火力发电厂的热力系统讲义

火力发电厂的热力系统火力发电厂的生产过程燃料制备（制粉系统）燃烧传热（锅炉系统）热能输送（管道系统）热功转换（汽轮发电机组）冷端放热（冷却系统）变电送电（升压站）发电厂热力循环效率简单朗肯循环给水回热朗肯循环回热再热朗肯循环双重循环（燃气-蒸汽循环）热电循环（热电联产）特点：定压变温吸热，定压定温放热循环膨胀系统简单朗肯循环理想朗肯循环热效率：理想焓降水泵焓升循环膨胀系统水泵焓升：系统循环pout、pin——水泵出、入口压力，Pavfp

——水泵中水的平均比容，m3/kgηfp——水泵效率实际朗肯循环热效率（汽轮机绝对内效率）：系统循环实际焓降膨胀给水回热朗肯循环组成：简单朗肯循环+给水回热系统循环膨胀系统给水回热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：系统算法1（扣除了水泵焓升）：膨胀算法2（不扣除水泵焓升）：因为水泵焓升的处理不同，两种算法不相等。回热循环效率高于简单循环效率，参见《热力发电厂》P18，这里也可以给出简单证明：系统回热循环可可以提高热热效率系统1kg蒸汽汽做功的有有效焓降：：1kg工质质从锅炉吸吸热量：给水焓用凝凝结水焓和和抽汽焓表表示，忽略略加热器损损失。给水回热实实际循环热热效率（汽汽轮机绝对对内效率））：做功系数随系统而定定简单循环吸吸热简单循环的的功回热级数越多多，最佳给水水温度越高；；回热效率随着着回热级数增增多而增加；；回热级数越多多，再增加一一级回热的效效率增加越少少；回热再热朗肯肯循环循环膨胀系统回热再热实际际循环热效率率（汽轮机绝绝对内效率））：膨胀总回热级数再热前回热级级数汽机排汽量再热后的蒸汽汽做功量：蒸汽从锅炉再再热器的吸热热量汽机得到的再再热量焓熵图表示蒸蒸汽循环循环循环系统教材P3图1-1、P4图1-2、P8图图1-6不对对单元机组发电电热效率B——燃煤量，t/sQL——燃料低位发热热值，kJ/kgPia、Pi、Pm、Pel——汽机理想内功功率、汽机内内功率、汽机机输出功率、、发电功率，，MWQb、Q0——锅炉热负荷、、汽机耗热量量，MJ/s发电机效率汽机机械效率率汽机相对内效效率理想循环效率率管道热效率锅炉热效率锅炉热效率蒸汽从锅炉再再热器的吸热热量排污量系统管道热效率蒸汽从锅炉再再热器的吸热热量汽机得到的再再热量汽机进汽热量量系统排污二次汽热热量汽轮机热效率率全称：汽轮机机实际循环热热效率、汽轮机绝对内内效率膨胀Z——总回热级数；；R——再热前回热级级数汽机内功率：：汽机理想内功功率：汽轮机机械效效率有效机械功率率发电机效率初参数对理想想循环热效率率ηt的影响提高。实际上，提高高初温度相当当于增加了一一个高效率的的附加循环。。初参数：初温温度、初压力力结论⑴：提高高初温度使理理想循环热效效率提高：在在初压力p0和排汽压力pc下，初温度提提高使吸热平平均温度提高高，使等效卡卡诺循环热效效率分析的理由：：如图，初温度度从1升高到到1΄，吸热量q0增大，放热量量qc增大，做功量量q0-qc也增大，效率率ηt如何变化难于于确定。不用热效率定定义式结论⑵：在一一定的初温T0下，提高初压压力也可以提提高热效率。。但是，不总总提高。因为为：汽化潜热随压压力提高而减减少低温加热量也也逐渐增加结论⑶：初温温越高，理想想循环热效率率随初压力提提高增加越快快——同时提提高初温度和和初压力热效效果最好。结论⑷：任何何初温存在使使效率最高的的初压力初参数对实际际循环热效率率ηi的影响实际循环热效效率：汽机相对内效效率理想循环热效效率初温度和初压压力对ηri的影响是不同同的：提高初温度，，相对内效率率提高：容积流量增加加，漏汽损失失减少排汽湿度降低低，湿汽损失失减少提高初压力，，相对内效率率降低：容积流量减少少，漏汽损失失增加排汽湿度增加加，湿汽损失失增加若采用部分进进汽，还产生生鼓风损失和和弧端损失图中曲线显示示了以上分析析：初压力一定，，相对内效率率随温度提高高而提高，初温度一定，，相对内效率率随初压提高高而降低。