热电厂热力系统计算分析

1、热力发电厂课程设计1.1 设计目的1.学习电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则2.学习全面性热力系统计算和发电厂主要热经济指标计算的内容、方法3.提高计算机绘图、制表、数据处理的能力1.2 原始资料西安 某地区新建热电工程的热负荷包括：1）工业生产用汽负荷；2）冬季厂房采暖用汽负荷。西安 地区采暖期101 天，室外采暖计算温度5，采暖期室外平均温度1.0，工业用汽和采暖用汽热负荷参数均为0.8MPa、230。通过调查统计得到的近期工业热负荷和采暖热负荷如下表所示：热负荷汇总表采 暖 期非采暖期项目单位最大平均最小最大平均最小用 户工业t/h1751421081269275热负

2、荷采暖t/3 计算原始资料（1）锅炉效率根据锅炉类别可取下述数值：锅炉类别链条炉煤粉炉沸腾炉旋风炉循环流化床锅炉锅炉效率0.720.850.85 0.900.65 0.700.850.85 0.90（2）汽轮机相对内效率、机械效率及发电机效率的常见数值如下：汽轮机额定功率750 600012000 250005000汽轮机相对内效率0.7 0.80.75 0.850.850.87汽轮机机械效率0.95 0.980.97 0.99 0.99发电机效率0.93 0.960.96 0.970.980.985（3）热电厂内管道效率，取为0.96。（4）各种热交换器效率，包括高

3、、低压加热器、除氧器，一般取0.960.98。（5）热交换器端温差，取3 7。（6）锅炉排污率，一般不超过下列数值：以化学除盐水或蒸馏水为补给水的供热式电厂2%以化学软化水为补给水的供热式电厂5%（7）厂内汽水损失，取锅炉蒸发量的3%。（8）主汽门至调节汽门间的压降损失，取蒸汽初压的3% 7%。（ 9）各种抽汽管道的压降，一般取该级抽汽压力的4% 8%。（ 10）生水水温，一般取 5 20。（ 11）进入凝汽器的蒸汽干度，取0.88 0.95。（ 12）凝汽器出口凝结水温度，可近似取凝汽器压力下的饱和水温度。2、原则性热力系统2.1 设计热负荷和年持续热负荷曲线根据各个用户的用汽参数和汽机供汽

4、参数，逐一将用户负荷折算到热电厂供汽出口，见表 2-1。用户处工业用汽符合总量：采暖期最大为175 t/h, 折算汇总到电厂出口处为166.65t/h 。表 2-1热负荷汇总表项目单位采 暖 期非采暖期最大平均最小最大平均最小用户热负荷工业t/h1751421081269275采暖t/h1777243000折算到电厂出口的热工业t/h166.65135.22102.84119.9987.6171.42负荷采暖t/h168.5568.5640.95000折算到热电厂出口的工业热负荷， 再乘以0.9 的折算系数， 得到热电厂设计工业热负荷，再按供热比焓和回水比焓（回水率为零，补水比焓62.8 kJ

5、/kg）计算出供热量，见表2-2。根据设计热负荷，绘制采暖负荷持续曲线和年热负荷持续曲线图，见图2-1、图 2-2。表 2-2热电厂设计热负荷项目单位采 暖 期非采暖期最大平均最小最大平均最小工业蒸汽热负荷t/h149.98121.7092.56107.9978.8564.280.8MPa、 230GJ/h426.59346.15263.27307.14224.26182.82采暖蒸汽热负荷t/h168.5568.5640.950000.8MPa、 230GJ/h479.40195.01116.47000合计t/h318.53190.26133.51107.9978.8564.28GJ/h90

6、5.99541.16379.73307.14224.26182.82图 2-1采暖热负荷持续曲线图图 2-2年热负荷持续曲线图2.2 装机方案的拟定根据热电厂设计热负荷和建厂条件，热电厂最终规模是50MW以下，由于采暖热负荷占整个热负荷比重一般，所以不建热水网。采暖用汽和工业用汽同管输送，因此拟定以下装机方案：（见图2-3）2× CC12-4.9/0.98/0.17 型双抽汽供热式次高压汽轮机发电机组；1× B12-4.9/0.98 型背压供热式次高压汽轮机发电机组；3× 75 t/h 次高压循环流化床锅炉。本方案设有三台锅炉，三台汽轮机，主蒸汽系统采用母管制。背

