第四章 熱力發(fā)電廠的蒸汽參數(shù)及循環(huán).ppt

第四章熱力發(fā)電廠的蒸汽參數(shù)及循環(huán),第一節(jié)蒸汽初參數(shù),第二節(jié)蒸汽終參數(shù),第三節(jié)給水回?zé)峒訜?本章提要,第四節(jié)蒸汽中間再熱,提高循環(huán)熱效率的途徑,改變循環(huán)參數(shù),提高初溫度、提高初壓力,降低乏汽壓力,改變循環(huán)形式,回?zé)嵫h(huán),再熱循環(huán),采用其他循環(huán),熱電聯(lián)產(chǎn),燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán),本章主要分析蒸汽參數(shù)和循環(huán)型式對電廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響及其應(yīng)用。（1）蒸汽動力循環(huán)的循環(huán)參數(shù)：新蒸汽壓力p0、溫度t0，再熱后進(jìn)入中壓缸的再熱蒸汽溫度trh和進(jìn)入凝汽器的排汽壓力pc（2）現(xiàn)代火電廠常用蒸汽循環(huán)：回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)（3）蒸汽循環(huán)及其參數(shù)選擇，對熱經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運(yùn)行靈活性以及環(huán)境都有影響有關(guān)。,內(nèi)容提要,第一節(jié)蒸汽初參數(shù),提高初參數(shù)的實(shí)質(zhì)是通過提高循環(huán)吸熱過程的平均溫度，以提高其熱效率t。一、提高蒸汽初參數(shù)的經(jīng)濟(jì)性（一）提高蒸汽初溫t0,t=a/q0=1(Tc/T0)初溫提高后的效率為：,t，F(xiàn)1，即t,（一）提高蒸汽初溫t0優(yōu)點(diǎn)：排汽干度提高，減少了低壓缸排汽濕汽損失，同時有利于汽輪機(jī)的安全。蒸汽比體積增大，汽輪機(jī)高壓端的葉片高度加大，相對減少了高壓端漏汽損失，可提高汽輪機(jī)相對內(nèi)效率缺點(diǎn)：對耐熱及強(qiáng)度要求高，目前最高初溫一般在550左右蒸汽出口比體積增大，汽機(jī)出口尺寸大,（二）提高蒸汽初壓p0提高p0并不總是能提高t，這是由水蒸氣性質(zhì)所決定的。當(dāng)提高到某一蒸汽初壓使得整個吸熱平均溫度低于時，熱效率即下降，使得,隨t0的增加，使t下降的極限壓力愈高,當(dāng)理想比內(nèi)功wa（理想焓降）減小的相對值等于冷源熱損失qca或初焓h0減小的相對值時，t達(dá)最大值,（二）提高蒸汽初壓p0優(yōu)點(diǎn)：工程應(yīng)用范圍內(nèi)，提高蒸汽初壓可提高熱效率蒸汽出口比體積減小，汽機(jī)出口尺寸小缺點(diǎn)：提高p0使蒸汽干度減小，濕汽損失增加；提高p0，使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽比容和容積流量減少，加大了高壓端漏汽損失，有可能要局部進(jìn)汽而導(dǎo)致鼓風(fēng)損失、斥汽損失，使得汽輪機(jī)相對內(nèi)效率下降。排汽濕度增加，對汽輪機(jī)強(qiáng)度要求高，不利于汽輪機(jī)安全。一般要求出口干度大于0.85-0.88，大型電廠在0.9以上。,最有利初壓當(dāng)t0、Pc一定，必有一個使i達(dá)到最大的P0，稱為理論上最有利初壓，與機(jī)組容量有關(guān)，隨著機(jī)組容量的增大、初溫的提高，以及回?zé)嵬晟瞥潭仍胶?，所對?yīng)的值越高,（三）提高蒸汽初參數(shù)與i、汽輪機(jī)容量的關(guān)系提高t0，t、ri、i均提高。提高初壓p0,在工程應(yīng)用范圍內(nèi)，仍可提高t，但ri卻要降低，特別是容積流量小的汽輪機(jī)，ri下降愈甚。