《热力发电厂》2发电厂的回热加热系统

第二章回热加热系统 1回热加热器的型式2表面式加热器及系统的热经济性3给水除氧及除氧器4除氧器的运行及其热经济性分析5汽轮机组原则性热力系统计算 第1节 回热加热器的形式 一 加热器回热循环 回热加热器 回热抽汽管道 水管道 疏水管道组成的一个加热系统 S 1 2 4 5 6 7 B aA aB 回热循环 立式加热器 卧式加热器 1 热经济性 混合式高2 加热器结构 混合式简单3 回热系统复杂性及可靠度 混合式复杂4 除氧 表面式不可以除氧 二 混合式与表面式加热器比较 三 加热器类型选择 角度 经济性 实用性 四 典型回热系统示例 1 高 低加热器为表面式的系统 2 全混合式加热器回热系统 3 重力方式布置的混合式低压加热器 4 带有部分混合式低压加热器的热力系统 五 加热器的结构 1 表面式加热器疏水 表面式加热器中加热蒸汽在管外冲刷放热后的凝结水分类 卧式 大机组立式 中小机组 1 立式表面式加热器 U形管管板式加热器 用途 低加 高加 立式高压加热器管束 2 卧式表面式加热器用途 大机组低加 高加 30万机组高压加热器管束 2 混合式加热器的结构 1 卧式混合式加热器用途 除氧器 大机组低加 加热蒸汽进口 凝结水进口 凝结水出口 用途 除氧器 大机组低加 2 立式混合式加热器 加热蒸汽进口 凝结水进口 凝结水出口 第2节表面式加热器及系统的热经济性分析 一 表面式加热器上端差 出口端差 表面式加热器管内流动的水吸热升温后的出口温度与该加热器内汽侧压力对应的饱和水温度之差 tsj twj 热经济性 表面式加热器端差的选择 端差与换热面积的关系 换热面积 无过热蒸汽冷却段 3 6 C有过热蒸汽冷却段 1 2 C 二抽汽管道压降 pj及热经济性 抽汽管道压降 pj 汽轮机抽汽口压力pj和j级回热加热器内汽侧压力之差影响因素 蒸汽流速 局部阻力 pj 10 pj 大机组取4 6 分析 pj 热经济性 三蒸汽冷却器及其热经济性分析 1 蒸汽冷却器2 类型内置式 与加热器本体合成一体外置式 具有独立的加热器外壳 布置灵活 内置式蒸汽冷却器 作用 1 回热加热器内汽水换热的不可逆损失2 出口水温 端差 回热抽汽做功比 经济性0 15 0 20 4 蒸汽冷却器的连接方式 水侧连接方式 1 内置式蒸汽冷却器 串联连接 顺序连接 2 外置式蒸汽冷却器 串联连接 全部给水流经冷却器并联连接 只有一部分给水进入冷却器 先j 1级 后j级的两级串联 单级并联 单级串联 与主水流分流两级并联 与主水流串联两级并联 先j级 后j 1级的两级串联 5 外置式蒸汽冷却器连接方式比较 1 串联连接优点 进水温度高 换热温差小 做功损失小 缺点 给水全部流经冷却器 给水系统阻力大 泵功消耗多 2 并联连接优点 给水系统阻力小 泵功消耗少缺点 进水温度小 换热温差大 做功损失大 回热抽汽做功少 四 表面式加热器的疏水方式及热经济性分析 1 疏水收集方式疏水收集 将疏水收集并汇集于系统的主水流 主给水或主凝结水 中 1 疏水逐级自流方式 利用汽侧压差 将压力较高的疏水自流到压力较低的加热器中 逐级自流直至与主水流汇合 疏水逐级自流方式 P1 P2 P3 2 疏水泵方式 由于表面式加热器汽侧压力远小于水侧压力 借助疏水泵将疏水与水侧的主水流汇合 汇入点常为该加热器的出口水流中 2 两种疏水方式的热经济性分析 1 疏水逐级自流方式 高 低加热器 高一级抽汽量 低一级抽汽量 热经济性 2 疏水泵方式 大中型机组末级低加热器 疏水与主水流混合后 端差 热经济性 