火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)講義

火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程燃料制備（制粉系統(tǒng)）燃燒傳熱（鍋爐系統(tǒng)）熱能輸送（管道系統(tǒng)）熱功轉(zhuǎn)換（汽輪發(fā)電機組）冷端放熱（冷卻系統(tǒng)）變電送電（升壓站）發(fā)電廠熱力循環(huán)效率簡單朗肯循環(huán)給水回熱朗肯循環(huán)回熱再熱朗肯循環(huán)雙重循環(huán)（燃氣-蒸汽循環(huán)）熱電循環(huán)（熱電聯(lián)產(chǎn)）特點：定壓變溫吸熱，定壓定溫放熱循環(huán)膨脹系統(tǒng)簡單朗肯循環(huán)理想朗肯循環(huán)熱效率：理想焓降水泵焓升循環(huán)膨脹系統(tǒng)水泵焓升：系統(tǒng)循環(huán)pout、pin——水泵出、入口壓力，Pavfp

——水泵中水的平均比容，m3/kgηfp——水泵效率實際朗肯循環(huán)熱效率（汽輪機絕對內(nèi)效率）：系統(tǒng)循環(huán)實際焓降膨脹給水回熱朗肯循環(huán)組成：簡單朗肯循環(huán)+給水回熱系統(tǒng)循環(huán)膨脹系統(tǒng)給水回熱實際循環(huán)熱效率（汽輪機絕對內(nèi)效率）：系統(tǒng)算法1（扣除了水泵焓升）：膨脹算法2（不扣除水泵焓升）：因為水泵焓升的處理不同，兩種算法不相等?；責嵫h(huán)效率高于簡單循環(huán)效率，參見《熱力發(fā)電廠》P18，這里也可以給出簡單證明：系統(tǒng)回熱循環(huán)可可以提高熱熱效率系統(tǒng)1kg蒸汽汽做功的有有效焓降：：1kg工質(zhì)質(zhì)從鍋爐吸吸熱量：給水焓用凝凝結(jié)水焓和和抽汽焓表表示，忽略略加熱器損損失。給水回熱實實際循環(huán)熱熱效率（汽汽輪機絕對對內(nèi)效率））：做功系數(shù)隨系統(tǒng)而定定簡單循環(huán)吸吸熱簡單循環(huán)的的功回熱級數(shù)越多多，最佳給水水溫度越高；；回熱效率隨著著回熱級數(shù)增增多而增加；；回熱級數(shù)越多多，再增加一一級回熱的效效率增加越少少；回熱再熱朗肯肯循環(huán)循環(huán)膨脹系統(tǒng)回熱再熱實際際循環(huán)熱效率率（汽輪機絕絕對內(nèi)效率））：膨脹總回熱級數(shù)再熱前回熱級級數(shù)汽機排汽量再熱后的蒸汽汽做功量：蒸汽從鍋爐再再熱器的吸熱熱量汽機得到的再再熱量焓熵圖表示蒸蒸汽循環(huán)循環(huán)循環(huán)系統(tǒng)教材P3圖1-1、P4圖1-2、P8圖圖1-6不對對單元機組發(fā)電電熱效率B——燃煤量，t/sQL——燃料低位發(fā)熱熱值，kJ/kgPia、Pi、Pm、Pel——汽機理想內(nèi)功功率、汽機內(nèi)內(nèi)功率、汽機機輸出功率、、發(fā)電功率，，MWQb、Q0——鍋爐熱負荷、、汽機耗熱量量，MJ/s發(fā)電機效率汽機機械效率率汽機相對內(nèi)效效率理想循環(huán)效率率管道熱效率鍋爐熱效率鍋爐熱效率蒸汽從鍋爐再再熱器的吸熱熱量排污量系統(tǒng)管道熱效率蒸汽從鍋爐再再熱器的吸熱熱量汽機得到的再再熱量汽機進汽熱量量系統(tǒng)排污二次汽熱熱量汽輪機熱效率率全稱：汽輪機機實際循環(huán)熱熱效率、汽輪機絕對內(nèi)內(nèi)效率膨脹Z——總回熱級數(shù)；；R——再熱前回熱級級數(shù)汽機內(nèi)功率：：汽機理想內(nèi)功功率：汽輪機機械效效率有效機械功率率發(fā)電機效率初參數(shù)對理想想循環(huán)熱效率率ηt的影響提高。實際上，提高高初溫度相當當于增加了一一個高效率的的附加循環(huán)。。