汽轮发电机的热力系统.docx
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汽轮发电机的热力系统
汽轮发电机的热力系统
锅炉燃煤将水烧成蒸汽，蒸汽推动汽轮机旋转带动发电机发电，电由电线送到用户。
发电厂的目的是烧最少的煤，发最多的电。
这样效率最高，成本最低。
为了达到以上目的，电厂的热力系统采取很多措施，主要一条就是回热循环。
甚么叫回热循环、这要先把水弄明白。
水在自然界中数量很多，水在自然界中以固体、液体、汽体三态存在。
三态的关系是：
0℃以下的水是固体存在，随着温度的下降体积在膨胀扩大，叫冰。
0℃的冰加热后，熔解为0度的液体，吸收热量80大卡/升。
（大卡：
每升水升高1℃所需的热量）。
一个大气压的液体水，加热升到100℃后（热焓100大卡/升）继续加热，水温便不再升高，热量将水变为水蒸汽（此时的水称为饱和温度）。
每升水变为1.725立米的蒸汽（饱和蒸汽），吸收539大卡的汽化热，蒸汽热焓为639大卡/公斤。
水变为蒸汽的过程，随着压力的变化汽化热、蒸汽的热焓、蒸汽比容、水的饱和温度、水的热焓、水的比容全都变化，情况如下：
压力饱和温度水比容饱和蒸汽比容水热焓蒸汽热焓蒸发热
绝对大气压℃立米/公斤立米/公斤大卡/公斤大卡/公斤大卡/公斤
0.0217.20.00100168.2717.24604.8587.6
0.580.90.0010303.30180.81630.6550.8
1.099.10.0010431.72599.1638.5539.4
5.0151.10.0010920.3816152.1655.8503.7
压力饱和温度水比容饱和蒸汽比容水热焓蒸汽热焓蒸发热
绝对大气压℃立米/公斤立米/公斤大卡/公斤大卡/公斤大卡/公斤
10179.00.0011260.1981181.2663.0481.8
20211.40.0011750.1016215.8668.5452.7
30232.80.0012140.06802239.5669.7430.2
40249.20.0012490.05078258.2669.0410.8
70284.50.0013470.02795300.9662.1361.2
100309.50.0014450.1845334.0651.1317.1
150340.60.0016460.01065381.7624.9243.2
200364.10.002010.00620431.5582.3150.8
220372.10.002390.00449463.454784
224373.60.002610.0039447853254
225.5374.20.003070.003075055050
由以上数据中可看出，蒸汽的热焓在31大气压时最大。
随着压力的升高蒸汽的热焓便逐步下降。
当达到225.5大气压时，水和蒸汽的比容、热焓完全相同，蒸发热也变为0，此时的压力称为临界压力。
水在临界压力时的饱和温度374.2℃，由于水和蒸汽的比容相同，加热过程只能以热焓来确定是蒸汽还是水。
因此超临界锅炉不宜用汽包式结构。
由以上数据又可看出，水随着压力的升高热焓增加，饱和温度也升高。
当压力骤然降低时便形成过热的水，水中的热量将水汽化为蒸汽放出，此时水中的热量称为潜热。
在热力系统中用扩容器来释放。
饱和蒸汽又称湿蒸汽，继续加热超过饱和蒸汽温度称为过热蒸汽也叫干蒸汽，超过的温度值称为过热度。
水在电厂中是非常可贵的，热力系统中的蒸汽不能排放，要将蒸汽冷却成水
进行回收。
蒸汽变水过程要释放出汽化热，这个热量很大，但不能利用。
这个损失使热力系统的热效率仅能达到30～40％。
为了提高热力系统的热效率，除一般采用保温减少锅炉、管道、机械的散热损失外，还将做过功的蒸汽加热给水使给水接近饱和温度，减少在锅炉内将水加热到饱和温度的热量。
