热力发电厂 课件 第三章 发电厂热力系统的拟定原则

04十一月20261第三章发电厂热力系统的拟定原则主要内容和要求☞主要内容☆热力系统的概念及分类

☆

热力循环形式的确定☆

机组初终参数的确定

☆

机组选型和容量的确定☆

汽水管道系统的设计规范

☆发电厂热力循环的汽水质量要求☞要求了解热力系统的概念及分类方法，明晰机组选型和容量的确定原则熟悉汽水管道系统的设计规范及熟悉发电厂热力循环的汽水质量要求掌握热力循环形式以及机组初终参数的确定方法04十一月20262小知识循环参数：进入汽轮机的新蒸汽压力p0、温度t0，再热后进入中压缸的再热蒸汽温度trh和进入凝汽器的排汽压力pc，抽汽及回水参数常用的蒸汽循环：回热循环、再热循环、热电联供循环和热电冷三联供循环。水电循环蒸汽循环及其参数，不仅与热经济性有关，还与发电厂的可靠性、经济性、运行灵活性以及对环境的影响有关。目的:兼顾安全、环保的条件下，提高热经济性。04十一月20263第一节

热力系统的概念及分类04十一月2026404十一月20265

一、热力系统与热力系统图发电厂热力系统：将热力过程部分的主、辅机及管道附件连接成一个整体的系统；亦即热力发电厂实现热功转换热力部分的工艺系统(燃料化学能

机械能)热力系统图：用规定的符号、线条等将热力系统绘制成的图1.两个概念2.知识点热力系统的组成：管道、阀门、热力设备热力系统的实质：是发电厂实现热功转换的热力部分的工艺系统燃煤火力发电厂：是由锅炉、汽轮机、发电机三大主机和相应的附属设备组成的一个有机整体表3-1火电厂热力系统主要设备/管件/阀门图例04十一月202662026/11/47主蒸汽系统、给水系统、主凝结水系统、回热系统、抽空气系统、冷却水系统、供热系统按范围全厂热力系统局部热力系统主要热力设备系统以回热系统为中心，包括汽轮机、锅炉和所有局部热力系统锅炉本体、汽轮机本体局部功能系统

二、热力系统的分类2026/11/48按用途原则性热力系统，是一种原理性图不同运行工况下的所有系统反映安全可靠性、经济性和灵活性某一特定工况下的系统主要特征主要反映热经济性全面性热力系统，实际热力系统的反映

三、热力系统的拟定原则使热力过程具有较高的热效率使设备具有较高的安全性和可用率管系和设备配置简单和紧凑合理，便于施工、运行和维护尽可能地降低初投资04十一月20269小知识电力工业的发展必须超前于国民经济各部门的发展按国民经济生产总值平均年增长率为6%，电力超前系数为1.4计算，电力工业发展的平均年增长率应为8.4%第二节

热力循环形式的确定04十一月202610小常识热力循环中，热功转换的效果对发电厂的热经济性起着决定性的作用热转变为功的效果越大，热力发电厂的热经济性越好常规火电厂，由于水蒸气热物性所限，无法实现卡诺循环，燃料的化学能变为机械能的过程是在朗肯循环基础上进行的卡诺循环效率是现代热力发电厂可能达到的极限值：初温为500～600℃时，卡诺循环的效率约为61%～66%指明了改进的最大限度04十一月2026112026/11/412

一、朗肯循环火力发电厂最基本的蒸汽动力循环就是朗肯循环它以水蒸气作为循环工质由锅炉、汽轮机、凝汽器、水泵、管道和附件等组成朗肯循环的特点分析朗肯循环的热效率比相同初温和终温下卡诺循环的热效率要低得多提高火力发电厂朗肯循环热效率的途径：采用复杂循环给水回热循环蒸汽中间再热循环热电联合循环双工质复合循环等04十一月202613

二、给水回热循环基本概念给水回热加热：利用从汽轮机某中间级后抽出的一部分蒸汽来加热锅炉给水回热抽汽：从汽轮机某中间级后抽出的一部分蒸汽回热过程：回热抽汽在回热加热器里加热锅炉给水的过程给水回热循环：与给水回热加热过程相应的热力循环本质：提高吸热过程的平均温度，改进吸热过程热量法：减少冷源损失

Qc，提高机组的热经济性作功能力法：提高给水温度tfw，减少锅炉受热面和给水因温差过大而产生的不可逆损失04十一月2026141.给水回热加热的意义减少机组的冷源损失热量法：抽汽加热给水04十一月202615定性分析Dc↓→

↓→

i↑Dj↓→提高锅炉给水温度

作功能力法：B↓→

↑

锅炉换热温差

tfw↑→↓→ΔEb↓→

↑2.给水回热循环的热经济性评价标准：以回热循环汽轮机的绝对内效率来衡量分析方法：以郎肯循环和回热循环的汽水参数表征的热效率计算式为依据研究对象：单级回热循环的火电机组热力系统分析比较的假设条件循环初参数相同的郎肯循环和单级回热循环采用混合式加热器忽略抽汽压损和加热器散热损失04十一月202616单级回热循环汽轮机的绝对内效率：不计泵功具有再热、多级回热循环汽轮机的绝对内效率：不计泵功04十一月202617绝对内效率的相对变化率为：必须明确的几个定义回热抽汽做功动力系数Ar：表明回热抽汽流所做内功占凝汽流所做内功的份额，%。绝对内效率ηi：与回热式汽轮机的参数、容量相同的采用朗肯循环汽轮机的绝对内效率，%1kg凝汽流的实际比内功wic：wic=h0-hc+qrh，循环参数一定时为定值1kg回热抽汽流的实际比内功wij：再热前wij=h0-hj，再热后wij=h0-hj+qrh凝汽流所做的实际内功wc：wc=

αcwic回热抽汽流所做的实际内功wr：1kg新蒸汽的比热耗q0c：无回热时q0c=wic+∆qc，循环参数一定时为定值1kg再热蒸汽的吸热量qrh：无再热时qrh=004十一月202618再热、多级回热循环的热经济性分析04十一月202619