初參數(shù)：初溫溫度、初壓力力結(jié)論⑴：提高高初溫度使理理想循環(huán)熱效效率提高：在在初壓力p0和排汽壓力pc下，初溫度提提高使吸熱平平均溫度提高高，使等效卡卡諾循環(huán)熱效效率分析的理由：：如圖，初溫度度從1升高到到1?，吸熱量q0增大，放熱量量qc增大，做功量量q0-qc也增大，效率率ηt如何變化難于于確定。不用熱效率定定義式結(jié)論⑵：在一一定的初溫T0下，提高初壓壓力也可以提提高熱效率。。但是，不總總提高。因為為：汽化潛熱隨壓壓力提高而減減少低溫加熱量也也逐漸增加結(jié)論⑶：初溫溫越高，理想想循環(huán)熱效率率隨初壓力提提高增加越快快——同時提提高初溫度和和初壓力熱效效果最好。結(jié)論⑷：任何何初溫存在使使效率最高的的初壓力初參數(shù)對實際際循環(huán)熱效率率ηi的影響實際循環(huán)熱效效率：汽機相對內(nèi)效效率理想循環(huán)熱效效率初溫度和初壓壓力對ηri的影響是不同同的：提高初溫度，，相對內(nèi)效率率提高：容積流量增加加，漏汽損失失減少排汽濕度降低低，濕汽損失失減少提高初壓力，，相對內(nèi)效率率降低：容積流量減少少，漏汽損失失增加排汽濕度增加加，濕汽損失失增加若采用部分進進汽，還產(chǎn)生生鼓風損失和和弧端損失圖中曲線顯示示了以上分析析：初壓力一定，，相對內(nèi)效率率隨溫度提高高而提高，初溫度一定，，相對內(nèi)效率率隨初壓提高高而降低。大大容量機組降降的慢；小容容量機組降得得快（葉片高高度小，漏汽汽間隙相對大大，漏汽損失失多。），，甚至超過理理想循環(huán)熱效效率的增加值值?？傊?，大容量量機組采用高高參數(shù)才能提提高機組熱效效率理論最有利初初壓力：實際際循環(huán)熱效率率ηi最高點對應的的初壓力初溫度越高，，理論最有利利初壓力值越越高機組容量越大大，理論最有有利初壓力值值越高大容量、高參參數(shù)的經(jīng)濟性性：34.3MPa435℃℃提高到8.83MPa535℃節(jié)節(jié)省燃料12~16%;再提高到12.75MPa535/535℃又又可以節(jié)省8~8.5%;再提高到23.52MPa565/565℃還還可節(jié)省8~10%蒸汽初參數(shù)最最佳值，要通通過復雜的技技術經(jīng)濟比較較才能確定。。提高初參數(shù)使使投資增加的的項目有：鍋爐、汽輪機機、蒸汽管道道、回熱設備備提高初參數(shù)使使投資減少的的項目有：燃料運輸、煤煤粉制備送引風機除灰系統(tǒng)除塵設備凝汽設備和供供水設備我國部分600MW運行機組的蒸汽初參數(shù)

主蒸汽再熱蒸汽熱耗Mpa℃Mpa℃kJ/kW.h哈爾濱汽機廠16.575373.365378005瑞士ABB24.205384.345667647.6日本東芝16.565373.65377871.6法國Alsthom16.665373.625377790東方汽機廠16.705383.615387888提高初參數(shù)的的技術限制材料的高溫性性能末級葉片的最最大允許濕度度。凝汽式機機組最大允許許濕度9~10%，抽汽機組14~15%（最大排汽工工況比較少））。中間再熱參數(shù)數(shù)對電廠經(jīng)濟濟性的影響中間再熱參數(shù)：再再熱壓力、再熱后后溫度中間再熱的目的是是提高大容量高參參數(shù)機組的熱經(jīng)濟濟性：可以提高理想循環(huán)環(huán)熱效率可以降低汽輪機排排汽濕度，提高相相對內(nèi)效率中間再熱參數(shù)的最最佳選擇方案可以以使發(fā)電機組熱經(jīng)經(jīng)濟性達到最大值值中間再熱循環(huán)的組組成：沒有再熱的基本循循環(huán)采用再熱所形成的的附加循環(huán)提高再熱后的溫度度，可以提高附加加循環(huán)平均吸熱溫溫度，提高理想循循環(huán)熱效率；并且且降低排汽濕度，，使汽輪機相對內(nèi)內(nèi)效率有所提高。。