大大容量机组降降的慢；小容容量机组降得得快（叶片高高度小，漏汽汽间隙相对大大，漏汽损失失多。），，甚至超过理理想循环热效效率的增加值值。总之，大容量量机组采用高高参数才能提提高机组热效效率理论最有利初初压力：实际际循环热效率率ηi最高点对应的的初压力初温度越高，，理论最有利利初压力值越越高机组容量越大大，理论最有有利初压力值值越高大容量、高参参数的经济性性：34.3MPa435℃℃提高到8.83MPa535℃节节省燃料12~16%;再提高到12.75MPa535/535℃又又可以节省8~8.5%;再提高到23.52MPa565/565℃还还可节省8~10%蒸汽初参数最最佳值，要通通过复杂的技技术经济比较较才能确定。。提高初参数使使投资增加的的项目有：锅炉、汽轮机机、蒸汽管道道、回热设备备提高初参数使使投资减少的的项目有：燃料运输、煤煤粉制备送引风机除灰系统除尘设备凝汽设备和供供水设备我国部分600MW运行机组的蒸汽初参数

主蒸汽再热蒸汽热耗Mpa℃Mpa℃kJ/kW.h哈尔滨汽机厂16.575373.365378005瑞士ABB24.205384.345667647.6日本东芝16.565373.65377871.6法国Alsthom16.665373.625377790东方汽机厂16.705383.615387888提高初参数的的技术限制材料的高温性性能末级叶片的最最大允许湿度度。凝汽式机机组最大允许许湿度9~10%，抽汽机组14~15%（最大排汽工工况比较少））。中间再热参数数对电厂经济济性的影响中间再热参数：再再热压力、再热后后温度中间再热的目的是是提高大容量高参参数机组的热经济济性：可以提高理想循环环热效率可以降低汽轮机排排汽湿度，提高相相对内效率中间再热参数的最最佳选择方案可以以使发电机组热经经济性达到最大值值中间再热循环的组组成：没有再热的基本循循环采用再热所形成的的附加循环提高再热后的温度度，可以提高附加加循环平均吸热温温度，提高理想循循环热效率；并且且降低排汽湿度，，使汽轮机相对内内效率有所提高。。再热后温度每提高高10℃，热效率提高0.2~0.3%一般,选择等于或接近于于新蒸汽温度热力学最佳中间再再热压力：中间再再热后温度确定后后，中间再热压力力存在最佳选择使使再热循环效率达达到最高。热力学最佳中间再再热压力算例确定最佳中间再热热压力还需要考虑虑如下具体因素：：满足汽轮机末级容容许湿度的要求与某级回热抽汽合合并为相同压力，，简化汽缸结构再热点往往作为分分缸点，要考虑高高、中压缸功率分分配和推力平衡问问题。再热压力选择过低低，再热蒸汽系统统的管道投资增加加较快。机组容量越大，中中间再热的经济效效益越高。给水回热系统主要要参数对电厂经济济性的影响在循环初终参数一一定的情况下，为为使给水回热循环环效率达到最大，，必须合理确定给给水回热系统的主主要参数：给水温度tfw回热加热量在各回回热级之间的分配配∆hw回热级数Z三者联系紧密，而而且相互影响。一、最佳给水温度度tfw热力学最佳给水温温度：在给定条件件下，使回热循环环绝对内效率达到到最大值的给水温温度，也是使回热热加热系统不可逆逆热交换引起的做做功能力损失达到到最小的给水温度度。给水加热过程程的做功能力损失失主要包括回热蒸蒸汽加热和锅炉烟烟气加热两部分。。热力学最佳给水温温度与如何分配总总加热量有关：分分配方案不是唯一一的，必有一个使使回热循环绝对内内效率达到最大值值。热力学最佳给水温温度与回热级数有有关：增加回热级级数可以减少抽汽汽与给水之间的传传热温差，减少做做功能力的损失；；还可以提高最佳佳给水温度。绝对内效率：蒸汽汽在汽轮机做的内内功除以工质在锅锅炉的吸热用新蒸汽加热给水水显然没有回热效效果传热的做功能力损损失二、加热量最佳分分配（1）焓降分配法法：每级给水的焓焓升取作前一级至至本级蒸汽在汽轮轮机中的焓降。