火電廠熱力系統(tǒng)計算分析課件

1、火電廠熱力系統(tǒng)計算分析參考教材：火電廠熱力系統(tǒng)計算分析李勤道編.1一、等效熱降法概述等效熱降理論是一種新的熱工理論。在六十年代后期，它首先由原蘇聯(lián)庫茲涅佐夫提出，并在七十年代，由西安交通大學林萬超教授發(fā)展、成熟，形成了完善的理論體系。.2等效熱降法基于熱力學的熱功轉(zhuǎn)換原理，考慮到設(shè)備質(zhì)量、熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特點，經(jīng)過嚴密地理論推演，導(dǎo)出幾個熱力分析參量 ，用以研究熱工轉(zhuǎn)換及能量利用程度的一種方法。各種實際熱力系統(tǒng)，在系統(tǒng)和參數(shù)確定后，這些參量也就隨之確定，并可通過一定公式計算，成為一次性參數(shù)給出。對熱力設(shè)備和系統(tǒng)進行分析時，就是用這些參數(shù)直接分析和計算。.3用途：整體熱力系統(tǒng)的計算熱力系統(tǒng)的

2、局部定量分析，不需要全盤重新計算就能查明系統(tǒng)變化的經(jīng)濟性，它只研究與系統(tǒng)改變有關(guān)的那些部分，并用給出的一次性參量進行局部定量，確定變化的經(jīng)濟效果。這種方法經(jīng)實踐應(yīng)用頗為簡便。.4二、等效熱降法實際計算步驟一熱力參數(shù)的整理1定義：把熱力系統(tǒng)中繁多的熱力參數(shù)整理為三類q ：:給水在加熱器中的焓升，按加熱器編號有 1 2 3 對每一個加熱器來說，加熱器出口水焓該加熱器入口水焓為.5q:蒸汽在加熱器中的放熱量，按加熱器編號有 q1 q2 qj 以及其它汽源的放熱量 qfj 等；:疏水在加熱器中的放熱量，按加熱器編號有1、 2 3。 j.62 不同加熱器的參數(shù)計算把加熱器分成兩類：疏水放流式加熱器，它們

3、屬面式加熱器，其疏水方式為逐級自流者匯集式加熱器，它們是指混合式加熱器或帶疏水泵的面式加熱器，其疏水匯集于本加熱器的進口或出口.7根據(jù)加熱器的類型不同，其加熱器的 、 q 、 的計算規(guī)定也各不同。自流式匯集式（混合式和疏水泵）.8疏水放流式加熱器三參數(shù)的計算與匯集式相同基準.9匯集式三參數(shù)的計算這樣規(guī)定的特點：將加熱蒸汽與疏水在加熱器中的放熱，過度地放到加熱器的入口。這樣的虛構(gòu)處理，并不影響加熱器的熱平衡和物質(zhì)平衡，卻人為地造成了加熱器進、出口工質(zhì)相等的條件，可簡化計算。.10系統(tǒng)的各種附加成份的處理如軸封蒸汽的利用、抽氣加熱器、軸封加熱器、泵的焓升以及外部熱源的利用等，分別歸并入相應(yīng)的加熱器

4、內(nèi)，一律不再單獨分系統(tǒng)計算。.11寫出下圖的q .12.13.14二、抽汽等效熱降和抽汽效率的計算 什么是等效熱降對于純凝汽式汽輪機，1kg 新蒸汽的做功就等于它的焓降.15對有回熱抽汽的汽輪機1kg 新蒸汽做功.16顯然，這個作功不是1kg 新蒸汽的簡單熱降，它比純凝汽新蒸汽熱降 H h0hn小。但是，它與純凝汽式輪機中的 H 又類似，它們都是 1kg 新汽的實際作功。為了有別于純凝汽熱降 H ，故稱這個作功為等效熱降。等效的數(shù)量含意，它是指回熱抽汽式汽輪機1kg 新蒸汽的作功，等效于kg 新蒸汽直達冷凝器的熱降。等效熱降的名字便由此而來。.17基礎(chǔ)知識：效率功/吸熱量要研究系統(tǒng)內(nèi)一個因素的