7、压机组（B12 机组）的排汽，一部分作为 1 号高加的加热用汽，另一部分作为供热汽源。抽汽机组CC12有3级非调整抽汽和 2 级调整抽汽， 其中第 1 级调整抽汽和第1 级非调整抽汽共用一个抽汽口，第 2 级调整抽汽和第2 级非调整抽汽共用一个抽汽口，第1 级调整抽汽做为供热抽汽， 第2级调整抽汽做为补充水加热蒸汽。 除氧器加热用汽量是第2 级非调整抽汽， 除氧器定压运行。 该系统配置减温减压器， 保留或新建调峰锅炉， 机组供热不足部分先由锅炉的新蒸汽减温减压后提供，再由尖峰锅炉提供。 减温减压器所用的减温水来自给水泵出口。系统设连排扩容器， 扩容蒸汽进入除氧器。 功热蒸汽的凝结水不回收，补充

8、水 （生水） 由 CC12 机组的第2 级调整抽汽加热后，去化水车间，再去除氧器。Db= 3905.4p 450t 3312.9h189.69h11.7058DL=5.69.汽水损失2823D =151.7t53OB0.04p9.41179h3× 130 t/hB12-4.9/0.98897. .73=lbD0.8p 230t 2907h2693.11h Df =1.172.41D2=14.0343.13补充水4从化水车间来711Doj =17.80.04.9p 435t 3282.85hh58208.8.oc28D =18423t52.9934Dw =0.0p9.减温水 518.8

9、4h42 × CC12-4.9/0.98/0.17DTj =20.790.0h7h69 1.7403 019. .224 32p2 75257.60=0c0D+D+D=64.28D.TB TCTj02744.69hDTB+DTC=236.8164.282693.9h注：1.D 流量，单位 t/h 。图中数据分子.7 .3120=C511.D5 .+B141=sD2D9 2Dw=2.993 60.0. .518.84h5=2720h减温水 518.84hs467.08hpD711.76 h167h去化水车间再去除氧器2 25 5. .3 0=13D408h128.65h433.67h6

10、2.8h为季最大负荷工况计算结果。分母为非采暖季最小负荷工况计算结果。2.h 焓，单位 kj/kg；t 温度，单位3. p压力，单位 MPa4. 采暖季 3台汽机加减压减温器供汽并需外部小锅炉调峰，非采暖季最小负荷工况 B12汽机停运。Dbs =1.2 ×生水476.54h图 2-3 B12-4.9/0.98 + 2× CC12-4.9/0.98/0.17 + 3× 75 t/h 全厂原则性热力系统图2.3 汽轮机热力特性资料与原则性热力系统拟定及其计算（一）机组热力特性资料我国常见供热机组的热力特性参见中小型热电联产工程设计手册。本方案CC12额定进气量 92

11、t/h ，最大进气量104.4 t/h ，第一级调整抽汽量30 50 t/h ，第二级调整抽汽量30 t/h 。本方案的计算原则是，让 B12 尽量多供热负荷， CC12 汽机第二级调整抽汽作热电厂补水加热用汽。（二）原则性热力系统本方案原则性热力系统见图2-3。（三）原则性热力系统计算1. 参数级符号说明见表 2-3表 2-3名称符号锅炉蒸发量Db锅炉排污量Db1排污扩容蒸汽量Df扩容器排污水量Dps全厂汽水损失量D1锅炉给水量D fw全厂补充水量Dma锅炉减温减压汽量D0 j减温减压后汽量DTj减温减压喷水量D w循环流化床锅炉效率gl加热器换热效率h加热蒸汽利用系数'hB12 机

12、组机电效率mg, B参数及符号单位名称t hCC12 机组机电效率t hB12汽机进汽量t hB12汽机高加用汽量t hB12汽机外供汽量t hCC12 汽机进汽量t hCC12 汽机高加用汽量t hC12 汽机高加用汽量t hCC12 汽机外供汽量t hCC12 除氧器用汽量t hCC12 生水预热器用汽量CC12 凝汽量CC12 低压加热器用汽量CC12 发电量B12发电量符号单位mg ,C 2DoBthD1 BthDTBthD0 CthD1CthD1thDTCthD 2thD2 sthDcthD3thPe,CkWPe, BkWC12 机组机电效率mg ,C12. 计算条件计算工况：采暖期

13、最大热负荷工况，此时对应汽轮机最大进气量和最大调整供热抽汽量；设锅炉排污量： Dbl = 0.02 Db；汽水损失量： D1 = 0.03 Db； h ='=0.98。各效率取值见表h2-4。表 2-4主要效率取值锅炉效率机电效率gl采暖期非采暖期B12 机组CC12 机组mg, Bmg ,C 10.90.860.7580.8293. 锅炉减温减压供热系统热力计算公式物质平衡方程D0 j Dw DTj（ a）能量平衡方程3282.85D 0 j518.84D w2907D Tj（ b）把（ a）式带入（ b ）式得 3282.85D 0 j518.84D w2907D Tj解得DTj1