这个方法叫回热循环。
60万汽轮发电机的回热循环，采用中间再热，八段回热抽汽的办法，提高热效率。
锅炉送出的主蒸汽：
压力24.2Mpa＝246.7大气压、（为了好记下面按1:
10计算）温度538℃、流量1742t/h、热焓790.6大卡/Kg。
因为受钢材热状态强度的限制，主汽温度不能高，所以热焓不能多。
主汽经过高压缸做功后：
压力45大气压、温度296.2℃、流量1575.7t/h、热焓700.7大卡/Kg。
压力45大气压时的饱和温度为257.6℃、热焓668大卡/Kg。
所以高压缸排气已接近饱和温度，不能再继续做功。
需要到锅炉再进行加热，提高温度和热焓，称为再热循环。
去锅炉的叫再热冷段，锅炉出来叫再热热段。
再热热段蒸汽：
压力40.6大气压、温度566℃、流量1426.2t/h、热焓859大卡/Kg。
温度升高270℃、热焓升高159大卡/Kg。
提高了可用热焓量。
汽轮机的八段抽汽：
一段抽汽：
压力67.3大气压、温度347.7℃、流量118.7t/h、热焓721大卡/Kg。
由汽轮机高压缸6级叶轮后抽出。
二段抽汽：
压力45大气压、温度296.2℃、流量149.5t/h、热焓700.7大卡/Kg。
即再热冷段，由汽轮机高压缸最后的第8级叶轮排出。
三段抽汽：
压力21.7大气压、温度458.7℃、流量68.6t/h、热焓812大卡/Kg。
由汽轮机第11级（中压缸第三级）抽出。
四段抽汽：
压力10.9大气压、温度367.3℃、流量182t/h、热焓763大卡/Kg。
由汽轮机第14级（中压缸最后的第六级）抽出。
五段抽汽：
压力3.7大气压、温度234.8℃、流量46.5t/h、热焓701大卡/Kg。
由汽轮机第16级（低压缸第2级）抽出。
六段抽汽：
压力2大气压、温度169.2℃、流量45.2t/h、热焓671大卡/Kg。
由汽轮机第17级（低压缸第3级）抽出。
七段抽汽：
压力1大气压、温度104℃、流量45t/h、热焓641大卡/Kg。
由汽轮机第18级（低压缸第4级）抽出。
饱和温度99.1℃。
八段抽汽：
压力0.45大气压、温度79℃、流量77t/h、热焓612大卡/Kg。
由汽轮机第19级（低压缸第5级）抽出。
饱和温度78.15℃。
汽轮机最后一级（21级）排气：
压力0.05大气压、温度32.5℃、流量994t/h、热焓610大卡/Kg。
饱和温度32.6℃。
汽轮机的排气引到凝汽器冷却成水，热量由循环水带走。
蒸汽流量为：
汽轮机排气994t/h＋小汽轮机排气94t/h=1088t/h。
凝结水量为：
凝汽器冷凝水1088t/h+加热器疏水216t/h+轴封加热器疏水2t/h=1306t/h由凝结水泵升压排出。
泵出口温度34.6℃。
凝结水通过轴封加热器将流量2t/h、温度98.2℃、热焓691大卡/Kg的轴封漏汽冷凝成水。
凝结水的温度升高为35.5℃。
凝结水通过一号低压加热器，将八段抽汽的蒸汽冷却成水，将凝结水升温为74.9℃。
凝结水得到热焓：
1306×（74.9－35.5）＝51456.4千大卡。
凝结水通过二号低压加热器，将七段抽汽的蒸汽冷却成水，将凝结水升温为95.6℃。
凝结水得到热焓：
1306×（95.6－74.9）＝27034.2千大卡。
凝结水通过三号低压加热器，将六段抽汽的蒸汽冷却成水，将凝结水升温为115.9℃。
凝结水得到热焓：
1306×（115.9－95.6）＝26511.8千大卡。
凝结水通过四号低压加热器，将五段抽汽的蒸汽冷却成水，将凝结水升温为136.2℃。
凝结水得到热焓：
1306×（136.2－115.9）＝26511.8千大卡。
凝结水通过除氧器，将四段抽汽的蒸汽与凝结水混合加热，将凝结水升温为181.3℃。
凝结水得到热焓：