分析两种疏水收集方式的热经济性 2 疏水冷却器的设置 作用 1 疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷源热损失或疏水压降产生热能贬值带来的做功损失 2 疏水经节流后产生蒸汽形成两相流的可能性 3 热经济性布置方式 内置式 外置式 外置式疏水冷却器 下端差 入口端差 加装疏水冷却器 段 后 疏水温度与本级加热器进口水温之差一般推荐 5 10 3 实际系统疏水方式的选择技术经济比较 对热经济性影响约为0 5 0 15 1 疏水逐级自流方式简单 可靠 费用少应用 高压加热器 低压加热器 2 疏水泵方式系统复杂 投资大应用 大 中型机组的最后一 二级低压加热器N600MW机组 全疏水逐级自流N300MW机组 全疏水逐级自流或第3台低加用疏水泵 4 实际机组回热原则性热力系统 回热系统基本连接方式 1 除氧器 混合式加热器 2 高压加热器疏水逐级自流进入除氧器 3 低压加热器疏水逐级自流进入凝汽器热井或末级或次末级加热器采用疏水泵打入加热器出口水管道中 4 回热抽汽过热度较小时不宜采用蒸汽冷却器 5 小机组不宜采用蒸汽冷却器和疏水冷却器 N300 16 7 538 538型机组的发电厂原则性热力系统 第3节给水除氧及除氧器 一 给水除氧的必要性腐蚀金属 O2 CO2 恶化传热效果 不凝结性气体 二 给水除氧的方法化学除氧 除氧彻底 但不能除去其它气体物理除氧 既能除氧又能除去其它气体热力除氧 三 热力除氧原理 1 亨利定律动态平衡时 单位体积水中溶解的气体量b和水面上该气体的分压力 称为平衡压力 成正比 2 道尔顿定律混合气体全压力等于各组成气 汽 体的分压力之和 水中氧量与温度的关系 热力除氧方法将给水加热至除氧器工作压力下的饱和温度 即可达到除氧目的保证热力除氧效果的基本条件 1 水被加热到除氧器工作压力下的饱和水温度 2 及时排走水中逸出的气体 以保证液面上氧气及其他气体分压力维持为零或最小 3 水与加热蒸汽有足够的接触面积 蒸汽与水应逆向流动 确保有较大的不平衡压差 水中残余含氧量与加热温度不足的关系 除氧两个阶段 1 初期除氧阶段不平衡压差 p大除去给水中80 90 的气体 2 深度除氧阶段不平衡压差 p小化学除氧 四热力除氧器类型及结构 除氧器构成 除氧塔 除氧头 给水箱1 对除氧器的基本要求混合式加热器汽水接触面积尽可能大及时将水中析出的气体携带出除氧器强化深度除氧措施耐腐蚀 立式除氧器外观 600MW卧式除氧器外观 2 除氧器的类型及选择 压力 1 补充水管 2 凝结水管 3 疏水箱来疏水管 4 高压加热器来疏水管5 进汽管 6 汽室 7 排汽管 淋水盘式除氧器缺点 安装要求高 对负荷适应能力差应用 中 低参数机组 喷雾式除氧器优点 深度除氧适应负荷变化应用 高参数电厂 真空式除氧器 凝汽器内 除氧过程 汽轮机排汽加热凝结水应用 初步除氧 凝汽器的真空除氧装置1 集水板 2 淋水盘 3 溅水板 4 排汽至凝汽器抽气口 5 热水井 大气压式除氧器工作压力约0 118MPa除氧过程 汽轮机抽汽加热凝结水优点 压力低 造价低应用 中 低参数发电厂热电厂 3 高压式除氧器工作压力大于0 343 0 784MPa除氧过程 汽轮机抽汽加热凝结水优点 高压加热器台数 避免除氧器自沸腾缺点 造价高应用 高参数发电厂 五除氧器的热平衡及自生沸腾 1 除氧器的热平衡物质平衡热量平衡 2 除氧器的自生沸腾及防止方法 自生沸腾 不需要回热抽汽加热 仅凭其他进入除氧器的蒸汽和疏水就可将水加热到除氧器工作压力下饱和温度影响 