第二讲热力系统.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二讲 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,p,out,、,p,in,水泵出、入口压力，,Pa,v,fp,水泵中水的平均比容，,m,3,/kg,fp,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,回热循环可以提高热效率,系统,1,kg,蒸汽做功的有效焓降：,1,kg,工质从锅炉吸热量：,给水焓用凝结水焓和抽汽焓表示，忽略加热器损失。,给水回热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：,做功系数,随系统而定,简单循环吸热,简单循环的功,回热级数越多，最佳给水温度越高；,回热效率随着回热级数增多而增加；,回热级数越多，再增加一级回热的效率增加越少；,回热再热朗肯循环,循环,膨胀,系统,回热再热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：,膨胀,总回热级数,再热前回热级数,汽机排汽量,再热后的蒸汽做功量：,蒸汽从锅炉再热器的吸热量,汽机得到的再热量,焓熵图表示蒸汽循环,循环,循环,系统,教材,P3,图1-1,、,P4,图1-2,、,P8,图1-6,不对,单元机组发电热效率,B,燃煤量，,t/s,Q,L,燃料低位发热值，,kJ/kg,P,ia,、P,i,、P,m,、,P,el,汽机理想内功率、汽机内功率、汽机输出功率、发电功率，,MW,Q,b,、Q,0,锅炉热负荷、汽机耗热量，,MJ/s,发电机效率,汽机机械效率,汽机相对内效率,理想循环效率,管道热效率,锅炉热效率,锅炉热效率,蒸汽从锅炉再热器的吸热量,排污量,系统,管道热效率,蒸汽从锅炉再热器的吸热量,汽机得到的再热量,汽机进汽热量,系统,排污二次汽热量,汽轮机热效率,全称：汽轮机实际循环热效率、,汽轮机绝对内效率,膨胀,Z,总回热级数；,R,再热前回热级数,汽机内功率：,汽机理想内功率：,汽轮机机械效率,有效机械功率,发电机效率,初参数对理想循环热效率,t,的影响,提高。,实际上，提高初温度相当于增加了一个高效率的附加循环。,初参数：初温度、初压力,结论：提高初温度使理想循环热效率提高：在初压力,p,0,和排汽压力,p,c,下，初温度提高使吸热平均温度提高，使等效卡诺循环热效率,分析的理由：,如图，初温度从1升高到1,，吸热量,q,0,增大，放热量,q,c,增大，做功量,q,0,-,q,c,也增大，效率,t,如何变化难于确定。,不用热效率定义式,结论：在一定的初温,T,0,下，提高初压力也可以提高热效率。但是，不总提高。因为：,汽化潜热随压力提高而减少,低温加热量也逐渐增加,结论：初温越高，理想循环热效率随初压力提高增加越快,同时提高初温度和初压力热效果最好。,结论：任何初温存在使效率最高的初压力,初参数对实际循环热效率,i,的影响,实际循环热效率：,汽机相对内效率,理想循环热效率,初温度和初压力对,ri,的影响是不同的：,提高初温度，相对内效率提高：,容积流量增加，漏汽损失减少,排汽湿度降低，湿汽损失减少,提高初压力，相对内效率降低：,容积流量减少，漏汽损失增加,排汽湿度增加，湿汽损失增加,若采用部分进汽，还产生鼓风损失和弧端损失,图中曲线显示了以上分析：,初压力一定，相对内效率随温度提高而提高，,初温度一定，相对内效率随初压提高而降低。大容量机组降的慢；小容量机组降得快（叶片高度小，漏汽间隙相对大，漏汽损失多。），甚至超过理想循环热效率的增加值。,总之，大容量机组采用高参数才能提高机组热效率,理论最有利初压力：实际循环热效率,i,最高点对应的初压力,初温度越高，理论最有利初压力值越高,机组容量越大，理论最有利初压力值越高,大容量、高参数的经济性：,34.3,MPa435,提高到,8.83,MPa535,节省燃料,1216%;,再提高到,12.75,MPa535/535,又可以节省,88.5%;,再提高到,23.52,MPa565/565,还可节省,810%,蒸汽初参数最佳值，要通过复杂的技术经济比较才能确定。