第四章 热力发电厂的蒸汽参数及循环.ppt

第四章热力发电厂的蒸汽参数及循环,第一节蒸汽初参数,第二节蒸汽终参数,第三节给水回热加热,本章提要,第四节蒸汽中间再热,提高循环热效率的途径,改变循环参数,提高初温度、提高初压力,降低乏汽压力,改变循环形式,回热循环,再热循环,采用其他循环,热电联产,燃气-蒸汽联合循环,本章主要分析蒸汽参数和循环型式对电厂热经济性的影响及其应用。（1）蒸汽动力循环的循环参数：新蒸汽压力p0、温度t0，再热后进入中压缸的再热蒸汽温度trh和进入凝汽器的排汽压力pc（2）现代火电厂常用蒸汽循环：回热循环、再热循环（3）蒸汽循环及其参数选择，对热经济性、可靠性、运行灵活性以及环境都有影响有关。,内容提要,第一节蒸汽初参数,提高初参数的实质是通过提高循环吸热过程的平均温度，以提高其热效率t。一、提高蒸汽初参数的经济性（一）提高蒸汽初温t0,t=a/q0=1(Tc/T0)初温提高后的效率为：,t，F1，即t,（一）提高蒸汽初温t0优点：排汽干度提高，减少了低压缸排汽湿汽损失，同时有利于汽轮机的安全。蒸汽比体积增大，汽轮机高压端的叶片高度加大，相对减少了高压端漏汽损失，可提高汽轮机相对内效率缺点：对耐热及强度要求高，目前最高初温一般在550左右蒸汽出口比体积增大，汽机出口尺寸大,（二）提高蒸汽初压p0提高p0并不总是能提高t，这是由水蒸气性质所决定的。当提高到某一蒸汽初压使得整个吸热平均温度低于时，热效率即下降，使得,随t0的增加，使t下降的极限压力愈高,当理想比内功wa（理想焓降）减小的相对值等于冷源热损失qca或初焓h0减小的相对值时，t达最大值,（二）提高蒸汽初压p0优点：工程应用范围内，提高蒸汽初压可提高热效率蒸汽出口比体积减小，汽机出口尺寸小缺点：提高p0使蒸汽干度减小，湿汽损失增加；提高p0，使进入汽轮机的蒸汽比容和容积流量减少，加大了高压端漏汽损失，有可能要局部进汽而导致鼓风损失、斥汽损失，使得汽轮机相对内效率下降。排汽湿度增加，对汽轮机强度要求高，不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85-0.88，大型电厂在0.9以上。,最有利初压当t0、Pc一定，必有一个使i达到最大的P0，称为理论上最有利初压，与机组容量有关，随着机组容量的增大、初温的提高，以及回热完善程度越好，所对应的值越高,（三）提高蒸汽初参数与i、汽轮机容量的关系提高t0，t、ri、i均提高。提高初压p0,在工程应用范围内，仍可提高t，但ri却要降低，特别是容积流量小的汽轮机，ri下降愈甚。如果ri的下降超过t的增加，将使得i(i=tri)下降，则提高p0效果就适得其反。若蒸汽容积流量足够大，使得提高p0降低ri的程度远低于t的增加，因而仍能提高i。大容量机组采用高蒸汽参数是有利的,二、蒸汽初参数系列,三、超临界蒸汽参数大容量机组,水的临界状态点：22.115MPa，温度374.15当蒸汽参数值大于上述临界状态点的温度和压力值时，称为超临界参数对于火力发电机组，当机组做功介质蒸汽工作压力大于水临界状态点压力时，称为超临界压力机组：,常规超临界压力机组：24MPa，540-560,高效超临界压力机组（超超临界压力机组、高参数超临界压力机组）：28.5-30.5MPa，580-600（25MPa，580）,（一）超临界压力机组的意义（1）热经济性高，节约一次能源，降低火电成本（2）降低机组单位造价，缩短工期，减少占地面积,三、超临界蒸汽参数大容量机组,（二）国外超临界压力汽轮发电机组发展概况超临界压力机组的应用与发展已50年左右。前苏联、美国、日本、德国、意大利、丹麦和韩国等国家已广为采用，其中前苏联、美国和日本，超临界压力机组已占火电厂容量的50%以上。美国1965-1991年间，800MW以上超临界压力机组22台，最大单机容量1300MW日本1974-2002年间投运20台，最大单机容量1000MW前苏联和俄罗斯1967-1983年间投运8台，最大单机容量1200MW德国1997-2002年间投运5台，最大单机容量1000MW,（三）我国超临界压力汽轮发电机组发展现状我国自20世纪80年代开始陆续引进并投运了一批超临界压力机组。自1985年以来，全国已有100多台600MW机组相继投入运行。华能沁北电厂1号机组投入商业化运行，标志着我国600MW超临界压力机组的国产化成功华能玉环电厂已建成41000MW超临界压力机组，已于2007年11月全部投入运行。