如果ri的下降超過t的增加，將使得i(i=tri)下降，則提高p0效果就適得其反。若蒸汽容積流量足夠大，使得提高p0降低ri的程度遠(yuǎn)低于t的增加，因而仍能提高i。大容量機(jī)組采用高蒸汽參數(shù)是有利的,二、蒸汽初參數(shù)系列,三、超臨界蒸汽參數(shù)大容量機(jī)組,水的臨界狀態(tài)點(diǎn)：22.115MPa，溫度374.15當(dāng)蒸汽參數(shù)值大于上述臨界狀態(tài)點(diǎn)的溫度和壓力值時，稱為超臨界參數(shù)對于火力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)機(jī)組做功介質(zhì)蒸汽工作壓力大于水臨界狀態(tài)點(diǎn)壓力時，稱為超臨界壓力機(jī)組：,常規(guī)超臨界壓力機(jī)組：24MPa，540-560,高效超臨界壓力機(jī)組（超超臨界壓力機(jī)組、高參數(shù)超臨界壓力機(jī)組）：28.5-30.5MPa，580-600（25MPa，580）,（一）超臨界壓力機(jī)組的意義（1）熱經(jīng)濟(jì)性高，節(jié)約一次能源，降低火電成本（2）降低機(jī)組單位造價，縮短工期，減少占地面積,三、超臨界蒸汽參數(shù)大容量機(jī)組,（二）國外超臨界壓力汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)展概況超臨界壓力機(jī)組的應(yīng)用與發(fā)展已50年左右。前蘇聯(lián)、美國、日本、德國、意大利、丹麥和韓國等國家已廣為采用，其中前蘇聯(lián)、美國和日本，超臨界壓力機(jī)組已占火電廠容量的50%以上。美國1965-1991年間，800MW以上超臨界壓力機(jī)組22臺，最大單機(jī)容量1300MW日本1974-2002年間投運(yùn)20臺，最大單機(jī)容量1000MW前蘇聯(lián)和俄羅斯1967-1983年間投運(yùn)8臺，最大單機(jī)容量1200MW德國1997-2002年間投運(yùn)5臺，最大單機(jī)容量1000MW,（三）我國超臨界壓力汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀我國自20世紀(jì)80年代開始陸續(xù)引進(jìn)并投運(yùn)了一批超臨界壓力機(jī)組。自1985年以來，全國已有100多臺600MW機(jī)組相繼投入運(yùn)行。華能沁北電廠1號機(jī)組投入商業(yè)化運(yùn)行，標(biāo)志著我國600MW超臨界壓力機(jī)組的國產(chǎn)化成功華能玉環(huán)電廠已建成41000MW超臨界壓力機(jī)組，已于2007年11月全部投入運(yùn)行。上海外高橋三廠的21000MW超超臨界壓力機(jī)組，已于2008年6月全部投產(chǎn)。,一、降低蒸汽終參數(shù)的熱經(jīng)濟(jì)性l降低蒸汽終參數(shù)的極限,降低pc(即tc)總是可以提高循環(huán)熱效率t,受環(huán)境溫度限制，現(xiàn)在大型機(jī)組p2為0.0035-0.005MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為27-33，已接近事實(shí)上可能達(dá)到的最低限度。冬天熱效率高,第二節(jié)蒸汽終參數(shù),凝汽器實(shí)際能達(dá)到的排汽溫度tc由下式確定,凝汽器冷卻水入口溫度為排汽溫度的理論極限。由于冷卻水量有限，必然存在t；排汽與冷卻水換熱面積不能無限大，存在端差tt與凝汽器工作狀況有關(guān)，若凝汽器銅管有積垢，或有空氣附于銅管等情況，就會使t增大，排汽壓力提高（真空降低），熱經(jīng)濟(jì)性降低。