5、變化引起的電廠效率的變化，就需研究功與吸熱量的變化，在此過程中，應(yīng)盡量保持一個量多數(shù)是功不變，這樣可以簡化過程。推導(dǎo)等效熱降.18抽汽等效熱降和抽汽效率純熱量q （即無工質(zhì)帶入系統(tǒng)）的進入系統(tǒng)，為了研究效率的變化，需保證吸熱量（僅發(fā)生在鍋爐內(nèi)）不變，就是要使進入鍋爐的給水溫度不變，來研究做功量的變化.19原來用于加熱3加熱器的熱量來自抽熱放熱由于有純熱量q的進入，為了保證給水溫度的不變，必須減少抽汽放熱量，就等于有一部分蒸汽被節(jié)約了，從而返回汽輪機可以做功.20假設(shè)這個純熱量 q 進入3 加熱器中，正好使3 的抽汽節(jié)約 1kg , 這1kg 蒸汽稱為排擠抽汽。這個被排擠的抽汽中有一部分作功到汽

6、輪機的出口，另一部分作功到后面各抽汽口再被抽出用以加熱給水。.21由于3 加熱器抽汽減少 1kg ，在僅有熱量加入而無工質(zhì)加入時，其疏水也相減少 1kg ，因而使2 加熱器由于疏水帶入的熱量減少這個減少的熱量應(yīng)由2 段抽汽來補償，其補償量為xv2=q2*1.22排擠抽汽繼續(xù)向后流動的份額只有（ 1-a 23）了。這部分蒸汽膨脹作功并凝結(jié)后，產(chǎn)生相同數(shù)量的水返回1 加熱器。 1 加熱器為了加熱這部分水，因而抽汽量應(yīng)增加1kg1 -a 23匯集式加熱器，不引起疏水量變化.23由于在1 和2 加熱器中增加了抽汽份額，并產(chǎn)生了作功不足，故3 加熱器排擠 1kg 抽汽返回汽輪機的作功等于這個作功稱為抽汽

7、的等效熱降，并用符號 Hj 表示。.24抽汽等效熱降 Hi ，在抽汽減少情況下表示 1kg 排擠抽汽作功的增加值；反之，抽汽量增加時，則表示作功的減少值。顯然，它考慮了比該抽汽壓力更低的抽汽量的變化。.25抽汽效率j，如同一般效率概念一樣，是作功與加入熱量之比。如排擠 1kg 抽汽，需要加入的熱量為 qj ，而排擠 1kg 抽汽獲得的功為 Hj 。抽汽效率為：.261-1多抽a 23那進入?yún)R集式加熱器的工質(zhì)會不會引起數(shù)量的不平衡呢？少1-a 23由于進入1.的疏水量沒有變，所以1-a 23抽汽都進入凝汽器多1-a 23.27抽汽等效熱降 Hj 的計算計算抽汽等效熱降從冷凝器開始較易確定。假定1

8、獲得熱量 q1，恰使其抽汽減少 1kg ，則該排擠蒸汽返回汽輪機中繼續(xù)作功，其等效熱降等于它的實際熱降。即.282如獲得熱量 q2，恰使抽汽減少 1kg 。這時進入1 中的疏水也將相應(yīng)減少 1kg ，因而疏水在1中的放熱量將減少1 。為了補償這個加熱不足，1加熱器抽汽將增加余下的排擠抽汽（ 1-a 12 ）將直達冷凝器。因此，第二段抽汽的等效熱降等于.293 如獲得熱量 q3 ，恰使其抽汽減少 1kg 。該排擠抽汽的一部分將作功到冷凝器，另一部分將作功1 和2 抽汽口后被抽出，用以加熱 1kg 增添的凝結(jié)水。3 匯集式加熱器排擠 1kg 抽汽，經(jīng)過不同途徑最終都將變?yōu)槟Y(jié)水并匯集于凝汽器，使主

9、凝結(jié)水增添了 1kg 。因而 2 加熱器的抽汽將增加。.30同理，增添的 1kg 主凝結(jié)水，也將流過1 加熱器。同時2 加熱器增加的抽汽份額 a 23 ，其疏水將在1 中放出熱量 a 23 ，因此，1 加熱器的抽汽將增加由此，第三段抽汽的等效熱降.31同理：.32.33通式：如果 j 為匯集式加熱器，則 Ar 均以 r 代之。如果 j 為疏水放流式加熱器，則從j以下直到（包括）匯集式加熱器用r代替 Ar 而在匯集加熱器以下，無論是匯集式或疏水放流式加熱器，則一律以r代替 Ar 。計算不方便.34抽汽效率：.35等效熱降之間的關(guān)系（一）疏水放流式加熱器與其后相鄰加熱器之間的等效熱降關(guān)系其后相鄰加