14、.168D 0 j（ 3-62 ）DTjDTj D0 j 1.168D 0 j4. 方案一的计算（1）锅炉汽水流量计算公式1）锅炉蒸发量Db ( D0C D0B D0 j) /(1 0.03) 1.030928( D0 D0 B（ 3-64 ）2）锅炉排污量Db1 0.02 Db 0.020619(D0 D0B D0 j )3）锅炉给水量D fw Db Db1 1.051546(D0 D0B D0 j )4) 锅炉扩容排污系统计算物质平衡方程Db1D f D ps能量平衡方程1179 0.98D b1 2693D f467.08D ps把（ a）式带入（ b）式得 D f0.0063757(D

15、0D0 B D 0 j )D psD b1 D f0.0142428(D0D 0B D0 j )（ 3-63）D0 j )（ 3-65）（ 3-66）（ a）（ b）(3-67)（ 3-68)5)补充水量计算，若不考虑回水Dma(DTCDTBDTj )DLDps(DTC DTBDTj )0.031.030928( D0CD0 B D0 j )0.0142428(D0 C D 0B D 0 j )（ 3-69）(D TCDTBDTj )0.0451707(D 0CD 0BD0 j )（2） B12-4.9/0.98 热力系统计算公式1）B12 机高加用汽量计算高加用汽量可分为两部分，一部分由B1

16、2 汽轮机排气提供， 为 D1B，另一部分由 CC12第一级抽汽提供，为 D1C。假定B12 抽汽加热对应的给水量是DoB 和 CC12一级抽汽加热剩余的给水量，则高加能量平衡方程：0.98(2907711.76) D 1B1.051546(719.67 518.84) D 0B解得高加用汽D1B0.0981632 D 0B（ 3-70）2）B12 机外供汽量D TBD 0BD 1B0.901837 D 0 B（ 3-71）3）B12 机发电功率Pe, B3282.852907 D 0B0.857/ 3.679.868 D 0 B（3-72）（ 3） CC12-4.9/0.98/0.17 热力

17、系统计算公式1）CC12 高加用汽量计算高加能量平衡方程0. 98 2907 711. 76719. 67 518. 84 1. 051546D 1CD 0CD 0 j解得高加用汽量D1C0.098163 D 0C D 0 j（ 3-73）2）生水预热器用汽量计算生水预热器的热平衡：计算时考虑20%的化学水处理水量损失。0.982744.69476.54D1.2167.4762.8 D2smaD2 s0.056507 D TCDTBDTj0.002553D 0C（ 3-74）D0 B D0 j3)低压加热器用汽量计算公式低压热平衡： 0.982693 433.07D 3=407.68128.6

18、5D 3D c低加用汽量 :D3=0.144149Dc（ 3-75 ）4）除氧器用汽量计算公式除氧器热平衡0.98 2744.69 D 2 146.5 D bs 476.54 D 2s 711.76 D1C D 1B 407.68 D 3 D c 2693.11D f =518.84（ Dfw +Dw）把式（ 3-69），（ 3-73），（3-70 ），（3-67），（ 3-74），（ 3-75）带入上式，并整理得D 2=0.167563 D 0CD 0 BD 0 j0.032406 D 0 j（3-76）0.064476 D TCD TBDTj0.173413 D c5）CC12 汽量平衡D

19、0C=D1C+DTC22s3+Dc+D +D+D把式（ 3-73），式（ 3-74），式（ 3-75）带入上式，并整理得Dc0.753780 D 0 C0.175244 D 0 B0.309750 D 0 j1.021937 D TC0.008209( D TBD Tj )（ 3-77）6）CC12 发电量计算公式Pe , C 0.829 3282.85 2907D1C DTC3282.85 2744.69 D 2 D 2s+ 3282.85 2693.94 D 3(3282.852308.47) D C / 3.6（ 3-78）整理上式得Pe, C 85.825852DTC29.577843

20、D 0C 75.641244D 0 j 21.081845D 0 B0.987569 DTBDTj 225.867097Dc（ 3-79）或Dc 0.004427 Pe,C0.130952 D 0 C0.093337 D 0 B 0.379984 D TC0.334893 D 0 j0.004372( D TBD Tj)（ 3-80）代入式（ 3-77），并整理得D0 C= 0.005P0040. 0D92578D0. 02841 9e ,C0Bj0. 72D55900.D00 4D33 7()T CT BT j（3-81）(4)方案一各部分实际用汽量计算上面推导出来汽机进汽量(D0)、凝汽量