Ar＞0，且0＜ηi＜1，则：即在蒸汽初、终参数相同的情况下，采用给水回热加热，可使汽轮机组的绝对内效率提高，且Ar越大，绝对内效率越高。即抽汽量越多，或抽汽压力越低，回热循环热经济性越高抽汽量αj增加或抽汽焓值hj减小，则Ar增大，增大回热抽汽做功比Xr=wr/wi越大，也越大回热抽汽做功比是指回热抽汽所做功量占机组总的做功量的比值当wc=0，wi=wr时，即Xr=1，=1具有回热抽汽的背压式供热汽轮机组，热经济性最高的小知识

点机组运行过程中，给水回热循环存在着许多削弱回热热经济性的不可逆因素，从而带来了附加的冷源损失热量法分析：回热抽汽做功不足，要保证机组输出功率不变，必须增加汽轮机进汽量D0，凝汽量Dc=D0-ΣDj将会增加故冷源损失随之增加做功能力法分析：给水回热过程为有温差的不可逆换热，同时，抽汽在管道内流动过程中存在着局部阻力和沿程阻力等，故恒有作功能力损失，存在着附加的冷源损失04十一月202620结论采用回热循环总能使机组的循环热效率提高附加冷源损失只影响其提高的程度附加冷源损失影响循环热效率的提高：回热抽汽的做功量无冷源损失，即回热抽汽流所做的功与其吸热量之比为100%，使生产相同的wi的冷源损失减少给水回热加热，减少汽轮机末几级的蒸汽流量，从而减少了湿汽损失给水回热加热，增大了汽耗量，即增加了汽轮机高压缸通流量，有利于减少通流部分的各种损失给水回热加热后，提高了锅炉的给水温度，循环吸热量降低，在机组输出功量一定的情况下，循环热效率提高回热循环可看作是凝汽流循环和抽汽流循环的组合，组合后新的循环即回热循环的绝对内效率必然大于纯凝汽循环的绝对内效率04十一月202621结论回热虽然可以提高机组热经济性，但也使机组汽耗和汽耗率相应增大由于回热抽气做功不足，使实际比内功wi减小，故在定功率条件下，必须加大D0、d0才能保证其出力一般而言，增大的汽耗系数β值为1.25左右回热抽汽压力越高，其做功不足越大，β值也越大为提高回热的热经济性，应充分利用低压回热抽汽04十一月2026223.影响回热过程热经济性的三个主要因素各级加热器之间的给水焓升分配τj最佳给水温度回热级数z04十一月202623三者紧密联系，互有影响

(1)给水焓升分配τj理论上的最佳给水焓升分配：使循环热效率ηi达到最大值时的给水焓升分配分配方法：雷日金分配法、等焓降分配法、平均分配法、几何级数分配法等研究对象：非再热机组全混合式加热器回热系统理想回热循环：（1）全部加热器为混合式加热器，端差为零，无散热损失

（2）忽略新蒸汽、各级回热抽汽压损以及泵功的影响思路：列热平衡式求

i

应用拉各朗日求极值的方法对

i求偏导

求出

i为最大值的回热分配即为最佳分配04十一月202624重点：导出回热循环汽轮机的绝对内效率

i计算式关键：找到混合式回热加热器系统αc的表达式推导方法列热平衡方程列质量平衡方程注意点边界划分：以每级加热器出口为边界点(红色虚线框)加热器散热及给水泵焓升如何考虑04十一月202625原始数据的整理方法(图3-3)抽汽放热量：04十一月202626给水焓升：锅炉吸热量：凝汽器放热量：列各级加热器的能量平衡和质量平衡方程，可推得各级加热器的抽汽系数(或抽汽流量)的通用计算式为：(z≥2)04十一月202627汽轮机排汽系数αc：绝对内效率ηi：对ηi求极值：可推得理想回热循环的最佳给水焓升分配的通用计算式：(3-6)注意式中的q0应理解为qb0，τ0应理解为τb0

2026/11/428分析：根据通式，忽略一些变化，可得几种近似分配方法1)焓降分配法(雷日金法)在蒸汽初参数不太高时，忽略q

随τ的变化，即则通式简化为：即：每一级加热器内水的焓升取作等于前一级至本级蒸汽在汽轮机中的焓降前苏联学者В.Я.Рыжикин提出2026/11/4292)平均分配法：再忽略qj之间的差异，即，

即：每一级加热器内水的焓升相等。美国J.K.Salisburg导出即：每一级加热器内水的焓升等于汽轮机的各级焓降3)等焓降分配法：且4)几何级分配法：即：各级加热器的给水焓升按照几何级数进行分配，一般m=1.01～1.04。小常识国际上现有的加热焓升分配法则，并不是准确的最佳加热分配，而是最佳加热分配的近似解不同分配方法的热经济性结果略有差异，当蒸汽参数不高时，数值上差别不大到目前为止还没有一种精确的分配方法表3-2所示为国产中、高参数机组采用不同分配方法时所对应的循环热效率ηi值04十一月202630表3-2不同回热分配方法ηi值04十一月202631研究给水焓升的优化分配问题时应考虑下列因素：对应于多级回热加热器，需要合理确定汽轮机各级抽汽口的开孔位置抽汽口的开孔位置取决于各级抽汽压力，而各级抽汽压力又取决于各级加热器给水侧的出口水温各级加热器给水侧的出口水温取决于各级加热器的温升部分国产火电机组各级加热器的实际给水焓升

及其相应的抽汽压力、温度、给水侧出口温度(表3-3)04十一月202632(2)最佳给水温度小常识：当机组参数及回热级数一定时，锅炉给水温度tfw的提高对机组循环热效率ηi的影响是双重的，即有利与不利影响同时存在热力学上的锅炉最佳给水温度：指对应于汽轮机的热耗为最小或绝对内效率为最大时的锅炉给水温度，即：04十一月2026332026/11/434分析：∵当z一定：∴存在热量法：给水温度tfw与抽汽压力pj相对应，作功能力法：∵当z一定：∴存在结论多级抽汽回热循环存在最佳给水温度最佳给水温度与回热级数、回热加热总焓升在各级加热器之间的分配有关回热级数z增加，可利用较低参数的蒸汽来加热给水，同时每级加热器之间的温差减小，削弱了不利因素的影响，使机组热经济性提高，因此，最佳给水温度将上升最佳回热分配可按照前述方法直接由相应的计算公式求取04十一月202635平均分配法的热力学上的最佳给水温度的焓值计算公式：

