原則性的熱力系統(tǒng)

原則性的熱力系統(tǒng)第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)、熱力系統(tǒng)及主設(shè)備選擇原則一、熱力系統(tǒng)1、定義：將熱力設(shè)備按照熱力循環(huán)的順序用管道和附件連接起來的一個有機整體。2、組成：回熱加熱系統(tǒng)（汽輪機回熱系統(tǒng)）＋輔助熱力系統(tǒng)（鍋爐排污系統(tǒng)）＋對外供熱系統(tǒng)。3、分類：發(fā)電廠熱力系統(tǒng)圖分為：（1）原則性熱力系統(tǒng)圖（2）全面性熱力系統(tǒng)圖。第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三4、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)圖目的

：表明能量的轉(zhuǎn)換與利用的基本過程，它反映了發(fā)電廠動力循環(huán)中工質(zhì)的基本流程、能量轉(zhuǎn)換與利用過程的完善程度（又稱：計算熱力系統(tǒng)，對設(shè)計電廠時，原則性熱力系統(tǒng)圖的擬定非常重要）。發(fā)電廠組成部分：鍋爐，汽輪機，發(fā)電機，主蒸汽及管道，再熱蒸汽管道連接系統(tǒng)，給水回熱加熱系統(tǒng)，鍋爐連續(xù)排污利用系統(tǒng)，補充水系統(tǒng)，熱電廠對外供熱系統(tǒng)。第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三原則性熱力系統(tǒng)圖：相同參數(shù)下凡是熱力過程重復，作用相同的設(shè)備及管道均不畫出。特點：簡捷、清晰，無相同或備用設(shè)備應(yīng)用：決定系統(tǒng)組成、發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三N300-16.7/538/538型機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三5、發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)：是在原則性熱力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上充分考慮到發(fā)電廠所必須的連續(xù)性、安全性、可靠性、靈活性后所組成的實際熱力系統(tǒng)。設(shè)備組成：包括發(fā)電廠中所有的熱力設(shè)備，管道及附件，包括主、輔設(shè)備，主管道及旁路管道，正常運行與事故備用的，機組啟停機，保護及低負荷切換運行的管路管件都需要在電廠全面性熱力系統(tǒng)圖上反映（所有設(shè)備均畫出）。第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)包括：（1）主蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)；（2）旁路系統(tǒng)；（3）回熱加熱（回熱抽汽及疏水）系統(tǒng)；（4）給水系統(tǒng)；（5）除氧系統(tǒng)；（6）主凝結(jié)水系統(tǒng)；（7）補充水系統(tǒng)；（8）鍋爐排污系統(tǒng)；（9）供熱系統(tǒng)；（10）廠內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)；（11）鍋爐啟動系統(tǒng)。第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三二、發(fā)電廠形式和容量的確定1、發(fā)電廠設(shè)計程序：初步可行性研究，可行性研究，初步設(shè)計，施工圖設(shè)計。2、建電廠形式：（1）只有電負荷：凝汽式電廠；（2）需供熱：熱電聯(lián)產(chǎn)；（3）燃燒低熱值燃料：坑口電廠；（4）天然氣充足：燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)。3、容量確定：盡量建大容量高參數(shù)電廠。第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三三、主要設(shè)備選擇原則幾個重要概念：（1）汽輪機銘牌出力：指汽輪機在額定進汽和再熱參數(shù)工況下，排汽壓力為11.8kPa，補水率為3％，汽輪機組的保證出力。（2）汽輪機組保證最大連續(xù)出力（TMCR）：是指汽輪機在通過銘牌出力所保證的進汽量、額定主蒸汽和再熱蒸汽工況下，在正常的排汽壓力（4.9kPa）下，補水率為0％時，機組能保證達到的出力。第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（3）汽輪機組在調(diào)節(jié)汽門全開時（VWO）最大計算出力：指汽輪機組調(diào)節(jié)汽門全開時通過計算最大進汽量和額定的主蒸汽、再熱蒸汽工況下，并在正常排汽壓力（4.9kPa）下，補水率為0％條件下計算所能達到的出力。其他:美國設(shè)計的大容量火電機組汽輪發(fā)電機組在調(diào)節(jié)汽門全開和所有給水加熱器全部投運之下，超壓5%連續(xù)運行的能力，以適應(yīng)調(diào)峰的需要。第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三美國西屋公司（WH）生產(chǎn)的500MW機組，在額定蒸汽參數(shù)為16.7MPa/538℃/538℃,排氣壓力為11.8Pa，補水率為3%時，其銘牌出力為500MW。美國西屋公司（WH）生產(chǎn)的500MW機組保證流量為1589t/h，排氣壓力為4.9kPa，補水率為0%時的最大保證出力為525MW。WH公司500MW機組增加5%的流量裕度一般可增加4.5%的出力，所以其VWO工況出力為525×1.045=548.6（MW）。大容量火電機組（除核電站外）都要求機組應(yīng)具有在調(diào)節(jié)汽門全開和所有給水加熱器全部投運之下，可超過5%(5%overpressure,5%OP)連續(xù)運行的能力，以適應(yīng)調(diào)峰的需要，此運行方式下，又可增加5%的流通能力，出力也比VWO工況下再增加4.5%，因此WH公司500MW機組在（vwo+5%OP）的工況下的出力為548.6×1.045=573.3（MW）第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（一）汽輪機組