再熱后溫度每提高高10℃，熱效率提高0.2~0.3%一般,選擇等于或接近于于新蒸汽溫度熱力學最佳中間再再熱壓力：中間再再熱后溫度確定后后，中間再熱壓力力存在最佳選擇使使再熱循環(huán)效率達達到最高。熱力學最佳中間再再熱壓力算例確定最佳中間再熱熱壓力還需要考慮慮如下具體因素：：滿足汽輪機末級容容許濕度的要求與某級回熱抽汽合合并為相同壓力，，簡化汽缸結(jié)構再熱點往往作為分分缸點，要考慮高高、中壓缸功率分分配和推力平衡問問題。再熱壓力選擇過低低，再熱蒸汽系統(tǒng)統(tǒng)的管道投資增加加較快。機組容量越大，中中間再熱的經(jīng)濟效效益越高。給水回熱系統(tǒng)主要要參數(shù)對電廠經(jīng)濟濟性的影響在循環(huán)初終參數(shù)一一定的情況下，為為使給水回熱循環(huán)環(huán)效率達到最大，，必須合理確定給給水回熱系統(tǒng)的主主要參數(shù)：給水溫度tfw回熱加熱量在各回回熱級之間的分配配?hw回熱級數(shù)Z三者聯(lián)系緊密，而而且相互影響。一、最佳給水溫度度tfw熱力學最佳給水溫溫度：在給定條件件下，使回熱循環(huán)環(huán)絕對內(nèi)效率達到到最大值的給水溫溫度，也是使回熱熱加熱系統(tǒng)不可逆逆熱交換引起的做做功能力損失達到到最小的給水溫度度。給水加熱過程程的做功能力損失失主要包括回熱蒸蒸汽加熱和鍋爐煙煙氣加熱兩部分。。熱力學最佳給水溫溫度與如何分配總總加熱量有關：分分配方案不是唯一一的，必有一個使使回熱循環(huán)絕對內(nèi)內(nèi)效率達到最大值值。熱力學最佳給水溫溫度與回熱級數(shù)有有關：增加回熱級級數(shù)可以減少抽汽汽與給水之間的傳傳熱溫差，減少做做功能力的損失；；還可以提高最佳佳給水溫度。絕對內(nèi)效率：蒸汽汽在汽輪機做的內(nèi)內(nèi)功除以工質(zhì)在鍋鍋爐的吸熱用新蒸汽加熱給水水顯然沒有回熱效效果傳熱的做功能力損損失二、加熱量最佳分分配（1）焓降分配法法：每級給水的焓焓升取作前一級至至本級蒸汽在汽輪輪機中的焓降。主蒸汽焓凝結(jié)水焓本級抽汽焓前一級抽汽焓最佳給水焓：每級給水焓升：第Z級抽汽焓（2）平均分配法法：每一級加熱的的給水焓升相等凝結(jié)水焓最佳給水焓：每級給水焓升：鍋爐汽包水焓（3）等焓降分配配法：使汽輪機各各回熱抽汽之間蒸蒸汽焓降相等，每每級回熱給水的焓焓升等于蒸汽焓降降。凝結(jié)水焓最佳給水焓：每級給水焓升：主蒸汽焓（4）幾何級數(shù)分分配法:上述諸方法差不多多。凝結(jié)水焓最佳給水焓：幾何級數(shù)比例：第1級焓升第Z級焓升三、回熱級數(shù)給水回熱的基本規(guī)規(guī)律：回熱級數(shù)越多，熱熱效率越高。但其其增長率遞減，因因為增加的給水加加熱量、抽汽量和和其在汽輪機中的的做功隨級數(shù)增加加而減少。每一定的回熱級數(shù)數(shù)均有相應的最佳佳給水溫度，且回回熱級數(shù)越多，最最佳給水溫度越高高。在一定的回熱級數(shù)數(shù)下，效率曲線最最高點較平緩，即即使給水溫度與最最佳值有偏差，對對熱效率影響并不不大。再熱機組的回熱系系統(tǒng)還應該考慮：：高壓缸排汽作為一一級回熱抽汽若高壓缸排汽不滿滿足最佳給水溫度度的要求，高壓缸缸應該再設一級回回熱抽汽一般采取增加高壓壓缸排汽的抽汽量量，可以減少回熱熱加熱過程的做功功能力損失。因為為高壓缸排汽的溫溫度低，再熱之后后溫度高?？梢匀∪≌３槠康?.5~1.8倍。四、經(jīng)濟上最有利利的回熱級數(shù)和給給水溫度經(jīng)濟上最佳給水溫溫度：按照國家的的技術經(jīng)濟政策，，通過技術經(jīng)濟比比較確定的最佳給給水溫度。