主蒸汽焓凝结水焓本级抽汽焓前一级抽汽焓最佳给水焓：每级给水焓升：第Z级抽汽焓（2）平均分配法法：每一级加热的的给水焓升相等凝结水焓最佳给水焓：每级给水焓升：锅炉汽包水焓（3）等焓降分配配法：使汽轮机各各回热抽汽之间蒸蒸汽焓降相等，每每级回热给水的焓焓升等于蒸汽焓降降。凝结水焓最佳给水焓：每级给水焓升：主蒸汽焓（4）几何级数分分配法:上述诸方法差不多多。凝结水焓最佳给水焓：几何级数比例：第1级焓升第Z级焓升三、回热级数给水回热的基本规规律：回热级数越多，热热效率越高。但其其增长率递减，因因为增加的给水加加热量、抽汽量和和其在汽轮机中的的做功随级数增加加而减少。每一定的回热级数数均有相应的最佳佳给水温度，且回回热级数越多，最最佳给水温度越高高。在一定的回热级数数下，效率曲线最最高点较平缓，即即使给水温度与最最佳值有偏差，对对热效率影响并不不大。再热机组的回热系系统还应该考虑：：高压缸排汽作为一一级回热抽汽若高压缸排汽不满满足最佳给水温度度的要求，高压缸缸应该再设一级回回热抽汽一般采取增加高压压缸排汽的抽汽量量，可以减少回热热加热过程的做功功能力损失。因为为高压缸排汽的温温度低，再热之后后温度高。可以取取正常抽汽量的1.5~1.8倍。四、经济上最有利利的回热级数和给给水温度经济上最佳给水温温度：按照国家的的技术经济政策，，通过技术经济比比较确定的最佳给给水温度。经济上最有利给水水温度的确定涉及及到汽轮机和锅炉炉设备的运行工况况；并且影响运行行和投资费用的变变化。例如：提高高给水温度，可以以节省燃料，但也也增加了回热系统统的设备。同时，，增加了锅炉的产产汽量和汽轮机高高压缸的进汽量，，汽轮机低压缸和和凝汽流量相应减减少。所以不同程程度地影响到许多多系统的投资和运运行费用（锅炉、、汽轮机、主蒸汽汽管道、主给水管管道、回热加热装装置、给水泵、凝凝汽设备和冷却系系统、燃料系统、、送引凤系统、除除尘和除灰系统、、厂用电系统）。。燃料价格和设备利利用率是主要经济济因素之一：提高高给水温度时，设设备利用率越高燃燃料节省越多，燃燃料价格越高燃料料费用的减少越明明显。经济上最有利的回回热级数和给水温温度主要取决于钢钢煤比价，即燃料料价格和设备投资资，并且与机组容容量和设备利用率率有关。煤价高，，钢价低，设备利利用率高，回热级级数可较多，给水水温度可较高。高高参数大容量机组组应该采用较多回回热级数和较高的的给水温度。价格要有预见性表面式回热加热器器的连接（一）疏水泵连接接送到出口的经济性性好：疏水与凝结结水混合，提高的的是上一级的进水水温度，减少的是是上一级的抽汽量量。（二）疏水逐级自自流连接热经济性最差，可可靠性最高，投资资少，不耗电，运运行简单，维护方方便，是普遍采用用的疏水回收方式式之一。回热原则性系统回热系统设计是一一个复杂的技术经经济问题：追求简单可靠和可可控性追求尽量高的热经经济性较小的过热度不宜宜采用蒸汽冷却器器（a）N200-12.75/535/535型型机组（三缸二排排汽）自然循环锅炉8级回热抽汽3高、4低、1除除氧电动前置给水泵电动调速给水泵外置疏水冷却器外置蒸汽冷却器提提高水温4℃疏水逐级自流（b）N300-16.18/550/550型型机组亚临界直流锅炉8级回热抽汽3高、4低、1除除氧汽轮机拖动给水泵泵为直流锅炉配置除除盐装置（c）引进法国N600-17.75/540/540型机组前置给水泵和给水水泵由一台汽轮机机拖动7级回热抽汽高加2外置蒸汽冷冷却器（d）引进美国N600-16.67/537/537型机组强制循环锅炉8级回热抽汽3高、4低、1除除氧汽轮机拖动给水泵泵高加全配内置蒸汽汽冷却器和疏水冷冷却器低加全配内置疏水水冷却器（e）前苏联1200MW超临界界机组单轴五缸六排汽冲冲动式180°回转高压压缸3950t/h直直流锅炉中低压缸均为分流流布置9级回热抽汽3高、5低、1除除氧H3高加有内置和和外置蒸汽冷却器器汽轮机拖动给水泵泵汽轮机拖动送风机机给水冷却器（f）美国坎伯兰兰等地安装的1300MW超临界界机组双轴六缸八排汽两轴功率相等8级回热抽汽4高、3低、1除除氧汽轮机拖动给水泵泵送风机蒸发器产生蒸馏水水补充再热压损对机组热热经济性的影响再热压损：从高压压缸排汽口至中压压缸入口的流动阻阻力引起的压力降降低减少蒸汽的做功能能力，降低机组的的经济性。