10、熱器是疏水放流式.36j 一 1 為疏水放流式加熱器，.37j-1為匯集式.38由此得出，疏水放流式加熱器與其后相鄰加熱器（不論其型式如何）之間的等效熱降關(guān)系的通式為.39它的物理意義是，排擠 j 段抽汽 1kg ，從 j 到 j-1 的做功為 hj-hj-1，這1kg 排擠抽汽到j(luò)-1處只有 kg 繼續(xù)往后流動膨脹，而該處1kg 排擠抽汽的等效熱降為1kg 蒸汽的做功為 Hj-1該式的意義在于從低加向高加計算，計算完H1，再計算H2，可以利用相鄰的關(guān)系簡化計算.40（二）匯集式加熱器之間的等效熱降關(guān)系.41它的物理意義是，匯集加熱器j的 1kg 排擠抽汽返回汽輪機作功到更低匯集加熱器 m 時

11、，它仍具有等效熱降 Hm。而從 j 到 m 的焓降 hj hm ，應(yīng)減去 j 到 m 之間因抽汽份額增加而減少的作功，才是排擠抽汽在 j 到 m 的作功.42.43新蒸汽等效熱降的計算1kg 新蒸汽的實際做功，即新蒸汽的等效熱降為把鍋爐視為匯集式加熱器即可.44毛等效熱降：由于這樣的計算沒有考慮軸封蒸汽的滲漏及利用、加熱器的散熱、抽氣器耗汽及泵功能量消耗等輔助成份的作功損耗如果扣除這些附加成份的作功損失，則稱為凈等效熱降。.45其實全部抽汽等效熱降和抽汽效率，是一些完全確定的數(shù)值和物理含意相當確切的參量。它們以一次性參數(shù)供給，不必經(jīng)常計算，成為分析熱力系統(tǒng)的重要參數(shù)。新機組的這些參數(shù)，最好由制

12、造廠提供。運行多年或參數(shù)有變化的機組，可通過熱力試驗給予確定。.46其物理意義是：等效熱降 Hi 是 1kg 抽汽流從NOj 處返回汽輪機的真實作功能力，它標志汽輪機各抽汽口蒸汽的能級或能位高低。 Hj 愈大，它所處的能級就愈高，汽流的作功能力也就愈大.47抽汽效率表示任意熱量加到汽輪機的回熱系統(tǒng)NO j 處時，該熱量在汽輪機中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭然蚍蓊~。在新蒸汽部位的效率最大， 而冷凝器的最小，等于零。.48等效熱降應(yīng)用的基本規(guī)則一、純熱量進、出熱力系統(tǒng)由于該熱量從加熱器 j 和 j-1 之間進、出系統(tǒng)，熱量利用或失損在能級 j 上，故新蒸汽等效熱降的增、減量為.49=(-)/-不用記憶，只需重新

13、代入即可.50如給水泵的焓升，除氧器排氣余熱的回收利用，以及熱力設(shè)備和管道的散熱等均屬無工質(zhì)攜帶的內(nèi)部熱源。它們進系統(tǒng)是一個內(nèi)部純熱量的利用問題，出系統(tǒng)則是純熱量損失問題。.51.52二、蒸汽攜帶熱量進、出系統(tǒng)對于進系統(tǒng)情況，可把熱量 afhf ，分為純熱量 a f ( h f一 hj ）和帶工質(zhì)熱量 afhj 來計算.53對于出系統(tǒng)情況，為了保持系統(tǒng)工質(zhì)的平衡，必須從凝汽器補入相同數(shù)量的化學水。顯然，這時主凝結(jié)水量不變，因而不會引起各抽汽量的變化，故出系統(tǒng)的蒸汽系直達凝汽器的汽流，故損失做功為.54三、熱水攜帶熱量從主凝結(jié)水或給水管路進、出系統(tǒng)純熱量帶工質(zhì)的熱量 ，正好與混合點凝結(jié)水焓值同，