焓降分配法的热力学上的最佳给水温度的焓值计算公式：04十一月2026362026/11/437经济上的最佳给水温度(焓值)确定原则以较小的投资与运行费用获取最大的经济效益为原则实际工程中应考虑设备和系统折旧费用和运行费用的变化应在保证系统简单、工作可靠回热效益足以补偿和超过设备费用等的增加一般：ec实际给水温度值tfw要低于理论上的最佳值部分国产凝汽式火电机组实际给水温度tfw

与机组初参数、容量、回热级数之间的关系(表3-4)04十一月202638部分国产大型火电机组

在不同运行工况下的实际给水温度tfw04十一月202639(3)回热级数z理论上的确定方式：tfw一定

一种是采用与之相对应的一段高压抽汽在单级加热器中将水加热至给定温度tfw

另一种是采用若干级压力不同的抽汽通过多级加热器把水加热至给定温度tfw

所产生的热经济效益是不相同的，前者要低于后者实际确定方式

通过技术经济综合比较后确定04十一月2026402026/11/441分析热量法：tfw=const，z↑→D低压抽汽↑→D高压抽汽→Ar↑→Xr↑→ηi↑作功能力法：tfw，tc=const，z↑→各级加热器△Tr↓→

△er↓→ηi↑z→∞，△er→02026/11/442根据平均分配法的简化条件可推导出：可得如图3-4所示的机组循环热效率与回热级数的关系曲线循环参数一定时，M为定值；z→∞时，对上式求极限：其中：故有：2026/11/443有：随z增加，回热循环的热经济性不断提高，但提高的幅度递减z级回热机组的循环热效率较采用朗肯循环时的增值为：

循环热效率的相对增加为：ηi是Z的随增函数，又是收敛级数。即随Z增加，回热循环的热经济性不断提高，但提高的幅度却是递减的。如δηi

曲线所示(图3-4)tfw一定时，回热的热经济性也是随Z增加而提高，其增长率也是递减的Z一定时，有其对应值。即图3-4中循环热效率达到最大值时所对应的给水温度各曲线最高点附近都比较平坦，表明实际给水温度少许偏离最佳给水温度时，对系统热经济性的影响并不大回热级数并非越多越好，应通过技术经济综合比较后确定04十一月202644结论回热级数z的热经济效益04十一月202645小常识小机组的回热级数一般为1～3级大机组的回热级数一般为7～9级国产凝汽式火电机组的容量与初参数、回热级数及给水温度之间的关系如表3-4所示2026/11/446定义：将汽轮机高压部分作过部分功的蒸汽从汽轮机某一中间级引出，送到锅炉再热器中再加热，提高温度后再引回汽轮机中，在以后的级中继续膨胀做功的过程。与之相应的循环称为再热循环目的：减少排汽湿度（1-x）提高进入中压缸蒸汽的干度，使汽机最终湿度在允许范围内，提高电厂的热经济性，适应大机组发展蒸汽再热的目的

三、蒸汽再热循环一次再热循环的火电机组热力系统示意图2.蒸汽中间再热的热经济性04十一月202647热量法：作功能力法：分析：(1)再热对汽轮机相对内效率ηri的影响结论：蒸汽中间再热后，排汽湿度降低，湿汽损失减少，低压缸相对内效率提高，从而提高了汽轮机的相对内效率

04十一月202648

04十一月202649

分析依据：

04十一月202650

04十一月202651即分析依据：

热效率相对变化：

结论

04十一月2026522026/11/453

3.再热参数的选择再热参数的选择方法再热参数的数量：四个再热前、后的蒸汽压力：prhi、prh再热前、后的蒸汽温度：trhi、trh选择方法选定合理的再热后的蒸汽温度，采用烟气再热时一般选取再热后的蒸汽温度与初温度相同根据已选定再热温度按照实际热力系统计算并选出最佳再热压力校核排汽湿度是否在允许范围内，从汽机结构上的需要进行适当调整2026/11/454小常识一般而言，再热压力偏离最佳值10%时，其热经济性相对降低只有0.01～0.02%通常蒸汽再热前在汽轮机内的焓降约为总焓降的30%左右再热后蒸汽温度的确定再热后温度：一般trh=t0±(10～20)℃受到高温金属材料的限制小常识提高蒸汽的再热温度，对再热机组的热经济效果总是有利的一般再热温度每提高10℃，可提高再热循环热效率0.2%～0.3%2026/11/455最佳再热压力的确定理论上的最佳再热压力：指再热前的蒸汽压力prh,i

再热后压力：prh=prh,i-△prh理论最佳再热压力确定方法与trh,i、初终参数(p0/t0/pc)、回热参数(z/τ/tfw)、再热方法等有关确定方法

2026/11/456

研究思路：2026/11/457推导示例

附加理想循环的加入热量：冷源热损失：理想比内功：得：(3-19)2026/11/458等价卡诺循环的热效率求一阶偏导数并令其等于零对比可知思考与分析04十一月202659

Trh,i

2026/11/460

注意点：T单位为K，t单位为℃采用一次再热的火电机组，实际再热循环热效率计算式实际最佳再热压力确定方法

04十一月202661按照前述最佳再热温度的推导方法，即可确定实际最佳蒸汽再热压力，通过全面的技术经济比较来确定常用实际再热压力的取值原则04十一月202662

2026/11/463中间再热火电机组的再热参数(表3-7)4.蒸汽中间再热的方法选择依据取决于再热目的与蒸汽的再热温度trh、再热压损等密切关联，直接影响着机组运行的安全性与经济性蒸汽中间再热方法：主要有三种烟气加热法蒸汽加热法中间载热质加热法04十一月2026642026/11/465烟气加热法概念：指将在汽轮机中做过部分功的蒸汽，经再热冷段管道引至再热器中进行再加热，再热后的蒸汽经再热热段管道送回汽轮机中、低压缸中继续做功的过程优点