,提高初参数使投资增加的项目有：,锅炉、汽轮机、蒸汽管道、回热设备,提高初参数使投资减少的项目有：,燃料运输、煤粉制备,送引风机,除灰系统,除尘设备,凝汽设备和供水设备,我国部分600,MW,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,16.57,537,3.36,537,8005,瑞士,ABB,24.20,538,4.34,566,7647.6,日本东芝,16.56,537,3.6,537,7871.6,法国,Alsthom,16.66,537,3.62,537,7790,东方汽机厂,16.70,538,3.61,538,7888,提高初参数的技术限制,材料的高温性能,末级叶片的最大允许湿度。凝汽式机组最大允许湿度,910%,，抽汽机组,1415%,（最大排汽工况比较少）。,中间再热参数对电厂经济性的影响,中间再热参数：再热压力、再热后温度,中间再热的目的是提高大容量高参数机组的热经济性：,可以提高理想循环热效率,可以降低汽轮机排汽湿度，提高相对内效率,中间再热参数的最佳选择方案可以使发电机组热经济性达到最大值,中间再热循环的组成：,没有再热的基本循环,采用再热所形成的附加循环,提高再热后的温度，可以提高附加循环平均吸热温度，提高理想循环热效率；并且降低排汽湿度，使汽轮机相对内效率有所提高。,再热后温度每提高,10,，热效率提高,0.20.3%,一般,选择等于或接近于新蒸汽温度,热力学最佳中间再热压力：中间再热后温度确定后，中间再热压力存在最佳选择使再热循环效率达到最高。,热力学最佳中间再热压力算例,确定最佳中间再热压力还需要考虑如下具体因素：,满足汽轮机末级容许湿度的要求,与某级回热抽汽合并为相同压力，简化汽缸结构,再热点往往作为分缸点，要考虑高、中压缸功率分配和推力平衡问题。,再热压力选择过低，再热蒸汽系统的管道投资增加较快。,机组容量越大，中间再热的经济效益越高。,给水回热系统主要参数对电厂经济性的影响,在循环初终参数一定的情况下，为使给水回热循环效率达到最大，必须合理确定给水回热系统的主要参数：,给水温度,t,fw,回热加热量在各回热级之间的分配,h,w,回热级数,Z,三者联系紧密，而且相互影响。,一、最佳给水温度,t,fw,热力学最佳给水温度：在给定条件下，使回热循环绝对内效率达到最大值的给水温度，也是使回热加热系统不可逆热交换引起的做功能力损失达到最小的给水温度。给水加热过程的做功能力损失主要包括回热蒸汽加热和锅炉烟气加热两部分。,热力学最佳给水温度与如何分配总加热量有关：分配方案不是唯一的，必有一个使回热循环绝对内效率达到最大值。,热力学最佳给水温度与回热级数有关：增加回热级数可以减少抽汽与给水之间的传热温差，减少做功能力的损失；还可以提高最佳给水温度。,绝对内效率：蒸汽在汽轮机做的内功除以工质在锅炉的吸热,用新蒸汽加热给水显然没有回热效果,传热的做功能力损失,二、加热量最佳分配,（1,）焓降分配法：每级给水的焓升取作前一级至本级蒸汽在汽轮机中的焓降。,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：每一级加热的给水焓升相等,凝结水焓,最佳给水焓：,每级给水焓升：,锅炉汽包水焓,（3,）等焓降分配法：使汽轮机各回热抽汽之间蒸汽焓降相等，每级回热给水的焓升等于蒸汽焓降。,凝结水焓,最佳给水焓：,每级给水焓升：,主蒸汽焓,（4,）几何级数分配法,:,上述诸方法差不多。,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,给水回热的基本规律：,回热级数越多，热效率越高。但其增长率递减，因为增加的给水加热量、抽汽量和其在汽轮机中的做功随级数增加而减少。,每一定的回热级数均有相应的最佳给水温度，且回热级数越多，最佳给水温度越高。,在一定的回热级数下，效率曲线最高点较平缓，即使给水温度与最佳值有偏差，对热效率影响并不大。,再热机组的回热系统还应该考虑：,高压缸排汽作为一级回热抽汽,若高压缸排汽不满足最佳给水温度的要求，高压缸应该再设一级回热抽汽,一般采取增加高压缸排汽的抽汽量，可以减少回热加热过程的做功能力损失。