4《热力发电厂》多媒体.ppt

热力发电厂,学习目的,以热力发电厂为对象，学习汽轮机发电厂的热功转换理论基础、热力系统和设备，在安全、经济、满发的前提下，分析热力发电厂的热经济性，定性分析以用方法为主，定量分析为常规热平衡法。通过本课程学习，树立安全，效益(经济效益、社会效益、环境效益)相统一的观点，培养分析、研究、解决热力发电厂课程范围内问题的独立工作能力。,绪论,我国火力发电的燃料资源：天然能源、一次能源、煤、石油、天然气、水力在近代社会发展进程中得到了较普遍的开发利用，统称为常规能源；二次能源、人工能源。发电工业的技术发展动向：大型高参数、燃气蒸汽联合循环、热电冷联合生产。,热力发电厂的类型,化石燃料发电厂、原子能发电厂、新能源(地热、太阳能等)发电厂等。凝汽式发电厂、热电厂。内燃机发电厂、汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、燃气蒸汽联合装置发电厂。中低压(3.43MPa及以下)电厂，高压(8.83MPa)电厂，超高压(12.75MPa)电厂，亚临界压力(16.18MPa)电厂和超临界压力(23.54MPa)电厂。坑口(路口、港口)发电厂、负荷中心发电厂。基本负荷发电厂、中间负荷(腰荷)发电厂、调峰发电厂。非单元机组发电厂、单元机组发电厂。区域性发电厂、企业自备发电厂、移动式(如列车)发电厂、未并入电网的孤立发电厂。,发电厂的经济性,电力工业的社会效益：电气化程度、宏观经济效益、微观(电厂本身)经济效益发电厂的经济效益：热经济性、热经济指标、电厂热效率，汽轮发电机组热效率、热电厂燃料节约量；技术经济性包括热经济性、安全可靠性、环境治理和工程资金投入的合理性。,技术经济指标,总投资，单位容量投资(元kW)，年供电量，年利用小时数，全厂热效率，供、发电标煤耗率，全厂人员指标，土地占用(公顷)，发、供电成本，贷款偿还年限，投资回收年限，投资利润率，资金利润率，资金利税率和内部收益率等。,技术经济比较原则,使用价值的可比消耗费用的可比时间因素的可比,技术经济性比较方法,专家评价法，经济论证法，综合评价法，系统分析法和不确定分析法等。经济论证法静态指标,静态指标,动态指标,经济论证法,热经济性的评价方法,热量法：从现象看问题做功能力法：透过本质看问题,G,Qg,b,Qp,Qm,m,g,3600Pe,Qc,Wii,cp,p,Qb,Qo,Qb,Qcp,Qb,Qp,Qc,Qm,Qg,Qcp,3600Pe,热经济性的热量法分析,供给热量=有效利用热量+损失热量热效率(热量利用率)冷源热损失Qc与汽轮机内效率I冷源热损失Qc=Q0-WiDc(hc-hc),热经济性的做功能力法分析,供给的可用能=有效利用的可用能+用损,典型不可逆过程引起的熵产,有温差的换热,不可逆绝热膨胀,T,s,s,a,a,s,sb,Tamb,T,Ta,3,2,1,4,B,A,E,1,4,2,3,2a,2,pc,Tamb,s,T,s,Et,p0,pc,1,p0,2,不可逆绝热压缩,Epu,1,2a,2,P2,p1,s,T,s,Tamb,p1,p2,绝热节流,1,2,T,s,p1,p2,Tamb,E,s,1,2,有摩阻的流动及散热,s2,s2,s1,s,T,p1,p2,1,2,2,h2=const,h1=const,Tamb,Ep,1,2,用效率与用损凝汽式电厂热力过程的用损,汽轮机,锅炉、换热器,管道,热量法与做功能力法的区别,共同点：提高经济效益的关键在于减小冷源热损失做功能力法认为：冷源热损失产生于全厂所有热力过程；锅炉里巨大换热温差所造成的用损，远大于Et和Ec,热效率,凝汽式汽轮