再热后的汽温可等于、接近或超过新汽温度一次再热提高热经济性6％～8％，二次再热再提高1.5%～2.5%缺点压损△prh大，降低机组热经济性再热管道中有大量蒸汽，突然甩负荷，有引起汽轮机超速的隐患保护再热器，须另设旁路系统，系统复杂，增加投资小常识采用烟气加热的蒸汽中间再热技术在火力发电厂中得到了广泛应用一次再热后的蒸汽温度多在550℃～600℃二次再热后的蒸汽温度多在566℃～620℃700℃级的再热技术正在研发之中04十一月202666烟气加热的蒸汽一次再热系统示意图2026/11/467蒸汽加热法概念：指利用汽轮机的新蒸汽或抽汽作为热源来加热再热蒸汽的过程优点：再热器结构简单、造价低，可布置在汽轮机旁压损△prh小再热系统耗钢材少、投资小，调节容易缺点再热后汽温trh较低仅提高经济性3%～4%在核电站中得到了广泛应用2026/11/468核电站汽轮机再热系统示意图一再汽水分离器一再二再2026/11/469中间载热质加热法特点：综合了烟气加热法(热经济性高)和蒸汽加热法(结构简单)的优点有两个热交换器：分别装在锅炉烟道中+汽轮机附近中间载热质的选用高温下的化学稳定性，对金属设备没有侵蚀作用，无毒比热容尽可能大，比体积尽可能小等中间载热质加热再热系统5.再热对回热经济性的影响常识：回热机组采用蒸汽中间再热，增加了不可逆热损失，会削弱回热的热经济效果，同时影响回热的最佳分配04十一月202670

再热对回热热经济性的影响热量法：再热

2026/11/471再热对回热热经济性的影响（图3-12）2026/11/472作功能力法：再热后抽汽的焓值和过热度增大，使加热器传热温差增大，不可逆损失增大抽汽加热给水的热交换过程分析

再热后㶲损增加：图中3-4-7-8-3的面积，阴影部分再热对回热分配的影响主要影响锅炉给水温度(对应于汽轮机最高一级的抽汽压力)再热后即中压缸第一个抽汽压力消除或减小再热后抽汽过热度高的主要措施采用蒸汽冷却器适当调整回热分配，加大再热前抽汽口(即高压缸排汽口)对应的回热加热器的给水焓升，其数值可取为再热后第一级抽汽所对应加热器给水焓升的1.3～1.6倍04十一月202673结论04十一月202674再热虽有削弱回热效果的一面，但再热式机组采用回热的热经济性（再热效率增加+回热效率增加，双重效应）仍高于无再热的回热机组目前国内外大型发电机组均采用蒸汽中间再热和给水回热加热，以提高机组的热经济性，节省燃料如果蒸汽中间再热系统、给水回热加热系统所涉及的相关参数匹配合理，则热经济性会更高。2026/11/475热电联产循环：将燃料的化学能转化为高品位的热能用来发电，同时依据按质利用热能的原则，将在供热式汽轮机中做了部分功后的低品位热能(抽汽或排汽)用来对外供热，以期实现“热尽其用”。具体内容见第六章热电冷三联产：是在热电联产的基础上发展起来的，指在热电厂热电联产的同时，将在汽轮机中做了一部分功的低品位蒸汽热能，通过制冷设备生产6℃～8℃的冷水，供用户工艺制冷或空调用

四、热电联产循环及热电冷三联产采用溴化锂—水吸收式制冷技术的热电冷三联产系统热效率可达到65%以上2026/11/476双工质复合循环：利用不同工质的热力特性组成的复合循环，以期改善循环的热经济性。主要有：燃气—蒸汽联合循环：比单一蒸汽循环(蒸汽参数相同)提高热效率5%～10%。具体内容将在第十章叙述高沸点工质—水蒸气联合循环：利用某些工质(如水银)的高沸点特性作为高温工质发电，而低温段仍然采用常规的蒸汽循环低沸点工质—水蒸气联合循环：利用某些工质(如氨、氟里昂等)在低温下的比体积比同一温度下水蒸气的比体积小得多这一特性，与蒸汽循环组成联合循环

五、双工质复合循环第三节

机组初终参数的确定04十一月202677常识：初参数：主蒸汽的压力和温度终参数：排汽的压力和温度04十一月202678

一、蒸汽初参数基本常识概念：蒸汽初参数是指新蒸汽进入汽轮机高压缸主汽门前的过热蒸汽压力p0和温度t0热经济性角度：机组容量越大，采用超(超)临界参数汽轮机越有利初参数越高，理想比焓降越大，循环热效率越高初参数越高，给水泵的耗功越大，初参数越高，汽轮机进汽容积流量减少，高压缸的相对内效率略有降低；排汽湿度增大，低压缸的相对内效率降低；高、中压缸的轴封漏汽量增大，级间漏汽损失也增大随着汽轮机单机容量的增大，其有利因素继续保持，不利因素削弱安全性角度：采用超(超)临界参数的条件已逐步具备600℃级别的已经具备700℃级别的处于研发之中1.蒸汽初参数对机组热效率的影响04十一月202679提高初参数的实质：通过提高循环吸热过程的平均温度，以提高其循环热效率(1)提高蒸汽初温度t0热量法分析假设条件：p0、pc一定影响对象理想循环热效率ηt相对内效率ηri对实际循环热效率ηi=ηtηri1)对理想循环热效率ηt的影响

04十一月202680初温为t0℃时：初温为t′0℃时：理想循环热效率的相对变化：看动画结论η△为附加循环热效率η△＞ηt，η′t＞ηt故：t0(T0)↑→δηt↑2)对相对内效率ηri的影响t0(T0)↑→(1-x)↓→湿汽损失↓t0(T0)↑→Gv↑→漏汽损失↓04十一月202681看动画相对内效率ηri↑小结：t0↑→{ηri↑ηt↑}

