原则性的热力系统

原则性的热力系统第1页，共44页，2023年，2月20日，星期三第一节、热力系统及主设备选择原则一、热力系统1、定义：将热力设备按照热力循环的顺序用管道和附件连接起来的一个有机整体。2、组成：回热加热系统（汽轮机回热系统）＋辅助热力系统（锅炉排污系统）＋对外供热系统。3、分类：发电厂热力系统图分为：（1）原则性热力系统图（2）全面性热力系统图。第2页，共44页，2023年，2月20日，星期三4、发电厂原则性热力系统图目的

：表明能量的转换与利用的基本过程，它反映了发电厂动力循环中工质的基本流程、能量转换与利用过程的完善程度（又称：计算热力系统，对设计电厂时，原则性热力系统图的拟定非常重要）。发电厂组成部分：锅炉，汽轮机，发电机，主蒸汽及管道，再热蒸汽管道连接系统，给水回热加热系统，锅炉连续排污利用系统，补充水系统，热电厂对外供热系统。第3页，共44页，2023年，2月20日，星期三原则性热力系统图：相同参数下凡是热力过程重复，作用相同的设备及管道均不画出。特点：简捷、清晰，无相同或备用设备应用：决定系统组成、发电厂的热经济性第4页，共44页，2023年，2月20日，星期三N300-16.7/538/538型机组的发电厂原则性热力系统

第5页，共44页，2023年，2月20日，星期三5、发电厂全面性热力系统：是在原则性热力系统的基础上充分考虑到发电厂所必须的连续性、安全性、可靠性、灵活性后所组成的实际热力系统。设备组成：包括发电厂中所有的热力设备，管道及附件，包括主、辅设备，主管道及旁路管道，正常运行与事故备用的，机组启停机，保护及低负荷切换运行的管路管件都需要在电厂全面性热力系统图上反映（所有设备均画出）。第6页，共44页，2023年，2月20日，星期三发电厂全面性热力系统包括：（1）主蒸汽和再热蒸汽系统；（2）旁路系统；（3）回热加热（回热抽汽及疏水）系统；（4）给水系统；（5）除氧系统；（6）主凝结水系统；（7）补充水系统；（8）锅炉排污系统；（9）供热系统；（10）厂内循环水系统；（11）锅炉启动系统。第7页，共44页，2023年，2月20日，星期三第8页，共44页，2023年，2月20日，星期三二、发电厂形式和容量的确定1、发电厂设计程序：初步可行性研究，可行性研究，初步设计，施工图设计。2、建电厂形式：（1）只有电负荷：凝汽式电厂；（2）需供热：热电联产；（3）燃烧低热值燃料：坑口电厂；（4）天然气充足：燃气－蒸汽联合循环。3、容量确定：尽量建大容量高参数电厂。第9页，共44页，2023年，2月20日，星期三三、主要设备选择原则几个重要概念：（1）汽轮机铭牌出力：指汽轮机在额定进汽和再热参数工况下，排汽压力为11.8kPa，补水率为3％，汽轮机组的保证出力。（2）汽轮机组保证最大连续出力（TMCR）：是指汽轮机在通过铭牌出力所保证的进汽量、额定主蒸汽和再热蒸汽工况下，在正常的排汽压力（4.9kPa）下，补水率为0％时，机组能保证达到的出力。第10页，共44页，2023年，2月20日，星期三（3）汽轮机组在调节汽门全开时（VWO）最大计算出力：指汽轮机组调节汽门全开时通过计算最大进汽量和额定的主蒸汽、再热蒸汽工况下，并在正常排汽压力（4.9kPa）下，补水率为0％条件下计算所能达到的出力。其他:美国设计的大容量火电机组汽轮发电机组在调节汽门全开和所有给水加热器全部投运之下，超压5%连续运行的能力，以适应调峰的需要。第11页，共44页，2023年，2月20日，星期三美国西屋公司（WH）生产的500MW机组，在额定蒸汽参数为16.7MPa/538℃/538℃,排气压力为11.8Pa，补水率为3%时，其铭牌出力为500MW。美国西屋公司（WH）生产的500MW机组保证流量为1589t/h，排气压力为4.9kPa，补水率为0%时的最大保证出力为525MW。WH公司500MW机组增加5%的流量裕度一般可增加4.5%的出力，所以其VWO工况出力为525×1.045=548.6（MW）。大容量火电机组（除核电站外）都要求机组应具有在调节汽门全开和所有给水加热器全部投运之下，可超过5%(5%overpressure,5%OP)连续运行的能力，以适应调峰的需要，此运行方式下，又可增加5%的流通能力，出力也比VWO工况下再增加4.5%，因此WH公司500MW机组在（vwo+5%OP）的工况下的出力为548.6×1.045=573.3（MW）第12页，共44页，2023年，2月20日，星期三（一）汽轮机组

