第9讲第四章发电厂原则性热力系统

1、11 十月 20221第四章 发电厂原则性热力系统-1教 师：陈海平邮 箱： 办公室：F831第一节 概 述11 十月 20222常识：发电厂原则性热力系统表明工质的能量转换及其热量利用过程，反映了发电厂能量转换过程的技术完善程度和热经济性编制发电厂原则性热力系统是一项极其重要的工作，是电厂设计的首要任务，司令图等级11 十月 20223 一、原则性热力系统的概念及组成概念：以规定的符号表明工质在完成热力循环时所必须流经的各主要设备之间的联络线路图组成：主要由锅炉、汽轮机及凝汽设备的连接系统，给水回热系统，给水除氧系统，电厂汽水损失及补充水系统，对外供热系统等组成注意点：只表示压力和温度发生变

2、化的各种必须的热力设备同类型、同参数的设备在原则性热力系统图上只表示一次设备之间只表明主要联系，备用设备和管路、附件一般均不加以表明 二、编制原则性热力系统的主要工作内容确定发电厂的型式和容量选择机组的蒸汽初、终参数选择汽轮发电机组的型式和单机容量选择锅炉型式和容量确定给水回热系统确定回热系统的级数、给水温度、各级加热器型式考虑是否采用过热蒸汽冷却段和疏水冷却段确定各级加热器的疏水方式确定除氧器的型式、工作压力及系统连接方式、运行方式选定给水泵驱动方式及其连接系统选择热力系统的辅助设备：补水、排污、供热等11 十月 20224发电厂设计的基本程序初步可行性研究：确定建设项目的发电厂型式、容量及

3、其规划容量项目建议书：初步可行性研究报告审批后可行性研究：是确定建设项目和编制设计文件的依据初步设计施工图设计11 十月 20225主要工作内容拟定、论证原则性热力系统2022/10/116发电厂原则性热力系统示例(动画)第二节 给水回热系统11 十月 20227常识：概念：从汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽，送入回热加热器对锅炉给水进行加热，与之相应的热力循环和热力系统称之为回热循环和给水回热系统目的：提高循环热经济率 一、回热加热器的类型11 十月 20228按布置方式分： 立式加热器卧式加热器按传热方式分：混合式加热器汽水直接混合表面式加热器金属受热面按承压能力分：低压加热器 高压加热器位于

4、凝泵和除氧器之间承受凝结水泵出口压力 位于给水泵和省煤器间承受给水泵出口压力 1.混合式加热器(1) 混合式加热器的结构11 十月 20229卧式立式主要结构特点淋水盘的细流式压力喷雾的水滴式水膜式 (2) 混合式加热器的连接系统11 十月 2022102022/10/1111优点：1）传热效果好，热经济性高。（0） 2）没有金属受热面，构造简单，价格低 3）便于汇集不同压力和温度的水、汽 4）能除去水中的气体。（例：除氧器）缺点：1）热力系统复杂，投资增加 2）给水泵台数 厂用电量 3）对于采用非调节抽汽式汽轮机，当机组负荷突然降低时，给水泵工作可靠性降低 (3) 混合式加热器特点为什么？2

5、022/10/1112(1) 面式加热器的类型及其结构特点 2.表面式加热器卧式：换热效果好，热经济性高立式：占地面积小，便于安装和检修 类型水室结构：管板+U形管束联箱结构：联箱+蛇形或螺旋形管束结构11 十月 202213管板U型管束卧式高压加热器结构(图4-7) 管板U型管束立式低压加热器结构(图4-8)2022/10/1114联箱结构加热器(联箱+蛇形或螺旋形管束)2022/10/1115知识点：分段式加热器 高参数、大容量机组的表面式加热器结构上采用多种传热形式的组合。为什么？包括三部分： 过热蒸汽冷却段（过热段） 加热器本体部分（凝结段） 疏水冷却段（过冷段） (2) 表面式加热器

