热力发电厂ppt课件

热力发电厂知识培训完整版 绪论第一章热力发电厂的评价第二章热力发电厂的蒸汽参数及其循环第三章新型动力循环第四章给水回热加热系统第五章给水除氧和发电厂的辅助汽水系统第六章电厂常用阀门简介第七章发电厂原则性热力系统 用于课程设计 第八章发电厂全面性热力系统 绪论 一 我国的能源资源和能源结构 能源资源丰富 但人均拥有量相对不足以煤炭为主要能源占一次能源消费量62 预计到2050年仍占能源消费量50 电力能源一直以煤为主 2002年我国能源状况 一次能源消费量为14 8亿吨标准煤 产量为13 87亿吨标准煤 为世界第二大能源消费国煤炭占66 1 石油23 4 天然气2 7 水电7 1 核电0 7 发电装机容量3 57亿千瓦 居世界第2位据能源统计年鉴 我国石油进口达6600万吨近年来我国能源需求已呈明显增长的趋势 能源利用率低 平均能耗高 产值能耗约为发达国家的4 5倍 产品单耗比发达国家高40 能源综合利用率不到30 污染严重 CO2的排放量已成为世界第2位 二 我国火力发电工业的成就 我国电力工业的发展 三 我国电力规划及火电技术发展动向 近两年缺电拉闸给我们的启示 电量需大于供 电源和电网 一段时间以来 电力发展的低速度和建设工程的长周期不能满足经济快速 持续发展和人民用电增长的需求 电力产 供 销瞬时平衡的特点要求电力必须超前需求而发展 去年浙江部分地区出现拉三送四情况 福建 湖南 上海 江苏 山西等拉闸限电 去年高温 缺雨揭开了电力供需低水平 暂时平衡隐患的盖子 十六大 提出经济翻两番目标的实现 经济发展推动电力 电力发展为经济列车提供强大的动力 社会发展对电力的新需求 实现可持续发展要求研究和应用电能高效和洁净地生产 输送 储存 分配和使用的新技术及可再生能源发电新技术 竞争性电力市场要求发展安全 有效 灵活 开放 节约土地 与环境友好的的输变电新技术 厂网分开 要求制订厂网协调 统一规划 分头实施 确保安全和资源优化配置 在发展中求得多赢的制度 现代化大都市和 全面实现小康 要求实现充足 可靠 优质 个性化的配 供电与营销新技术 与国民经济发展相协调的超前发展高效 高效率 高效益 高有效性 绿色 洁净化 三废 资源化 与环境友好 节约 节水源 节能源 节资源 节土地 可靠 高安全性 高灵活性 高电能质 可柔性 方便灵活 个性化 管理现代 信息化 数字化 网络化 未来20年电力可持续发展主题 从2003年到2020年 平均年增装机3000万kW 年投资约1200亿元 18年累计增加装机5 5亿kW 需投资约22000亿元 2010年西电东送和区域电网间电力交换能力达40000和30000MW 到2020年电源发展的蓝图 电源可持续发展思路 优化电源结构 优先发展水电 加快发展核电 优化发展煤电 配套发展调峰机组 积极发展新能源发电 因地制宜发展天然气发电 实施西电东送的同时 加强受端电源的支持 重视生态环境 加大技术改造 提高能源效率 优化发展煤电 优先发展高效 洁净煤 节水发电 提高机组调峰能力 大力发展煤炭利用全过程的洁净利用 努力试点发展发电 煤化工等多联产 未来20年电源发展规划 高效 绿色发电技术 以煤气化为核心 以发电为核心 火电发展的关键技术 超临界机组 SC 高效烟气净化技术超超临界机组 USC 高效烟气净化技术大型循环流化床 CFB 蒸汽燃气联合循环机组 GTCC 整体煤气化蒸汽燃气联合循环 IGCC 热电 冷 联产大容量空冷机组以煤气化为核心的多联产技术 超临界 超超临界机组 现实而先进的发电技术 超临界点 22 115MPa 374 15 超临界机组 SC 全世界已运行600多台 一般主汽压力24MPa及以上 主汽和再热汽温度540 560 效率比亚临界机组高约2 超超临界机组 USC 全世界已运行60多台 一般主汽压力25 28MPa及以上或主汽和再热汽温度580 以上 效率比超临界机组高约4 2003年2010年新建火电机组40 为SC机组 2010年2020年 600MW及以上新建机组将全部建SC机组 新建火电机组一半以上为USC 我国与世界主要国家超临界机组的比较 超 超 临界机组经济性估算 2000年我国火电机组平均供电煤耗392g kWh 比超临界机组高70 80g kWh 比超超临界机组高104g kWh 2002年火电发电量16386亿kWh 如一半由超 超超 临界机组发出 则每年可节约约5000 7000 9000 万吨 标准煤 2020年为1 4 1 8 2 3 亿吨 计划关停小火电30GW 煤耗高达550g kWh以上 如其中的一半用超 超超 临界机组替代 每年可节煤2000万吨 相应的节能 节水 节资源和环保效益显著 当代先进燃气轮机及联合循环性能 我国GTCC 蒸汽燃气联合循环 发展的展望 电力工业将持续发展并增加GTCC比重 2000年我国GTCC装机容量约700万kW 占装机容量2 我国计划到2010和2020年新增GTCC到2000和5000万kW 占装机容量3 4和5 需天然气约200和500亿m3 年 占全国天然气用量20和25 电力工业为提高效率 优化电源结构和减少环境污染 增加调峰能力 机组增容 在东南沿海及 西气东输 沿线因地制宜地发展GTCC发电 必须燃用油 气等优质燃料 IGCC发电技术将突破上述限制 煤整体气化蒸汽燃气联合循环 IGCC