动力工程-热力发电厂

第五章热力发电厂1/13/20231动力工程－汽轮机第一节热力发电厂概述利用热能动力装置来生产电能的工厂，称为热力发电厂或火力发电厂。鉴于热力发电厂的产品（电能或热能）是无法储存的，这就迫使发电厂只能是随产随销，并需做到产销之间的严格协调，否则就难以保证产品的质量。为此，要求发电厂的生产必须具有高度的安全性、可靠性和机动性，而这些正是发电厂生产的主要特点。由于朗肯循环中平均吸热温度非常低，以致进一步提高其循环热效率受到很大的限制。为了大大提高蒸汽动力装置的热经济性，现代热力发电厂都不直接应用这种循环，而是广泛采用结构上复杂得多的回热循环和再热循环。1/13/20232动力工程－汽轮机第二节再热循环再热循环的提出

如上所述，提高蒸汽的初压力，可以提高朗肯循环的热效率，但如果蒸汽的初温度不能同时提高，则蒸汽在汽轮机内膨胀终了时的干度降低，影响汽轮机的安全运行。因此，为了提高蒸汽的初压又不致使乏气的干度过低，常采用蒸汽中间再过热的方法。1/13/20233动力工程－汽轮机如图所示,新蒸汽在高压汽轮机中膨胀作功到某一中间压力以后,全部抽出导入锅炉中的再热器，吸收烟气放出的热量，然后再导入低压汽轮机继续膨胀作功到终压力，这种循环称为蒸汽再热循环，简称再热循环。1/13/20234动力工程－汽轮机一次再热循环在T-s图中的表示如图所示。可以看出，蒸汽经中间再过热以后，其乏汽的干度明显地提高了。再热循环的吸热平均温度将高于基本的朗肯循环，使整个再热循环的热效率有所提高。1/13/20235动力工程－汽轮机再热循环的热效率为再热循环的热效率分析

工质在一次再热循环中吸收的总热量为

对外放热量为

1/13/20236动力工程－汽轮机再热的目的主要在于增加蒸汽的干度，以便在初温限制下可以采用更高的初压力，从而提高循环热效率。中间再热最佳压力的确定需要根据给定的条件进行全面的经济技术分析确定，一般在蒸汽初压力的20％～30％之间。通常一次再热可使热效率提高2％～3.5％。由于实现再热循环的实际设备和管路都比较复杂，投资费用也很大，一般只有大型火力发电厂且蒸汽压力在13MPa以上时才采用。采用再热循环后，汽耗率降低，可减轻凝结水泵、给水泵、循环水泵以及凝汽器的负担。1/13/20237动力工程－汽轮机第三节回热循环回热循环问题的提出

朗肯循环的平均吸热温度不高，主要是水的预热过程温度太低，实际上是锅炉给水的温度太低。为了消除或减少水的预热阶段吸热温度过低的不利影响，提出了回热循环。给水回热的目的，是提高给水加热段的平均吸热温度，从而提高循环效率。1/13/20238动力工程－汽轮机一、极限回热循环蒸汽边膨胀，边加热给水，把给水加热到饱和温度。极限回热循环要求无穷多级的给水回热，这在实践中具有不可逾越的障碍。目前发电厂所实际采用的回热循环，都只有有限级数的抽汽，因为抽汽回热级数太多，会使设备过于复杂和庞大，结果得不偿失。1/13/20239动力工程－汽轮机

如图示，以饱和水作为工质的朗肯循环1-2`-3-4-5-1不同于卡诺循环的之处在于4-5段对液体的加热过程。若利用正在膨胀中的蒸汽对液体加热，则该循环具有与卡诺循环相同的热效率。循环1-2-3-4-5-1就是极限回热循环。1/13/202310动力工程－汽轮机二、多级抽汽回热循环多级回热循环的工作原理