6、的连接系统常识：绝大多数电厂都选用表面式加热器组成回热系统，只有除氧器采用混合式，以满足给水除氧的要求以除氧器为界，表面式加热器分为两组：低压加热器组：凝结水泵和除氧器之间，加热凝结水，凝结水侧承受的是压力较低的凝结水泵的出口压力高压加热器组：给水泵和省煤器之间，加热给水，给水侧承受的是比锅炉压力还要高的给水泵出口压力11 十月 2022162022/10/1117火电机组典型回热系统示意图双列布置的高压加热器系统示意11 十月 202218常识：国内：600MW及以下亚临界和超临界机组高加均采用单列布置，1000级机组多采用双列高加日本：600MW及以上机组多配置单台容量为50%的双列高加欧

7、洲：600MW及以上的超(超)临界机组多配置单台容量100%的单列高加采用双列高压加热器的优点采用单列高加，当一台发生事故，所有高加被解列，锅炉进水温度显著降低，对锅炉效率影响很大采用双列高加，某台高加发生事故，该列高加解列，另一列高加继续运行，锅炉进水温度只降低一半左右高加出口水温每降低1，汽机热耗率上升约2kJ/(kWh)，单列高加要比双列高加大110kJ/(kWh)左右11 十月 202219 (3)表面式加热器及系统特点优点：与混合式加热器相比系统连接简单，投资少系统运行的安全可靠性高等缺点存在端差，热经济性低于混合式加热器金属耗量大，内部结构复杂，制造比较困难，造价较大不能除去水中的

8、氧和其它气体不便于汽水的混合11 十月 202220 二、表面式加热器及系统的热经济性基本概念上端差(出口端差)：指表面式加热器汽侧压力下的饱和水温度tsj与加热器出口给水温度twj之间的差值，即=tsj-twj，不加特别说明时，加热器端差是指上端差下端差(入口端差)：指离开疏水冷却段的疏水温度tsj与加热器进口给水温度twj+1之间的差值，即=tsj- twj+1注意点：加热器汽侧压力是指pj，而不是pj11 十月 2022211.表面式加热器的端差及其热经济性2022/10/1122当tsj不变时：热量法：twjD(j-1)Xri作功能力法： Trer小知识：1)全部高加的端差降低1，机组

9、热耗率可降低约0.06%；2)端差越小，机组的热经济性降低也越小3)减小设计端差是以增大换热面积和投资为代价：技术经济 (2) 端差对机组热经济性的影响2022/10/1123钢和煤的比价：技术经济比较端差与换热面积A的关系： (3) 端差大小的选择依据无过热蒸汽冷却段时：上端差=36有过热蒸汽冷却段时：上端差=-12大容量机组应选较小值下端差一般推荐 =510我国加热器端差的设计推荐值 (4)运行中端差增大的可能原因若金属换热面积A一定，则可能是受热面结垢使传热系数K减小，汽侧空气排出不畅使传热系数K减小疏水调节阀失灵，疏水水位过高而淹没受热面，使实际换热面积A下降加热器水侧旁路阀关闭不严，

10、部分凝结水走旁路11 十月 202224 2.抽汽压损及其热经济性(1) 基本概念抽汽压损pj：指汽轮机第j级抽汽口压力pj和第j级加热器汽侧压力pj之差值，即pj=pj-pj11 十月 202225(2) 抽汽压损对机组热经济性的影响作功能力法：抽汽压损使该级抽汽利用时产生能量贬值，造成回热过程损er增大，热经济性下降热量法：抽汽管压损使本级加热器出口水温下降，抽汽量减少，高一级抽汽量增加，热经济性降低每1%抽汽压损引起机组热耗率变化的百分数2022/10/1126注意点：前提条件1)上下端差不变2)抽汽压力和给水比焓的关系一定 (3) 抽汽压损的优化确定抽汽压损pj的主要影响因素：蒸汽在管

