱和水焓选定节点温差 第五节余热锅炉热力学计算 余热锅炉能平方程 以节点分开 写前后两段 节点下游 节点上游 第五节余热锅炉热力学计算 余热锅炉效率 第五节余热锅炉热力学计算 算例1 V84 2燃气轮机透平排气温度 548 821K 排气流量 352 9kg s 配置一台单压余热锅炉的汽轮机机组组成联合循环装置 主蒸汽压力6 3MPa 主蒸汽温度510 汽轮机背压8kPa 余热锅炉节点温差 15 用这组数据来分析有关参数对余热锅炉排烟温度和余热锅炉效率的影响 计算时取燃气的定压比热 1 0945kJ kg K 取环境温度 15 ps0tgs oC etaMs kg s 7MPa176 0424 697944 06166 3MPa172 3231 704844 39535MPa164 2991 719945 1445 第五节余热锅炉热力学计算 主蒸汽压力对余热锅炉性能的影响1 0 2099 0 0676 0 0748 压力升高 放热