第十六章 发电厂的热力系统

1、第十六章第十六章 发电厂的热力系统发电厂的热力系统 为了确保安全生产和调度灵活又增设了许多备用设备系统，如除各高压加热器的旁路外又增加了锅炉点火或变工况运行时所需要的从锅炉一直到凝汽器的所谓“大旁路”、汽轮机高压缸，中压缸等之间的旁路，以便满足各种工况并回收热量和工质以降低热力系统中的损失，此外还设置了“废”热回收系统（如锅炉连续排污的回收）补充水系统，各管道与设备的输水系统等，所以热力系统十分复杂，对这样复杂的热力系统，应进行分析和研究，以便从整体上掌握它，才能实现对全厂热力设备的监视和控制，这就是本章的目的。第一节 给水回热加热系统 随着汽轮机的单机容量的增大及其初蒸汽参数的提高，回热抽汽

2、的级数也在增多，多者可达10余级的回热抽汽，回热加热器及其连接管道和附件也以同样的数目增加，这是造成现代发电厂的热力系统越来越复杂的主要原因。一、回热加热器的型式与其连接系统 回热加热器的主要型式可分成两大类，这就是混合式（也叫接触式）加热器和面式加热器。这两类加热器当然在结构上有明显的区别，但这分类主要的还是根据其加热工质与被加热工质之间的换热方式与特点来分的。 图16-1 混合式加热器示意图图16-2 管板式U型管面式加热器1盖板；2球面螺母；3挂环；4止脱箍；5均压四合圈；6密封环；7密封座；8管板；9蒸汽冷却段隔板；10蒸汽冷却段管束；11凝结段管束；12疏水冷却段；13凝结段隔板；1

3、4疏水冷却段隔板；15凝结段蒸汽流向；16疏水流向；17双头螺栓二、回热加热器的连接系统与其分析 现代电厂的回热系统主要是采用表面式的回热加热器，而混合式加热器虽然有很多优点，但只作为除氧器而被采用，关于这种加热器的连接与除氧原理我们在后面还要分析，这里要分析的回热加热器的连接主要是讨论面式加热器及其疏水的处理方式，图16-4列出几种可能的疏水处理方式。图16-4 加热器的连接方式（a）单叠混合式加热器；（b）重力叠置混合式加热器；（c）面式加热器的疏水采用疏水泵抽出；（d）疏水逐级回流；（e）仅采用一台输水泵三、采用回热系统的经济性分析 与无回热的热力系统相比，采用合理设计的回热系统，在其它

4、各技术参数与条件相同的情况，一般可使循环热效率提高8%15%。但是取得这样可观的热经济效益也不是无代价的，除要增加回热加热器及其连接管道和附件外，汽轮机本体、凝汽器与锅炉受热面等都将发生相应的变化。四、影响回热系统经济效益的因素四、影响回热系统经济效益的因素 回热系统的经济效益主要取决于其热经济性，因此，我们主要分析影响其热经济性的主要因素， 1加热器的型式及其组合（1）混合式加热器也叫接触式加热器 （2）带疏水泵的面式加热器 （3）带疏水冷却器的加热器组合 （4）单纯的疏水逐级回流的加热器 2回热级数与给水加热最终温度 给水回热级数、加热量在各级之间的分配以及给水加热的最终温度是给水回热加热

5、基本参数，这在工程热力学中已经讨论。本节将在基础上再进一步讨论。这三个基本参数是相互关联的，首先要确定的是回热级数，级数一旦决定，给水加热最终温度也就可以定下来。图16-5为给水回热的经济效益，正反映着回热级数与给水加热最终温度之间的关系。图16-5给水回热的经济效益3加热器的运行监视、调节和保护 为保证回热加热器正常运行，应加强对其运行状态的监视。主要监视参数有回热抽汽压力和温度、给水流量和加热器进、出口水温和加热器汽侧的水位。 图16-6 国产N200型机组低压加热器管路系统1轴封冷却器旁路阀；21号低压加热器旁路阀；3轴封加热器旁路阀；4再循环门；52、3、4号低压加热器旁路阀；6起动防

6、水阀；7水位调节阀；8疏水泵第二节给水除氧系统给水除氧的目的和要求 当水和气体接触时，一部分气体会溶于其中。根据气体在液体中溶解的亨利定律：在平衡状态下，单位体积水中溶解的气体质量与水面上该气体的分压力成正比，随水温升高，水蒸汽的分压力加大，其它气体的分压降低，水中溶解的气体也减小。由于内部为负压状态的热力设备（汽轮机的排汽缸、凝汽器、个别低压加热器及其连接管路）结合面并非绝对严密，空气会从间隙漏入，一部分溶解于凝结水中，另外化学补充水取自天然水，其中溶解的空气达40mg/L，虽经化学处理仍然溶解有一定量的空气，因此由主凝结水和化学补充水组成的锅炉给水也必然溶解一定量的空气。 为了保证发电厂安

7、全经济运行，必须不断的除掉给水中溶解的气体，特别是其中溶解的氧气。习惯上将给水除气过程称为给水除氧，而除气的设备称除氧器。给水除氧的原理和方法 给水除氧的方法有化学除氧和物理除氧两种。 化学除氧是利用易于和氧起化学反应的药剂（如亚硫酸钠Na2SO3和联胺N2H4等）与水中的溶解氧化和，达到除氧的目的。 发电厂中广泛采用物理方法（即热力除氧）进行除氧。这种除氧方法的原理是建立在亨利定律和道尔顿定律的基础上的。 根据亨利定律，某种气体在单位体积水中的溶解量（溶解度）为：bpbKpmg/L （16-2）式中 pb平衡状态下水面上该气体的分压力（平衡压力）； p水面上混和气体的全压； K该气体的质量溶