,2凝汽器的設(shè)計壓力pc降低汽輪機(jī)排汽壓力可提高熱經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約燃料，但要增加凝汽器尺寸及其造價，并影響汽輪機(jī)排汽口數(shù)量和尺寸，使汽輪機(jī)低壓部分復(fù)雜，同時汽耗量減少，影響高壓部分，總體使汽輪機(jī)造價增加，故應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定pc,3額定工況汽輪機(jī)排汽壓力的部標(biāo),4凝汽器的最佳真空與冷卻水泵的經(jīng)濟(jì)調(diào)度,電廠運(yùn)行時的蒸汽終參數(shù)，稱為真空度，是影響汽輪機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的一項重要指標(biāo)，與排汽量、冷卻水量和冷卻水入口水溫有關(guān)。在排汽量和冷卻水入口水溫一定的條件下，增大冷卻水量可以降低真空度，使汽輪機(jī)輸出功率增加，但循環(huán)水泵耗功相應(yīng)增加，當(dāng)輸出凈功率為最大時，即所對應(yīng)的真空即凝汽器的最佳真空。,二、電廠用水量、冷卻系統(tǒng)的選擇和空冷系統(tǒng)火電廠的蒸汽終參數(shù)即汽輪機(jī)的排汽壓力pc，不僅與凝汽設(shè)備有關(guān)，而且還與汽輪機(jī)的低壓部分以及供水冷卻系統(tǒng)有關(guān)，總稱為火電廠的冷端。1電廠用水量凝汽器和冷卻塔等冷卻設(shè)備補(bǔ)充水；各種冷卻器（冷油器、發(fā)電機(jī)空冷器等）和各種轉(zhuǎn)動機(jī)械軸承冷卻水；鍋爐補(bǔ)水；除塵和通風(fēng)用水；生活和消防用水。最大者為凝汽器的冷卻水，占95%。凝汽器冷卻水量Gc=mDcm冷卻倍率，與地區(qū)、季節(jié)、供水系統(tǒng)、凝汽器結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)；Dc汽輪機(jī)最大凝汽量。,2冷卻系統(tǒng)的選擇（1）直流供水（開式供水）：從江河、湖泊、水庫、海灣等水源取水，利用水泵和管渠將水送入凝汽器，將汽輪機(jī)排汽冷卻為凝結(jié)水后即排棄回水源的系統(tǒng)。當(dāng)?shù)乇硭闯渥闱铱拷鼜S址，供水高度不大時，宜采用直流排水。（2）循環(huán)供水（閉式供水）：凝汽器使用了的冷卻水經(jīng)冷卻設(shè)備冷卻降溫后，由循環(huán)水泵再送往凝汽器重復(fù)使用系統(tǒng)。當(dāng)水源不足，或通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較不宜采用直流供水時，宜采用循環(huán)供水。（3）混合供水：若地表水源僅個別季節(jié)水量不足，而取水條件又很有利時，可采用循環(huán)供水。,2冷卻系統(tǒng)的選擇常用的循環(huán)供水冷卻設(shè)施有冷卻池、噴水池、噴射冷卻裝置和冷卻塔。（1）按通風(fēng)方式分：自然通風(fēng)冷卻塔（省電、運(yùn)行維護(hù)工作量小、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資大）、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔（耗電量大）和混合通風(fēng)冷卻塔。（2）按熱水和空氣的接觸方式分：濕式冷卻塔、干式冷卻塔和干濕式冷卻塔。（3）按熱水和空氣的流動方向分：逆流式冷卻塔、橫流（交流）式冷卻塔、混流式冷卻塔。,3空冷系統(tǒng)火電機(jī)組、核電機(jī)組容量增大，用水量增大，不適用于缺水或少水地區(qū)，可采用空氣冷卻凝汽器，即用空氣冷卻汽輪機(jī)排汽，稱為空氣冷卻凝汽系統(tǒng)或干塔冷卻系統(tǒng)?？绽渑c濕冷相比，突出優(yōu)點(diǎn)是節(jié)水，可減少發(fā)電廠補(bǔ)水量75%。