做功能力法分析看动画

提高初温总结：提高蒸汽初温总可以提高热经济性(2)提高蒸汽初压力p004十一月202682热量法分析假设条件：t0、pc一定影响对象理想循环热效率ηt相对内效率ηri对实际循环热效率ηi=ηtηri必备知识炉内吸热过程：水的吸热、汽化、蒸汽的过热熟悉h-s图：压力提高，压力线左移，等温线为上凸曲线。必须掌握吸热、汽化、过热段的变化趋势（回顾视频动画）04十一月202683沸腾段：吸热量比重逐步提高，平均吸热温度最低汽化段：吸热量比重不断减少，平均吸热温度居中；当p0等于或超过临界压力时，汽化吸热量等于零过热段：平均吸热温度恒高于汽化段和沸腾段1)对理想循环热效率ηt的影响分析1：t0、pc一定，提高p0

04十一月202684推论：当t0、pc一定时，随着p0的提高，若存在一个使循环热效率开始下降的压力，该压力称为极限压力

图3-19p0与ηt的关系曲线04十一月202685分析2：t0、pc一定，提高初压p0蒸汽比焓值h0：某一压力下达最大值，继续提高p0，h0开始降低，并先慢后快理想比内功wa：wa=h0-hca，随p0提高，wa先增大后减小，并先慢后快循环吸热量q0及冷源热损失qca：均随h0的变化而变化机组理想循环热效率ηt可写作：图3-20p0与wa、h0的关系曲线当wa/qca最大时，ηt达最大值极值点推导思路：已知q0=h0-h′c，h′c=f(pc)=const将ηt对s求一阶偏导并令其等于零，可得wa/qca和q0的极值点04十一月202686结论：当理想比内功wa

减小的相对值等于冷源热损失qca或蒸汽初焓h0减小的相对值时，ηt达最大值04十一月202687结论：t0、pc一定是，↑p0，则ηt

↑，但相对提高幅度越来越小，p0到20MPa左右时，ηt达最大值，再↑p0，ηt↓。t0、pc一定条件下提高蒸汽初压力p0的热经济效果已知：t0=400℃，pc=0.004MPa，h′c=120kJ/kg小知识点t0和pc不变，初压p0提高，理想循环热效率不是始终随初压的不断提高而提高，存在一个转折点，即当蒸汽初压力提高到某一数值后，继续提高初压力，理想循环热效率不再随之提高，而是开始下降转折点的初压很高，如t0=500℃时，转折点p0=33.6MPa；t0愈高，转折点p0也愈高。这些初压力都超过了现代汽轮机相应初温度实用的配合初压力在工程实用范围内，理想循环热效率也是随初压力的提高而提高，但提高的速度是递减的04十一月20268804十一月202689分析1：t0，pc一定，提高初压p0排汽干度减小，湿汽损失增加进入汽轮机的蒸汽比体积和容积流量减小，级内叶栅损失和级间漏汽损失相对增大有可能部分进汽，进而导致鼓风损失、斥汽损失增加A、B、C的作用将导致汽轮机相对内效率下降2)对相对内效率ηri的影响分析2：t0，pc一定，提高初压p0大容量汽机相对内效率下降较慢原因：蒸汽容积流量较大，汽机的高压级叶片高度和部分进汽度大，相应的损失将减小汽轮机的容量越小，影响越大原因：汽机容量越小，级间间隙相对增大，级间漏汽量相对增加，相应的漏汽损失也增大，相对内效率随初压的提高而降低的越多04十一月202690ηri与p0的关系曲线04十一月202691当t0、pc一定时，随着p0的逐渐提高，整个吸热过程的平均温度呈现出先提高、后降低的变化趋势平均吸热温度提高，则换热温差减小，㶲损失减小，热经济性提高当p0提高到某一数值使整个吸热过程的平均温度降低时，则换热温差增大，㶲损失增加，热经济性下降

做功能力法分析提高p0总结：随着p0的提高，若ηt的增加值大于ηri的减小值，则机组的循环热效率ηi随之提高，否则，ηi将是下降的(3)蒸汽的初压p0和初温t0同时改变确定方法：当机组容量和pc一定时，ηi的变化情况取决于p0和t0变化的大小，通过计算或查图来确定大容量汽轮机：初参数提高，

ηri降低的数值不是很大，这时提高蒸汽的初参数可以保证机组热经济性的提高小容量汽轮机：初参数提高，ηri降低值会超过ηt提高值，这时机组的热经济性是降低的04十一月202692p0和t0同时改变总结：“高参数必须采用大容量”，反之亦然04十一月202693提高初温t0，ηt

、ηri、ηi均提高提高初压p0，在工程应用范围内，仍可提高ηt

，但ηri却要降低，特别是容积流量小的汽轮机，ηri下降愈甚；如果ηri的下降超过ηt

的增加，将使得ηi下降，则提高p0效果就适得其反。若蒸汽容积流量足够大，使得提高p0

降低ηri的程度远低于ηt的增加，因而仍能提高ηi

提高蒸汽初参数与ηi、汽轮机容量的关系解释

04十一月202694影响结论：t0

↑

时，因ηt↑、ηri↑，故ηi↑。p0↑

时，ηt先↑后↓，ηri近似成比例↓。

t0、p0同时↑，对ηi的影响如下：t0↑

，则ηi↑

对于一定的t0和汽机容量D0

，必有使ηi最大的p0（即）且t0越高，或D0越大，则越大。2.提高蒸汽初参数受到的限制(1)提高蒸汽初温t0受到的限制04十一月202695中低压机组：蒸汽初温度大多选取390℃～450℃，以便广泛采用碳素钢材高压至亚临界机组：蒸汽初温度大多选取500℃～565℃，以避免采用价格昂贵的奥氏体钢材，而采用低合金元素的珠光体钢材超临界参数机组：蒸汽初温度多选取565～600℃及以上，采用奥氏体钢(600℃左右)或珠光体钢(570℃以下)超(超)临界参数机组：蒸汽初温度可达600℃～620℃，选用回火马氏体钢；700℃级别材料尚在研发之中(2)提高蒸汽初压p0受到的限制主要受到汽轮机末级叶片容许的最大湿度的限制04十一月202696影响机组运行的热经济性，使相对内效率降低引起叶片腐蚀，降低使用寿命，危及设备的安全运行常识凝汽式汽轮机：最大湿度不超过12%～14%调节抽汽式汽轮机：最大容许的湿度可以提高到14%～15%大型再热机组：其排汽湿度常控制在10%以下经济上最有利初压：要通过详细论证和定量计算比较才能确定经济最有利初压值<理论最有利初压t0越高，或机组容量D0越大，以及回热完善程度越好，则越大。