1、汽輪機容量最大機組容量不宜超過系統(tǒng)總?cè)萘康?0%；大容量電力系統(tǒng)，選用高效率的300MW、600MW機組；2、汽輪機參數(shù)采用高效率大容量中間再熱式汽輪機組；大型凝汽式火電廠汽輪機組采用亞臨界和超臨界：300MW、600MW、800MW、1000MW。3、汽輪機臺數(shù)汽輪發(fā)電機組臺數(shù)4～6臺，機組容量等級不超過兩種；同容量機、爐采用同一制造廠的同一型式。第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（二）、鍋爐機組1、鍋爐參數(shù)□鍋爐過熱器出口額定蒸汽壓力為105％汽輪機額定進汽壓力；□過熱器出口額定蒸汽溫度高于汽輪機額定進汽溫度3℃；□冷段再熱蒸汽管道、再熱器、熱段再熱蒸汽管道的壓力降分別為汽輪機額定工況下高壓缸排汽壓力的1.5%～2.0%、5%、3.5～3%；□再熱器出口額定蒸汽溫度比汽輪機中壓缸額定進汽溫度高3℃。第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三2、鍋爐型式（1）大型火力發(fā)電廠幾乎都采用煤粉爐，其效率高，可達90～93％；（2）水循環(huán)方式：亞臨界參數(shù)(16.18MPa以下)及其以下：自然循環(huán)亞臨界參數(shù)(16.18～23.54MPa)：強制循環(huán)或自然循環(huán)超臨界參數(shù)（23.54～32MPa）:強制循環(huán)直流爐。

超超臨界參數(shù)（32MPa以上的）:強制循環(huán)直流爐。3、鍋爐容量與臺數(shù)（1）凝汽式發(fā)電廠一般一機配一爐（不設(shè)備用鍋爐）；第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（2）鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）按汽輪機最大進汽量工況相匹配；（3）熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠選擇鍋爐容量和臺數(shù)：需要保證汽輪機進汽量不得低于鍋爐最小穩(wěn)定燃燒的負荷，以保證鍋爐的安全穩(wěn)定運行。（4）考慮：當熱電廠一臺最大鍋爐停運時，其余鍋爐應(yīng)滿足以下要求：

A：保證用戶連續(xù)生產(chǎn)所需的生產(chǎn)用汽量；

B：冬季采暖、通風和生活用熱量的60％－70％，寒冷地區(qū)取上限。此時可降低部分發(fā)電出力。第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)舉例

一、亞臨界參數(shù)機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

蒸汽進入汽輪機初參數(shù)：壓力小于16.18MPa第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三汽輪機按主蒸汽參數(shù)分類低壓汽輪機：小于1.47MPa；中壓汽輪機：1.96~3.92MPa；高壓汽輪機：5.88~9.81MPa；

超高壓汽輪機：為11.77~13.93MPa；

臨界壓力汽輪機：15.69~17.65MPa；超臨界壓力汽輪機：大于22.15MPa；超超臨界壓力汽輪機：大于32MPa。

第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三2

汽論機分類：汽輪機沖動式汽輪機反動式汽輪機凝汽式汽輪機供熱式汽輪機背壓式汽輪機調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機低壓汽輪機中壓汽輪機高壓汽輪機超高壓汽輪機亞臨界壓力汽輪機超臨界壓力汽輪機按作功原理分按功能分按參數(shù)高低分蒸汽主要在噴嘴或靜葉片中進行膨脹蒸汽在噴嘴(或靜葉片)和動葉片中膨脹

第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三N600-16.67/537/537型機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三N600-17.75/540/540型機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三N300-16.7/538/538型機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三二、超臨界參數(shù)機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

超臨界參數(shù)機組：壓力大于23.54MPa，小于32MPa。超超臨界參數(shù)機組：

壓力大于32MPa。第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三引進的超臨界K-500-240-4型機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三引進的N600-25.4/538/566超臨界機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三超超臨界325MW兩次中間再熱凝汽機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三國產(chǎn)CC200–12.75/535/535型雙抽汽凝汽式機組熱電廠原則性熱力系統(tǒng)三、供熱機組熱電廠原則性熱力系統(tǒng)第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三超臨界壓力單采暖抽汽T-250/300-23.54-2熱電廠原則性熱力系統(tǒng)第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三雙軸凝汽式機組（1300WM）的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)四、火電廠單機容量最大機組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三單軸1200MW凝汽式機組發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的計算

在熱力發(fā)電廠的設(shè)計或運行中，常需進行全廠熱力系統(tǒng)的計算。應(yīng)用場合例如：①論證發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的新方案；②新型汽輪機本體的定型設(shè)計；③設(shè)計電廠采用非標準設(shè)計；④擴建電廠設(shè)計時，新舊設(shè)備共用的熱力系統(tǒng)；⑤運行電廠對原有熱力系統(tǒng)作較大改進；一、計算的主要目的⑥分析研究發(fā)電廠熱力設(shè)備的某一特殊運行方式，如高

