第5章热力系统及其经济性Word文档下载推荐.docx

第5章热力系统及其经济性Word文档下载推荐.docx

《第5章热力系统及其经济性Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章热力系统及其经济性Word文档下载推荐.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

–由工质流量平衡：

h0＝（α1＋αc）h0

–由加热器热平衡：

hw1＝α1h1＋αchwc

–则：

q0rg＝h0－hw1＝α1（h0－h1）＋αc（h0－hwc）

–分子：

αc（h0-hc）[1+α1（h0-h1）/αc（h0-hc）]

–分母：

αc（h0-hwc）[1+α1（h0-h1）/αc（h0-hwc）]

–注意到：

ηtrk＝（h0-h1）/（h0-hwc）

–整理得：

ηtrg＝ηtrk（1＋Ar）/（1＋Ar*ηtrk）

Ar＝wr/wc＝α1（h0-h1）/αc（h0-hc）动力系数

4、回热循环的主要特征

•回热可以提高效率：

由ηtrg＝ηtrk（1＋Ar）/（1＋Ar*ηtrk），有ηtrg>

ηtrk

•回热循环吸热量变化：

q0rg{＝h0－hw1}<

q0rk{＝h0－hwc}

•回热循环作功量变化：

wtrg{＝h0－hc－α1（h1－hc）}<

wtrk{＝h0－hc}

•回热循环冷源损失变化：

qcrg{＝αc（hc－hwc）}<

qcrk{＝hc－hwc}

•回热循环汽耗率变化：

因单位工质作功量低，则单位功率耗汽量增加

（二）再热循环

1、再热循环的组成

•再热过程及其作用

–在朗肯循环基础上利用高温烟气加热汽轮机高压缸排汽的过程为再热

–烟气再热器是实现再热换热的设备

提高排汽干度改善循环效率

–再热循环在朗肯循环加烟气再热器

•再热过程的T－s图

–冷再热汽来自汽机高压缸排汽pr’tr’