机的绝对内效率i,D0(1),hfw,hfw,Dfw,D1(a1),Dj(aj),Dz(az),Dc(ac),hc,Dz(az),hz,Dj(aj),hj,D1(a1),h1,D0(1),h0,Db,hb,Drh(arh),Dl,Dbl,hbl,qrh,qrh(b),汽轮机和发电厂的汽水参数,汽轮发电机组的绝对电效率e管道效率p,电厂热效率cp电厂供电热效率,能耗(单位时间能耗),电厂煤耗B电厂热耗Qcp汽轮机热耗Q0汽轮机汽耗D0相互关系,能耗率(单位发电量的能耗),电厂煤耗率电厂热耗率汽轮机热耗率汽轮机汽耗率相互关系,耗差分析法,它把对能耗率有影响的关键运行可控参数连续进行监督分析，将参数实际值与基准值(如设计值)进行比较，由两者差计算出对机组能耗率的影响，从而及时指导运行或维修，使机组能接近最佳状况运行。,热经济指标间的变化关系,某一分热效率的相对变化将引起总热效率产生相同的相对变化某一分热效率的相对变化引起机组和全厂的能耗率产生相同的相对变化值分热效率变化不大时,提高发电厂热经济性的主要途径,给水回热加热(简称回热)提高蒸汽初参数蒸汽中间再过热(简称再热)降低蒸汽终参数热电联合能量生产(简称热电联产),回热的热经济性分析,回热使i提高,回热使D0、d增加,回热的基本参数,回热加热(抽汽)级数z,省煤器,过热器,No1,q1,(hw1)hfw,qb0,hb(ts0),1,z-1,h1,h2,hz-1,hz,hz-1,h1,No2,Noz-1hwz-1,h0,1Kg,h0,(tfw),q2,hw2,hw3,qz-1,qz,hwz,Noz,qc,hw1,hw2,hwz-1,hwz,最佳回热分配,使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对应，所以对i求极值,hw4,hw3,hw2,hw1,hw4,hw3,hw2,hw1,hw0,hb,h,hw,h3,h2,h1,h0,hc,h3,h4,h2,h1,h0,h0,Hwi=hohw2=h1hw3=h2hw4=h3,焓降分配法的图解,焓降分配法平均分配法等焓降分配法几何级数分配法,最佳给水温度,汽轮机最佳抽汽压力,提高蒸汽初参数p0/t0的经济性,当提高t0时,吸热过程平均温度增加，t增大；蒸汽比容v0和膨胀终干度xc均增大，ri将有所增加；初温每提高10C，机组热耗可下降约0.250.3。1kg新汽的理想比内功，在p0升高初期是增加的，但当达一最大值（极限初压）后，随着p0继续升高却开始下降，这时对应的t就会降低；蒸汽比容v0和膨胀终干度xc均减小，ri将有所减小。,提高蒸汽初参数的限制,碳素钢允许温度为450C，普通合金钢为510520C，珠光体高级合金钢为560570C，奥氏体钢方可允许600C的高温（价格57倍于珠光体钢）。较高初压对应“最低匹配容量”，提高初压时相应增大单机容量Pe，新汽耗量D0可增加，使容积流量不会变化太大，从而削弱ri下降。,最有利蒸汽初压,初温、终压pc与机组容量确定以后，必然存在一个使i达最大值的初压“热力学最有利初压”热力学最有利初压，又称配合蒸汽初参数，实际选择是按照技术经济上合理的初参数确定。,采用高参数大容量机组的意义,提高热经济性，节约一次能源，降低火电成本；节约投资与材料、缩短工期、减少土地占用。,采用蒸汽中间再过热,初始目的是在提高蒸汽初压时，减小膨胀的终湿度(1-xc)；再热参数选择合适时，还可提高机组的热经济性。,再热参数合理选择,再热压力低限，=时对应的再热压力；再热可降低排汽终湿度，使汽轮机相对内效率ri增加；随着prh提高，附加循环吸热过程平均温度提高，即附加循环效率增加，但由于水蒸气特性,它们在总循环中所占比重将减小，故必然存在一个最佳再热压力，它使t达到最大值。