1306×（181.3－136.2）＝72430.6千大卡。
除氧器内由凝结水注入1306t/h＋高压加热器疏水337t/h＋轴封高压漏汽11t/h＋除氧器加热蒸汽88t/=1742t/h。
经给水泵升压后：
压力300大气压、温度187.3℃、热焓193.8大卡/Kg。
给水经三号高压加热器，将三段抽汽的蒸汽凝结成水，给水升温为215℃。
给水得到热焓：
1742×（215－187.3）＝48253.4千大卡。
给水经二号高压加热器，将二段抽汽的蒸汽凝结成水，给水升温为255.8℃。
给水得到热焓：
1742×（255.8－215）＝71073.6千大卡。
给水经一号高压加热器，将一段抽汽的蒸汽凝结成水，给水升温为282.8℃。
给水得到热焓：
1742×（282.8－255.8）＝47034千大卡。
进入锅炉的给水：
压力300大气压、温度282.8℃、流量1742t/h、热焓297大卡/Kg。
进入锅炉的给水温度282.8℃，与锅炉内水的饱和温度374.2℃相差仅12.6℃差值很小。
热力系统的估算：
锅炉输出的热量1742×790.6＋再热热量1426.2×159＝1603991千大卡。
带入锅炉的热量：
给水1742×（282.8－22）＝454313千大卡。
小汽轮机耗用蒸汽94×763＝71722千大卡。
汽轮机每KW耗热量：
（1603991－454313－71722）×1000/600000＝1797大卡。
以上是简单估算，厂家计算为1800大卡/KW。
热力系统的效率：
（1603991－454313－71722）/1603991＝67.2％
锅炉内水汽受热情况
给水进入锅炉省煤器的190排Φ51×6的管路。
设计进入温度371℃，出口温度400℃。
省煤器受热面积19178平米、压力降1.5大气压、水容积174立米。
给水进锅炉的实际温度282℃，经省煤器后升温到318℃（省煤器出口烟温340～390℃），给水经省煤器再到锅炉下部螺旋水冷壁，进入436根Φ38×6.5的管路在炉膛内螺旋上升到标高43.6米，由中间联箱变为1312根Φ31.8×5.5的垂直水冷壁管到顶部联箱，再经联络管到折焰角384根Φ44.5×6管，和侧墙78根Φ44.5×6.1管进入汽水分离器。
水冷壁受热面积4260平米，水容积67立米。
水温度417.5℃。
锅炉在超临界状态运行时，由于水、汽比容相同，没有汽水分离现象，此时水温417.5℃（炉膛烟温1400℃），水温超过临界温度即为蒸汽。
蒸汽由汽水分离器出来进入顶棚过热器192根Φ63.5×8.6管，到烟道前包墙位置时分为两路。
一路下行进烟道前包墙Φ57×7.7管，另一路至烟道后包墙Φ44.5×6管。
两路管全汇集到下部环形联箱至烟道两侧包墙Φ44.5×6管上升到上联箱。
两侧包墙的蒸汽由连接管接至中间隔墙Φ63.5×8.6管，至下联箱由连接管到一级过热器。
顶棚和包墙过热器受热面积2213平米。
一级过热器的一、二段由190片每片4根Φ57×8管绕成，三段为95片，每片8根Φ51×6.6管绕成。
一级过热器受热面积15095平米。
蒸汽流速555Kg/㎡s。
一级过热器出口温度447℃（一级过热器出口烟温482℃），蒸汽经一级减温器为442.5℃。
进入屏式过热器。
屏式过热器为30片组成，每片由28根Φ38×7管弯成。
屏式过热器受热面积2317平米，蒸汽流速1910Kg/㎡s。
屏式过热器出口温度513℃（屏式过热器出口烟温1098℃）。
经二级减温水至499.6℃，进末级过热器。
末级过热器有30片组成，每片由20根Φ44.5×6管绕成，末级过热器受热面积2390平米，蒸汽流速1410Kg/㎡s。
出口为锅炉主蒸汽出口。
压力254大气压、温度543℃、流量1742t/h。
（末级过热器出口烟温1007℃）。
过热器设计压力293大气压，工作压力268大气压。