–高排汽在再热器中吸热提高过热度

–热再热汽进入中压缸继续膨胀作功

2、再热循环效率计算

定义：

ηt＝Wt/Q0＝wt/q0–式中：

•再热循环效率：

wtrh＝h0-hc+αrh（hr-hr’）

αrh为再热汽份额，高压缸无回热αrh＝1

q0rh＝h0-hwc+αrh（hr-hr’）

qcrh＝αc（hc－hwc）

αc为凝汽份额，若汽机无回热αc＝1

ηtrh＝wtrh/q0rh＝1－qcrh/q0rh

3、再热循环的主要特征

•再热可以提高循环效率：

再热可增加高温段吸热比例，提高平均吸热温度

•再热循环吸热量变化：

q0rh{＝h0-hwc+αrh（hr-hr’）}>

q0rk{＝h0－hwc}

•再热循环作功量变化：

wtrg{＝h0-hc+αrh（hr-hr’）}>

•再热循环冷源损失变化：

=qcrk{＝hc－hwc}

•再热循环提高排汽干度：

再热可以提高排汽干度，允许使用更高的初压力

三、凝汽式机组经济指标

1、凝汽式电厂的组成

–锅炉：

燃料通过燃烧使其化学能转化为烟气热能进而通过换热器将烟气热能转换为蒸汽热能

–管道：

将来自锅炉的蒸汽热能传递至汽轮机侧

–汽机：

蒸汽在汽机级内降压膨胀转为轴功排汽经凝汽器以及热力系统回热升压完成动力循环

–轴系：

支撑并连接汽机与发电机转子传递轴功

–电机：

转子转动切割磁力线将轴功转化为电功

2、能量传递环节：

–设备：

锅炉－管道－汽机－轴系－电机

–能量：

化学能－汽热能－机械能－轴功－电能

3、各能量转换环节的热效率

–锅炉效率：

ηb＝Qb/（BQar）Qb是炉侧蒸汽吸热

–管道效率：

ηp＝Q0/QbQ0是机侧蒸汽获热

–汽机效率：

ηi＝Wi/Q0Wi蒸汽机内作功量

–机械效率：

ηm＝Wm/WiWm汽机轴端功量

–电机效率：

ηg＝3600Pe/WmPe发电机电功率

4、凝汽式电厂发供电热效率

–全厂发电热效率：

ηcp＝3600Pe/（BQar）=∏ηk

–全厂供电热效率：

ηcp’＝ηcp（1－ρ）

厂用电率ρ＝P厂用/Pe

5、全厂发电热耗率：

–单位电功耗热量：

HRcp＝（BQar）/Pe；

–转换：

HRcp＝3600/ηcp

6、全厂发电标准煤耗率：

–单位电功耗标煤量：

bs＝Bs/Pe

–转换：

∵ηcp=3600Pe/Bs/29270∴bs＝0.123/ηcp

7、全厂供电热耗率：

HRcp’=HRcp/（1-ρ）供电热耗率高于发电热耗率

8、全厂供电标煤耗率：

bs’=bs/（1-ρ）供电标煤耗率高于发电标煤耗率

9、汽轮机的热效率：

–汽轮机相对内效率：

ηri＝Wi/Wt

–汽轮机循环效率：

ηt＝Wt/Q0

–汽轮机效率：

ηi=Wi/Q0=Wi/Wt*Wt/Q0=ηriηt

–汽轮发电机组电效率：

ηe＝ηiηmηg

10、汽轮发电机组热耗率：

汽轮发电机组热耗率：

HRt＝Q0/Pe=3600/ηe

11、汽轮发电机组汽耗率：

–汽耗率：

SRt＝D0/Pe＝HRt/q0

q0是单位蒸汽循环吸热量与循环形式相关

q0rk=h0-hwc；

q0rg=h0-hfw；

q0rh=h0-hwc+σ

四、给水回热系统

（一）加热器的种类与热平衡

1、加热器的结构特点

–表面式加热器（F型）：

冷热工质经受热面传递热量管内流动冷工质，管外是抽汽及其凝水（称为疏水）

–表面式加热器依管内工质承受压力的高低分为高压加热器（管内为给水）和低压加热器（管内为凝水）

–表面式加热器依其布置方式分为立式和卧式两种

–混合式加热器（C型）：

冷热工质混合传热；

抽汽放热凝为疏水并与受热升温后的冷工质同参数离开

–混合式加热器在实际应用中只有除氧器

–部分F型加热器的热平衡效果等价于混合式加热器如带疏水泵的F型或末级疏水排向热井的F型

2、

加热器的传热过程

（1）表面式加热器的传热过程

–NO.j加热器的热力系统与T－F

–编号依抽汽压力自高而低排序

–抽汽焓hj；

出水焓hwj；

疏水焓hdj

–进口水焓hwj+1；

接受疏水焓hdj-1

–管外凝结放热定压过程温度不变

–管内对流吸热温度升高

•传热特点

–定义端差：

θj＝tsj－twjθj>

–端差取值与设计和传热状况有关

–存在端差出水温度降低加热不足