04十一月202697(3)最有利的蒸汽初压概念：当t0、pc以及机组容量一定时，必有一个使ηi达到最大的p0，称之为理论上的最有利初压3.主蒸汽与再热蒸汽参数的确定确定原则：一般采用配合参数方法来选择首先由选定的材料性能来确定蒸汽初温t0再根据机组的容量、汽轮机的排汽压力共同确定蒸汽初压p0配合参数：指保证汽轮机排汽湿度不超过最大允许值时所对应的蒸汽初温度和初压力04十一月202698我国火电厂常用的蒸汽初参数系列04十一月2026994.采用高参数大容量机组的意义(1)热经济性高，节约一次能源，降低发电成本；(2)节约投资，缩短建设工期，减少占地面积；(3)促进电力工业的发展，满足社会经济增长的需求04十一月2026100GB/T28558-2012《超临界及超超临界机组参数系列》规定水的临界状态点参数：压力22.129MPa，温度374.15℃超临界参数：蒸汽参数大于临界状态点参数超临界压力机组的划分：两个层次(GB/T28558-2012标准)超临界机组：主汽压力24.2MPa，主、再热蒸汽温度达到540-560℃超超临界机组：汽机进汽参数高于24.2MPa/566℃/566℃04十一月20261015.超(超)临界参数的大容量火电机组(1)超(超)临界参数的定义各国对超超临界参数的定义有所不同日本：主汽压力>24.2MPa，或主汽温度达到593℃丹麦：主汽压力>27.5MPa西门子公司：按材料等级来划分我国：GB/T754-2007《发电用汽轮机参数系列》中的定义为蒸汽参数高于24.2MPa/566℃/566℃时的汽轮机进汽参数，其新蒸汽温度或/和再热蒸汽温度不小于580℃，或/和新蒸汽压力不小于28MPa。后改为2012标准04十一月2026102超(超)临界机组的特点热经济性高，节约一次能源，降低火电成本降低机组单位造价，工期短，占地相对较少可靠性高：技术先进成熟负荷调节性能好：超临界机组与亚临界机组如能都配备有好的热工自动控制系统，便有良好的调节性能

环境效益好：超临界发电的单位电能耗减少，排放减少。比亚临界机组排放二氧化碳降低17.6%。04十一月2026103(2)国外超(超)临界机组概况美国：1965-1991，800MW以上超临界机组22台，最大单机容量1300MW，日本：1974-2002年，投运20台，单机容量1000MW前苏联和俄罗斯：1967-1983年，投运8台，单机容量最大1200MW德国：1997-2002年，投运5台，单机容量最大1000MW世界：目前已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有600多台。其中美国有170多台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台04十一月20261042026/11/4105国外超临界蒸汽参数与机组热效率相对提高值的关系世界各国下一阶段的开发计划美国：火电Vision计划蒸汽参数为35MPa/760℃/760℃/760℃，热效率将高于55%CO2和其它污染物的排放减少约30%，并能够燃用高硫煤871℃的超超临界机组的也开始前期研究日本：参数700℃/720℃、700℃/750℃，800℃；二次再热方案欧盟：AD-700℃计划蒸汽参数37.5MPa/700℃/700℃和35MPa/700℃/720℃/720℃等级供电热效率55%(海水冷却)或52%(内陆)；CO2等排放量减少约30%04十一月202610604十一月2026107(3)国内超(超)临界机组概况截至2015年底，在役1000MW容量等级机组已达86台；截至2016年第一季度，已投入运行的600℃等级1000MWe超超临界机组达100台我国大容量超超临界机组商业运行的可靠性已经达到了世界先进水平2011年6月24日，我国启动了700℃超超临界燃煤发电技术研发计划，预计到2030年前，我国自主开发的蒸汽温度为700℃等级的超超临界燃煤机组将投入商业运行，机组供电效率将超过50%04十一月202610804十一月20261092026/11/4110600、1000MW超超锅炉技术600、1000MW超超汽轮机技术东锅引进日立技术东汽引进日立合作

哈锅与三菱合作哈汽与三菱、东芝合作上锅与Alstom、CE合作上汽与ABB（1987）、西屋（1995）、西门子（1997）合作我国的设备设计制造技术2026/11/4111中国各制造厂超(超)临界机组订货台数统计（至2009年底）

制造厂名称上海哈尔滨东方巴威总数600MWe超临界808080202601000MWe超超临界4032306108660MWe超超临界161410040总数13612612026408

二、蒸汽终参数概念：蒸汽终参数是指汽轮机的排汽压力pc和排汽温度tc小常识凝汽式汽轮机：排汽是湿饱和蒸汽，故排汽压力和温度由一定的对应关系，通常蒸汽终参数的数值只要表明其中的一个即可三个主要蒸汽参数：初压力、初温度和排汽压力蒸汽终参数的变化对机组的热经济性影响最大排汽压力：大小既与凝汽设备有关，也与发电厂的冷端系统有关火电厂冷端系统：凝汽设备、汽轮机低压部分、循环水系统等。详细内容将在第五章中介绍04十一月20261121.蒸汽终参数对机组循环热效率ηi的影响常识：p0、t0及循环方式一定，蒸汽终参数变化对机组实际循环热效率(ηi=ηtηri)的影响体现在ηt和ηri上热量法分析04十一月2026113

(1-x)↑→湿汽损失↑→ηri↓↓pc→排汽v↑→余速损失↑→ηri↓机组的循环热效率存在一个极大值降低蒸汽终参数可显著提高发电厂的热经济性循环热效率的提高数值足以补偿汽轮机相对内效率的降值做功能力法分析