总面积22015平米。
过热器容量213立米。
压力降14.1大气压。
汽轮机高压缸排出的蒸汽，经再热冷段管路进入锅炉低温再热器。
压力45大气压、温度296.2℃、流量1426t/h、热焓700.7大卡/Kg。
低温再热器由三段水平管，一段立式管组成。
一、二段水平管为190片组成，每片由5根63.5×4.3管绕成，三段每片由5根57×4.3管绕成。
立式管组共95片，每片由10根管组成。
低温再热器受热面积18783平米。
低温再热器入口烟温787℃，出口烟温361℃。
高温再热器布置在水平烟道内共95片组成，每片由10根57×4.3管绕成。
设计压力5.7Mpa，工作压力：
入口4.673Mpa。
出口4.483Mpa。
高温再热器受热面积7816平米。
出口温度569℃。
高温再热器入口烟温1007℃。
蒸汽经锅炉再热后：
压力40.6大气压、温度566℃、流量1426.2t/h、热焓859大卡/Kg。
温度升高270℃、热焓升高159大卡/Kg。
提高了可用热焓量。
4、锅炉运行的一般原则
4.1蒸汽与给水
4.1.1给水控制
调节给水流量是为了满足产汽量和蒸汽温度控制的要求。
在启动和低于本生负荷（35%BMCR）运行时，省煤器和水冷壁必须维持35%BMCR的最小流通量，以保证水冷壁管在任何时候都有足够的冷却。
为了达到这一点，由循环泵将水泵入省煤器入口、水冷壁、折焰角回路、分离器、贮水箱后返回循环泵入口。
在开始蒸发时，通过增加给水量和减少循环流量来维持水冷壁35%BMCR的流量。
水冷壁流量低于某个限定值并延迟一时间间隔将发生MFT。
4.1.2给水泵控制
锅炉给水系统配置了一台35%容量的电动泵和两台50%容量的汽动泵。
首先用电动给水泵进行锅炉启动，用给水操纵台中的启动控制阀调整给水流量。
一旦该阀开启约75%，给水操纵台中的主管路隔离阀缓慢开启并切换到单独由给水泵转速控制。
当主隔离阀完全开启时，启动控制阀缓慢关闭。
MFT时给水控制阀和隔离阀关闭，汽动给水泵甩负荷，运行人员启动电动给水泵，必要时可以打开启动控制阀。
两台汽动泵运行时，一台泵甩负荷，备用泵自动启动,负荷降低至80%。
4.1.3循环泵流量控制和贮水箱水位
启动和升负荷期间
贮水箱水位与循环泵流量特性参见图4-1。
在稳定状态下，贮水箱的水位是由循环流率确定的，循环流率是锅炉负荷的函数。
在稳定状态下，循环流量是本生流量与给水泵流量之间的差值。
图4-1循环泵流量控制
在启动燃烧器点火前，循环流率基于初始水位，随后泵的流量将遵循水位与流量的曲线。
给水流量补充本生流量的缺口。
在蒸发开始前，系统中没有水的损失，水位将升高直到循环泵的循环水量与本生流量相等。
油燃烧器点火之后，给水流量为3%BMCR的最小流量，贮水箱水位由于汽水膨胀将升高到6700mm以上，溢流阀开启并按图4-2操作，维持水位在规定的范围内。
当蒸发开始后，水冷壁中的汽水混合物在分离器中分离，饱和蒸汽进入过热器，饱和水返回到贮水箱。
由于产生蒸汽，贮水箱水位下降，循环流量减少，增加给水流量去维持进入水冷壁的本生流量。
当负荷增加到本生负荷时，贮水箱水位降到最低，循环泵控制阀关闭，当循环流量降低到约20%泵的设计流量时，最小流量阀开启，泵在最小流量下运行。
随后锅炉完全在纯直流状态下运行，给水流量与蒸汽流量相匹配，见表4-1。
表4-1循环流量与给水流量关系
分离器的蒸发量％
循环流量％
给水流量％
省煤器流量
循环流量＋给水流量
0
35
3
38
3
35
3
38
10
25
10
35
20
15
20
35
30
5
30
35
35
0
35
35
40
0
40
40
60
0
60
60
80
0
80
80
100
0
100
100
循环泵在45%BMCR负荷下自动停运或在贮水箱低水位下跳闸，贮水箱水位由水位控制切换到限制流量模式下运行。