,理论最佳再热压力计算,再热压力与再热前温度一一对应。,再热经济性,再热蒸汽压损引起的做功能力损失远远大于新汽的压损。一般限制prh在10prh左右；烟气再热可提高热经济性68；蒸汽再热提高热经济性约23；再热减少了新蒸汽耗量D0，使Dc相应减少，回热做功比Xr降低，削弱了回热的热经济性，影响回热的最佳分配。,降低终参数的热经济性,降低蒸汽终参数pc，即降低放热过程平均温度Tc，循环热效率t提高；降低终参数pc使排汽比容vc增大，相对内效率ri就会降低；极限背压或极限真空：理想比内功wa增加等于余速损失增量时的pc；Pc大于极限背压的条件下，降低pc才可以增加wi和i。,最佳终参数,凝汽器的端差，ttc-tc2。它与疑汽器面积、管材、冷却水量等有关，t一般为310；终参数pc，在冷却水温为20时为3.55kPa；最佳背压(或最佳真空)，是与最大的净增功率相对应。,热电联产的经济性,热化做功比热化发电比热化发电比越大，热电厂发电的燃料节约量越大；热电厂由于没有冷源热损失，他的理论热效率等于1。,给水回热加热系统,热力系统:火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。热力系统图:用图来反映热力系统。全厂热力系统:以汽轮机回热系统为中心，将汽轮机、锅炉和其他所有局部热力系统有机组合而成的。主要热力设备:汽轮机本体，锅炉本体等。局部功能系统：主蒸汽系统、给水系统，主凝结水系统、回热系统、供热系统、抽空气系统和冷却水系统等。原则性热力系统图：是一种原理性图。原则性热力系统图上，不反映非讨论工况的设备及管线，不画出次要的支管线及阀门。全面性热力系统图：是实际热力系统的反映，以此全面显示出该系统的安全可靠性、经济性和灵活性。全面性热力系统图应画出实际所有的(运行的和备用的)设备、管线及阀门。,回热原则性热力系统的设计,确定回热加热器类型；选择面式加热器端差；选择疏水收集方式；选择抽汽过热度利用方式；确定抽汽管压降。,回热加热器类型选择,混合式(接触式)和表面式；混合式加热器优点：汽水直接接触传热，端差为零；没有金属传热面，构造简单；加热器投资低；混合式加热器缺点：级后都必须配置水泵。为了可靠，还需有备用泵；表面式加热器优点：系统简单、运行安全可靠以及系统投资低；表面式加热器缺点：有端差热经济性低。,面式加热器端差,面式加热器端差都是指出口端差(加热器汽侧压力下的饱和水温tsj与出口水温twj之间的差值,),又称上端差；面式加热器端差会引起出口水温下降，高一级抽汽量增加，从而导致了汽轮机热经济性i的降低；端差增大的原因有：受热面结污垢，汽侧空气排除不畅，疏水水位过高掩没受热面使实际换热面积A减小等。,抽汽管压降,抽汽管压降pj等于汽轮机j级抽汽口压力减去j级加热器内汽侧压力；抽汽管压降使该级抽汽利用时产生能量贬值，造成回热过程用损Er增大，回热经济性下降；1kgj级抽汽的回热做内功量wij低压大于高压。,蒸汽冷却器,再热提高了中、低压缸部分抽汽的过热度，利用这部分抽汽过热度来提高该级加热器出口水温twj或整个回热系统出口水温tfw的这部分受热面称为“蒸汽冷却器”；蒸汽冷却器有内置和外置两种；内置式蒸汽冷却器(即过热蒸汽冷却段)节约钢材和投资，但只能提高本级出口水温；外置式蒸汽冷却钢材耗量及投资较大，但可以提高给水温度，从而可获得更高的热经济性。,面式加热器疏水收集方式,疏水逐级自流，利用相邻加热器汽侧压差，热经济性较差，加装外置式疏水冷却器改善热经济性；疏水泵，将疏水打入该加热器出口水流中，汇入地点的混合温差较小，附加冷源热损失亦较小。