8、解度系数（与气体种类和温度有关，如图16-8所示为气体在水中的溶解度）。 若水面上某种气体的实际分压力小于该状态对应的平衡压力，则单位时间内该气体溶于水的分子数小于从水中逸出的分子数，相当于该气体的分子从水中逸出，使水中该气体的溶解量减小。因此只要采取适当措施提高该气体的平衡压力或降低水面上该气体的分压力，就可以实现除掉该气体的目的。若能使水面上该气体的分压力等于零，则该气体的溶解度即降至零。 采用热力除氧必须做到以下两点：首先必须将给水加热至除氧器内压力相应的饱和温度，即使只差几分之一度，也将使给水中残存的溶解氧达不到允许的程度（见图16-9）；其次必须有气体逸出的空间，并及时将水中逸出的氧

9、气从除氧器中排出，只有混合式加热器才能满足上述两项要求，故用它作为除氧器。3除氧器的种类和结构 除氧器按工作压力的高低可分为：真空式（p0.1Mpa）、大气式（p0.12Mpa）和高压式（p=0.3-1.0Mpa）三大类。图16-10 淋水盘式除氧器1除氧塔；2主凝结水进口；3排气口；4高压加热器疏水进口；5加热蒸汽进口；6除氧水箱；7下水管；8放水管图16-12 除氧器供汽系统的连接方式（a）单独为一级加热器；（b）前置式连接；（c）调节抽汽供汽5除氧器的运行和监视 除氧器的运行和监视主要是为了保证良好的除氧效果和水泵的安全。 无论是滑压运行还是定压运行的除氧器，在机组甩负荷时都应迅速关闭抽

10、汽逆止门，防止蒸汽倒流入汽轮机。第三节 发电厂的汽水损失与补充1发电厂的汽水损失 发电厂在运行过程中，总伴随有一定量的蒸汽和凝结水损失。在起动过程中，热力设备暖机和管道暖管用汽、起动抽气器和汽动泵用汽；在正常运行中重油加热、蒸汽吹灰、轴封排汽、锅炉排污以及设备和管道的泄漏、汽水化验取样等；在停机、停炉和设备检修时的排汽、放水都将造成汽水损失。 2减少汽水损失的措施减少发电厂汽水损失的主要措施有：（1）改进安装工艺，提高安装质量，减少设备和管道泄漏。例如以焊接代替法兰连接。（2）设置起动旁路系统、疏水回收系统、锅炉连续排污的回收利用系统和轴封漏汽回收系统等。（3）将蒸汽吹灰改为高压空气或炉水吹灰

11、，直接供热改为间接供热等。3汽水损失的补充 尽管采取相应的措施，但仍不可避免有一定量的汽水损失，要维持工质平衡正常循环，必须及时进行工质补充。为保证蒸汽品质，补充水一定要符合规定的水质指标。对天然水必须进行处理后才能作补充水，处理方法有化学法和物理法两种。4锅炉连续排污利用系统图16-16是高压电厂采用的两级扩容器串联的回收系统，其工质和热量损失只是第二级扩容器排污经冷却器降温后排入地沟的部分。为了获得品质合格的扩容蒸汽，每级扩容器都设有水位自动调节阀和手动调节阀以及放水阀。另外每级扩容器均设有安全阀；在扩容蒸汽引出管上设有逆止阀。 图16-16 两级连续排污扩容系统1低位水箱；2其它污水进口

12、；3连续排污进口；4去供热系统；5高压排污扩容器；6节流阀；7截止门；8冷却水；9低压排污扩容器；10去供热系统第四节 原则性热力系统图1热力系统图 为了便于对发电厂热力系统进行方案设计、分析研究和运行监督，用规定的符号表示各种热力设备和阀门，用不同的线条表示各种连接管道，绘制成设备连接系统的示意图，称为热力系统图。2原则性热力系统图 在原则性热力系统图上，只画出与工质的热力循环有关的设备及其联结管道。与此过程无关的部分一概省略。这种系统图主要描述热力系统的工作原理，用于热力系统的分析比较和计算。 图16-17 N100-8.83/535凝汽式机组的原则性热力系统图第五节 发电厂全面性热力系统

13、 全面性热力系统图不象原则性热力系统那么简单。它几乎是一对一地反映电厂的实际设备与管道。一般情况下没有省略设备。一、主蒸汽系统及其连接方式根据电厂的具体情况，主蒸汽系统有以下几种连接方式：1集中母管制系统发电厂中参数相同的锅炉产生的蒸汽送入一根母管，各汽轮机和其他用汽设备由这根主蒸汽母管供汽，这种连接称集中母管制主蒸汽系统，如图16-21所示。图16-21 集中母管制主蒸汽系统2单元制系统 一台锅炉产生的蒸汽供一台汽轮机使用（见图16-22），或两炉一机，而无与其它机炉的横向联系的连接方式称单元制系统。这种系统比较简单、机炉可采用滑参数起动和运行，但单机必须停炉，停炉也必须停机。 图16-22 单元制主蒸汽系统（a）单主蒸汽管路；（b）双主蒸汽管路；（c）单主蒸汽管道双主汽门系统3切换母管制系统 图16-23的切换母管连接方式是集中母管制和单元制的组合方案，各对应机炉组成单元制系统，各单元再与母管相连。 图16-23 切换母管制主蒸汽系统4扩大单元制主蒸汽系统 各对应机炉按单元制连接，各单元主蒸汽管之间用直径不大的连接管连通，并用阀门隔离（见图16-24）。 图16-24 扩大单元制蒸汽系统二、机组起动旁路系统二、机组起动旁路系统1旁路系统的作用（1）保护锅炉再热器 （2）回收工质，减小排汽噪声 （3）协助锅炉调节蒸汽参数 旁路系统实质上既是再热