上海外高桥三厂的21000MW超超临界压力机组，已于2008年6月全部投产。,一、降低蒸汽终参数的热经济性l降低蒸汽终参数的极限,降低pc(即tc)总是可以提高循环热效率t,受环境温度限制，现在大型机组p2为0.0035-0.005MPa，相应的饱和温度约为27-33，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高,第二节蒸汽终参数,凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定,凝汽器冷却水入口温度为排汽温度的理论极限。由于冷却水量有限，必然存在t；排汽与冷却水换热面积不能无限大，存在端差tt与凝汽器工作状况有关，若凝汽器铜管有积垢，或有空气附于铜管等情况，就会使t增大，排汽压力提高（真空降低），热经济性降低。,2凝汽器的设计压力pc降低汽轮机排汽压力可提高热经济性、节约燃料，但要增加凝汽器尺寸及其造价，并影响汽轮机排汽口数量和尺寸，使汽轮机低压部分复杂，同时汽耗量减少，影响高压部分，总体使汽轮机造价增加，故应通过技术经济比较确定pc,3额定工况汽轮机排汽压力的部标,4凝汽器的最佳真空与冷却水泵的经济调度,电厂运行时的蒸汽终参数，称为真空度，是影响汽轮机组热经济性的一项重要指标，与排汽量、冷却水量和冷却水入口水温有关。在排汽量和冷却水入口水温一定的条件下，增大冷却水量可以降低真空度，使汽轮机输出功率增加，但循环水泵耗功相应增加，当输出净功率为最大时，即所对应的真空即凝汽器的最佳真空。,二、电厂用水量、冷却系统的选择和空冷系统火电厂的蒸汽终参数即汽轮机的排汽压力pc，不仅与凝汽设备有关，而且还与汽轮机的低压部分以及供水冷却系统有关，总称为火电厂的冷端。1电厂用水量凝汽器和冷却塔等冷却设备补充水；各种冷却器（冷油器、发电机空冷器等）和各种转动机械轴承冷却水；锅炉补水；除尘和通风用水；生活和消防用水。最大者为凝汽器的冷却水，占95%。凝汽器冷却水量Gc=mDcm冷却倍率，与地区、季节、供水系统、凝汽器结构等因素有关；Dc汽轮机最大凝汽量。,2冷却系统的选择（1）直流供水（开式供水）：从江河、湖泊、水库、海湾等水源取水，利用水泵和管渠将水送入凝汽器，将汽轮机排汽冷却为凝结水后即排弃回水源的系统。当地表水源充足且靠近厂址，供水高度不大时，宜采用直流排水。（2）循环供水（闭式供水）：凝汽器使用了的冷却水经冷却设备冷却降温后，由循环水泵再送往凝汽器重复使用系统。当水源不足，或通过技术经济比较不宜采用直流供水时，宜采用循环供水。（3）混合供水：若地表水源仅个别季节水量不足，而取水条件又很有利时，可采用循环供水。,2冷却系统的选择常用的循环供水冷却设施有冷却池、喷水池、喷射冷却装置和冷却塔。（1）按通风方式分：自然通风冷却塔（省电、运行维护工作量小、性能稳定、结构复杂、投资大）、机械通风冷却塔（耗电量大）和混合通风冷却塔。（2）按热水和空气的接触方式分：湿式冷却塔、干式冷却塔和干湿式冷却塔。（3）按热水和空气的流动方向分：逆流式冷却塔、横流（交流）式冷却塔、混流式冷却塔。,3空冷系统火电机组、核电机组容量增大，用水量增大，不适用于缺水或少水地区，可采用空气冷却凝汽器，即用空气冷却汽轮机排汽，称为空气冷却凝汽系统或干塔冷却系统。空冷与湿冷相比，突出优点是节水，可减少发电厂补水量75%。但背压高，效率差，只有当水费高于某值时才采用。（1）空气冷却凝汽系统的类型直接空气冷却凝汽系统（干塔冷却系统）间接空气冷却凝汽系统a混合式（喷射式）凝汽器（海勒系统）b表面式凝汽器（哈蒙间冷）,（2）国外空冷式发电厂,目前世界上最大的空冷机组为686MW。（3）我国的空冷发电厂大同第二发电厂（海勒系统）2200MW内蒙古丰镇电厂（海勒系统）4200MW太原第二热电厂（哈蒙系统）3200MW“十一五”期间，我国火电空冷机组将有70多台，装机容量30000MW。,第三节给水回热加热,一、给水回热的热经济性提高循环热效率的本质原因是提高了循环的吸热平均温度1采用回热提高i,因i1，故i采用回热总是能提高热经济性,多级回热抽汽作功系数,回热虽然可提高热经济性，D0=Dc0却使机组汽耗及机组汽耗率相应增大。回热抽汽的压力愈高，其作功不足（不能继续膨胀至排汽压力而少做的功）愈大，相应值也随之加大；可见，为提高回热的热经济性，应充分利用低压的回热抽汽。