,回热系统正常运行设置,低压面式加热器汽侧设置了抽空气管路，加热器抽空气系统与凝汽器的真空维持系统相连接，采用逐级自流来冷凝所含蒸汽，各级空气管路上设有节流孔板以阻止蒸汽大量流入下级。汽侧疏水管路上都装设了疏水调节装置，保证只排水不排汽，不使水位淹没加热管束，同时防止汽轮机进水。凝结水泵、疏水泵入口设置抽空气管路，不断抽出漏入泵内的空气。,回热系统事故工况设置,凝结水泵、给水泵及有些疏水泵必须设置备用泵；高压加热器一般水侧设大旁路，高压旁路阀必须是自动的，自动旁路阀有液动和电动两种；抽汽管上应设置快速动作的液动或气动逆止阀，疏水泵、凝结水泵、给水泵出口均设有逆止阀；给水泵、凝结水泵和疏水泵出入口处，以及有关的空气、疏水管上都应设置切断阀门；除氧器、给水箱和高压加热器汽侧都设有安全阀。面式加热器抽空气管路与疏水逐级自流管路各设并联的备用管路直接进入凝汽器。,回热系统低负荷工况设置,给水泵再循环由水泵出口逆止阀处接出，排至给水箱汽空间，再循环管上有串联节流孔板组减压，凝结水泵再循环至疑汽器，在启动和低负荷时疏水泵不投入运行，设备用管路逐级自流；除氧器低负荷汽源的切换；与定压运行除氧器使用同一级抽汽汽源的高压加热器，设置至低压加热器的备用疏水管。,回热系统启动与停运工况设置,加热器和泵的汽、水出入口的切断阀门；抽汽管上设置疏水的管路及阀门；汽轮机本体疏水扩容器；低压加热器出口设有检查放水管及阀门；高压加热器设置启动排空气阀；汽侧或疏水管上设有通地沟的检查管道及阀门；进入除氧器的主凝结水和高压加热器疏水等入口处，设置有切断阀门或逆止阀门。,回热系统监督设置,水位表；加热器出口水温度；抽汽管逆止阀保护和高压加热器自动保护装置定期试验。,给水除氧的必要性,溶于水中的氧，对钢铁构成的热力设备及管道会产生强烈的腐蚀作用；二氧化碳将加剧氧的腐蚀；不疑结的气体在换热设备中均会使热阻增加；水的碱性较弱将使腐蚀速度加快。,含氧指标,工作压力为5.88MPa及以下锅炉，给水含氧量应小于15gL；工作压力为5.98MPa及以上锅炉，给水含氧量应小于7gL；直流锅炉要求彻底除氧；水的pH值在9.29.6范围内的抗腐蚀效果最佳；铜管系统水的pH值，一般控制在8.89.2。,给水除氧方法,化学除氧：如亚硫酸钠Na2SO3和联胺N2H4，使之与水中溶氧化合而达到除氧目的。联胺除氧反应：N2H4+O2一N2+2H2O，联胺提高pH值：3N2H4一N2+4NH3，NH3+H2O一NH4OH热除氧：既能除氧又能除去其他气体，并且无任何残留物质。,热除氧原理,亨利定律：单位体积中溶解的气体量(溶解度)b与水面上该气体分压p成正比。道尔顿定律：混合气体全压力等于各组成气(汽)体分压力之和。,除氧器结构特点,给水除氧器应是混合式加热器；除氧器应有极大的汽水接触面积；利用部分蒸汽及时、自动地将水中析出的气体携带出除氧器；应有强化深度除氧的结构措施；构件应耐腐蚀。,除氧器类型,按结构除氧器基本类型有淋水盘式和喷雾式两种；工作压力除氧器可分为真空式、大气式和高压除氧器等。,除氧器自生沸腾,除氧器热平衡式为：除氧器“自生沸腾”为：除氧器自生沸腾时除氧效果恶化、工质及热损失增大。,防止除氧器自生沸腾,设计工况的回热抽汽量Dd为较大的正值；对到除氧器的高压加热器疏水设置疏水冷却器；将轴封汽，锅炉连续排污扩容蒸汽等引往别处；使低温的化学补充水引入除氧器以增加吸热量；进一步提高除氧器的压力，用减少高压加热器数目来降低进入除氧器的疏水量及其热量。,除氧器的特点,除氧器是混合式加热器；出口处必须设置给水泵；除氧器有定压和滑压两种运行方式。