–疏水的排放导致热量利用不充分

（2）混合式加热器的传热过程

–端差：

θj＝tsj－twj＝0

–无端差出水温度可达到饱和温度

–疏水的热量用于本加热器的加热

–混合式加热器热量利用比较充分

3、加热器的热平衡

（1）表面式加热器的热平衡：

–管侧（管内）流量平衡：

Aj＝X

–壳侧（管外）流量平衡：

αj＋Bj＝Y

–热平衡：

αj*hj+Bj*hdj-1+X*hwj+1=Aj*hwj+Y*hdj

–整理：

αj*（hj-hdj）+Bj*（hdj-1-hdj）=Aj*（hwj-hwj+1）

•热平衡分析：

–抽汽放热量：

qj＝hj－hdj

–疏水放热量：

γj＝hdj-1－hdj

–给水吸热量：

τj＝hwj－hwj+1

–抽汽份额：

αj＝（Aj*τj－Bj*γj）/qj

（2）混合式加热器的热平衡：

–流量平衡：

αj＋Bj＋X＝Aj

αj*hj+Bj*hdj-1+X*hwj+1=Aj*hwj

αj*（hj-hwj+1）+Bj*（hdj-1-hwj+1）=Aj*（hwj-hwj+1）

qj＝hj－hwj+1

γj＝hdj-1－hwj+1

（3）加热器内各吸放热量的计算：

qj=hj-hdj（F）或qj=hj-hwj+1（C）

γj=hdj-1-hdj（F）或γj=hdj-1-hwj+1（C）

τj=hwj-hwj+1（F）或τj=hwj-hwj+1（C）

•抽汽份额的计算：

–αj＝（Aj*τj－Bj*γj）/qj

–加热器的计算顺序依抽汽压力自高而低排序

–Aj由NO.（j-1）加热器管侧（F型）流量平衡计算

–Bj由NO.（j-1）加热器壳侧（F型）流量平衡计算

（二）热力系统的组成及其热平衡

1、混合式加热器系统：

C3系统

•C3系统的组成

–由混合式加热器顺序连接而成

–为保证工质在热力系统中正常流动需要使用水泵升压

–为保证水泵的正常工作还需要布置高位水箱以防汽蚀

•C3系统的特点

–混合式加热器本身结构简单、造价低；

抽汽热利用好

–为维持混合式加热器系统运行所必须的水泵耗厂用电

–水泵不仅增加了土建和设备投资同时增加维护工作量

•＃1加热器的热平衡计算：

–吸放热量：

q1=h1-hw2；

γ1=0；

τ1=hw1-hw2

–进出水量：

A1=1；

B1=0

α1=τ1/q1

•＃2加热器的热平衡计算：

q2=h2-hw3；

γ2=0；

τ2=hw2-hw3

A2=1-α1；

B2=0

α2=（A2τ2）/q2

•＃3加热器的热平衡计算：

q3=h3-hwc；

γ3=0；

τ3=hw3-hwc

A3=1-α1-α2；

B3=0

α3=（A3τ3）/q3

•循环吸热量：

q0＝h0－hw1

•循环放热量：

qc＝αc（hc-hwc）–式中凝汽份额αc=1-α1-α2-α3

•循环作功量：

wi＝q0－qc

•绝对内效率：

ηi＝wi/q0

2、表面式加热器系统：

F3系统

•F3系统的组成：

–由表面式加热器顺序连接而成

–壳侧（管内）工质在给水泵升压后自然流动疏水逐级自流

•F3系统的特点：

–表面式加热器结构复杂、造价高；

抽汽热利用率差

–为维持表面式加热器系统运行给水泵耗厂用比较低

–表面式加热器系统的土建和设备投资低维护工作少

q1=h1-hd1；

q2=h2-hd2；

γ2=hd1-hd2；

A2=1；

B2=α1

α2=（τ2-B2γ2）/q2

q3=h3-hd3；

γ3=hd2-hd3；

A3=1；

B3=α1+α2

α3=（τ3-B3γ3）/q3

qc＝αc（hc-hwc）+（α1+α2+α3）（hd3-hwc）–式中凝汽份额αc=1-α1-α2-α3

3、实际热力系统：

FCF系统

•FCF系统的组成：

–由表面式混合式及表面式加热器顺序连接而成

–低加管侧为凝水，高加管侧为给水，疏水逐级自流

•FCF系统的特点：

–表面式加热器结构复杂、造价高但连成系统简单可靠

–使用除氧器（混合式）可以截断疏水提高系统的经济性

–混合式加热器需要配置给水泵并配套高位水箱

γ2=hd1-hw3；

γ3=hd2-hd3；

qc＝αc（hc-hwc）+α3（hd3-hwc）–式中凝汽份额αc=1-α1-α2-α3

（三）回热效果的改善

1、抽汽过热度的利用

•回热效果的标志：