图4-2溢流控制阀运行控制
降负荷期间
在超临界压力范围内运行期间（负荷约在75％THA以上）贮水箱中没有可见水位。
当压力降至临界压力以下时，贮水箱中将有一个清晰的水位。
由于从泵和溢流阀暖管管路流入的水可能使水位很高，此时在限制流量控制下,正常水位控制被闭锁，因为不闭锁可能导致突然的或不必要的排水。
在降负荷的时候，循环泵在约40%BMCR负荷下自动启动。
此时水位可能是高的，或者在最低水位以上泵的控制范围内，此时要求循环泵的流量与水位相关，而锅炉仍以直流方式运行时不要求泵有流量。
因此，在这种情况下循环阀保持关闭，泵仅仅在最小流量下运行。
当负荷降低到38％BMCR负荷以下，循环阀开启。
适量的循环流量引起给水流量下降。
当分离器仍在过热蒸汽参数下运行时将导致贮水箱内水位下降。
在负荷降低到本生负荷以下时，水冷壁出口将是湿蒸汽状态。
分离下来的水返回贮水箱，流量等于本生流量与锅炉蒸汽量之差。
然而，贮水箱仍有纯水损失，因为限制流量总是要求循环流量超过进入贮水箱的水流量3％。
当水位降到某一点时，限制流量将等于根据图4-1水位产生的流量。
在这点上，一个信号选择器将水位控制切换到正常运行，亦即循环流量仅基于贮水箱水位。
4.1.4贮水箱溢流阀
在启动升压和低负荷运行期间，由于水的膨胀水位会升高到超出泵控制范围之外，开启小溢流阀及其隔离阀以降低水位。
如水位继续升高，还将开启大溢流阀及其隔离阀。
大小溢流阀控制范围之间有一个重叠。
大小溢流阀的运行条件和控制范围见图4-3。
启动期间，膨胀将使水位升高到6400mm以上，在此阶段循环流量将是最大（35％BMCR）。
在水位达到6700mm之前，除了泵保持循环之外没有其它措施去防止水位升高。
在6700mm和7650mm之间，小溢流阀逐步开启，在7450mm和8160mm之间大溢流阀开启。
8900水位测量-蒸汽侧（8900mm）
剩余（740mm）
8160
大溢流阀控制范围（7450～8160mm）
7650
7450重叠（7450～7650mm）
小溢流阀控制范围（6700～7650mm）
6700
6400自由段（300mm）
泵控制范围（2350～6400mm）
2350最低水位（2350mm）
水位测量（0mm）
图4-3贮水箱水位控制范围
溢流阀的特性在整个开度范围内是非线性的，在阀门中间开度下，流量成比例增加。
随着开度的增大，流量的增加相对较小，相类似的，在小的开度下流量的增加相应也是小的。
两个阀开度的重叠导致流量相对于水位的变化更线性化，见图4-4。
图4-4冷态启动通过小溢流阀和大溢流阀的流量曲线
曲线的斜率取决于实际阀的特性。
上述曲线仅对冷态启动是正确的。
对于温态、热态和极热态启动，膨胀引起的水损失减少。
对于热态启动，由于启动压力增高，相应对于给定的阀开度通流量也相应增加，结果对于热态启动仅需使用小溢流阀。
对于极热态启动，主汽压力大约在14MPa。
若大、小溢流阀一起打开，总的通流量很大，以致使贮水箱排空，疏水箱超负荷。
为了防止发生这种情况，大溢流阀将在约5MPa时联锁强迫关闭。
相类似，小溢流阀约在20MPa下，联锁强迫关闭。
这些压力值需要在实际调试时确认。
4.1.5省煤器汽化控制
为了防止在冷态启动或炉膛吹扫期间省煤器汽化，始终应保持有3%BMCR的最小给水流量供给锅炉，直到蒸发量超过该值，水经溢流阀排出。
4.1.6省煤器排气
省煤器电动排气阀用于从省煤器吊挂出口集箱向一台分离器的排气，以保证在锅炉点火前排出省煤器产生的蒸汽，使进入炉膛水冷壁回路的水中不带汽。
所以任意一台燃烧器点火时，不论选择自动/手动，排气阀应保持关闭，无燃烧器点火时自动开启。
4.1.7贮水箱过冷管道
为保证循环泵在所有运行条件下总是有足够的净正吸入压头（NPSH）裕量，设置了一条从省煤器入口到贮水箱泵吸入口的过冷管路。