14、因此 afkg 熱水恰好頂替 afkg 主凝結(jié)水。為了保持系統(tǒng)工質(zhì)的平衡，這時進入凝汽器的化學補水相應(yīng)減少 af 。顯然，它使加熱器中流過的主凝結(jié)水減少 ，因而多做功：.55.56四、熱水帶熱量從疏水管路進、出系統(tǒng)純熱量帶工質(zhì)的熱量沿疏水線逐級自流，在加熱器放出熱量 多作功當該熱水進入?yún)R集加熱器后，正好頂替主凝結(jié)水，為了保持系統(tǒng)工質(zhì)平衡，這時進入冷凝器的化學補給水將相應(yīng)減少 因而獲得作功；.57對于出系統(tǒng)情況，顯然，由于疏水輸出系統(tǒng)， 每千克疏水均損失做功 。 為了保持系統(tǒng)工質(zhì)的平衡，必須從凝汽器補入相同數(shù)量的化學補水，該補水進入系統(tǒng)后，沿低壓加熱器逐級吸熱并進入?yún)R集加熱 器 m ，以補充疏水

15、出系統(tǒng)損失的工質(zhì)，因而損失做功：.58五、關(guān)于再熱.59抽汽再熱系數(shù):j 段 1kg 排擠抽汽通過再熱器的份額當再熱冷段#c 排擠1kg 抽汽時，再熱器通過的份額顯然增加 1kg , 即該排擠抽汽全部經(jīng)過再熱器.60當#c+1 排擠 1kg 抽汽時，因有c/qc抽汽分配到 c 加熱器中，故該排擠抽汽經(jīng)過再熱器只有（1c/qc ）kg ，因而c + 1 段抽汽再熱系數(shù)：.61.62.63新汽再熱系數(shù)的計算1kg 新蒸汽在高壓缸做功后到達到再熱器的份額稱為新蒸汽再熱系數(shù)新蒸汽毛再熱系數(shù)：只考慮主循環(huán)系統(tǒng)新蒸汽凈再熱系數(shù)：考慮有關(guān)輔助成份的影響.64鍋爐為匯集式加熱器：再熱系數(shù).65局部變動引起的再

16、熱蒸汽份額變化 zr 的計算再熱機組，某些局部變動將引起其再熱蒸汽份額發(fā)生變化。對于純熱量q進、出系統(tǒng)，運用抽汽再熱系數(shù)概念，可很容易求 zr ，即.66對于有工質(zhì)的熱量進、出系統(tǒng)，必須象計算 H 一樣，分為純熱量和帶工質(zhì)的熱量處理。其中，純熱量部分引起的再熱蒸汽份額變化，運用抽汽再熱系數(shù)概念容易計算；而帶工質(zhì)部分，是 1kg 頂替 1kg ，并直達再熱器。若蒸汽攜帶熱量進、出系統(tǒng), 則進系統(tǒng)使再熱蒸汽份額增加.67出系統(tǒng)使再熱蒸汽份額減少.68若熱水攜帶熱量進、出給水管路（則進系統(tǒng)使再熱蒸汽份額增加.69出系統(tǒng)使再熱蒸汽份額減少.70若熱水攜帶熱量進、出疏水管路進系統(tǒng)使再熱蒸汽份額增加.71

17、出系統(tǒng)使再熱蒸汽份額減少.72六、補水地點引起的作功差異前面論述攜帶工質(zhì)的內(nèi)、外熱源用于系統(tǒng)、以及帶工質(zhì)的熱量出系統(tǒng)的分析計算，均以補水進入冷凝器為基點。如果實際補水進入除氧器時，則前述諸計算公式都應(yīng)增添一項補水地點引起的作功差異。.73由冷凝器補入改為從除氧器補入引起的作功差異定量分析，其值為由于補水進入除氧器增加了除氧器用汽，因而新蒸汽作功減少了但補水不進冷凝器，也不沿低壓加熱器逐級吸熱，故獲得作功為.74以200MW機組為例進行等效熱降計算分析.75.76.77.78放流式1計算三參數(shù).79匯集式.80放流式.81匯集式.82.83放流式.84.85無疏水熱量進入1低加.86.872計算