IGCC的特点 1 联合循环热效率高 并可进一步提高效率2 最清洁的煤电 环保性能优良3 燃料适应性强 高硫煤的硫可资源化4 调峰性能好 节约水资源5 单位造价不断降低全世界已建 在建和拟建IGCC电站30余座 我国在山东烟台拟建300 400MW级的IGCC示范电站 以煤气化为核心的发电 煤化工综合能源利用系统 21世纪能源工厂的预计指标 发电效率 燃煤60 HHV 天然气75 LHV 热电联产 热效率85 90 污染排放 粉尘和SO2 NOx接近零排放温室气体 排放减少50 并100 分离联产产品 合成气 H2 煤化工产品等 展望21世纪 能源系统 高温高压气化炉 变换制氢氢气分离 高温燃料电池 煤 煤气 高温高压热交换器 氧气分离 空气 先进循环 S S O2 电 热水 CO2 去埋藏 污染物 H2S PM 碱金属 H2 O2 O2 我国煤炭高效洁净发电示范工程 河南沁北电厂 SC国产化示范机组 600MW 浙江玉环电厂 USC示范机组 2 900 1000MW 江苏阚山电厂 600MWUSC示范机组四川白马及开远 黄角庄 秦黄岛等电厂300MW流化床锅炉山东烟台IGCC示范工程 2 300 400MW 发电 煤化工多联产试点工程 如兖州矿业集团鲁南化肥厂 76MW发电 10万吨甲醛 四 热力发电厂的类型及对热力发电厂的要求 五 本课程的任务和作用 研究对象 热力发电厂整个系统研究内容 1 研究不同热力发电厂热功转换理论基础 2 提高热力发电厂经济性的方法和措施 3 分析和计算热力发电厂的热经济性 研究方法 1 热力学第一定律法 热量法 2 热力学第二定律法 熵方法 热经济性的定性分析以热力学二定律法 熵方法 为主 定量计算以常规热力学第一定律法 热量法 为主 研究目的 提高电厂工作人员理论水平 为分析 研究 解决电厂生产实际问题提供强有力的理论支撑和指导 并指导电厂实践 第一章热力发电厂的评价 热力发电厂的安全可靠性火力发电厂的环境评价凝汽式发电厂的热经济性指标发电厂的技术经济比较与经济效益的指标体系我国能源和电力工业的可持续发展 第一节热力发电厂的安全可靠性 安全管理可靠性管理寿命管理火电厂的计算机监视设备的故障诊所 安全管理 电力工业是电力的产 供 销是连续 电能不可能大量储存 电力企业的效益首先体现在安全可靠供电的社会效益方面 高参数 大机组 大电网虽然有很多优点 一旦发生事故 处理不及时会连锁反应酿成大面积或整个电网长时间停电 甚至全网瓦解 电力企业必须坚持 安全第一 预防为主 的方针 电力安全生产是涉及全过程管理的问题 应抓好各环节 才能做到预防为主 安全第一 火电设备日趋先进 高度机械化 自动化 并能做到离线 在线计算机监控等 提高火电职工素质将对保障安全 提高效益有极大作用 火电厂可靠性管理的任务与作用 60年代中期 可靠性管理引到电力工业 1980年美国电气电子工程师学会制订了 统计 评价发电设备可靠性 可用率和生产能力用的术语定义 试用标准 日本 英 法和原苏联等国家都开展电力可靠性管理工作 我国70年代后才起步 现已建有中国电力可靠性管理中心 火电厂可靠性是指在预定时间内和规定的技术条件下 保持系统 设备 部件 元件发出额定电力的能力 并以量化的一系列可靠性指标来体现 火电厂的可靠性指标 设备的可靠性是以统计时间为基准用机组所处状态的各种性能指标来表征 我国火电厂可靠性指标有23个 其中最主要的为以下四个指标 可用系数非计划停用系数等效可用系数强迫停用率 寿命管理 火电设备寿命管理 以设备运行状态及金属材料的长期连续地监督为基础 计算其寿命损耗 并适时进行各种探伤检查 全面掌握设备技术状况 及时维修或更换 经长期运行后 金属材料将发生蠕变或松弛 寿命减少 现在大容量火电机组必须承担调峰任务 使机组启停次数增多 加剧火电设备的金属温度变化幅度和寿命损耗 为保证火电设备的安全可靠运行 须合理选择寿命损耗系数 合理寿命分配 高温蒸汽管道的主要延寿措施集中在弯管等应力集中的部件上 显然这些部件的寿命比直管短 火电厂的计算机监视 一般火电厂的计算机监控功能为 运行状况的巡回检测 数据处理和运行日报的打印制表 运行异常情况的越限报警 发生故障能自动记录故障时的有关参数 即事故追忆的打印制表 运行主要技术经济性指标的计算及其打印制表 发电设备的启动操作顺序监控 发供电生产过程的闭环控制 发电设备的自动启停 电厂故障自动监测与处理 电厂安全经济运行的最佳控制 设备的故障诊断 大型火电设备复杂 事故造成的损失 影响大 利用诊断技术对设备运行工况和部件材质性能的监测至关重要设备的检修有三种情况 事故维修 又称强制维修 定期维修 预估检修 第二节火力发电厂的环保评价 环境保护的重要性 大型火电厂的建设 给环境带来极大的影响 环境恶化威胁人类生存和发展 1972年联合国在斯德哥尔摩召开了第一次人类环境会议 发表了 人类环境宣言 它是促进全世界重视环境问题的里程碑 我国对环境问题的认识较发达国家迟 在 人类环境宣言 发表一周年后 即1973年8月才召开了第一次全国环境保护会议 并相应成立了我国第一个环境保护机构 我国电力工业环境保护工作开始于1973年 并成立了管理部门和电力环境保护研究所 在高校设立了环境工程系和专业及一个硕士点 对火电环境保护评价的要求 一般要求装机容量50MW及以上的火电厂 供热机组为25MW以上 要作环境影响评价 