–回热由于作功能力相对增长故能够提高循环效率

–效率增长的程度取决于动力系数和朗肯循环效率

–动力系数Ar＝Wr/Wc为回热汽流功与凝汽流功比

–回热汽流功：

Wr＝∑[αr（h0-hr）]对于非再热机组

–凝汽流作功：

Wc＝αc（h0-hc）对于非再热机组

•影响回热效果的因素：

–热力系统FmCFn中F型居多其中mn为高低加个数

–F型存在端差和疏水排挤低压抽汽双重消极影响

–C型加热器工作压力决定其位置及高低加的个数

•加热器的出口水温：

θ＝tsj－twj，则twj＝tsj－θ

–其中tsj是壳侧压力（pnj）饱和温度而pnj＝pj（1-δpj）

–在热力计算中θ＝2～3（高加）；

θ＝3～5（低加）

•影响出水温度的因素：

–出水温twj＝f（pj,δpj，K）∵θ取决于传热效果

–机组负荷高，抽汽压力高，加热器出水温度高

–加热器抽汽管道短、阀门阀位正常抽汽压降小

–加热器空气聚积少、管内外表面清洁则端差小

•蒸汽冷却器的作用

–利用抽汽过热度可以提高出口水温度从而达到降低加热器传热端差的目的

•蒸汽冷却器内部传热过程

–加热器被分成蒸汽冷却段与主凝结段抽汽进蒸汽冷却段而疏水进主凝结段

–在加热器的蒸汽冷却段中壳侧为过热蒸汽对流换热，管侧为给水对流换热

–由于加热器的壳侧是单相工质对流换热，抽汽过热度可用于提高出水温度

•蒸汽冷却器的使用

–常用于抽汽过热度较高的F型加热器

•外置式SC

–外置式蒸汽冷却器是充分利用抽汽过热度的装置。

它可以实现抽汽过热度的跨级利用。

形式有外置串联和外置并联两种前者稳定但过热度利用少；

后者过热度利用充分但不稳定

2、疏水热量的回收（三种形式）

（1）表面式加热器疏水热力损失：

–疏水自流进入低压级造成高压热能用于低压级

–疏水损失热量决定于疏水温度和疏水流量

•疏水热量利用的途径：

–使用疏水冷却器可降低疏水温度减少热量损失

–使用疏水泵可切断排放疏水从而避免热量损失

•疏水热量的利用：

–因无转动设备疏水冷却器可用于高低压加热器

–虽然疏水泵节能效果好但消耗厂用电维修量大常见用于低压加热器，而且一般不超过两台

（2）疏水冷却器的作用

–进口凝（给）水在DC中对疏水冷却降温

•疏水冷却器内部传热过程

–加热器被分成主凝结段与疏水冷却段

–DC为壳侧（饱和）水管侧凝（给）水换热

–DC单相工质换热,疏水温度得以降低

•疏水温度的确定

–疏水端差：

ψ=tdj-twj+1,则tdj=twj+1+ψ

–其中twj+1是j+1级加热器的出口水温

–在热力计算中ψ＝8～12℃

–说明：

只有含DC加热器才有疏水端差对于无疏水冷却器的加热器tdj=tsj

（3）疏水泵的作用

–截断疏水的自流排放，疏水热量为本级加热器回收利用

–疏水热量回收的效果表现为出水温度提高和无疏水排放

•热力计算

–含疏水泵的加热器的热力过程可以等效为混合式加热器

–出水温度提高幅度与截流的疏水流量和加热器端差有关

–热力计算中按照混合式加热器的定义计算各种吸放热量

（4）末级疏水热量的利用

–末级疏水排放至热井，疏水热量为本级加热器回收利用

–疏水热量回收效果为进水温度提高和无疏水排放凝汽器

–末级疏水回收热井的热力过程可以等效为混合式加热器

–进水温度提高幅度与截流的疏水流量和末级疏水焓有关

五、给水除氧系统

（一）除氧器的运行方式选择

1、给水除氧系统除氧效果与给水泵安全：

–除氧器的任务是利用热除氧原理除去凝水中溶氧

–除氧器具有C型加热器的回热效果但需配给水泵

–给水泵的运行安全性对给水除氧系统提出新要求

2、定压运行方式：

–除氧器工作压力（由抽汽压力调节器控制）恒定

–定压运行有利于保证除氧效果与给水泵安全运行

–定压运行要求用较高压力的抽汽并对其节流；

经济性降低表现为除氧器出水温低于相应饱和温度尤其当机组负荷降低需切换抽汽时节流损失剧增

3、滑压运行方式：

–取消抽汽压力调节阀，除氧器抽汽节流损失小

–负荷骤增加，除氧器工作压力迅速升高，破坏原有的饱和状态，离析氧复溶，除氧效果下降

–负荷骤下降，除氧器工作压力迅速降低，给水泵水泵汽蚀余量下降，给水泵的汽蚀危险上升

4、前置运行方式：

–在定压除氧器下游使用同源抽汽的表面式加热器，虽然进入除氧器的抽汽仍被节流但其前置加热器的抽汽未节流，即对其出口水温无影响

–前置式除氧器经济性高给水泵安全但系统复杂

