第二讲 火力发电厂的热力系统

1. 第二讲 火力发电厂的热力系统

2. 火力发电厂的生产过程 燃料制备（制粉系统） 燃烧传热（锅炉系统） 热能输送（管道系统） 热功转换（汽轮发电机组） 变电送电（升压站） 冷端放热（冷却系统）

3. 发电厂热力循环效率 • 简单朗肯循环 • 给水回热朗肯循环 • 回热再热朗肯循环 • 双重循环（燃气-蒸汽循环） • 热电循环（热电联产）

4. 简单朗肯循环 特点：定压变温吸热，定压定温放热 循环 系统 膨胀

5. 循环 理想朗肯循环 热效率： 系统 膨胀 水泵焓升 理想焓降

6. 水泵焓升： 系统 pout、pin——水泵出、入口压力，Pa vfp——水泵中水的平均比容，m3/kg ηfp——水泵效率 循环

7. 实际朗肯循环热效率（汽轮机绝 对内效率）： 循环 系统 膨胀 实际焓降

8. 给水回热朗肯循环 组成：简单朗肯循环+给水回热系统 循环 系统 膨胀

9. 给水回热实际循环热效率（汽轮机绝 对内效率）： 算法1（扣除了水泵焓升）： 系统

10. 算法2（不扣除水泵焓升）： 系统 膨胀 因为水泵焓升的处理不同，两种算法不相等。 回热循环效率高于简单循环效率，参见《热力发电厂》P18，这里也可以给出简单证明：

11. 回热循环可以提高热效率 1kg蒸汽做功的有效焓降： 系统 1kg工质从锅炉吸热量： 给水焓用凝结水焓和抽汽焓表示，忽略加热器损失。

12. 给水回热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：给水回热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）： 简单循环的功 简单循环吸热 做功系数 随系统而定

13. 回热级数越多，最佳给水温度越高； • 回热效率随着回热级数增多而增加； • 回热级数越多，再增加一级回热的效率增加越少；

14. 回热再热朗肯循环 循环 系统 膨胀

15. 回热再热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：回热再热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）： 总回热级数 再热前回热级数 汽机得到的再热量 汽机排汽量 膨胀 蒸汽从锅炉再热器的吸热量 再热后的蒸汽做功量：

16. 循环 焓熵图表示蒸汽循环 循环 系统 教材P3图1-1、 P4图1-2、 P8图1-6不对

17. 单元机组发电热效率 发电机效率 锅炉热效率 汽机机械效率 管道热效率 汽机相对内效率 理想循环效率 B——燃煤量，t/s QL ——燃料低位发热值，kJ/kg Pia、Pi 、 Pm 、 Pel ——汽机理想内功率、汽机内功率、汽机输出功率、发电功率，MW Qb 、Q0——锅炉热负荷、汽机耗热量，MJ/s

18. 锅炉热效率 蒸汽从锅炉再热器的吸热量 排污量 系统

19. 管道热效率 汽机进汽热量 汽机得到的再热量 排污二次汽热量 蒸汽从锅炉再热器的吸热量 系统

20. 汽轮机热效率 全称：汽轮机实际循环热效率、 汽轮机绝对内效率 膨胀 汽机理想内功率： 汽机内功率： Z——总回热级数； R——再热前回热级数

21. 汽轮机机械效率 有效机械功率

22. 发电机效率

23. 初参数对理想循环热效率ηt的影响 初参数：初温度、初压力 结论⑴：提高初温度使理想循环热效率提高：在初压力p0和排汽压力pc下，初温度提高使吸热平均温度提高，使等效卡诺循环热效率 提高。 实际上，提高初温度相当于增加了一个高效率的附加循环。

24. 不用热效率定义式 分析的理由： 如图，初温度从1升高到1΄，吸热量q0增大，放热量qc增大，做功量q0 - qc也增大，效率ηt如何变化难于确定。

25. 结论⑵：在一定的初温T0下，提高初压力也可以提高热效率。但是，不总提高。因为：结论⑵：在一定的初温T0下，提高初压力也可以提高热效率。但是，不总提高。因为： • 汽化潜热随压力提高而减少 • 低温加热量也逐渐增加