21、 (Dc)与发电功率 (Pe)和供汽量 (DT)之间的关系， 现将有关数据代入， 可计算出方案一在采暖期最大负荷下汽机、 锅炉等各部分实际用汽量。 计算结果列在表 2-5。表中各量的顺序就是计算结果。表2-5序号项目1 热负荷2 锅炉额定蒸发量3 汽水损失4 锅炉减温减压用汽5 减温减压外供汽量6 减温水量7 锅炉排污水量8 锅炉给水量9 排污扩容蒸汽量10 扩容器排污水量11 全厂补充水量12 B12进汽量13 CC12进汽量14 B12额定发电量15 本计算工况 B12发电量16 B12高加用汽量17 12外供汽量18 CC12进汽量19 CC12高加用汽量20 CC12外供汽量21 升水

22、预热器用汽量22 CC12汽机凝汽量23 CC12低加用汽量24 除氧器用汽量25 尖峰锅炉供汽量26 本工况 CC12发电量方案 - 汽水流量计算结果汇总符号数值单位来源或计算公式Dh318.53t/h根据热电厂设计热负荷Db390t/h75t/h ×3选定D111.7t/h选定汽水损失率 3%Doj17.8t/hD0j=Db-D1-D0B-D0CDTj20.79t/h式（ 3-62 ）Dw2.99t/h式（ 3-63 ）Dbl7.8t/h式（ 3-65 ）Dfw397.8t/h式（ 3-66 ）Df2.41t/h式（ 3-67 ）Dps5.39t/h式（ 3-68 ）Pma274

23、.69t/h式（ 3-69 ）P0B151.7t/h额定功率下，由式（ 3-72 ）D0C104.4t/h根据 CC12汽机特性特性，最大进汽量Pe,B6000kW根据 B6特性设定Pe,B6000KWB6维持额定发电量D1B7.2t/h公式（ 3-70 ）DTB70.8t/h公式（ 3-71 ）Pe,C12000kWCC12特性D1C14.89t/h公式（ 3-73 ）DTC50t/h最大热负荷工况， CC12调整抽汽量达最大值D2s15.52t/h公式（ 3-74 ）Dc20.79t/h公式（ 3-77 ）D33.52t/h式（ 3-75 ）D243.13t/h式（ 3-76 ）Djf60

24、.93t/hDjf=DT-DTB-DTC-DTjPe,C12328kW公式（ 3-78 ）（5）计算说明1 ）B12 是背压机，经济性好，在采暖最大热负荷时，应首先维持B12 在额定工况下运行，因而可根据B12 机的额定功率由式（3-79）计算出 B12 所需进汽量；本题中采用“定流量”计算，即最大热负荷时，汽轮机进汽量取为汽轮机最大设计进汽量，且假定采暖期CC12 机组提供最大调整抽汽量，即DTC = 50 t/h ，以此计算各处汽水流量和发电量。是否合适要通过检验CC12汽机的最小凝汽量来确定。凝汽量检验24.39/208.8 = 0.1168；73.01/184 = 0.3968 （最小

25、负荷），大于 CC12 最小凝汽量的要求。如果不满足要重新设定进汽量，再计算。2）计算中还要进行汽量和电量校核，以检验及孙是否准确。D 0C=D 1C+D TC+D 2+D 2s+D 3+D c= 22.24 + 100 + 43.13 + 15.52 + 3.52 + 24.39 = 208.8 t/h误差(12328-12000)/12000 = 2.7%符合工程需要可见，汽量平衡，计算准确。3）本方案的运行方式：在采暖期3 台汽机加锅炉新汽减温减压后供给热负荷，3 台锅炉运行。采暖期最大符号工况，尖峰锅炉供汽60.93 t/h ；非采暖期最大及平均负荷工况，2 台汽机 2 台锅炉运行，负

26、荷不满；非采暖期最小负荷工况，B12 汽机停运， CC12 汽机及2 台锅炉运行。 本方案其他供热工况计算类同。典型工况热平衡结果已标注在全厂原则性热力系统图上，见图 2-3。需系统调峰的供热负荷表示在年热负荷持续线图上，见图2-2。2.4 全厂热经济指标计算计算时要用到相应的计算公式见（3.35）至（ 3-61），这里只给出所用公式的编号。本方案 B12-4.9/0.98 + 2× CC12-4.9/0.98/0.17 + 3× 130 t/h调峰锅炉供热量QTFjfTma）=60.93362.8) 106173.31GJ/hD（h - h10 (2907热电厂最大供热量QT ( m)905.99173.31732.68GJ/h热电厂全年供热量（根据全年热负荷持续曲线图3-5）aQ732.68 1200.5 (732.68379.73) (2424120)=2921639热电厂全年发电量：设机组利用小时数为H 35500h年发电量（式3-36）pa3