,除氧器定压运行系统,在至除氧器的回热抽汽管上设置压力调节阀；汽轮机低负荷时抽汽压力降低到不能满足除氧器定压运行需要时(对高压除氧器，一般该负荷约为70额定负荷)，应切换至高一级抽汽；除氧器在该加热器之前的前置连接可以改善高负荷时的回热经济性；供热式汽轮机的除氧器都采用调节抽汽。,除氧器滑压运行,除氧器的压力随汽轮机负荷的变化而变化；机组负荷剧烈变动时，必须保证除氧效果的稳定；机组负荷剧烈变动时，必须保证给水泵不汽蚀。,负荷骤升时除氧效果的保证,控制升负荷速度在每分钟5负荷内；缩减滑压范围；设置再沸腾管。,负荷骤降保证给水泵安全,提高除氧器安装高度H；采用低转速的前置给水泵；降低泵吸入管道内的压降p；缩短滞后时间T；减缓暂态时除氧器压力pd下降。,热负荷分类,电能不能储存、热能也几乎不能储存，保证供应的可靠性和经济性，热能生产过程也必须随时保持产销平衡。采暖热负荷；通风热负荷；热水供应热负荷；工业热负荷。季节性热负荷Qs,非季节性热负荷Qns(全年性热负荷)。,采暖热负荷Qh,用以补偿建筑物对外的耗热量，保持室内温度为定值。设计值为：x建筑物的采暖特性系数，kJ(m3.h.)；Vo建筑物的外围体积，m3；ti建筑物的室内计算温度，；当地的采暖室外计算温度，；建筑物空气渗透系数。,通风热负荷Qv,强迫通风系统将室外冷空气加热至规定的室内温度时的耗热量，设计值为：,热水供应热负荷Qhw,供生产或生活用热水的耗热量，它与室外气温无关。根据卫生要求，热水负荷的水温一般为6065。,工业热负荷Qte,用于加热、干燥(烘干)、蒸馏、熨平、清洗等工艺过程、少量用于汽力拖动压气机、风机、水泵，起重机、汽锤和锻压机等，或用于发电。,热负荷持续时间图,左半边为全年供热量与室外温度的关系，右半边为季节性热负荷持续时间图，横坐标为等于和低于某一室外温度的持续小时数，纵坐标为该室外温度下的每小时耗热量；曲线下的面积为全年供热量。,全年供热量,最大热负荷、平均热负荷，GJh；最大热负荷利用小时数、全年采暖持续时间，h。,水网特点,供热距离一般可达2030km或更远；热网每公里温降仅1左右。水网回水率约100。水网可充分利用供热式汽轮机的低压抽汽。可改变网水温度进行集中供热调节，而且蓄热能力大，热负荷变化大时仍可较稳定运行，水温变化缓和。,汽网特点,对热用户适应性强。输送载热质的能耗小。蒸汽密度小，因地形变化(高差)而形成的静压小，对事故的敏感性弱。,热电联合生产,朗肯循环的理想热效率t和朗肯循环实际热效率i供热循环的理想热效率th、供热循环实际热效率ih,图43朗肯循环、供热循环的T-s图（a）朗肯循环的T-s图；（b）热点联产供热循环的Ts图,热电联产的热经济性,联产供热较分产供热节煤,联产发电较分产发电节煤,总节约标准煤量,全年节约标准煤量为,吸收式制冷,吸收式制冷以高沸点的物质为溶剂(吸收剂)，低沸点物质为溶质(制冷剂)组成二元溶液。溶液的溶解度与温度有关，低温时溶解度大，高温时溶解度小。利用溶液的这种特性，取代蒸汽压缩过程，故称之为吸收式制冷。氨水吸收式制冷，以氨为制冷剂；溴化锂水吸收式制冷，以水为制冷剂。,热电冷三联产的特点,提高热利用率。循环热效率可达6576，热利用率达85%左右。大型宾馆空调用电往往占其总用电量的60左右。可供7C的冷水，在10100范围内自动调节制冷量。改善大气环境和投资环境。,热电厂的主要热经济指标,燃料利用系数tp一般tp(1.52.0)cp。在设计热电厂时，可用tp估算热电厂的燃料消耗量Btp。