因为高压缸排汽的温度低，再热之后温度高。可以取正常抽汽量的,1.51.8,倍。,四、经济上最有利的回热级数和给水温度,经济上最佳给水温度：按照国家的技术经济政策，通过技术经济比较确定的最佳给水温度。,经济上最有利给水温度的确定涉及到汽轮机和锅炉设备的运行工况；并且影响运行和投资费用的变化。例如：提高给水温度，可以节省燃料，但也增加了回热系统的设备。同时，增加了锅炉的产汽量和汽轮机高压缸的进汽量，汽轮机低压缸和凝汽流量相应减少。所以不同程度地影响到许多系统的投资和运行费用（锅炉、汽轮机、主蒸汽管道、主给水管道、回热加热装置、给水泵、凝汽设备和冷却系统、燃料系统、送引凤系统、除尘和除灰系统、厂用电系统）。,燃料价格和设备利用率是主要经济因素之一：提高给水温度时，设备利用率越高燃料节省越多，燃料价格越高燃料费用的减少越明显。,经济上最有利的回热级数和给水温度主要取决于钢煤比价，即燃料价格和设备投资，并且与机组容量和设备利用率有关。煤价高，钢价低，设备利用率高，回热级数可较多，给水温度可较高。高参数大容量机组应该采用较多回热级数和较高的给水温度。,价格要有预见性,表面式回热加热器的连接,（,一）疏水泵连接,送到出口的经济性好：疏水与凝结水混合，提高的是上一级的进水温度，减少的是上一级的抽汽量。,（,二）疏水逐级自流连接,热经济性最差，可靠性最高，投资少，不耗电，运行简单，维护方便，是普遍采用的疏水回收方式之一。,回热原则性系统,回热系统设计是一个复杂的技术经济问题：,追求简单可靠和可控性,追求尽量高的热经济性,较小的过热度不宜采用蒸汽冷却器,（,a）N200-12.75/535/535,型机组（三缸二排汽）,自然循环锅炉,8,级回热抽汽,3,高、,4,低、,1,除氧,电动前置给水泵,电动调速给水泵,外置疏水冷却器,外置蒸汽冷却器提高水温,4,疏水逐级自流,（,b）N300-16.18/550/550,型机组,亚临界直流锅炉,8,级回热抽汽,3,高、,4,低、,1,除氧,汽轮机拖动给水泵,为直流锅炉配置除盐装置,（,c）,引进法国,N600-17.75/540/540,型机组,前置给水泵和给水泵由一台汽轮机拖动,7,级回热抽汽,高加,2,外置蒸汽冷却器,（,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,除氧,汽轮机拖动给水泵,高加全配内置蒸汽冷却器和疏水冷却器,低加全配内置疏水冷却器,（,e）,前苏联,1200,MW,超临界机组,单轴五缸六排汽冲动式,180,回转高压缸,3950,t/h,直流锅炉,中低压缸均为分流布置,9,级回热抽汽,3,高、,5,低、,1,除氧,H3,高加有内置和外置蒸汽冷却器,汽轮机拖动给水泵,汽轮机拖动送风机,给水冷却器,（,f）,美国坎伯兰等地安装的,1300,MW,超临界机组,双轴六缸八排汽,两轴功率相等,8,级回热抽汽,4,高、,3,低、,1,除氧,汽轮机拖动给水泵送风机,蒸发器产生蒸馏水补充,再热压损对机组热经济性的影响,再热压损：从高压缸排汽口至中压缸入口的流动阻力引起的压力降低,减少蒸汽的做功能力，降低机组的经济性。再热压损每增加,98,kPa，,汽轮机热耗增加,0.20.3%,。,减少再热压损，一般要增加投资，主要技术措施有：,采用大直径管,采用双管道，并采用一段较长的大直径管道,再热压损常控制为高压缸排汽压力的,812%,；机组容量越大，取值应偏小。,再热蒸汽管道直径的确定,原则（材质已知）：选择直径、壁厚使年运行费用最低,年平均投资,阻力燃料费,散热燃料费,年运行费用：,直径增加使投资增加，阻力减少，散热增加,年平均投资,M,1,：,D,w,_,管道外直径,，,m,_,管道壁厚，,m,P,st,_,钢材单价，元,/,吨,st,_,钢材密度，,t/m,3,it,_,安装费率,L,_,管道长度，,m,阻力燃料费,M,2,：,、,_,摩擦、局部阻力系数,_,管道内工质密度，,kg/m,3,h,a,_,年运行小时数,b,_,发电标准煤耗率，,kg/kW.h,h,_,焓降压力变化率，,h,=0.000006kJ/(Pa.kg),D,_,管道内工质流量，,kg/s,P,fu,_,标准煤单价，元,/,公斤,算例,蒸汽终参数对发电厂经济性的影响,一、蒸汽终参数对循环热效率的影响,汽机排汽压力的相关因素：,汽轮机负荷,冷却水温度,冷却水流量,凝汽器的冷却面积和构造,汽机排汽口构造,汽轮机末级叶片高度,汽轮机排汽压力,p,c,越低，排汽温度,t,c,越低，理想循环热效率越大。