从汽轮机中间抽出部分已作过功但压力尚不太低的少量蒸汽来加热进入锅炉之前的低温给水。这种方法称为给水回热。有给水回热的蒸汽循环称为蒸汽回热循环，在现代蒸汽动力循环中普遍采用，可以有效地提高循环热效率。1/13/202311动力工程－汽轮机回热循环的分析抽汽只有对外作功，没有冷源损失，如果不计散热损失，抽汽部分的热效率相当于100%。由此，作为各部分综合而成的抽汽回热循环，其热效率必将高于单纯的朗肯循环的热效率。1/13/202312动力工程－汽轮机三、给水温度和回热级数对抽汽回热循环热效率的影响采用一次回热，经济性的提高最明显，采用二次回热，经济性提高的较少，采用三次回热，经济性提高的就更少了。增加回热级数意味着回热系统设备投资费用大为增加，因此回热级数不宜过多，否则反而会提高发电成本。一般中小机组采用4～6级，大机组6～8级。不同级数的抽汽回热循环，其最有利的给水温度是不同的，回热级数愈多时理论上最有利的给水温度愈高。一般说来，实际最有利的给水温度，大致为锅炉压力下饱和温度的68～77％。1/13/202313动力工程－汽轮机四、抽汽回热的其它效果锅炉受热面可以减少一些汽轮机前面几级的流量增大，后面几级的流量减少，对汽轮机有利。凝汽器换热面积可以减少应用回热，对机组有利无弊。现代电厂无一例外都采用回热循环1/13/202314动力工程－汽轮机第四节热电联产循环进一步利用低品味的热量。一般凝汽式机组排汽温度只有26～33℃。因温度太低而没有利用价值。所谓热电联产循环，就是既发电又供热的动力循环。热电联产循环分为两种类型：一种是采用背压式汽轮机的热电联产循环，另一种是采用抽汽式汽轮机的热电联产循环。1/13/202315动力工程－汽轮机采用背压式汽轮机热电联产循环如右图是采用背压式汽轮机热电联产循环系统示意图，其中背压式汽轮机的排汽压力高于0.1Mpa。它的排汽不通过冷凝器，而是直接供给热用户，排汽压力根据用户需要而定。其主要缺点是供电供热彼此互相牵制，不能同时独立地满足热负荷与电负荷变化的需要。1/13/202316动力工程－汽轮机采用抽汽式汽轮机的热电联产循环右图是采用抽汽式汽轮机的热电联产循环系统示意图。采用抽汽式汽轮机供热，可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。1/13/202317动力工程－汽轮机热电联产循环经济性分析(以背压式机组为例)热电联产循环的热效率t

热电联产循环由于排汽压力的提高，使得其循环热效率低于朗肯循环的热效率。热量利用系数K

在热电联产循环中，工质所吸收的热量除一部分用于作功外，同时还向热用户供热，因此，评价热电联供循环的热经济性指标除热效率t外，还有热量利用系数K。

对背压式热电联产循环，理论上K将达到1，但实际上由于各种损失及泄漏，K值只有0.85左右。热电联供循环的热经济性应该用K和t

两个指标来衡量。1/13/202318动力工程－汽轮机供热电能生产率

愈大意味着供热汽流在汽轮发电机组中所发出的电能愈多。

综上所述，欲全面、确切地评价热电联产循环的热经济性，应同时给出t和k，或者同时给出k和。1/13/202319动力工程－汽轮机第五节凝汽式发电厂的各项能量损失锅炉设备中的能量损失q2、q3、q4、q5、q6管道的散热损失管道效率，反映管道的散热损失。汽轮机中的能量损失冷源损失发电机中的能量损失发电厂的总效率，目前，现代化的大型凝汽式发电厂的总效率接近40％，但是个别设备比较陈旧的的电厂，效率还不到24％。主要是因为冷源损失太大。1/13/202320动力工程－汽轮机第六节凝汽式发电厂的主要技术经济指标发电厂的技术经济指标，是衡量本厂技术装备好坏以及管理水平高低的标志。1/13/202321动力工程－汽轮机一、发电厂的总效率发电厂发出的电能与同一时期内所消耗的燃料总能量之比。本式与前面的式子在本质上是一致的。但前者仅对单一机组适用，本式则可适用装有若干台机组的大、中型发电厂。1/13/202322动力工程－汽轮机二、煤耗率发电煤耗率发电厂每发出1度电（1kW.h电能）所需要的煤耗量。供电煤耗率发电厂对外每输出1度电（1kW.h电能）所需要的煤耗量发电标准煤耗率1/13/202323动力工程－汽轮机三、厂用电率发电厂的厂用电量（）占同期内该厂总发电量（）的百分比一般凝汽式发电厂，此值多半在5～10％的范围内。1/13/202324动力工程－汽轮机四、装机容量年利用小时数火力发电厂的全年发电量与全厂所装有的汽轮发电机组的总容量（简称“装机容量”）之比值代表该厂全部机组在全年内平均的工作小时数，称为该厂装机容量的年利用小时数。1/13/202325动力工程－汽轮机五、汽轮发电机组的热耗率汽轮发电机组每生产1kW.h电能所消耗的热量，称为该汽轮发电机组的热耗率该指标是表明机组总的生产质量的一项技术经济指标。给水温度，回热系统的运行等会影响该指标。1/13/202326动力工程－汽轮机第七节发电厂的热力系统下列几个主要组成部分燃料运输与供应系统煤粉制备系统燃料燃烧系统除灰与除尘系统热力系统（俗称“汽水系统”）－主要系统化学水处理系统电气系统热工控制系统1/13/202327动力工程－汽轮机一、发电厂的原则性热力过程1/13/202328动力工程－汽轮机二、全面性热力系统图的概念1/13/202329动力工程－汽轮机第八节发电厂的输煤、除灰和供水系统概述1/13/202330动力工程－汽轮机一、发电厂的输煤系统燃煤发电厂的燃料运输与供应系统。输煤系统必须具有较高的机械化程度，否则很难保证可靠地供应燃料，改善劳动条件和降低发电厂的生产成本。1/13/202331动力工