26. 结论⑶：初温越高，理想循环热效率随初压力提高增加越快——同时提高初温度和初压力热效果最好。结论⑶：初温越高，理想循环热效率随初压力提高增加越快——同时提高初温度和初压力热效果最好。 结论⑷：任何初温存在使效率最高的初压力

27. 初参数对实际循环热效率ηi的影响 实际循环热效率： 汽机相对内效率 理想循环热效率 • 初温度和初压力对ηri的影响是不同的： • 提高初温度，相对内效率提高： • 容积流量增加，漏汽损失减少 • 排汽湿度降低，湿汽损失减少 • 提高初压力，相对内效率降低： • 容积流量减少，漏汽损失增加 • 排汽湿度增加，湿汽损失增加 • 若采用部分进汽，还产生鼓风损失和弧端损失

28. 图中曲线显示了以上分析： • 初压力一定，相对内效率随温度提高而提高， • 初温度一定，相对内效率随初压提高而降低。大容量机组降的慢；小容量机组降得快（叶片高度小，漏汽间隙相对大，漏汽损失多。 ），甚至超过理想循环热效率的增加值。 总之，大容量机组采用高参数才能提高机组热效率

29. 理论最有利初压力：实际循环热效率ηi最高点对应的初压力理论最有利初压力：实际循环热效率ηi最高点对应的初压力 初温度越高，理论最有利初压力值越高 机组容量越大，理论最有利初压力值越高 大容量、高参数的经济性： 34.3MPa435℃提高到8.83MPa535℃节省燃料12~16%; 再提高到12.75MPa535/535℃又可以节省8~8.5%; 再提高到23.52MPa565/565℃还可节省8~10%

30. 蒸汽初参数最佳值，要通过复杂的技术经济比较才能确定。蒸汽初参数最佳值，要通过复杂的技术经济比较才能确定。 • 提高初参数使投资增加的项目有： • 锅炉、汽轮机、蒸汽管道、回热设备 • 提高初参数使投资减少的项目有： • 燃料运输、煤粉制备 • 送引风机 • 除灰系统 • 除尘设备 • 凝汽设备和供水设备

32. 提高初参数的技术限制 • 材料的高温性能 • 末级叶片的最大允许湿度。凝汽式机组最大允许湿度9~10%，抽汽机组14~15%（最大排汽工况比较少）。

33. 中间再热参数对电厂经济性的影响 • 中间再热参数：再热压力、再热后温度 • 中间再热的目的是提高大容量高参数机组的热经济性： • 可以提高理想循环热效率 • 可以降低汽轮机排汽湿度，提高相对内效率 • 中间再热参数的最佳选择方案可以使发电机组热经济性达到最大值

34. 中间再热循环的组成： • 没有再热的基本循环 • 采用再热所形成的附加循环

35. 提高再热后的温度，可以提高附加循环平均吸热温度，提高理想循环热效率；并且降低排汽湿度，使汽轮机相对内效率有所提高。提高再热后的温度，可以提高附加循环平均吸热温度，提高理想循环热效率；并且降低排汽湿度，使汽轮机相对内效率有所提高。 • 再热后温度每提高10℃，热效率提高0.2~0.3% • 一般,选择等于或接近于新蒸汽温度

36. 热力学最佳中间再热压力：中间再热后温度确定后，中间再热压力存在最佳选择使再热循环效率达到最高。热力学最佳中间再热压力：中间再热后温度确定后，中间再热压力存在最佳选择使再热循环效率达到最高。

37. 热力学最佳中间再热压力算例

38. 确定最佳中间再热压力还需要考虑如下具体因素：确定最佳中间再热压力还需要考虑如下具体因素： • 满足汽轮机末级容许湿度的要求 • 与某级回热抽汽合并为相同压力，简化汽缸结构 • 再热点往往作为分缸点，要考虑高、中压缸功率分配和推力平衡问题。 • 再热压力选择过低，再热蒸汽系统的管道投资增加较快。

39. 机组容量越大，中间再热的经济效益越高。

40. 给水回热系统主要参数对电厂经济性的影响 • 在循环初终参数一定的情况下，为使给水回热循环效率达到最大，必须合理确定给水回热系统的主要参数： • 给水温度tfw • 回热加热量在各回热级之间的分配∆hw • 回热级数Z 三者联系紧密，而且相互影响。