并编制环境影响报告书 50MW及以下的火电厂 只填写环境影响报告表 应执行环境影响报告书 表 的编审制度 和防治污染的设计与主体工程同时设计 施工 投产的 三同时 制度 火电建设项目的环境保护设计应贯彻统一规划 分期建设 分期收益的原则 火电建设项目的环境保护设计 在满足环境保护要求的同时 必须确保安全经济发电 各设计阶段的要求初步可行性研究阶段应编写环境简要说明 根据拟建项目的性质 规模 厂址及环境现状等有关资料 对可能造成的环境影响简要说明 并得出厂址选择的可行性或推荐结论 可行性研究阶段必须按规定编写环境影响报告书 要突出燃煤火电厂的特点 从 三废 对环境的影响出发 结合技术经济比较和社会效益分析进行综合评价 对厂址及规划容量做出推荐意见 提出防治污染的措施及环保投资估算 初步设计阶段应有环境保护专篇 提出防止污染工程措施和设计文件 环境保护投资概算 环境管理 监测机构及定员等 施工图设计 施工及竣工验收阶段 环保专业人员除分工完成所承担的设计文件外 并对有关设计文件及图纸进行会签 火电厂试生产结束前应进行环境保护设施的验收 火电厂的废气排放 一 环境空气质量标准环境空气质量功能区分为三类 一类区为自然保护区 风景名胜区和其他需要特殊保护地区 二类区为城镇规划中确定居住区 商业交通居民混合区 文化区 一般工业区和农村地区 三类区为特定工业区 不同区执行不同的标准 二 火电厂大气污染物排放标准GB13223 1996 火电厂大气污染物排放标准 三 大气污染防治1 高烟囱排放2 高效除尘器3 SO2控制技术的开发应用 节约水资源及废水资源化 节约水资源最大排放为冲灰水 减少冲灰排水的措施有 采用闭路循环 灰水回收使用 高浓度 灰浆中灰渣重量含量40 以上 输送灰浆 灰渣分别除比灰渣混除节约用水40 贮灰场灰水循环使用 灰场澄清水再用于冲灰 废污水处理 生活污水宜引入城市的污水处理系统统一处理 无条件者 应因地制宜采取相应措施进行处理 如沉淀 曝气 消毒 生化处理等 灰渣热排水治理及综合利用 灰渣综合利用原则是 贮用结合 因地制宜 多种途径 积极利用 讲究实际 我国开发的灰渣利用技术已达200多项 进人工程应用的50多项 如粉煤灰生产建筑材料 水泥 砖 砌块 加气混凝土及耐热耐火材料等 粉煤灰用于建筑工程 大体积混凝土 水下混凝土 泵送混凝土等 国外已有利用热排水养殖各种贝类 对虾及藻类 美国用以加热埋入土中的灌溉管系 使作物早熟 增收 我国有的电厂用热排水养殖鱼类 具有生长快 产量高的优点 并能降低鱼种越冬死亡率 有的电厂用以农业灌溉 也收效良好 噪声防止 火电厂是噪声源相对集中 噪声幅量大 噪声种类繁多 噪声源控制 由国家规定的产品噪声标准控制 没有的可参考以下数据 引风机 进风口前3m处 85dB A 送风机 进风口前3m处 90dB A 钢球磨煤机95 105dB A 汽轮机 包括注油器 距声源1m处 90dB A 发电机及励磁机 距声源1m处 90dB A 排料机 距机壳105m处 85dB A 汽动给水泵101dB A 噪声传播途径控制对易于封闭的噪声源 如水泵 风机 汽轮发电机组 采用隔板 阻尼和隔声措施 降噪量可达10 30dB A 对不易封闭的设备及系统 如锅炉 加热器和水 煤 汽 气 管道等 采用包覆隔振阻尼材料或设置隔声结构 降噪量可达20 50dB A 不能进行噪声源控制和传播途径控制的场所 采取个人防护如戴护耳器 耳塞 的广大盗寺 现在噪声外境中设置隔声间等办法 降噪量可在15 40dB A 之间 第三节热力发电厂热经济性评价 一 评价热力发电厂热经济性的两种基本分析方法 评价火电厂热经济性的方法有很多 但从热力学观点来分析 只有两种基本分析方法 1 基于热力学第一定律的热量法 效率法 热平衡法 2 基于热力学第二定律的佣方法 可用能法 做功能力法 或熵方法 佣损 做功能力损失 热量法是从能量转换的数量角度来评价其效果的 其指标是基于热力学第一定律的各种循环热效率 即有效利用的热量与供给的热量之比 Q1 外部热源供给的热量 Wa 该动力装置的理想比内功 以热量计 循环中各项能量损失之和 各项能量损失系数之和 佣方法从能量的质量 品位 来评价其效果 其指标为基于热力学第二定律的佣效率 即有效利用的可用能与供给的可用能之比 就动力装置循环而言热力学第二定律为 Esup 供入系统的可用能 循环中各项不可因素导致的各项可用能损失之和 循环中各项可用能损失系数之和 若循环供入可用能是温度为T1的热源提供的热量Q1 于是可得两种基本分析方法效率之间的关系式为 二 佣方法1佣效率与佣损佣损的计算通式为 2 典型不可逆过程的熵增及其佣损 3 凝汽式发电厂的佣损分布 三 热量法 四 两种热经济性评价方法的比较及其应用 1 两种方法算得的总损失量和全厂效率是相同的 2 对于损失的分布 两种分析方法得出了完全不同的结果 热量法中的能量损失以散失到环境为准 不区分能量品位的高低 故汽轮机的损失为最大 佣方法的可用能损失 以过程的不可逆性为准 指的是在不可逆过程中可用能转换为用的部分 由于燃烧 传热的严重不可逆性 锅炉可用能损失却占供入可用能最大一部分 3 热量法只表明能量数量转换的结果 不能揭示能量损失的本质原因 佣方法不仅表明能量转换的结果 并能确切揭示能量损失的部位 数量及其损失的原因 4 火电厂的热经济性指标计算 