,2采用回热导致作功能力损失,二、给水回热基本参数对热经济性的影响（一）混合式回热加热器系统的c表达式,对于Z级混合式加热器系统的ac为:,（二）、tfw、z三参数的关系1（总的给水焓升量）回热分配分配方法：焓降分配法、平均分配法、等焓降分配法、几何级数分配法。中国电力建设研究所马芳礼循环函数法导出如下公式：,按下列条件求极值,同理推出：,若进一步简化，忽略某些次要因素，可得出某些近似的最佳回热分配通式。如蒸汽参数不高，忽略q随的变化，即,0,其意义为：将每一级加热器内水的焓升，取为前一级至本级的蒸汽在汽轮机中的焓降，简称为“焓降分配法”,若再忽略各加热器间蒸汽凝结放热量qj的微小差异，即q1=q2=qz，则式（2-13）可简化为,其意义为：将每一回热器中水的焓升取为相等来分配的，即美国J.K.Salisbury推导的方法，又简称为“平均分配法”。,将,代入式2-13得：,即每一级加热器中水的焓升，取为等于汽轮机的各级焓降，简称“等焓降分配法”。,几何级数分配法：,m=1.011.04,不同回热分配的热经济结果略有差异，当蒸汽参数不高时，数值上差别不大。,2最佳给水温度,（2）作功能力法：随着tfw提高，锅炉的吸热过程平均温度提高，使其在炉内同烟气的换热温差减少；降低了做功能力损失eb。但是因此增加的换热器，产生了回热加热器的换热温差，导致存在er，削弱了回热的效果。必然存在一个最佳的tfw,随回热级数z的增加，i不断提高，是递增函数关系。而给水温度的提高，对i的影响是双重的。存在最佳给水温度点,（1）热量法：一方面使比热耗q0=(h0hfw）降低，另一方面使比内功wi=(h0hc)减少，为达到同样的做功量，必导致汽耗率d0增大。两者均同时影响i=wi/q0或q=d0*q0,两种解释：,3回热级数Z,理论上讲：z=无穷大时，i最大（1）即随z的增加，回热循环的热经济性不断提高，但提高的幅度却是递减的；（2）tfw一定时，回热的热经济性也是随z增加而提高，其增长率也是递减的；（3）z一定时，有其对应的最佳给水温度值。随z的增加而提高；（4）实际给水温度若与理论上的tfwop稍有偏差，对回热的热经济性影响不大。,第四节蒸汽中间再热,一、蒸汽再热的目的及其热经济性（一）再热的目的提高蒸汽初压、降低排汽压力，使湿度增大，降低内效率，危及安全，蒸汽再热是保证汽轮机最终湿度在允许范围内有效措施。再热参数选择合适，可进一步提高初压和热经济性。再热可使工质增加焓降，若汽轮机功率不变，可减小汽轮机的汽耗量，再热可采用更高的蒸汽初压，但会使汽轮机结构、布置及运行方式复杂化，金属耗量及造价增加，设备投资和维护费用增加，一般在200MW以上的超高参数汽轮机上才采用蒸汽中间再热。,再热循环热效率相对提高为rh：,当,则,当,则,当,则,整个在热循环吸热平均温度是否能提高，取决于两个基本参数再热压力和再热温度,（二）理想再热循环热经济性分析,1再热循环的热效率,存在一个最佳再热压力,2.实际再热循环的内效率,反平衡算法：,二、最佳再热参数的选择1一次烟气再热温度(再热前温度）,最大值是取其一阶导数，并取其等于零。即,等价卡诺循环的热效率：,最佳点：,需采用逐步逼近法来求得,2二次烟气再过热温度,再热前最佳蒸汽压力prh,i，一般取为（0.2-0.3）p0，再热前有回热抽汽，取值偏下限；无回热抽汽，取值偏上限，再热蒸汽管道压损取为（8%-12%）prh,i,3我国再热式汽轮机的蒸汽初参数、再热参数,三、具有蒸汽再热的回热循环,再热式机组采用回热的方法可提高热经济性。与非再热式机组比较，采用回热时提高热经济性的幅度要小。,在各级回热量不变的条件下，再热后各级回热的汽焓将会提高,各级回热抽汽系数减小，若维持功率不变，势必会使凝汽系数加大，故再热循环的动力系数Ar,rh小于回热循环的动力系数Ar，削弱回热效果。,1再热对传热过程的影响抽汽过热度越高，导致换热温差加大，额外火用损er越大,2再热回热循环的最佳给水回热参数最佳参数选择与分析回热循环时有相同的结果,须强调指出，再热虽有削弱回热效果的一面，但再热式机组采用回热的热经济性（再热效率增加+回热效率增加，双重效应）仍高于无再热的回热机组。,再热对回热分配的影响，主要反映在最终给水温度（对应最高一级的抽汽压力）和再热后即中压缸第一个抽汽口压力的选择。国产大容量再热式机组的高压缸都有一个抽汽口以保证给水温度为最佳值。另外为了简化汽轮机结构，降低成本，通常利用高压缸排汽一部分作为一级回热抽汽，以减少一个回