但是，降低排汽压力也有不利的影响：,汽轮机设计方面：排汽压力,p,c,越低，排汽比容,v,c,越大，需要长叶片或多个排汽口，增加汽轮机的造价,汽轮机运行方面：末级排汽面积一定时，凝汽器压力,p,c,越低，排汽比容,v,c,越大，流速增大，排汽管阻力增大，甚至使汽轮机排汽压力升高。,汽轮机极限真空：实际内功,P,i,达到最大值的凝汽器真空,压力降低比容明显增加,蒸汽速度增加导致背压上升,极限真空,汽轮机功率与凝汽器压力,极限真空,二、最佳运行真空：最大净增加功率对应的凝汽器真空,每台汽轮机应该试验确定在不同排汽量和不同冷却水温条件下的最佳运行真空,三、降低蒸汽终参数的限制,自然限制：冷却水温度,t,w1,技术限制：冷却水量、凝汽器面积、排汽面积,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,D,c,_,汽轮机排汽量,（任一项降低都使排汽温度降低）,提高机组经济性的主要方面,额定工况下，维持额定蒸汽参数,变工况下，维持最佳蒸汽参数,保持凝汽器最佳真空,提高回热加热器投入率，尽量提高给水温度,在技术经济合理的条件下，尽量回收余热,保持主设备的经济运行状态,锅炉方面：,送引风量合理，保持最佳过剩空气量,煤粉细度合理，保持各相关损失之和最小,燃烧调整，减少不完全燃烧损失,汽轮机方面：,合理分配负荷,尽量全开调节阀，减少节流损失,保持流通部分清洁,回收疏水，减少工质损失和热量损失,减少凝结水过冷度,保持轴封系统状态良好，减少漏汽量,降低厂用电率,投入自动装置：调节及时、精确，容易保证最佳状态。,提高系统严密性,轴封低负荷运行,轴封高负荷运行,汽轮机轴封系统,发电厂原则性热力系统的拟定,发电厂原则性热力系统图：用规定的符号表示热力循环中主要设备连接关系的线路图。同类型、同参数设备只表示一台，备用设备和配件不表示。既是火力发电厂可行性研究及初步设计中热机部分的主要内容，又包括了电厂运行中组织经济运行的主要技术数据。,拟定发电厂原则性热力系统的主要目的：,确定电厂的若干典型工况下，特别是设计工况的热经济指标,提供全厂热力系统的基本构成,提供全厂主要的主、辅热力设备规格,拟定发电厂原则性热力系统的主要内容：,确定电厂的性质（电源、热电厂）及规划容量,主要设备（汽轮机、锅炉）选择,主要辅助热力设备（给水泵、凝结水泵、除氧器）选择,确定正常情况下的热力系统，绘制发电厂原则性热力系统图。,进行原则性热力系计算，获得几种典型工况（特别是设计工况）的热经济指标。,拟定发电厂原则性热力系统的若干要求：,建厂地区只有电负荷时，可以建凝汽式发电厂。若还有热负荷，经过技术经济论证确认合理时，可以建热电厂。,尽量选择单机容量较大的汽轮发电机组，单机容量不大于系统总容量,810%,，以维持电网的安全性。,供热机组的选择必须遵循“以热定电”的原则。我国推荐热化系数范围是,0.50.7,。,凝汽式发电厂，一般一机配一炉，锅炉不设备用。锅炉的最大连续蒸发量为汽轮机的最大进汽量的,108110%,。,锅炉出口蒸汽额定参数，压力为汽轮机进口压力,105%,，温度比汽轮机进口温度高,3。,再热器出口额定温度宜比汽轮机中压缸额定进汽温度高,3,冷段再热管道、再热器、热段再热管道在额定工况的压力降，分别为高压缸额定排汽压力的,1.52.0%、5%、3.03.5%,。,对于热电厂锅炉台数，当一台最大容量锅炉停用时，其余锅炉应满足热力用户生产需要的全部用汽量；满足采暖通风用热量的,6075%,。允许降低发电出力。,课间休息,轴封系统低负荷运行,轴封系统高负荷运行,温差传热的做功能力损失,1.,温差传热过程做功能力损失表达式,热量,Q,从,热源,T,A,转移到热源,T,B,，,并且,T,A,T,B,T,0,（,环境温度,）。,由卡诺定理，热量,Q,的温度不同作功能力也不同。,在热源,T,A,在热源,T,B,