經(jīng)濟上最有利給水水溫度的確定涉及及到汽輪機和鍋爐爐設備的運行工況況；并且影響運行行和投資費用的變變化。例如：提高高給水溫度，可以以節(jié)省燃料，但也也增加了回熱系統(tǒng)統(tǒng)的設備。同時，，增加了鍋爐的產(chǎn)產(chǎn)汽量和汽輪機高高壓缸的進汽量，，汽輪機低壓缸和和凝汽流量相應減減少。所以不同程程度地影響到許多多系統(tǒng)的投資和運運行費用（鍋爐、、汽輪機、主蒸汽汽管道、主給水管管道、回熱加熱裝裝置、給水泵、凝凝汽設備和冷卻系系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、、送引鳳系統(tǒng)、除除塵和除灰系統(tǒng)、、廠用電系統(tǒng)）。。燃料價格和設備利利用率是主要經(jīng)濟濟因素之一：提高高給水溫度時，設設備利用率越高燃燃料節(jié)省越多，燃燃料價格越高燃料料費用的減少越明明顯。經(jīng)濟上最有利的回回熱級數(shù)和給水溫溫度主要取決于鋼鋼煤比價，即燃料料價格和設備投資資，并且與機組容容量和設備利用率率有關。煤價高，，鋼價低，設備利利用率高，回熱級級數(shù)可較多，給水水溫度可較高。高高參數(shù)大容量機組組應該采用較多回回熱級數(shù)和較高的的給水溫度。價格要有預見性表面式回熱加熱器器的連接（一）疏水泵連接接送到出口的經(jīng)濟性性好：疏水與凝結(jié)結(jié)水混合，提高的的是上一級的進水水溫度，減少的是是上一級的抽汽量量。（二）疏水逐級自自流連接熱經(jīng)濟性最差，可可靠性最高，投資資少，不耗電，運運行簡單，維護方方便，是普遍采用用的疏水回收方式式之一?；責嵩瓌t性系統(tǒng)回熱系統(tǒng)設計是一一個復雜的技術經(jīng)經(jīng)濟問題：追求簡單可靠和可可控性追求盡量高的熱經(jīng)經(jīng)濟性較小的過熱度不宜宜采用蒸汽冷卻器器（a）N200-12.75/535/535型型機組（三缸二排排汽）自然循環(huán)鍋爐8級回熱抽汽3高、4低、1除除氧電動前置給水泵電動調(diào)速給水泵外置疏水冷卻器外置蒸汽冷卻器提提高水溫4℃疏水逐級自流（b）N300-16.18/550/550型型機組亞臨界直流鍋爐8級回熱抽汽3高、4低、1除除氧汽輪機拖動給水泵泵為直流鍋爐配置除除鹽裝置（c）引進法國N600-17.75/540/540型機組前置給水泵和給水水泵由一臺汽輪機機拖動7級回熱抽汽高加2外置蒸汽冷冷卻器（d）引進美國N600-16.67/537/537型機組強制循環(huán)鍋爐8級回熱抽汽3高、4低、1除除氧汽輪機拖動給水泵泵高加全配內(nèi)置蒸汽汽冷卻器和疏水冷冷卻器低加全配內(nèi)置疏水水冷卻器（e）前蘇聯(lián)1200MW超臨界界機組單軸五缸六排汽沖沖動式180°回轉(zhuǎn)高壓壓缸3950t/h直直流鍋爐中低壓缸均為分流流布置9級回熱抽汽3高、5低、1除除氧H3高加有內(nèi)置和和外置蒸汽冷卻器器汽輪機拖動給水泵泵汽輪機拖動送風機機給水冷卻器（f）美國坎伯蘭蘭等地安裝的1300MW超臨界界機組雙軸六缸八排汽兩軸功率相等8級回熱抽汽4高、3低、1除除氧汽輪機拖動給水泵泵送風機蒸發(fā)器產(chǎn)生蒸餾水水補充再熱壓損對機組熱熱經(jīng)濟性的影響再熱壓損：從高壓壓缸排汽口至中壓壓缸入口的流動阻阻力引起的壓力降降低減少蒸汽的做功能能力，降低機組的的經(jīng)濟性。再熱壓壓損每增加98kPa，汽輪機熱熱耗增加0.2~0.3%。減少再熱壓損，一一般要增加投資，，主要技術措施有有：采用大直徑管采用雙管道，并采采用一段較長的大大直徑管道再熱壓損?？刂茷闉楦邏焊着牌麎毫αΦ?~12%；機組容量越大，，取值應偏小。