本书的定量计算即采用热量法 定性分析采用熵方法 5 冷源热损失是除锅炉散热佣损失 机械损失及发电机损失外的其他各项佣损失之和 因此要真正实现冷源热损失的降低 可以减少各项佣损失中最大者 第四节凝汽式发电厂的热经济性指标 通常火力发电厂采用热量法定量评价其热经济性 常用的热经济性指标汽耗率 热耗率 煤耗率 一 汽轮发电机组热经济性指标 一 凝汽式汽轮机组的绝对内效率 i 用正热平衡法计算 用反热平衡法时 汽轮机热耗量Q0 2汽轮机的实际比内功wi的五种计算方法 1 能量平衡方程 Wi 输入能量 输出能量 2 凝气流与各回热抽汽所做内功之和 3 wi为1kg凝汽流所做内功与各段抽汽作功不足之差 4 wi等效于kg的凝汽流的实际焓降 5 wi q0 qc3给水泵功使给水焓升的处理低参数机组可忽略泵功 对于高蒸汽初参数需考虑两种处理方法 作为内热源处理和作为外部热源处理 4 i的另一种表达式 二 汽耗D0和汽耗率d0 Dc0 机组纯凝汽 无回热抽汽 运行时的汽耗 由于回热抽汽而增大的汽耗系数 Yj 回热抽汽做功不足系数 再热前的回热抽汽做功不足系数 再热后的回热抽汽做功不足系数 汽耗率d0 由式 l 24 的分母得出 具有再热 回热汽轮机组以热量计的实际比内功 等价于 kg的凝汽流从蒸汽初参数膨胀至排汽压力pc所做以热量计的实际比内功 三 热耗Q0和热耗率q0 Q0 D0 h0 hfw Drh qrh 1 28 q Q0 Pe d0 h0 hfw rh qrh 1 29 回热式汽轮机的热经济性 高于无回热时的情况 但其汽耗 汽耗率却高于朗肯循环 故严格讲汽耗 汽耗率不能作为单独的热经济性指标 只有当q0一定时 d0才能作为热经济性指标 Q0却能单独用 是机组的重要热经济性指标 二 锅炉效率 b与主蒸汽管道效率 p 锅炉效率 b Qb Qcp Qb Bq1 锅炉热负荷Qb 主蒸汽管道效率 p Q0 Qb 若不考虑冷 热再热蒸汽管道的散热损失 则qrh b qrh 不计工质损失和锅炉连排 现代火电厂的 p可达99 左右 Q0 Qb Qp 三 全厂热经济性指标 1 全厂发电热经济性指标 标准煤的低位发热量q1 29270kJ kg 则全厂标准煤耗率 全厂热效率 cp qcp cp三者知其一 即可根据这三个关系式求得其余两项指标 2 全厂供电热经济性指标 全厂净效率 全厂供电热耗率 全厂供电标准煤耗率 四 热经济性指标间的变化关系 一般用热经济性指标的绝对量或相对量变化 表明热经济性变化 1 汽轮机组热耗率的变化与机组绝对内效率变化的关系 2 全厂标准煤耗率的变化与机组绝对内效率变化的关系 3 机组绝对内效率 热耗率及全厂标准煤耗率相对变化之间关系 当经济性变化微小时 则 五 汽轮机组热耗率的考核 火电设备安装后应通过有关热力试验来考核是否达到保证值能否验收 GB8117 87 电站汽轮机热力性能验收试验规程 第五节发电厂的技术经济比较与经济效益的指标体系 一 发电厂的技术经济比较 提高发电厂的热经济性 可节约燃料 但是要付出一定的代价 材料 设备 资金 人力等 应有最佳的经济效果才可取 为科学地寻求最佳经济效果 工程上普遍采用通过众多方案的技术经济比较的方法 进行技术经济 环境保护诸方面的分析 计算 论证 从中选择最好的方案 要强调指出 方案比较的前提是它的热经济性 但要落实到技术经济 环境保护来取舍 即要在保证发电厂安全生产前提下的技术上可行 符合环保要求 又要考虑经济上合理 1 技术经济比较的原则 方案比较时 首先要考虑所提方案必须符合党和国家的方针 政策 如燃料政策 节能政策 环境保护政策等 还要保证电能生产的安全 可靠 又具有一定的灵活性 经济上要求能耗少 投资省 成本低 见效快 以发挥最大的经济效益 既要考虑直接效益 也要考虑间接效益 不仅要考虑以货币形式表现的效益 还要考虑减轻环境污染 有利于生态平衡 便于生产 改善生活等非货币形式表现的社会效益 方案比较时 必须满足一定的可比条件 即使用价值的可比 消耗费用的可比 时间因素的可比和价格指标的可比 2 技术经济比较的基本方法 技术经济比较的方法主要有 专家评价法 经济论证法 综合评价法 系统分析法和不确定分析法等 它又可基本分为两类 方案比较法和数学分析法 方案比较法又称对比分析法 对实现同一目标的若干不同技术方案进行技术经济分析 计算和比较 也可定量计算 是工程项目中应用较普通的一种方法 计算中是否考虑时间因素对资金的影响而产生的静态与动态分析的不同 二 发电厂经济效益的指标体系 衡量发电厂经济效益要在评价经济效益的原则基础上 作定量的比较 要有定量比较的客观尺度 即评价经济效益的标准 经济效益评价标准由指标来反映 因经济效益是一个综合性的概念 需用一套指标体系 企业经济效益指标体系的设置 既要反映经济效益的主要内容和部门生产特点 又要有可比性 不同用途的指标要有明确区别 而且考核指标不宜太多 综合反映经济效益的指标主要为利润方面的指标 第六节我国能源和电力工业的可持续发展 一 可持续发展战略任务的提出 随着经济建设的发展 能源利用带来的污染严重1972年联合国召开了第一次人类环境会议 引起全世界认识到环境问题的重要性1981年美国人率先提出了可持续发展的思想 搞经济建设还要考虑下一代人的经济建设对资源的需求 留一个山青水绿的良好的生态环境 1992年联合国召开了第二次世界环境与发展大会 