↓pc→

机组㶲效率存在一个极大值结论：2.降低蒸汽终参数的极限知识点：pc由排汽饱和温度tc决定，tc受到三个方面的限制04十一月2026114理论极限：排汽的饱和温度tc等于或大于冷却水温度，绝不可能低于这个温度技术极限：由下式确定经济极限：在保证机组获得最大经济效益条件下，汽轮机排汽压力的降低存在极限背压与最佳真空图3-21凝汽器中传热温度与传热面积的关系曲线极限背压：实际循环热效率ηi开始降低时所对应的排汽压力几种典型汽轮机末级叶栅的极限背压(表3-13)04十一月2026115小知识：在役机组的排汽压力降低至极限背压之后，蒸汽膨胀就有一部分要在末级叶片以后进行，它并不能增加机组的输出功率，只能增大余速损失，实际上是无益的凝汽器最佳真空：指在给定凝汽器热负荷和冷却水进口温度条件下，增加冷却水流量，凝汽器真空提高使机组出力增加△Pe与输送冷却水的循环水泵的耗功增加△Ppu之差为最大时所对应的真空值，即输出净功率最大：

△Pmax=(△Pe-△Ppu)max04十一月2026116图3-22凝汽器的最佳真空第四节

机组选型和容量的确定04十一月2026117常识：选型依据：《大中型火力发电厂设计规范》(GB50660-2011)担任基本负荷的机组：要求有较高的热经济性其它机组：各自要求能满足其特殊的性能和用途

一、发电厂的型式及其规划容量1.发电厂型式的建设原则只有电负荷需求的地区：应建凝汽式电厂既有电负荷需求又有热负荷需要的地区：应建设热电厂根据近期热负荷和远期规划热负荷的大小、特性，通过技术经济比较来确定当热电联产比建设坑口电厂供电、集中锅炉房供热方案更为经济合理时才选用具有丰富天然气或煤气资源的地区：考虑采用燃气发电厂酸雨、SO2污染控制区、燃用高硫煤地区：经技术经济比较合理时可建设整体煤气化联合循环机组(IGCC)的热力发电厂04十一月2026118火电机组在电力系统中的定位和作用基本负荷机组：应具有较高的可靠性和稳定性，能较好地参与电网的一次调频和二次调频调峰机组：应满足启动速度快，负荷变化灵活、能够适应频繁启停等要求具有黑启动功能的机组：应能够使机组在无任何外部供电的情况下，由自身能力启动机组并网发电热电联产机组：应兼顾发电和供热两个功能，在对外供热期间，应具有较高的供热可靠性资源综合利用机组：对机组可靠性和灵活性要求不宜过高04十一月20261192.发电厂的规划容量通过全面的技术经济比较和分析来规划发电厂的容量总原则发电厂的机组台数不宜超过6台机组容量等级不宜超过两种同容量机、炉宜采用同一型式或改进型式配套设备的型式宜一致04十一月2026120三大主机台数及容量的匹配原则04十一月2026121纯凝式汽轮机，一机配一炉；锅炉最大连续蒸发量与汽轮机调节阀全开时的进汽量相匹配供热式汽轮机，一机配一炉；当厂内一台最大容量蒸汽锅炉停用而不能满足100%生产用汽量和60％～75％冬季采暖、通风及生活用热量时，应由热网配置其它备用热源发电机和汽轮机的容量选择条件应相互协调发电机的额定容量与汽轮机的额定出力相匹配发电机的最大连续容量与汽轮机的最大连续出力相匹配发电机冷却器进水温度与汽轮机相应工况下的冷却水温度相一致

二、汽轮机设备选型承担基本负荷：纯凝汽式汽轮机承担变动负荷：纯凝汽式汽轮机，其设备和系统性能应满足调峰要求有稳定热负荷时：背压式或抽汽背压式汽轮机热负荷不稳定时：采用抽凝式供热汽轮机干旱指数大于1.5的缺水地区：空冷式汽轮机04十一月2026122(1)汽轮机的型式(2)汽轮机的单机容量最大单机容量不宜超过电网总容量的10%我国新建凝汽式电厂基本上都选用600MW及以上超(超)临界参数汽轮机常识：单机容量尽量选择大一些单机容量受负荷增长预测、厂址和电网容量的限制单机容量越大，其出现故障时对电网的影响越大04十一月2026123

三、锅炉设备选型1.锅炉类型大容量煤粉锅炉选用П型炉或塔式炉型燃用洗煤副产物/煤矸石/石煤/油页岩和石油焦：宜选用循环流化床锅炉燃用高硫燃料或灰熔点低、易结焦的燃料：通过技术经济比较合理时，可选用循环流化床锅炉燃用低灰熔点或严重结渣性的煤种：经技术经济比较合理时，可采用液态排渣锅炉04十一月2026124燃烧方式选择原则较易着火煤：宜采用切向燃烧或墙式燃烧方式全水分Mar＞30%的褐煤：宜采用风扇磨直吹式制粉系统、多角切向燃烧方式中等着火煤：宜选用墙式或切向燃烧方式较难着火煤：宜采用双拱燃烧方式水循环方式选择原则亚临界参数以下：自然循环汽包锅炉亚临界参数：自然循环或强制锅炉超临界参数：直流锅炉04十一月20261252.锅炉参数过热蒸汽

蒸汽压降不宜大于汽轮机额定进汽压力的5%

过热器出口额定蒸汽温度亚临界及以下参数机组：宜高于汽轮机高压缸额定进汽温度3℃超(超)临界参数机组：宜高于汽轮机额定进汽温度5℃04十一月2026126再热蒸汽再热蒸汽系统的总压降亚临界及以下参数机组：高压缸排汽压力的10%，其中，冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再热蒸汽管道的压力降，宜分别为汽轮机额定工况下高压缸排汽压力的1.5%～2.0%、5%、3.0%～3.5%对于超(超)参数机组：高压缸排汽压力的7%～9%，其中，冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再热蒸汽管道的压力降，宜分别为汽轮机额定工况下高压缸排汽压力的1.3%～1.7%、3.5%～4.5%、2.2%～2.8%再热器出口额定蒸汽温度：宜高于汽轮机中压缸额定进汽温度2℃04十一月2026127第五节