11、道内的流速局部阻力(阀门、管道附件的数量和类型)等选择原则：技术经济比较11 十月 202227一般表面式加热器的抽汽压损不应大于抽汽压力的10%大容量机组抽汽压损取抽汽压力的4-6%，即我国典型机组的pj /pj值11 十月 202228 3.抽汽过热度的利用方式及其热经济性分析(1) 基本概念抽汽过热度：指抽汽温度与抽汽压力下所对应的饱和蒸汽温度之差蒸汽冷却器(段)：指回热循环中用以冷却抽汽、利用汽轮机抽汽过热度、减少回热循环附加冷源损失的设备。有内置式和外置式两种11 十月 202229思考：哪一级抽汽过热度最大？为什么？ (2) 热经济性分析1) 热量法：11 十月 202230内置式

12、蒸汽冷却器：利用过热度twjDj D(j-1) Xri常识：一般i0.12%0.20%外置式蒸汽冷却器：2022/10/1131内置式蒸汽冷却器2)做功能力法分析利用过热度本级加热器twj吸热过程Tr换热温差 Tr e i外置式蒸汽冷却器冷源损失Qc降低更多循环热效率i提高更多2022/10/1132(3) 蒸汽冷却器的连接方式：并联和串联2022/10/1133内置式蒸汽冷却器的单级串联串联(4)蒸汽冷却器(段)的应用 设置条件：机组满负荷运行时抽汽的过热度83抽汽压力1.034MPa流动阻力0.034MPa加热器端差在01.7冷却段出口蒸汽的过热度30常识：高压加热器绝大多数设置内置式蒸汽

13、冷却段低压加热器很少采用蒸汽冷却段11 十月 2022342022/10/1135外置式蒸汽冷却器的应用 串联连接方式的热经济性要优于并联国内机组一般采用单级串联系统，国外也有少数机组采用串联、并联的综合连接方式我国进口大机组，多采用内置式蒸汽冷却器内置式蒸汽冷却器(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 内、外特点对比2022/10/1136概念疏水：蒸汽只要不在凝汽器内放热所形成的凝结水加热器疏水：抽汽在表面式加热器中放热后的凝结水 4.表面式加热器的疏水方式及其热经济性分析(1) 表面式加热

14、器的疏水方式疏水的收集方式疏水逐级自流方式：利用相邻面式加热器汽侧压差，将压力较高疏水自流到压力较低加热器中，逐级自流直至与主水流汇合采用疏水泵将疏水打入该加热器的出口或入口水流中疏水逐级自流+疏水冷却器方式疏水收集方式示意图11 十月 2022372022/10/1138 (2)不同疏水方式的热经济性分析热量法分析：三种方式对回热抽汽做功比Xr的影响程度是不同的疏水逐级自流方式 (j-1)级的入口水温hw(j-1) D(j-1) (j+1)级的疏水热量引入低压抽汽D(j-1) wi,Xri疏水逐级自流+疏水冷却器方式第j级加热器利用了自身部分的疏水热量：低压抽汽D(j+1) i疏水泵方式往出

15、口打的系统，既避免了对下一级低压抽汽的排挤，又预热了上一级加热器的水流， 使D(j-1) i往入口打的系统，疏水与主凝结水混合后提高了本级加热器的入口水温，减少了本级的回热抽汽量，故经济性较往出口打的系统差与疏水泵方式相比2022/10/1139做功能力法分析：三种方式对回热过程损er的影响是不同的1）疏水逐级自流方式：与采用疏水泵方式相比(j-1)级：(j+1)级：入口水温吸热温度Tw换热温差Trj-1erj-1压降损失p=pj - pj+1，热能贬值，损erj+1=Tens2）疏水泵方式：与疏水逐级自流方式恰恰相反3）疏水逐级自流+疏水冷却器方式 (3) 疏水方式的确定原则常识：不同疏水方式的热经济性变化有0.15%0.5%实际疏水方式应通过技术经济比较来确定11 十月 202240疏水逐级自流的连接方式特点热经济性最差系统简单，安全性好，投资省，便于运行维护。采用疏水泵连接方式的特点往出口打的系统经济性大于往入口打的系统经济性系统复杂，金属耗量和投资增加2022/10/1141疏水泵、疏水逐级自流技术经济比较后方案：高压加热器疏水逐级自流至除氧器低压加热器疏水逐级自流至末级或次末