18、抽汽等效熱降和抽汽效率.883計算新蒸汽等效熱降 ( 1 ）新蒸汽毛等效熱降 HM.894計算輔助成份的作功損失計算新蒸汽等效熱降時知，新蒸汽毛等效熱降 HM 扣除熱系統(tǒng)全部輔助成份的作功損失 ，就得到新蒸汽凈等效熱降。.90給水泵消耗功，但又以熱量形式回收利用于能級6，故按本章計算法則，給水泵損失功為.91供汽損失功回收利用到系統(tǒng)的功.92.93.94.95.965新蒸汽凈等效熱降6 新蒸汽再熱系數(shù)計算.97( 2 ）新蒸汽毛再熱系數(shù) azrM計算( 3 ）新蒸汽凈再熱系數(shù) a z r 計算 a z r =0.01112azr = azrM - a z r=0.877756.987計算汽輪裝

19、置效率i等效熱降的基本計算完成！以后此類機組直接使用即可！.99 a z r =0.01112 a z r = a f 14+ a zr (散熱損失引起） .100火電廠熱力系統(tǒng)局部定量計算分析一、軸封汽的滲漏量的變化帶來的經(jīng)濟影響計算思路（1）蒸汽出系統(tǒng)帶來的作功損失（2）回收利用到系統(tǒng)內(nèi)帶來的作功增加兩者之差即是！.101調(diào)速汽門的門桿漏汽 afm軸封 A 處漏汽 被收集利用于加熱器 j 中；軸封 B 處漏汽 進入軸封加熱器，加熱主凝結(jié)水；軸封 C 處漏汽 收集利用于加熱器 1 中。.102.103.104二、廠用蒸汽引起的變化如廠用汽份額 ac 0 . 05.105三、噴水減溫系統(tǒng)1、過

20、熱器噴水給水泵出口分流最高加熱器出口分流無影響.106減溫水來自給水泵出口的系統(tǒng)由于噴水減溫，分流量 a, 不經(jīng)過高壓加熱器，減少了 7 、 6 加熱器的回熱抽汽，作功增加.107再熱器噴水（一）噴水從高壓加熱器出口分流噴水現(xiàn)吸收hzr-hfw 原吸收h0-hfw+hzr-hzl.108噴水從給水泵抽頭分流從給水泵抽頭分流的減溫水，再熱器噴水份額為 aPs，由于不經(jīng)過高壓加熱器及其產(chǎn)生的汽流不流經(jīng)汽輪機的高壓缸，故少做功.109循環(huán)的吸熱量下降.110四、加熱器端差 T加熱器端差是指加熱蒸汽的飽和溫度與加熱器出口水溫之差。.111注意：在計算中必須區(qū)別下面幾種情況，分別采用不同的計算公式：(

21、1 ）流經(jīng)加熱器的水份額不是 1 ，而是 aH ，則新蒸汽等效熱降降低 H 的計算式為.112( 2 ）當加熱器如 j + 1 有疏水冷卻器時，加熱器加 j 出現(xiàn)加熱不足如圖：.113( 3 ）當加熱器加 j + 1 是匯集型加熱器時，加熱器j 出現(xiàn)加熱不足 如圖這時加熱不足 將使流過加熱器 j 中的水份額 aH 發(fā)生變化，當端差或加熱不足增大時為正.114( 4 ）最后一個高壓加熱器不僅有作功變化，而且還有循環(huán)吸熱量變化。.115五、工質(zhì)滲漏的作功能力損失排污利用分析.116六、低壓省煤器.117七抽氣器系統(tǒng)蒸汽抽氣器所需要的蒸汽源，可以是新蒸汽，也可以是高壓除氧器汽平衡管的蒸汽。由于抽氣器