汽水管道系统的设计规范04十一月2026128常识：发电厂的主、辅热力设备都是通过管道及其附件连接成整体的，管道压损、泄露和散热等都不同程度地影响机组运行的热经济性发电厂汽水管道系统组成：包括管子、管件(异径管、弯管及弯头、三通、法兰、封头和堵头、堵板和孔板等)、阀门及其远距离操纵机构、测量装置、管道支吊架、管道热补偿装置、保温材料等04十一月2026129

一、管道规范发电厂汽水管道系统设计标准DL/T5366-2014《发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》定义：管道设计压力(表压)是指管道运行中内部介质的最大工作压力常识：对于水管道，设计压力还应包括水柱静压，当其低于额定压力的3%时，可不计入1.管道设计压力管道设计压力的规定主蒸汽管道：超临界及以下参数机组：取锅炉最大连续蒸发量时过热器出口的额定工作压力超超临界参数机组：取汽轮机主汽门进口处设计压力的105%与汽轮机主汽门进口处设计压力加上主蒸汽管道压降中的较大值再热蒸汽管道：取用汽轮机调节汽门全开工况热平衡中对应的汽轮机缸体排汽压力的1.15倍汽轮机的抽汽管道非调整抽汽管道：取汽机调门全开时抽汽压力的1.1倍，且≥0.1MPa。当抽汽汽源来自高压缸排汽时，取低温再热蒸汽管道的设计压力调整抽汽管道：取该抽汽的最高工作压力04十一月2026130管道设计压力的规定与直流锅炉启动分离器连接的汽水管道：取分离器各种运行工况中可能出现的最高工作压力高压给水管道非调速给水泵的出口管道：分别取用前置泵或主给水泵特性曲线最高点对应的压力与该泵进水侧压力之和，并计入水泵进水温度对压力的修正调速给水泵的出口管道：从泵出口到第一个关断阀的管道：取泵在额定转速时特性曲线最高点对应的压力与进水侧压力之和泵出口第一个关断阀到省煤器进口区段：取泵在额定转速及设计流量下泵提升压力的1.1倍与泵进水侧压力之和，并计入水泵进水温度对压力的修正04十一月2026131管道设计压力的规定低压给水管道对于定压除氧系统：取除氧器额定压力与除氧器最高水位时至泵中心线的水柱静压之和滑压除氧系统：取汽机调门全开工况下除氧器加热抽汽压力的1.1倍与除氧器最高水位时至泵中心线的水柱静压之和凝结水管道凝结水泵进口侧管道：取汽机排汽缸接口平面处至泵吸入口中心线的水柱静压，且不小于0.35MPa，此时凝汽器内按大气压力考虑凝结水泵出口侧管道：取泵出口阀关断时泵提升压力与进水压力之和，进水侧压力取凝汽器热井最高水位与泵吸入口中心线的水柱静压力升压泵出口侧管道：取凝泵和升压泵出口阀关断时下泵的提升压力之和04十一月2026132管道设计温度的规定主蒸汽管道：取过热器出口蒸汽额定温度加正常运行时允许的温度偏差值；温度偏差值可取5℃再热蒸汽管道：高温再热蒸汽管道：取再热器出口蒸汽额定温度加正常运行时允许的温度偏差值，温度偏差值可取用5℃低温再热蒸汽管道：取汽机调门全开时对应汽缸排汽参数等熵求取在管道设计压力下的相应温度制造厂有特殊要求时，该设计温度应取用可能出现的最高工作温度04十一月20261332.管道设计温度管道设计温度的规定汽轮机的抽汽管道非调整抽汽管道：取用汽轮机调节汽门全开工况下的抽汽参数，等熵求取管道设计压力下的相应温度；当抽汽汽源来自高压缸排汽时，取用低温再热蒸汽管道的设计压力。调整抽汽管道：取该抽汽的最高工作温度与直流锅炉启动分离器连接的汽水管道：取分离器各种运行工况中可能出现的最高工作温度高压给水管道：取用高压加热器后高压给水的最高工作温度低压给水管道：定压除氧系统：取除氧器额定压力对应的饱和温度滑压除氧系统：取汽机调门全开时1.1倍除氧器抽汽压力对应的饱和温度凝结水管道：取用低压加热器后凝结水的最高工作温度04十一月20261343.管道的公称压力和公称通径现行标准GB/T1048-2005《管道元件PN(公称压力)的定义和选用》DL/T5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》GB/T1047-2005《管道元件DN(公称尺寸)的定义和选用》公称压力PN：是指与管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识公称通径DN：是用于管道系统元件的字母和数字组合的尺寸标识，由字母DN和后跟无因次的整数数字组成PN、DN数值系列及等级标准见教材表3-14到3-1804十一月2026135注意点新标准修改了公称压力的表示方式。字母PN、DN后的数字并不代表测量值，不能用于计算目的标准给出的试验压力和最大允许工作压力的单位是bar，而国际标准单位为MPa公称压力是不同钢材、介质对应压力和温度的组合参数，已不是一般的压力概念，它只是一个用来表示不同管材、在不同温度时管道允许的工作压力都折算为某一固定温度等级下的承压等级标准04十一月2026136例如：原标准中PN1.0MPa现标记为PN10；20号钢管PN10，当设计温度为400℃时，其最大允许工作压力为6.81bar，而不是10bar。4.管道的试验压力定义：指用来检验管道组成件的强度以及管系的严密性时的压力，一般采用水压试验管道组成件强度试验压力(表压)计算式04十一月2026137或取两者中的较大者常识：管道安装完毕后，需进行严密性检验水压试验压力为表压，其值不小于设计压力的1.5倍，且不小于0.2MPa水压试验的水温在5℃～70℃之间，试验环境温度不应低于5℃亚临界及以上机组的主、再热管道及大直径管道可用无损检测代替水压试验

二、管径和壁厚的计算及选取原则管内介质流速现行标准：DL/T5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》管道内径的计算：由连续性方程导出04十一月2026138或