1 回热抽汽管的逆止阀关闭 破坏汽水逆向流动 2 排气工质损失 热量损失 除氧效果 3 威胁除氧器的安全 自生沸腾的防止 1 对进入除氧器的高压加热器疏水设置疏水冷却器 2 将轴封汽 锅炉连续排污扩容蒸汽 阀杆漏汽或高压加热器疏水引至他处 3 提高除氧器压力 既可降低高加数量 又可减少其疏水量 4 将低温的化学补充水引入除氧器以增加吸热量 第4节除氧器的运行及其热经济性 一 除氧器的运行方式 1 定压运行 除氧器工作压力为定值缺点 1 压力调节阀造成抽汽节流损失 热经济性差 2 低负荷时 高加疏水切换到低加 排挤低加抽汽 且系统复杂优点 安全应用 中小型机组 2 滑压运行 在滑压范围内运行时 除氧器压力随主机负荷与抽汽压力的变动而变化优点 1 没有压力调节阀及其引起的节流损失 2 可使回热加热分配更接近最佳值 适应调峰要求 缺点 安全隐患应用 中间再热机组 调峰机组 两种运行方式的热经济性比较 P 负荷Pr 额定负荷 除氧器滑压运行时机组绝对内效率 除氧器定压运行时机组绝对内效率 二 除氧器汽源的连接方式 1 单独连接定压除氧器方式 高中压电厂带基本负荷机组特点 1 设计工况时该级回热抽汽压力应高于除氧器运行压力 2 抽汽管道上设压力调节阀 低负荷时能切换至高一级抽汽 并关闭原级抽汽 单独连接定压除氧器方式的分析 1 压力调节阀导致节流损失 除氧器出口水温 抽汽压力相对应的饱和温度 高压抽汽量 回热抽汽做功比Xr 使机组 2 低负荷时原级抽汽关闭 回热级数 回热换热过程不可逆损失 Xr 2 前置连接定压除氧器方式 供热机组 特点 在除氧器出口水前方设置一高压加热器与除氧器共用同一级回热抽汽 组成一级加热分析 1 该级出口水温只与供热机组调整抽汽的压力有关 热经济性比单独连接方式高 2 投资大 系统复杂 特点 1 本级回热抽汽管道上不设压力调节阀 2 装有至高一级回热抽汽管道上的切换阀和压力调节阀 低负荷时仍能自动向大气排气 3 滑压除氧器方式 再热机组和调峰机组 分析 1 避免了节流损失 2 出口水温无端差 热经济性最高 三 除氧器的滑压运行 1 负荷骤升 1 水温滞后于压力的变化出现 返氧 现象 使除氧器出口的含氧量 除氧效果 2 除氧器压力 给水泵入口水温滞后 运行安全性 1 控制负荷升速度在每分钟5 负荷内 2 在给水箱内加装再沸腾管 3 适当压缩滑压范围 影响 措施 2 负荷骤降 1 除氧器压力下降发生 闪蒸 现象 水温 除氧效果 2 除氧器压力 给水泵入口水温滞后 易发生汽蚀 给水泵运行安全性 影响 汽蚀现象 当液体在流道内流至某处 其压力等于或小于液体温度对应的汽化压力时 该处会产生汽化 即有大量的蒸汽和溶解在液体中的气体逸出 形成许多蒸汽与气体混合的小汽泡危害 气泡随液体流至高压区时 在高压作用下 迅速凝结而破裂 汽泡破裂瞬间 高压液体高速占有原汽泡所居空间 形成冲击力 并周而复始 使流道材料因机械剥蚀和化学腐蚀而遭到破坏 并产生振动和噪音 3 给水泵不汽蚀的条件 有效汽蚀余量NPSHa 在泵吸入口处 单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量 与吸入系统的情况有关pd pv 除氧器工作压力和泵入口水温对应的汽化压力 Mpa 给水的平均密度 kg m3 Hd 泵入口承受的静水头 m p 泵吸入管损失的压力 Mpa 除氧器与给水泵安装示意图 Pd 除氧器工作压力Pv 泵入口水温对应的汽化压力 给水的平均密度Hd 泵入口承受的静水头 p 泵吸入管损失的压力 