正式提出了可持续发展的战略 发表了 里约热内卢环境与发展宣言 21世纪议程 1994年 我国政府制定了 中国21世纪议程 中国21世纪人口 环境与发展白皮书 白皮书指出 走持续发展之路 1 我国电力工业的现状 能源资源短缺 人均资源远低于世界平均水平 能源结构决定了我国电力结构主要是以火电为主火电厂 工业锅炉 工业窑炉是我国大气污染 酸雨沉降的主要原因 能源利用率低 远低于发达国家 能源价格并未反映其经济成本和资源的稀缺性 2 我国电力工业的可持续利用对策 发展300 600MW以上的大机组 积极发展超临界参数600MW机组 特别是在我国缺煤而经济又较发达的东部地区 限期逐步关闭中小机组 提高大型发电设备的效率 发展洁净燃烧技术 调整工业结构 煤炭除用于冶金 化工原料外 基本上用以转变电能 调整我国的工业结构 更多煤转化为电能 第二章热力发电厂的蒸汽参数及其循环 内容提要 1 蒸汽动力循环的循环参数 2 现代火电厂常用的蒸汽循环 3 蒸汽循环及其参数选择 对热经济性 可靠性 运行灵活性以及对环境的影响有关 第一节提高蒸汽初参数 提高初参数的实质是通过提高循环吸热过程的平均温度 以提高其热效率 t 一 提高蒸汽初参数的经济性 一 提高蒸汽初温t0 t a q0 1 Tc T0 初温提高后的效率为 t F 1 即 t 二 提高蒸汽初压p0提高p0并不总是能提高 t 这是由水蒸气性质所决定的 当提高到某一蒸汽初压使得整个吸热平均温度低于时 热效率即下降 使得 随t0的增加 使 t下降的极限压力愈高 当理想比内功wa 理想焓降 减小的相对值等于冷源热损失 qca或初焓h0减小的相对值时 t达最大值 提高p0使蒸汽干度减小 湿汽损失增加 提高p0 使进入汽轮机的蒸汽比容和容积流量减少 加大了高压端漏汽损失 有可能要局部进汽而导致鼓风损失 斥汽损失 使得汽轮机相对内效率下降 同时提高p0 t0所增加的理想比内功远大于增加的冷源热损失 三 提高蒸汽初参数与 i 汽轮机容量的关系 提高初压p0 在工程应用范围内 仍可提高 t 但 ri却要降低 特别是容积流量小的汽轮机 ri下降愈甚 如果 ri的下降超过 t的增加 将使得 i i t ri 下降 则提高p0效果就适得其反 若蒸汽容积流量足够大 使得提高p0降低 ri的程度远低于 t的增加 因而仍能提高 i 二 提高蒸汽初参数的技术经济可行性 一 影响提高蒸汽初参数的主要因素 1 提高蒸汽初参数可提高热经济性和节约燃料 2 提高t0受金属材料的制约 3 提高P0受蒸汽膨胀终了时湿度的限制 4 提高p0 t0影响电厂的钢材消耗和总投资 5 更高蒸汽初参数 更大容量机组的可用率 二 最有利初压 三 蒸汽初参数系列 三 超临界蒸汽参数大容量机组 一 国外超临界和超超临界汽轮发电机组1 国外超临界汽轮发电机发展超临界机组 主要原因为 1 热经济性高 节约一次能源 降低火电成本 2 降低机组单位造价 缩短工期 减少占地面积 3 可靠性已相当高达到90 2 国外超超临界汽轮发电机组丹麦建2X412MW超超临界机组 蒸汽参数为28 5MPa 580 580 580 热效率可达49 日本已研制成2X700MW超超临界机组 蒸汽参数为30 9MPa 566 566 566 热效率达到42 二 我国超临界机组的发展概况1 必要性为了节约能源 降低污染2 可能性上海石洞口浙江玉环电厂3 实施意见 第二节降低蒸汽终参数 火电厂的蒸汽终参数即汽轮机的排汽压力pc 不仅与凝汽设备有关 而且还与汽轮机的低压部分以及供水冷却系统有关 总称为火电厂的冷端 一 电厂用水量和供水系统的选择1 电厂用水量最大者为凝汽器的冷却水 占95 Gc mDcm为冷却倍率m与地区 季节 供水系统 凝汽器结构等因素有关 2 冷却系统的选择 1 直流供水 开式供水 江河水 海水 2 循环供水 闭式供水 循环利用 需要循环泵冷却设施有冷却池 喷水池及喷射冷却装置 冷却塔三种自然通风冷却塔机械通风冷却塔 耗电量大 3 混合供水 二 降低蒸汽终参数的热经济性l 降低蒸汽终参数的极限 降低pc 即tc 总是可以提高循环热效率 t 凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定 t与凝汽器工作状况有关 若凝汽器铜管有积垢 或有空气附于铜管等情况 就会使 t增大 排汽压力提高 真空降低 热经济性降低 2 凝汽器的设计压力pc Pc选取还与经济性有关 3 额定工况汽轮机排汽压力的部标 4 多压凝汽器在不增加冷却面积的情况下 采用多压凝汽器 会降低排汽平均温度 提高热经济性 5 凝汽器的最佳真空与冷却水泵的经济调度 真空度 是影响汽轮机组热经济性的一项重要指标 当输出净功率为最大时 即所对应的真空即凝汽器的最佳真空 三 空气冷却凝汽器火电机组容量增大 用水量增大 对于缺水地区 采用空冷是最佳选择 一 空气冷却器凝汽器系统的类型 1 直接空冷 2 间接空冷a混合式 喷射式 凝汽器 海勒系统 b表面式凝汽器 哈蒙间冷 二 国外空冷式发电厂 三 我国的空冷发电厂大同第二发电厂 海勒系统 内蒙古丰镇电厂 海勒系统 太原第二热电厂 哈蒙系统 四 火电厂冷端系统的优化 1 维持机组出力不变 冷端参数变化 引起汽轮机背压和进汽量变化 导致热耗率的变化 使燃料费用发生变化 2 维持汽轮机进汽量不变 冷端参数变化 引起汽轮机背压 功率变化 