过冷管的隔离阀只能开/关，管路的容量为3%BMCR。
在管道上有一块流量孔板，在调试期间测量流量。
在泵的吸入口管路上有温度测点，如果贮水箱在运行压力下的饱和温度与泵吸入管中的水温相差小于20℃，过冷管隔离阀打开，温差大于30℃时该阀关闭。
4.1.8贮水箱溢流阀和循环泵暖管管路
一根小口径连接管从省煤器公共下降管接到贮水箱大小溢流阀进口处以保持疏水管路（和管路上的疏水阀）在任何时候都温热，以避免热冲击。
水返回贮水箱，随后蒸发。
一根小口径连接管从省煤器公共下降管出来接到循环泵至省煤器入口的排水管上，以使循环泵停运期间进行暖泵。
当泵停运时，一股水流逆向流入泵的排水管，并经过泵的叶轮排入贮水箱，随后蒸发。
4.1.9循环泵最小流量
有一根通往贮水箱的最小流量管以保护循环泵，当泵的流量低于37.7Kg/s且泵仍在运行时最小流量阀开启。
当泵的流量超过57kg/s时关闭。
泵停运时也关闭。
4.1.10循环水隔离阀
循环泵在隔离阀和调节阀关闭状态下启动，隔离阀至少在泵启动5秒钟后开启，然后调节阀开始开启，并按要求进行控制。
循环泵调节阀和隔离阀在泵停运后自动关闭。
4.2过热汽温控制
过热蒸汽温度是由煤/水比和两级喷水减温来控制。
喷水取自高加出口，每级减温器喷水量为该负荷下的3%主蒸汽流量。
系统在35%～100%BMCR负荷范围内维持出口汽温在
℃。
在20%BMCR负荷以下不允许投一级喷水。
在10%BMCR负荷以下不投二级喷水。
控制系统应能保证在这些负荷之下或MFT之后闭锁喷水。
如果喷水调节阀关闭超过10秒之后且过热汽温低于控制的目标值，则每个隔离阀自动关闭。
若隔离阀关闭则减温水控制阀自动关闭。
推荐在失去控制信号和电源时喷水阀固定不动。
4.3再热汽温控制
滑压运行时，在50％～100％BMCR负荷之间，再热器出口蒸汽温度控制在
℃。
正常运行期间，再热蒸汽温度由布置在尾部烟道中的烟气挡板控制。
两个烟道的挡板以相反的方向动作。
烟气挡板的连杆有一个执行器，可调节满行程限制值，使之在关闭位置下至少有10％的烟气量通过。
再热汽温偏低时，再热器烟道挡板向全开位置调整，以减小再热器烟道阻力，增加通过再热器烟道烟气量，提高再热汽温。
在负荷低于约85%时再热器挡板全开。
过热器烟道挡板向关闭位置调整可增大过热器烟道阻力，这样将增加通过再热器对流受热面的烟气量以提高再热器出口汽温。
当再热汽温升高时过热器烟道挡板将开启。
在过热器烟道挡板开度低于72％时，再热器烟道挡板维持在原来位置。
当过热器烟道挡板开度超过72％时，两套挡板将同时操作。
如果再热器汽温继续升高，那么过热器烟道挡板完全开启，再热器挡板向关闭方向动作。
这将减少再热器烟道的烟气量，使再热器温升减小。
过热器烟道挡板在再热器烟道挡板开度超过72％之前在原位置不动。
预期的挡板位置与锅炉负荷的关系参见图4-5。
图4-5挡板位置与锅炉负荷的关系
推荐在分隔烟道挡板失去控制信号或电源时固定不动。
烟气挡板系统的响应有一定的滞后性，在瞬变状态或需要时，可以投喷水减温。
减温器布置在冷再管道上。
如果再热器烟道挡板完全关闭并且再热出口汽温继续升高（例如在扰动运行状态下），那么在额定目标值以上5℃时减温器截止阀将自动开启，且减温器用于控制末级再热器出口汽温。
喷水水源取自给水泵的中间抽头。
减温器的隔离阀在负荷低于50％BMCR（271kg/s）时，在任何情况下都不应使用。
4.4锅炉排气和疏水
锅炉在启动和停炉时必须进行排气和疏水。
过热器疏水是为了：
A）保证锅炉启动前和启动过程中包墙环形集箱和一级过热器入口集箱任何时候都没有凝结水。
防止在管内形成水塞导致管子损坏。
B）在汽机冲转之前
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