（二）除氧器工作压力的选择

1、除氧器工作压力的选择：

–热除氧的工作原理对除氧器工作压力并无要求

–除氧器工作压力决定了其在热力系统中的位置

2、各种除氧器的特点：

–真空式除氧器借凝汽器除氧，是辅助除氧手段

–大气式除氧器常用于热电厂作为补充水除氧器

–高压式除氧器是电厂常用的除氧器

•减少高加个数，利于提高系统安全可靠性节省投资

•防止除氧器自生沸腾（无需抽汽而满足热平衡条件）

•除氧器工作水温高，当高加故障切除对锅炉影响小

（三）给水泵的配置及其驱动方式

•驱动方式：

汽轮机主轴驱动、电动机驱动和汽轮机驱动

•汽动给水泵的优点：

–辅助汽轮机的单机功率不受限制

–安全可靠、转速高，轴系短刚度大

–易于配套高速给水泵，节省配套投资

–易于实现给水泵变速运行，提高经济性

–可增加汽轮发电机组的上网电量，效益高

–辅助汽轮机启动方便并可配合主机滑压运行

•汽动给水泵的缺点：

热力系统复杂

六、汽水损失及其利用系统

（一）电厂汽水损失

–正常工况下的汽水损失含锅炉排污、汽轮机门杆漏气和轴封漏气、除氧器排气、汽水取样等

–启停工况下的汽水损失含启动暖管耗汽、维持锅炉参数的对外排汽和停机中系统内工质排放

（二）汽水损失及其补充与利用

–为维持系统正常运行，汽水工质需要保持平衡

–减少损失，需要降低损失工质或回收损失工质

–补充工质，需要补充同品质的水工质进入系统

•补充水系统：

电厂对循环工质要求高，补水需经过化学处理

（三）锅炉连续排污及其利用

1、锅炉连续排污利用系统

–高压的炉水进入低压的排污扩容器后“闪蒸”生成的蒸汽回收至热力系统余留的水排放

–扩容器工作压力决定于回收工质加热器压力

2、排污扩容器的热平衡：

αbl＝αf＋αbl’

–热量平衡：

αblhblηf＝αfhf＋αbl’hbl’

–扩容蒸汽：

αf＝（hblηf－hbl’）/（hf－hbl’）

3、排污热量利用的选择–扩容器压力高回收能量的品味高，回收焓高

–扩容器压力低回收能量的品味低，回收量大

–损失能量的回收应当兼顾焓值与数量的矛盾

七、原则性热力系统

（一）原则性热力系统基本概念

•原则性热力系统的特点：

–同类型、同参数的设备在图中只表现一个

–仅表示设备间主要联系，备用设备不表示

–只表示额定工况运行中必须的设备及管道附件

•原则性热力系统的功能：

–表明电厂动力循环中能量转换及其利用的程度

–是机组热力设计运行管理节能挖掘潜力的依据

•原则性热力系统的内容：

–主机设备：

锅炉、汽轮机

–辅机设备：

给水泵、凝汽器、除氧器、加热器

（二）原则性热力系统的拟定

•确定电厂的型式和容量

–根据建厂地区能源需求电网结构厂区情况（燃料资源供水条件交通运输灰渣处理地址地形环境）

•汽轮机和锅炉选型：

–凝汽机组宜优先选择高参数大容量再热式机组

–为方便运行厂内机组类型不超过2机组数不大于6

–根据汽轮机汽耗量配套选择不同类型的锅炉机组

•原则性热力系统的拟定

（一）：

–除氧器的工作压力及其运行方式配套给水泵系统

–回热系统及回热效果的改善

–余热回收利用系统

•原则性热力系统的拟定

（二）：

–确定各处汽水参数和流量

•锅炉型式、容量和参数

•辅助热力设备选型

•原则性热力系统发展趋势

–提高给水温度，增加回热级数。

一般不超过8级

–采用单元制系统，提高系统可靠性和经济性

–采用高压除氧器并采用除氧器的滑压运行方式

–采用汽动高速给水泵配置

–广泛采用蒸汽冷却器（有过热度级）和疏水冷却器

–采用给水泵的分泵系统，降低高加管侧压力

–采用分列高加系统保证高加故障解列后给水温度

（三）原则性热力系统计算（FCF再热式机组）

1、各点汽水焓值计算

2、加热器内吸放热量计算

•初终再热参数

–h0=f（p0,t0）;

hr=f（pr,tr）

–△H=hr-hct=f（pr,tr,pc）

–hc=hr-△H*ηri（已知效率）

–hc＝f（pc,xc）（已知干度）

•抽汽参数

–hj=f（pj,tj）（j=1,2,3）

•加热器参数

–tsj=f（pnj）其中pnj=（1-δpj）

–twj=tsj-θj其中θj取为常数

–tdj=tsj无疏水冷却器

–tdj=twj+1+ψθj取为常数

–hwj=twj*4.18hdj=tdj*4.18

3、加热器热平衡计算

γ1