再熱蒸汽管道直徑徑的確定原則（材質(zhì)已知））：選擇直徑、壁壁厚使年運行費用用最低年平均投資阻力燃料費散熱燃料費年運行費用：直徑增加使投資增增加，阻力減少，，散熱增加年平均投資M1：Dw___管道外直徑徑，mδ___管道壁厚，，mPst___鋼材單價，，元/噸ρst___鋼材密度，，t/m3μit___安裝費率L___管道長度，，m阻力燃料費M2：ζλ、ζ___摩擦、局部部阻力系數(shù)ρ___管道內(nèi)工質(zhì)質(zhì)密度，kg/m3ha___年運行小時時數(shù)b___發(fā)電標準煤煤耗率，kg/kW.h△h___焓降壓力變變化率，△h=0.000006kJ/(Pa.kg)D___管道內(nèi)工工質(zhì)流量，kg/sPfu___標準煤單單價，元/公斤斤算例蒸汽終參數(shù)對發(fā)發(fā)電廠經(jīng)濟性的的影響一、蒸汽終參數(shù)數(shù)對循環(huán)熱效率率的影響汽機排汽壓力的的相關因素：汽輪機負荷冷卻水溫度冷卻水流量凝汽器的冷卻面面積和構造汽機排汽口構造造汽輪機末級葉片片高度汽輪機排汽壓力力pc越低，排汽溫度度tc越低，理想循環(huán)環(huán)熱效率越大。。但是，降低排排汽壓力也有不不利的影響：汽輪機設計方面面：排汽壓力pc越低，排汽比容容vc越大，需要長葉葉片或多個排汽汽口，增加汽輪輪機的造價汽輪機運行方面面：末級排汽面面積一定時，凝凝汽器壓力pc越低，排汽比容容vc越大，流速增大大，排汽管阻力力增大，甚至使使汽輪機排汽壓壓力升高。汽輪機極限真空空：實際內(nèi)功Pi達到最大值的凝凝汽器真空壓力降低比容明明顯增加蒸汽速度增加導導致背壓上升極限真空汽輪機功率與凝凝汽器壓力極限真空二、最佳運行真真空：最大凈增增加功率對應的的凝汽器真空每臺汽輪機應該該試驗確定在不不同排汽量和不不同冷卻水溫條條件下的最佳運運行真空三、降低蒸汽終終參數(shù)的限制自然限制：冷卻卻水溫度tw1技術限制：冷卻卻水量、凝汽器器面積、排汽面面積排汽壓力：排汽溫度：循環(huán)水溫升：凝汽器端差：隨W增加減少隨A增加減少W___循環(huán)水量A___凝汽器面積Dc___汽輪機排排汽量（任一項降低都都使排汽溫度降降低）提高機組經(jīng)濟性性的主要方面額定工況下，維維持額定蒸汽參參數(shù)變工況下，維持持最佳蒸汽參數(shù)數(shù)保持凝汽器最佳佳真空提高回熱加熱器器投入率，盡量量提高給水溫度度在技術經(jīng)濟合理理的條件下，盡盡量回收余熱保持主設備的經(jīng)經(jīng)濟運行狀態(tài)鍋爐方面：送引風量合理，，保持最佳過剩剩空氣量煤粉細度合理，，保持各相關損損失之和最小燃燒調(diào)整，減少少不完全燃燒損損失汽輪機方面：合理分配負荷盡量全開調(diào)節(jié)閥閥，減少節(jié)流損損失保持流通部分清清潔回收疏水，減少少工質(zhì)損失和熱熱量損失減少凝結(jié)水過冷冷度保持軸封系統(tǒng)狀狀態(tài)良好，減少少漏汽量降低廠用電率投入自動裝置：：調(diào)節(jié)及時、精精確，容易保證證最佳狀態(tài)。提高系統(tǒng)嚴密性性軸封低負荷運行行軸封高負荷運行行汽輪機軸封系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)電廠原則性熱熱力系統(tǒng)的擬定定發(fā)電廠原則性熱熱力系統(tǒng)圖：用用規(guī)定的符號表表示熱力循環(huán)中中主要設備連接接關系的線路圖圖。同類型、同同參數(shù)設備只表表示一臺，備用用設備和配件不不表示。既是火火力發(fā)電廠可行行性研究及初步步設計中熱機部部分的主要內(nèi)容容，又包括了電電廠運行中組織織經(jīng)濟運行的主主要技術數(shù)據(jù)。。擬定發(fā)電廠原則則性熱力系統(tǒng)的的主要目的：確定電廠的若干干典型工況下，，特別是設計工工況的熱經(jīng)濟指指標提供全廠熱力系系統(tǒng)的基本構成成提供全廠主要的的主、輔熱力設設備規(guī)格擬定發(fā)