壓加熱器停運后減少出力，增大推力軸承的應(yīng)力是否超過設(shè)計值等。設(shè)計運行第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三確定電廠某一運行方式時的各項汽水流量及其參數(shù)，該工況下的發(fā)電量、供熱量及其全廠熱經(jīng)濟指標，以分析其安全性和經(jīng)濟性。根據(jù)最大負荷工況計算的結(jié)果，作為選擇鍋爐、熱力輔助設(shè)備和管道及其附件的依據(jù)。發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)計算的主要目的：

對于凝汽式電廠，一般只計算最大電負荷和平均電負荷工況，若夏季電負荷較高，供水條件又較差時，還需計算夏季工況。對于僅有全年工藝熱負荷的熱電廠，一般計算電、熱負荷均為最大時的工況和最大電負荷、平均熱負荷時的工況；對有采暖熱負荷的熱電廠，還應(yīng)計算采暖熱負荷為零時的夏季工況；校核熱電廠在最大熱負荷時，抽汽供熱式汽輪機和凝汽—采暖兩用式汽輪機的最小凝汽流量；計算熱電廠的全年節(jié)煤量。第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三二、計算的原始資料發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)圖；指定的電廠計算工況；汽輪機、鍋爐及熱力系統(tǒng)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)；給定工況下輔助熱力系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)。第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三具體包括：汽輪機組的熱平衡計算圖：最大工況、額定工況、經(jīng)濟工況、二閥全開工況、一閥全開工況、高加切除工況、夏季最大工況；鍋爐熱力計算數(shù)據(jù)：額定工況Db、90%Db、70%Db、50%Db；輔助系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)；其它數(shù)據(jù)：汽水損失率，鍋爐排污率，壓損，散熱損失，ηm、ηg等。第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三三、計算的方法與步驟（一）計算方法的分類1按基于熱力學定律情況分：基于熱力學第一定律的常規(guī)計算法、等效熱降（焓降）法、循環(huán)函數(shù)法等；基于熱力學第二定律的熵方法、火用方法等。2按計算工具分：常規(guī)的手工計算和編程后用電子計算機計算（又有在線、離線計算的不同）；3按給定參數(shù)分：定功率法和定流量法；4按熱平衡情況分：正平衡計算法，反平衡計算法。主要介紹常規(guī)的手工計算方法，以汽輪發(fā)電機組的電功率Pe為定值，通過計算求得所需的蒸汽量，稱為定功率計算法，設(shè)計運行部門用得較為普遍；以汽輪發(fā)電機組的進汽量D0為定值，通過計算求得機組所發(fā)的電功率，稱為定流量計算法，汽輪機制造廠用得較多。第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三（二）計算的基本公式熱力系統(tǒng)計算的主要內(nèi)容：通過各個加熱器的熱平衡方程式求各個加熱器的抽汽量或抽汽份額；通過物質(zhì)平衡式求凝汽流量或凝汽份額；通過汽輪機的功率方程式求機組電功率或機組汽耗量。第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三(三)計算的步驟以凝汽式發(fā)電廠額定工況的定功率計算為例，說明其計算步驟：1.整理原始資料，編制汽水參數(shù)表。合理選擇和假定某些未給出的數(shù)據(jù)。如：新蒸汽壓損△P0(=3%~7%)P0；再熱蒸汽壓損△Prh(≤10%Prh)；各級抽汽管壓損△Pj=(3%~8%)Pj；加熱器熱效率ηh=0.98~0.99；加熱蒸汽焓的利用系數(shù)η=0.985~0.995；機械效率ηm=0.99左右；發(fā)電機效率ηg=0.98~0.99。2.按“先外后內(nèi)”，再“從高到低”的順序計算。為便于計算，通常是先“由外到內(nèi)”，即從供熱設(shè)備(蒸汽交換器、熱網(wǎng)加熱器)，水處理設(shè)備，鍋爐連續(xù)排污擴容器開始進行計算，而后計算機組“內(nèi)部的”回熱系統(tǒng)，按照“從高到低”的順序計算各級回熱抽汽量Dj（或αj）,凝汽流量Dc（或凝汽份額αc）

；3.計算汽輪機汽耗或功率、熱耗，鍋爐的熱負荷及管道效率等；4.計算全廠的熱經(jīng)濟性指標。第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三

共同點：

①求解多元一次線性方程組；②其計算原理和基本方程式是相同的；③均可用汽水流量的絕對量或相對量計算；④兩者計算的步驟也是類似。差異點：

①計算范圍和要求的不同；②小流量的汽耗量處理不同；③先“由外到內(nèi)”再“從高到低”；④某些項目的物理概念不同。四、全廠熱力計算與機組熱力計算的異同第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期三熱平衡式一般有兩種寫法：1.吸熱量=放熱量h，h為加熱器的效率；2.流入熱量=流出熱量；其中流入熱量中的蒸汽部分應(yīng)乘以蒸