使电费收入变化 将燃料费用或电费收人的变化值 同电厂相应设备费投资变化相比 即可确定最佳参数组合 第三节给水回热循环 一 给水回热的热经济性提高循环热效率的本质原因是提高了循环的吸热平均温度1 采用回热提高 i 用回热抽汽动力系数Ar来表征实际单级回热循环较实际朗肯循环的循环热效率的提高量 多级回热抽汽作功系数 因 i1 故 i采用回热总是能提高热经济性 2 采用回热导致作功能力损失 回热虽然可提高热经济性 D0 Dc0 却使机组汽耗及机组汽耗率相应增大 回热抽汽的压力愈高 其作功不足 不能继续膨胀至排汽压力而少做的功 愈大 相应 值也随之加大 可见 为提高回热的热经济性 应充分利用低压的回热抽汽 二 给水回热基本参数对热经济性的影响 一 混合式回热加热器系统的 c表达式 对于Z级混合式加热器系统的ac为 二 tfw z三参数的关系1 总的给水焓升量 回热分配 分配方法 焓降分配法 平均分配法 等焓降分配法 几何级数分配法 中国电力建设研究所马芳礼循环函数法导出如下公式 按下列条件求极值 同理推出 若进一步简化 忽略某些次要因素 可得出某些近似的最佳回热分配通式 如蒸汽参数不高 忽略q随 的变化 即 0 其意义为 将每一级加热器内水的焓升 取为前一级至本级的蒸汽在汽轮机中的焓降 简称为 焓降分配法 若再忽略各加热器间蒸汽凝结放热量qj的微小差异 即q1 q2 qz 则式 2 13 可简化为 其意义为 将每一回热器中水的焓升取为相等来分配的 即美国J K Salisbury推导的方法 又简称为 平均分配法 将 代入式2 13得 即每一级加热器中水的焓升 取为等于汽轮机的各级焓降 简称 等焓降分配法 几何级数分配法 m 1 01 1 04 不同回热分配的热经济结果略有差异 当蒸汽参数不高时 数值上差别不大 2 最佳给水温度 2 作功能力法 随着tfw提高 锅炉的吸热过程平均温度提高 使其在炉内同烟气的换热温差减少 降低了做功能力损失 eb 但是因此增加的换热器 产生了回热加热器的换热温差 导致存在 er 削弱了回热的效果 必然存在一个最佳的tfw 随回热级数z的增加 i不断提高 是递增函数关系 而给水温度的提高 对 i的影响是双重的 存在最佳给水温度点 1 热量法 一方面使比热耗q0 h0 hfw 降低 另一方面使比内功wi h0 hc 减少 为达到同样的做功量 必导致汽耗率d0增大 两者均同时影响 i wi q0或q d0 q0 两种解释 3 回热级数Z 理论上讲 z 无穷大时 i最大 1 即随z的增加 回热循环的热经济性不断提高 但提高的幅度却是递减的 2 tfw一定时 回热的热经济性也是随z增加而提高 其增长率也是递减的 3 z一定时 有其对应的最佳给水温度值 它是随z的增加而提高 4 实际给水温度若与理论上的tfwop稍有偏差 对回热的热经济性影响不大 第四节蒸汽再热循环 一 蒸汽再热的目的及其热经济性 一 再热的目的提高蒸汽初压 降低排汽压力 使湿度增大 降低内效率 危及安全 蒸汽再热是保证汽轮机最终湿度在允许范围内有效措施 再热参数选择合适 再热是进一步提高初压和热经济性的重要手段 二 理想再热循环热经济性分析 1 再热循环的热效率 再热循环热效率相对提高为 rh 当 则 当 则 当 则 整个在热循环吸热平均温度是否能提高 取决于两个基本参数再热压力和再热温度 存在一个最佳再热压力 2 实际再热循环的内效率 反平衡算法 二 最佳再热参数的选择1 一次烟气再热温度 再热前温度 最大值是取其一阶导数 并取其等于零 即 等价卡诺循环的热效率 最佳点 需采用逐步逼近法来求得 2 二次烟气再过热温度 3 我国再热式汽轮机的蒸汽初参数 再热参数 三 具有蒸汽再热的回热循环 再热式机组采用回热的方法可提高热经济性 与非再热式机组比较 采用回热时提高热经济性的幅度要小 在各级回热量不变的条件下 再热后各级回热的汽焓将会提高 各级回热抽汽系数减小 若维持功率不变 势必会使凝汽系数加大 故再热循环的动力系数Arrh小于回热循环的动力系数Ar 削弱回热效果 1 再热对传热过程的影响抽汽过热度越高 导致换热温差加大 额外用损 er越大 2 再热 回热循环的热效率效率公式如表2 16 3 再热 回热循环的最佳给水回热参数最佳参数选择与分析回热循环时有相同的结果 须强调指出 再热虽有削弱回热效果的一面 但再热式机组采用回热的热经济性 再热效率增加 回热效率增加 双重效应 仍高于无再热的回热机组 四 蒸汽再过热的方法 1 烟气再热优点 再热后的汽温可等于或接近于新汽温度提高机组热经济性5 6 缺点 1 压损 prh大 降低机组热经济性 2 增加投资 3 保护再热器 须另设旁路系统 系统复杂2 蒸汽再热优点 系统简单 可布置在汽轮机旁 压损 prh小 再热系统耗钢材少 投资小 调节容易缺点 再热后汽温 trh较低提高经济性2 3 第五节热电联产循环 一 热电联产的效益 一 热能消费的特点 60 是120 以下的低温热能 热能耗费的数量很大 品价较低 又常以高品位的一次能源来供应 故具有较大的节能潜力 二 热电分别能量生产与热电联合能量生产的特点分产 能量浪费严重 利用不合理 能量品位贬值严重联产 实现能量的有效梯级利用 能源利用率高 节能供热式汽轮机类型 单抽 C型 凝汽式汽轮机 双抽 CC型 凝汽式汽轮机 背压式 B型 汽轮机或抽背式 CB型 汽轮机对于抽汽式汽轮机 