41. 一、最佳给水温度tfw • 热力学最佳给水温度：在给定条件下，使回热循环绝对内效率达到最大值的给水温度，也是使回热加热系统不可逆热交换引起的做功能力损失达到最小的给水温度。给水加热过程的做功能力损失主要包括回热蒸汽加热和锅炉烟气加热两部分。 • 热力学最佳给水温度与如何分配总加热量有关：分配方案不是唯一的，必有一个使回热循环绝对内效率达到最大值。 • 热力学最佳给水温度与回热级数有关：增加回热级数可以减少抽汽与给水之间的传热温差，减少做功能力的损失；还可以提高最佳给水温度。 • 绝对内效率：蒸汽在汽轮机做的内功除以工质在锅炉的吸热 • 用新蒸汽加热给水显然没有回热效果 传热的做功能力损失

42. 二、加热量最佳分配 （1）焓降分配法：每级给水的焓升取作前一级至本级蒸汽在汽轮机中的焓降。 前一级抽汽焓 本级抽汽焓 每级给水焓升： 最佳给水焓： 第Z级抽汽焓 凝结水焓 主蒸汽焓

43. （2）平均分配法：每一级加热的给水焓升相等（2）平均分配法：每一级加热的给水焓升相等 锅炉汽包水焓 每级给水焓升： 最佳给水焓： 凝结水焓

44. （3）等焓降分配法：使汽轮机各回热抽汽之间蒸汽焓降相等，每级回热给水的焓升等于蒸汽焓降。（3）等焓降分配法：使汽轮机各回热抽汽之间蒸汽焓降相等，每级回热给水的焓升等于蒸汽焓降。 主蒸汽焓 每级给水焓升： 最佳给水焓： 凝结水焓

45. （4）几何级数分配法: 第1级焓升 几何级数比例： 最佳给水焓： 第Z级焓升 凝结水焓 上述诸方法差不多。

46. 三、回热级数 • 给水回热的基本规律： • 回热级数越多，热效率越高。但其增长率递减，因为增加的给水加热量、抽汽量和其在汽轮机中的做功随级数增加而减少。 • 每一定的回热级数均有相应的最佳给水温度，且回热级数越多，最佳给水温度越高。 • 在一定的回热级数下，效率曲线最高点较平缓，即使给水温度与最佳值有偏差，对热效率影响并不大。

47. 再热机组的回热系统还应该考虑： • 高压缸排汽作为一级回热抽汽 • 若高压缸排汽不满足最佳给水温度的要求，高压缸应该再设一级回热抽汽 • 一般采取增加高压缸排汽的抽汽量，可以减少回热加热过程的做功能力损失。因为高压缸排汽的温度低，再热之后温度高。可以取正常抽汽量的1.5~1.8倍。

48. 四、经济上最有利的回热级数和给水温度 经济上最佳给水温度：按照国家的技术经济政策，通过技术经济比较确定的最佳给水温度。 经济上最有利给水温度的确定涉及到汽轮机和锅炉设备的运行工况；并且影响运行和投资费用的变化。例如：提高给水温度，可以节省燃料，但也增加了回热系统的设备。同时，增加了锅炉的产汽量和汽轮机高压缸的进汽量，汽轮机低压缸和凝汽流量相应减少。所以不同程度地影响到许多系统的投资和运行费用（锅炉、汽轮机、主蒸汽管道、主给水管道、回热加热装置、给水泵、凝汽设备和冷却系统、燃料系统、送引凤系统、除尘和除灰系统、厂用电系统）。

49. 燃料价格和设备利用率是主要经济因素之一：提高给水温度时，设备利用率越高燃料节省越多，燃料价格越高燃料费用的减少越明显。燃料价格和设备利用率是主要经济因素之一：提高给水温度时，设备利用率越高燃料节省越多，燃料价格越高燃料费用的减少越明显。 经济上最有利的回热级数和给水温度主要取决于钢煤比价，即燃料价格和设备投资，并且与机组容量和设备利用率有关。煤价高，钢价低，设备利用率高，回热级数可较多，给水温度可较高。高参数大容量机组应该采用较多回热级数和较高的给水温度。 价格要有预见性

50. 表面式回热加热器的连接 （一）疏水泵连接 送到出口的经济性好：疏水与凝结水混合，提高的是上一级的进水温度，减少的是上一级的抽汽量。