但背壓高，效率差，只有當(dāng)水費(fèi)高于某值時才采用。（1）空氣冷卻凝汽系統(tǒng)的類型直接空氣冷卻凝汽系統(tǒng)（干塔冷卻系統(tǒng)）間接空氣冷卻凝汽系統(tǒng)a混合式（噴射式）凝汽器（海勒系統(tǒng)）b表面式凝汽器（哈蒙間冷）,（2）國外空冷式發(fā)電廠,目前世界上最大的空冷機(jī)組為686MW。（3）我國的空冷發(fā)電廠大同第二發(fā)電廠（海勒系統(tǒng)）2200MW內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)電廠（海勒系統(tǒng)）4200MW太原第二熱電廠（哈蒙系統(tǒng)）3200MW“十一五”期間，我國火電空冷機(jī)組將有70多臺，裝機(jī)容量30000MW。,第三節(jié)給水回?zé)峒訜?一、給水回?zé)岬臒峤?jīng)濟(jì)性提高循環(huán)熱效率的本質(zhì)原因是提高了循環(huán)的吸熱平均溫度1采用回?zé)崽岣遡,因i1，故i采用回?zé)峥偸悄芴岣邿峤?jīng)濟(jì)性,多級回?zé)岢槠鞴ο禂?shù),回?zé)犭m然可提高熱經(jīng)濟(jì)性，D0=Dc0卻使機(jī)組汽耗及機(jī)組汽耗率相應(yīng)增大。回?zé)岢槠膲毫τ?，其作功不足（不能繼續(xù)膨脹至排汽壓力而少做的功）愈大，相應(yīng)值也隨之加大；可見，為提高回?zé)岬臒峤?jīng)濟(jì)性，應(yīng)充分利用低壓的回?zé)岢槠?2采用回?zé)釋?dǎo)致作功能力損失,二、給水回?zé)峄緟?shù)對熱經(jīng)濟(jì)性的影響（一）混合式回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)的c表達(dá)式,對于Z級混合式加熱器系統(tǒng)的ac為:,（二）、tfw、z三參數(shù)的關(guān)系1（總的給水焓升量）回?zé)岱峙浞峙浞椒ǎ红式捣峙浞?、平均分配法、等焓降分配法、幾何級?shù)分配法。中國電力建設(shè)研究所馬芳禮循環(huán)函數(shù)法導(dǎo)出如下公式：,按下列條件求極值,同理推出：,若進(jìn)一步簡化，忽略某些次要因素，可得出某些近似的最佳回?zé)岱峙渫ㄊ健Ｈ缯羝麉?shù)不高，忽略q隨的變化，即,0,其意義為：將每一級加熱器內(nèi)水的焓升，取為前一級至本級的蒸汽在汽輪機(jī)中的焓降，簡稱為“焓降分配法”,若再忽略各加熱器間蒸汽凝結(jié)放熱量qj的微小差異，即q1=q2=qz，則式（2-13）可簡化為,其意義為：將每一回?zé)崞髦兴撵噬橄嗟葋矸峙涞模疵绹鳭.K.Salisbury推導(dǎo)的方法，又簡稱為“平均分配法”。,將,代入式2-13得：,即每一級加熱器中水的焓升，取為等于汽輪機(jī)的各級焓降，簡稱“等焓降分配法”。,幾何級數(shù)分配法：,m=1.011.04,不同回?zé)岱峙涞臒峤?jīng)濟(jì)結(jié)果略有差異，當(dāng)蒸汽參數(shù)不高時，數(shù)值上差別不大。,2最佳給水溫度,（2）作功能力法：隨著tfw提高，鍋爐的吸熱過程平均溫度提高，使其在爐內(nèi)同煙氣的換熱溫差減少；降低了做功能力損失eb。但是因此增加的換熱器，產(chǎn)生了回?zé)峒訜崞鞯膿Q熱溫差，導(dǎo)致存在er，削弱了回?zé)岬男Ч１厝淮嬖谝粋€最佳的tfw,隨回?zé)峒墧?shù)z的增加，i不斷提高，是遞增函數(shù)關(guān)系。而給水溫度的提高，對i的影響是雙重的。存在最佳給水溫度點(diǎn),（1）熱量法：一方面使比熱耗q0=(h0hfw）降低，另一方面使比內(nèi)功wi=(h0hc)減少，為達(dá)到同樣的做功量，必導(dǎo)致汽耗率d0增大。