再热压压损每增加98kPa，汽轮机热热耗增加0.2~0.3%。减少再热压损，一一般要增加投资，，主要技术措施有有：采用大直径管采用双管道，并采采用一段较长的大大直径管道再热压损常控制为为高压缸排汽压力力的8~12%；机组容量越大，，取值应偏小。再热蒸汽管道直径径的确定原则（材质已知））：选择直径、壁壁厚使年运行费用用最低年平均投资阻力燃料费散热燃料费年运行费用：直径增加使投资增增加，阻力减少，，散热增加年平均投资M1：Dw___管道外直径径，mδ___管道壁厚，，mPst___钢材单价，，元/吨ρst___钢材密度，，t/m3μit___安装费率L___管道长度，，m阻力燃料费M2：ζλ、ζ___摩擦、局部部阻力系数ρ___管道内工质质密度，kg/m3ha___年运行小时时数b___发电标准煤煤耗率，kg/kW.h△h___焓降压力变变化率，△h=0.000006kJ/(Pa.kg)D___管道内工工质流量，kg/sPfu___标准煤单单价，元/公斤斤算例蒸汽终参数对发发电厂经济性的的影响一、蒸汽终参数数对循环热效率率的影响汽机排汽压力的的相关因素：汽轮机负荷冷却水温度冷却水流量凝汽器的冷却面面积和构造汽机排汽口构造造汽轮机末级叶片片高度汽轮机排汽压力力pc越低，排汽温度度tc越低，理想循环环热效率越大。。但是，降低排排汽压力也有不不利的影响：汽轮机设计方面面：排汽压力pc越低，排汽比容容vc越大，需要长叶叶片或多个排汽汽口，增加汽轮轮机的造价汽轮机运行方面面：末级排汽面面积一定时，凝凝汽器压力pc越低，排汽比容容vc越大，流速增大大，排汽管阻力力增大，甚至使使汽轮机排汽压压力升高。汽轮机极限真空空：实际内功Pi达到最大值的凝凝汽器真空压力降低比容明明显增加蒸汽速度增加导导致背压上升极限真空汽轮机功率与凝凝汽器压力极限真空二、最佳运行真真空：最大净增增加功率对应的的凝汽器真空每台汽轮机应该该试验确定在不不同排汽量和不不同冷却水温条条件下的最佳运运行真空三、降低蒸汽终终参数的限制自然限制：冷却却水温度tw1技术限制：冷却却水量、凝汽器器面积、排汽面面积排汽压力：排汽温度：循环水温升：凝汽器端差：随W增加减少随A增加减少W___循环水量A___凝汽器面积Dc___汽轮机排排汽量（任一项降低都都使排汽温度降降低）提高机组经济性性的主要方面额定工况下，维维持额定蒸汽参参数变工况下，维持持最佳蒸汽参数数保持凝汽器最佳佳真空提高回热加热器器投入率，尽量量提高给水温度度在技术经济合理理的条件下，尽尽量回收余热保持主设备的经经济运行状态锅炉方面：送引风量合理，，保持最佳过剩剩空气量煤粉细度合理，，保持各相关损损失之和最小燃烧调整，减少少不完全燃烧损损失汽轮机方面：合理分配负荷尽量全开调节阀阀，减少节流损损失保持流通部分清清洁回收疏水，减少少工质损失和热热量损失减少凝结水过冷冷度保持轴封系统状状态良好，减少少漏汽量降低厂用电率投入自动装置：：调节及时、精精确，容易保证证最佳状态。提高系统严密性性轴封低负荷运行行轴封高负荷运行行汽轮机轴封系统统发电厂原则性热热力系统的拟定定发电厂原则性热热力系统图：用用规定的符号表表示热力循环中中主要设备连接接关系的线路图图。同类型、同同参数设备只表表示一台，备用用设备和配件不不表示。既是火火力发电厂可行行性研究及初步步设计中热机部部分的主要内容容，又包括了电电厂运行中组织织经济运行的主主要技术数据。。拟定发电厂原则则性热力系统的的主要目的：确定电厂的若干干典型工况下，，特别是设计工工况的热经济指指标提供全厂热力系系统的基本构成成提供全厂主要的的主、辅热力设设备规格拟定发