只有先发电后供热的供热汽流Dh才属热电联产 它的凝汽流Dc仍属于分产发电 三 热电联产的热量法 效率法 定性分析 理想朗肯循环热效率 t和实际朗肯循环热效率 i为 理想纯供热循环的热效率 th及其实际循环热效率 ih为 1 朗肯循环的 t i值均较低 其排汽虽有较大热量 但品位低 无法对外供热 冷源损失大 能源利用率低 2 纯供热循环的 th ih均为1 无冷源损失 在满足用热参数的前提下 降低ph值 可提高wi值 使热化发电比Xh Wh W 提高 提高经济性 给水回热循环的回热抽汽流也属于热电联产的性质 3 对于抽汽凝汽式机组 其中的供热汽流完全没有冷源热损失 它的 ih仍为1 它的凝汽汽流仍有冷源热损失 该凝汽流的 ic小于1 比相同循环参数 同容量的凝汽式汽轮机 即代替电厂的汽轮机 的绝对内效率 i还要低 即 ic i 4 ic i的原因为 节流导致的不可逆热损失 非设计工况的效率要降低 初参数都低于代替电站的凝汽式机组 供水条件比凝汽式电厂的差 使其热经济性有所降低 四 热电联产的综合效益1 热电联产的热经济性 与相同电 热负荷的热电分产相比 热电联产较分产节省燃料 1 联产供热较分产供热节煤量计算 节约燃料原因是热电厂电站锅炉效率 b 90 远高于分产供热工业锅炉效率 b d 66 71 分产煤耗 联产煤耗 节煤量 节煤条件 2 联产发电较分产发电节煤 分产煤耗 联产煤耗 节煤量 热电联产必须满足两项要求 1 热电厂内必须有联产电能和热能两种能量 2 由热电厂向众多热用户集中供热 并保证用热质量和数量 热电联产优点 1 节约能源 2 减轻大气污染 改善环境 3 提高供热质量 改善劳动条件 4 其他经济效益 二 集中供热锅炉房集中供热锅炉房属分产供热 较分散供热节约燃料属于供热集中节煤 不如热电联产时的效益 三 热电冷三联产1 热电冷三联产的必要性2 溴化锂 水吸收式制冷简介3 热电冷三联产的特点 1 热电联产 将低品位热用于制冷 形成三联产 2 提高了热电厂夏季运行时的效益 3 溴化锂 水吸收式系统制冷缓解电力紧张 4 对于有大量余热的企业 节约能源 5 溴化锂吸收式制冷机对环境无污染 6 可满足宾馆高层建筑 办公楼和生产设施空调的要求4 热电冷三联产的应用目前一些分布式能量系统多用此形式 四 我国的热电联产1 热电联产发展的简要回顾2 存在的问题 1 规模小 2 供热机组容量小 3 我国生产用汽以汽网为主 采暖以水网为主 4 热电冷三联产 核供热刚刚起步3 发展前景 第三章新型动力循环第一节燃气 蒸汽联合循环燃气轮机为先进发电装置 目前各种先进发电技术 先进循环的核心部件 燃气轮机组三部分 压气机 燃烧室和燃气透平 一燃气 蒸汽联合循环的特点 1 高效 2 环保 3 少用水 第三章新型动力循环第一节燃气 蒸汽联合循环燃气轮机为先进发电装置 是目前各种先进发电技术 先进循环的核心部件 燃气轮机由三部分组成 压气机 燃烧室和燃气透平 理想燃气轮机热力循环T s图 第四章给水回热加热系统主要内容 1 介绍回热加热器的类型 结构特点及其连接方式 着重定性分析影响电厂热经济性的一些回热系统的损失 2 回热原则性热力系统的常规计算原理 方法 步骤 说明常规的串联法和电算并联法的热力计算 3 回热加热器运行的基本知识 第一节热力系统的概念及分类1概念火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统由管道 阀门连接各设备组成 2分类 1 以范围划分 热力系统可分为全厂和局部两类 2 按用途划分 热力系统可分为原则性和全面性两类 a原则性热力系统是一种原理性图只反映某一特定工况下系统特征 对反映系统主要特点的各种功能的原则性热力系统图 次要的支管线及阀门不应画出 b全面性热力系统图是实际热力系统的反映 它包括不同运行工况下的所有系统 以反映该系统的安全可靠性 经济性和灵活性 不言而喻 全面性热力系统图是施工和运行的主要依据 第二节回热 机组 原则性热力系统回热系统既是汽轮机热力系统的基础 也是全厂热力系统的核心 机组和电厂的热经济性起着决定性的作用 一 回热加热器的类型1加热器类型有混合式 接触式 特点 无端差 热经济性好2表面式加热器特点 有端差 热经济性差 但系统简单 运行安全可靠以及系统投资都优于混合式 根据技术经济全面综合比较 绝大多数电厂都选用的面式加热器组成回热系统 只有除氧器采用混合式 2 面式加热器的类型及其结构特点电厂广泛采用的面式加热器有立式和卧式两种 卧式换热效果好 换热系数大 热经济性高于立式立式占地面积小 便于安装和检修 表面式加热器又可分为水室结构和联箱结构两大类 1水室结构采用管板和U形管束连接方式 2联箱结构采用联箱与蛇形管束或螺旋形管束相连接的方式 联箱结构表面式加热器图 3 混合式低压加热器为使水能与蒸汽充分接触采取手段 淋水盘的细流式 压力喷雾的水滴式 或水膜式 KTH设计的卧式混合式加热器结构示意图 二 面式加热器的连接方式1面式加热器的疏水方式选择 1 逐级自流的方式 2 采用疏水泵 将疏水打人该加热器出口水流为提高其热经济佳 还普遍装设内置式疏水冷却器 2面式加热器的疏水设备选择 1 水封管利用U型管中水高度平衡加热器压差 自动排水 2 浮子式疏水器由浮子 滑阀及其相连接的一套转动连杆机构组成 3 疏水调节阀高压加热器多采用疏水调节阀 