兩者均同時影響i=wi/q0或q=d0*q0,兩種解釋：,3回?zé)峒墧?shù)Z,理論上講：z=無窮大時，i最大（1）即隨z的增加，回?zé)嵫h(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性不斷提高，但提高的幅度卻是遞減的；（2）tfw一定時，回?zé)岬臒峤?jīng)濟(jì)性也是隨z增加而提高，其增長率也是遞減的；（3）z一定時，有其對應(yīng)的最佳給水溫度值。隨z的增加而提高；（4）實(shí)際給水溫度若與理論上的tfwop稍有偏差，對回?zé)岬臒峤?jīng)濟(jì)性影響不大。,第四節(jié)蒸汽中間再熱,一、蒸汽再熱的目的及其熱經(jīng)濟(jì)性（一）再熱的目的提高蒸汽初壓、降低排汽壓力，使?jié)穸仍龃螅档蛢?nèi)效率，危及安全，蒸汽再熱是保證汽輪機(jī)最終濕度在允許范圍內(nèi)有效措施。再熱參數(shù)選擇合適，可進(jìn)一步提高初壓和熱經(jīng)濟(jì)性。再熱可使工質(zhì)增加焓降，若汽輪機(jī)功率不變，可減小汽輪機(jī)的汽耗量，再熱可采用更高的蒸汽初壓，但會使汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)、布置及運(yùn)行方式復(fù)雜化，金屬耗量及造價增加，設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用增加，一般在200MW以上的超高參數(shù)汽輪機(jī)上才采用蒸汽中間再熱。,再熱循環(huán)熱效率相對提高為rh：,當(dāng),則,當(dāng),則,當(dāng),則,整個在熱循環(huán)吸熱平均溫度是否能提高，取決于兩個基本參數(shù)再熱壓力和再熱溫度,（二）理想再熱循環(huán)熱經(jīng)濟(jì)性分析,1再熱循環(huán)的熱效率,存在一個最佳再熱壓力,2.實(shí)際再熱循環(huán)的內(nèi)效率,反平衡算法：,二、最佳再熱參數(shù)的選擇1一次煙氣再熱溫度(再熱前溫度）,最大值是取其一階導(dǎo)數(shù)，并取其等于零。即,等價卡諾循環(huán)的熱效率：,最佳點(diǎn)：,需采用逐步逼近法來求得,2二次煙氣再過熱溫度,再熱前最佳蒸汽壓力prh,i，一般取為（0.2-0.3）p0，再熱前有回?zé)岢槠≈灯孪?；無回?zé)岢槠≈灯舷?，再熱蒸汽管道壓損取為（8%-12%）prh,i,3我國再熱式汽輪機(jī)的蒸汽初參數(shù)、再熱參數(shù),三、具有蒸汽再熱的回?zé)嵫h(huán),再熱式機(jī)組采用回?zé)岬姆椒商岣邿峤?jīng)濟(jì)性。與非再熱式機(jī)組比較，采用回?zé)釙r提高熱經(jīng)濟(jì)性的幅度要小。,在各級回?zé)崃坎蛔兊臈l件下，再熱后各級回?zé)岬钠蕦岣?各級回?zé)岢槠禂?shù)減小，若維持功率不變，勢必會使凝汽系數(shù)加大，故再熱循環(huán)的動力系數(shù)Ar,rh小于回?zé)嵫h(huán)的動力系數(shù)Ar，削弱回?zé)嵝Ч?1再熱對傳熱過程的影響抽汽過熱度越高，導(dǎo)致?lián)Q熱溫差加大，額外火用損er越大,2再熱回?zé)嵫h(huán)的最佳給水回?zé)釁?shù)最佳參數(shù)選擇與分析回?zé)嵫h(huán)時有相同的結(jié)果,須強(qiáng)調(diào)指出，再熱雖有削弱回?zé)嵝Ч囊幻妫贌崾綑C(jī)組采用回?zé)岬臒峤?jīng)濟(jì)性（再熱效率增加+回?zé)嵝试黾?，雙重效應(yīng)）仍高于無再熱的回?zé)釞C(jī)組。,再熱對回?zé)岱峙涞挠绊?，主要反映在最終給水溫度（對應(yīng)最高一級的抽汽壓力）和再熱后即中壓缸第一個抽汽口壓力的選擇。國產(chǎn)大容量再熱式機(jī)組的高壓缸都有一個抽汽口以保證給水溫度為最佳值。另外為了簡化汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)，降低成本，通常利用高壓缸排汽一部分作為一級回?zé)岢槠詼p少一個回