热化发电率,o，i外部、内部热化发电率；e相对热化发电份额；补充水比焓，与返回水混合比焓为,热化发电率的简化计算,用一假想的混合式加热器，替代供热汽流返回水汇入回热系统后实际所经过的若干级回热加热器,热电厂总热耗量Qtp的分配,热电厂总热耗量Qtp与锅炉热负荷Qb机组热耗Q0有如下关系Qtp(h)、Qtp(e)热电厂供热、发电的热耗；Btp(h)、Btp(e)热电厂供热、发电的煤耗。,供热式机组关联式,物质平衡式，内功率平衡式，循环吸热量Q1、凝汽流的冷源热损失Q2为：,热量法,实际焓降法,联产供热抽汽汽流在汽轮机中的实际焓降不足，与新汽实际焓降的比例来分配总热耗量,净效益法,联产汽流在汽轮机中的实际焓降不足，为维持一定功率，需额外增加凝汽流量净效益等于对外供热量减去额外冷源热损。,做功能力法,按照联产供热蒸汽与新蒸汽的做功能力的比例来分配热电厂总热耗量式中e0，eh，eamb分别是新汽、供热蒸汽和环境温度的比用，kJkg；s0，sh，samb分别是新汽、供热蒸汽和环境温度的比熵，kJ(kg.K)；,小结,热量法的Qtp(h)值为最大，Qtp(h)为最小(即好处归电)；实际焓降法Qtp(e)值为最大，而Qtp(e)值为最小(即好处归热)；净效益分配方法，其Qtp(h)、Qtp(e)值均居前两类分配方法之间；做功能力发与实际焓降法相近。,热电厂的分项热经济指标,发电热效率，发电热耗率，发电标准煤耗率；供热热效率，供热标准煤耗率：,热电厂的经济分析,热化系数tp：供热式机组抽汽的每小时最大热化供热量Qh,t(M)，与每小时最大热负荷Qh(M)之比或全年热化供热量与全年供热量之比。,最佳热化系数,抽汽式供热机组的联产发电节煤量为供热汽流产电节煤量减去疑汽流产电多耗煤若tp=1，在采暖期最冷的短时间内，热经济性较好。其余时间热经济性降低；若tpqcpqe,h单抽凝汽式机组背压式机组（补偿容量煤耗率以电网中火电机组的平均标准煤耗率计）,采暖凝汽两用式机组（Wc=W-Wh-Wcs）供热机组临界年利用小时数式中Pr，供热机组的额定功率和额定热化发电功率，kW，设备年利用小时数和供热机组年利用小时数，h。,发电厂安全管理的重要性,电网应有不小于最高负荷2530的备用容量；大电网的各个部分互相关联，任一环节发生事故，如不能及时消除，将会引起连锁反应，导致大面积长时间停电，甚至造成全网瓦解；发电事故中锅炉事故最多，省煤器、过热器、再热器和水冷壁(统称“四管”)爆漏频繁，占锅炉事故的65。,安全工作规程制度,“两票”(操作票、工作票)；“三制”(交接班制度、设备巡回检查制度、设备缺陷管理制度)；定期安全大检查，一般在每年春季雷雨季节前和秋后迎接高峰负荷前各进行一次；“三不放过”，即事故原因分析不清不放过，事故责任者和应受到教育者没受到教育不放过，没有防范措施不放过；仿真机是现代化的运行培训工具。,电力工业可靠性管理,从电力系统各个环节、各个方面研究电力系统失去功能的现象，提出定量的评价指标，寻求提高电力系统可靠性的途径和方法。,电力系统的可靠性指标,缺电时间概率LOLP：最大电力负荷超过有效发电容量的概率，又称电力不足的风险。机组可用系数AF非计划停运系数UOF等效可用系数EAF机组毛最大容量GMC非计划停用次数。,寿命管理,物质寿命：是指物质磨损消耗决定的寿命，又称物质的自然寿命。经济寿命：设备检修费用决定的设备寿命。技术寿命：由于科学技术的进步，出现了技术更先进和经济更合理的新型设备，使原有设备在物质寿命结束前即被淘汰。关系：重视物质寿命，研究经济寿命，注意技术寿命。,残余寿命评估,电网峰谷差已高达最高负荷的30%，有时高达50%，大容量火电机组势必要参与调峰。承受高温和热应力长期作用的金属材料会发生蠕变损