它的动作由一套水位控制操作系统来操纵 常用的有电动 气动控制系统 4 新型水位控制器基于汽液两相流动特性设计的大机组加热器水位调节的新方法和设备 靠汽液两相流的自反馈特性改变流量达到控制水位的目的 图4 12汽液两相流自动调节水位器 a 控制系统示意图 b 控制框图 高压加热器的水侧旁路保护装置高压加热器管束内为高压给水 若管束破裂 高压给水会沿抽汽管倒流入汽轮机 造成严重事故 图4 13高压加热器水压液动自动旁路装置简图 蒸汽冷却器蒸汽冷却器有内置式和外置式两种 1 设内置式蒸汽冷却器可提高本级加热器出口水温 吸热温差减小而提高了经济性 可提高热经济性0 12 0 15 2 外置式有双重作用一方面提高给水温度 降低锅炉内佣损 提高热经济性另一方面 采用外置式的那级加热器由于换热温差减小同样提高经济性 可提高经济性0 3 0 5 3 外置式蒸汽冷却器的连接方式并联和串联 4 外置式蒸汽冷却器的应用串联连接方式的饿热经济性要优于并联国内机组一般采用单级串联系统 国外也有少数机组采用串联 并联的综合连接方式 我国进口大机组 多采用内置式蒸汽冷却器 三 回热系统的损失及回热系统的优化1 回热系统的损失1 抽汽管道压降2 面式加热器的端差3 回热系统的配置4 实际给水焓升分配有关 图4 18国产200W凝汽式再热机组回热原则性热力系统 a 三缸二排汽系统 b 三缸两排汽 实际回热系统 第三节回热 机组 原则性热力系统的计算 一 计算目的及基本公式1 目的 1 确定某工况时机组的热经济性指标和各部分汽水流量 2 根据最大工况时的各项汽水流量 选择有关的辅助设备及汽水管道 3 确定某些工况下汽轮机的功率或新汽耗量 4 新机组本体热力系统定型设计 分为 定功率计算和定流量计算 2 计算的基本公式利用性能计算公式和能量质量平衡方程式计算内容 通过加热器热平衡式来求各抽汽量 Dj或 j 通过物质平衡式求凝汽量 Dc或 c 通过汽轮机功率方程式求Pe 定流量计算时 或D0 定功率计算时 二 计算方法和步骤常规计算法 循环函数法 等效焓降法等 1 整理原始资料并作合理假定 2 进行各级回热抽汽量的计算 3 凝汽系数或新汽耗量的计算 或汽轮机功率计算 4 对计算结果进行校核 5 热经济性指标和各处汽水流量计算 三 热平衡式的拟定拟定热平衡式时 选择最合适热平衡范围 尽量减少方程数目 图4 19回热原则性系统计算中热平衡式的拟定范围选择 图4 20回热加热器的疏水类型 a 放流式加热器 b c 汇集式加热器 对放流式加热器qj hi hj j hwj hwj 1 1rj hj 1 hj 对汇集式加热器qjj hj hwj j hwj hwj 1rj hj 1 hwj 1 按输入热量等于输出热量列方程为 Ajhj aj 1hj 1 acjhwj 1 fw hwj按吸热量等于放热量列出方程 j hj hwj j 1 h j 1 hwj cj hwj hwj 1 四 常规热平衡的电算回热 机组 原则性热力系统电算热力系统时 将 z十1 个方程排成矩阵来计算 可称为并联法计算 第四节回热加热器的运行 一 回热系统正常运行的重要性核心部分影响煤耗和出力二 加热器的投运和停用方式限制水温变化率 三 运行中监督1水位加热器汽侧水位过高 过低 不仅影响回热经济性 还威胁机组的安全运行 2加热器出口水温加热器出口水温应维持设计值 若低于设计值 将使高压抽汽增加 低压抽汽减少 回热的热经济性下降 四 加热器的防腐保护防止腐蚀措施 短期停用时 壳侧 即汽侧 充满了蒸汽 管侧 即水侧 充满PH值经过调整的给水 或加人其他化学抑制剂 要长期停用时 先将设备完全干燥 而后在壳侧 管侧均充氮气 或在壳侧充氮气 管侧充满加人联氧的给水 使其浓度达到200mp l 控制其pH值为10 0 氮气压力维持在0 05MPa 表压 压力低于0 02MPa时 应再补充氮气 氮气纯度在99 5 以上 第五章给水除氧和发电厂的辅助汽水系统 除氧器是特殊的混合式回热加热器 兼有除氧 汇集各项汽水流量的作用 并与给水泵的安全运行有密切关系 内容提要 1 火电厂的工质损失及其补充 2 锅炉连排污利用系统和化学除氧 3 热除氧机理及其原则性热力系统 4 除氧器的安全运行 第一节火电厂的汽水损失及补充 1 汽水工质损失的类型及减少工质损失的技术措施 1 内部损失a正常性汽水工质损失暖管疏放水 加热重油 各种汽动设备用汽等b偶然性非工艺要求的汽水损失各种跑冒滴漏 2 外部损失是指热电厂对外供热设备及其管道的工质损失 减少工质损失技术措施 1 选择合理的热力系统及汽水回收方式 2 改进工艺过程 3 提高安装检修质量 2 火电厂水汽质量依据GB T12145和行业标准SD163 SD164 85来检测 表5 2锅炉给水质量标准 3 给水含氧控制指标亚临界和超临界的直流锅炉 要求彻底除氧 第二节锅炉连续排污利用系统 一 锅炉的汽水品质汽水指饱和蒸汽 过热蒸汽 锅炉给水和炉水锅炉炉水的水质 应保证蒸汽品质 防止积盐 腐蚀 保持受热面和非受热面洁净 PH值有严格规定 表5 3汽轮机冲转前的蒸汽质量标准 二 废热及工质的回收利用1 汽包炉连续排污扩容系统的热经济性分析扩容系统一方面通过扩容回收一部分蒸汽用于除氧器热源 另外排污水还加热了从化学车间来的软化水 从而实现能量的梯级利用 通常与除氧器相连接 图5 1汽包炉单级连续排污利