稳态运行时 必需汽蚀余量NPSHr 泵内不发生汽蚀所必需的最小有效汽蚀余量NPSHr的影响因素 转速 流量 NPSHr 给水泵正常运行不发生汽蚀条件 有效富裕压头 NPSH NPSHa NPSHr 0 Hd 泵吸入口 压力最低 叶轮出口 吸入系统及离心泵内的压力变化 叶轮入口 除氧器与给水泵安装示意图 NPSHr NPSHa 临界点 NPSHa NPSHr 稳定工作区 A 汽蚀区 NPSHa和NPSHr随流量Q的变化关系 H m Q m3 h 流量 NPSHr Qmin Q QA 4 滑压运行除氧器防止给水泵汽蚀的措施 1 提高除氧器安装高度Hd2 采用低转速前置泵3 降低泵吸入管道的压降 p4 提高水泵吸入管内流速W5 加大给水泵流量Q6 降低进入给水泵水温7 增加除氧器给水箱储水量8 装备用汽源 提高泵内最低压头曲线 缩短泵内汽化压头曲线的滞后时间 减缓暂态过程除氧器压头曲线下降 加速给水泵进口水温下降的措施 第5节汽轮机组原则性热力系统及其计算 一 计算目的 1 确定汽轮机组在某一工况 设计 最大 典型工况 下的热经济指标和各部分汽水流量 2 选择有关的辅助设备及汽水管道 3 确定某工况下汽轮机的功率或新汽耗量 4 新机组本体热力系统定型设计 1 应用 1 新机组方案比较 2 技术改造 3 机组大修前后 2 计算方法 1 定功率 计算 负荷给定应用 电力设计院 电厂 2 定流量 计算 汽轮机进汽量给定应用 汽轮机制造厂 二 基本公式 1 加热器的热平衡式吸热量 放热量 h或 流入热量 流出热量2 汽轮机物质平衡式3 汽轮机功率平衡式3600Pe Wi m g D0wi m g 抽汽量 凝汽流量 功率或汽耗量 4 典型热平衡式示例 1 混合式加热器 热平衡 物质平衡 2 表面式加热器 3 表面式加热器不同连接方式下热平衡方程的处理方法 三 计算方法和步骤 常规计算法 通过建立各级加热器的热平衡式以及凝汽流的物质平衡式或功率方程式 求出抽汽量和新汽量 或凝汽量 1 串联法 手工计算 由高至低依次计算各级加热器 1 并联法 计算机计算 同时建立各级加热器热平衡式 常规法计算的过程及步骤 1 整理原始资料2 计算回热抽汽系数与凝汽系数3 新汽量D0计算及功率校核4 热经济指标计算5 各汽水流量绝对值计算 引进型超临界600MW三缸四排汽凝汽式机组在设计工况下的热经济指标计算已知 汽轮机型式 N600 24 2 566 566蒸汽初参数 p0 24 2MPa t0 566 p0 0 515MPa t0 1 8 再热蒸汽参数 冷段压力p2 4 053MPa 冷段温度 303 5 热段压力 3 648MPa 热段温度trh 566 排汽压力 p2 5 4kPa 0 0054MPa 抽汽及轴封参数见表2 2 给水泵出口压力ppu 30 38MPa 凝结水泵出口压力为1 84MPa 汽动给水泵用汽系数 pu为0 052 四 计算示例 N300 16 7 538 538型机组的发电厂原则性热力系统 1 整理原始资料1 画出蒸汽膨胀过程线 新蒸汽再热蒸汽焓各级抽汽焓 加热器进出口水焓 汽侧压力 疏水温度 上端差 出口水温 疏水焓 下端差 疏水出口水温 2 查水蒸气表 2 计算回热抽汽系数与凝汽系数 1 1号高压加热器由H1的热平衡式求 1 0 074925 H1的疏水系数 d1 1 0 074925 同理可求得H2 H3的抽汽系数 2 3 2 除氧器HD hw5 4 pu HD sg1 4h4 hw4 c4 d3 1kg 0 029932 c4 1 d3 sg1 4 0 7