22、的耗汽，新蒸汽的作功能力將下降，機組的熱經(jīng)濟性相應(yīng)降低。使用新蒸汽汽源，由于其能位高，損失的作功能力就大。.118使用除氧器汽平衡管的汽源，由于蒸汽的能位不是太高，相應(yīng)的作功能力損失較小，與新蒸汽源相比，其經(jīng)濟性相對說來較高。在定壓除氧時，該汽源壓力穩(wěn)定，有利于抽氣器的可靠工作。所以大型機組多數(shù)采用這種汽源系統(tǒng)。.119為了完善抽氣器系統(tǒng)，減少損失，提高經(jīng)濟效益，通常都裝有抽氣加熱器，對抽氣器排出的混合汽體進行余熱回收利用。當然，冷卻抽氣器排汽也是維持多級抽氣器正常工作所必需的條件。.120做功損失計算用新蒸汽作為抽氣器汽源的系統(tǒng).121用除氧器汽平衡管蒸汽作抽氣器汽源按等效熱降應(yīng)用法則分析。

23、抽氣器耗汽 ac可視為一個單獨的閉合回路，即從冷凝器開始，份額為 ac的凝結(jié)水沿各低壓加熱器加熱后，進入除氧器，在除氧器中繼續(xù)加熱，并汽化成飽和蒸汽，該蒸汽在抽氣器中完成抽氣任務(wù)后，排入抽氣加熱器中進行余熱回收利用，其凝結(jié)水返回冷凝器繼續(xù)循環(huán)。.122損失作功:回收功.123抽氣器系統(tǒng)的作功損失為.124這種定量分析方法，可以用來比較蒸汽抽氣器與水力抽氣器以及機械真空泵的經(jīng)濟效益。目前，不少電廠同時設(shè)有蒸汽抽氣器和水力抽氣器。這時，可將蒸汽抽氣器系統(tǒng)的作功損失轉(zhuǎn)換為電功，再與水力抽氣器所耗電功相比較，從而確定它們的經(jīng)濟運行方案。.125八補充水系統(tǒng)化學補水進入熱系統(tǒng)的方式通常有兩種。將化學補水

24、直接補入除氧器從冷凝器補入。.126當從冷凝器補入時，化學補水可以在冷凝器中實現(xiàn)初步除氧。當補水溫度低于冷凝器排汽溫度（一般除鹽水溫在 20 左右）且以噴霧狀態(tài)進入冷凝器喉部，則可利用冷的補水回收利用一部分排汽廢熱，改善冷凝器的真空。同時，由于補水流經(jīng)低壓加熱器，利用低能位抽汽逐級進行加熱，減少了高能位的抽氣（與補入除氧器相比）。因而提高了裝置的熱經(jīng)濟性。所以，現(xiàn)代化大型凝汽式機組采用化學深度除鹽水作補充水時，其補水多數(shù)從冷凝器補入。.127補充水引入系統(tǒng)要求：應(yīng)除氧；盡量減少補充水引入熱力系統(tǒng)時引起的不可逆損失溫差小的地方在哪里？.128為便于調(diào)節(jié)水量，或除氧器（小機組）或凝汽器（大中機組）

25、.129補充水的加熱利用電廠的廢熱（如鍋爐連續(xù)排污）和汽輪機的回熱抽汽進行加熱是最有效的匯入系統(tǒng)的地點不同，經(jīng)濟性不同.130如果不計冷凝器真空變化，由于補水引起新蒸汽的作功變化，按熱水進系統(tǒng)分析，得就是說，化學補水進入冷凝器，在不計真空變化帶來的好處時，不論其補水溫度如何，均不會產(chǎn)生作功增益，但也不會產(chǎn)生作功損失。.131補水從除氧器補入的系統(tǒng)。由于補水引起蒸汽為作功變化，可以用等效熱降原理，按熱水進系統(tǒng)分析，得.132散熱損失.133切除加熱器及部分給水自動旁路短路切除最后一個高壓加熱器：按照等效熱降原理，這時，該加熱器所需的全部抽汽熱量將返回汽輪機作功，其電功率將增加.134或者：.135連續(xù)切除多個加熱器（從 j 到 z ）時，其電功率增長為.136連續(xù)切除多個加熱器（從 j 到 z ）時，裝置效率相對降低.137疏水冷卻器由于增設(shè)疏水冷卻器，疏水冷卻放出熱量的利用場所和使用能級發(fā)生了變化。.138內(nèi)置式蒸汽冷卻器采用蒸汽冷卻器將使能級 j 上的蒸汽過熱度熱量 移到j(luò)1 能級上使用。其結(jié)果使 j 十 1 級得到熱量 Tj ，作功增加 ；相反， j 級因送出熱量 ，作功減