1、汽轮机容量最大机组容量不宜超过系统总容量的10%；大容量电力系统，选用高效率的300MW、600MW机组；2、汽轮机参数采用高效率大容量中间再热式汽轮机组；大型凝汽式火电厂汽轮机组采用亚临界和超临界：300MW、600MW、800MW、1000MW。3、汽轮机台数汽轮发电机组台数4～6台，机组容量等级不超过两种；同容量机、炉采用同一制造厂的同一型式。第13页，共44页，2023年，2月20日，星期三（二）、锅炉机组1、锅炉参数□锅炉过热器出口额定蒸汽压力为105％汽轮机额定进汽压力；□过热器出口额定蒸汽温度高于汽轮机额定进汽温度3℃；□冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再热蒸汽管道的压力降分别为汽轮机额定工况下高压缸排汽压力的1.5%～2.0%、5%、3.5～3%；□再热器出口额定蒸汽温度比汽轮机中压缸额定进汽温度高3℃。第14页，共44页，2023年，2月20日，星期三2、锅炉型式（1）大型火力发电厂几乎都采用煤粉炉，其效率高，可达90～93％；（2）水循环方式：亚临界参数(16.18MPa以下)及其以下：自然循环亚临界参数(16.18～23.54MPa)：强制循环或自然循环超临界参数（23.54～32MPa）:强制循环直流炉。

超超临界参数（32MPa以上的）:强制循环直流炉。3、锅炉容量与台数（1）凝汽式发电厂一般一机配一炉（不设备用锅炉）；第15页，共44页，2023年，2月20日，星期三（2）锅炉最大连续蒸发量（BMCR）按汽轮机最大进汽量工况相匹配；（3）热电联产发电厂选择锅炉容量和台数：需要保证汽轮机进汽量不得低于锅炉最小稳定燃烧的负荷，以保证锅炉的安全稳定运行。（4）考虑：当热电厂一台最大锅炉停运时，其余锅炉应满足以下要求：

A：保证用户连续生产所需的生产用汽量；

B：冬季采暖、通风和生活用热量的60％－70％，寒冷地区取上限。此时可降低部分发电出力。第16页，共44页，2023年，2月20日，星期三第三节、发电厂原则性热力系统举例

一、亚临界参数机组发电厂原则性热力系统

蒸汽进入汽轮机初参数：压力小于16.18MPa第17页，共44页，2023年，2月20日，星期三汽轮机按主蒸汽参数分类低压汽轮机：小于1.47MPa；中压汽轮机：1.96~3.92MPa；高压汽轮机：5.88~9.81MPa；

超高压汽轮机：为11.77~13.93MPa；

临界压力汽轮机：15.69~17.65MPa；超临界压力汽轮机：大于22.15MPa；超超临界压力汽轮机：大于32MPa。

第18页，共44页，2023年，2月20日，星期三2

汽论机分类：汽轮机冲动式汽轮机反动式汽轮机凝汽式汽轮机供热式汽轮机背压式汽轮机调节抽汽式汽轮机低压汽轮机中压汽轮机高压汽轮机超高压汽轮机亚临界压力汽轮机超临界压力汽轮机按作功原理分按功能分按参数高低分蒸汽主要在喷嘴或静叶片中进行膨胀蒸汽在喷嘴(或静叶片)和动叶片中膨胀

第19页，共44页，2023年，2月20日，星期三N600-16.67/537/537型机组的发电厂原则性热力系统第20页，共44页，2023年，2月20日，星期三N600-17.75/540/540型机组发电厂原则性热力系统第21页，共44页，2023年，2月20日，星期三N300-16.7/538/538型机组的发电厂原则性热力系统第22页，共44页，2023年，2月20日，星期三二、超临界参数机组发电厂原则性热力系统

超临界参数机组：压力大于23.54MPa，小于32MPa。超超临界参数机组：

压力大于32MPa。第23页，共44页，2023年，2月20日，星期三引进的超临界K-500-240-4型机组发电厂原则性热力系统第24页，共44页，2023年，2月20日，星期三引进的N600-25.4/538/566超临界机组发电厂原则性热力系统第25页，共44页，2023年，2月20日，星期三超超临界325MW两次中间再热凝汽机组的发电厂原则性热力系统第26页，共44页，2023年，2月20日，星期三国产CC200–12.75/535/535型双抽汽凝汽式机组热电厂原则性热力系统三、供热机组热电厂原则性热力系统第27页，共44页，2023年，2月20日，星期三超临界压力单采暖抽汽T-250/300-23.54-2热电厂原则性热力系统第28页，共44页，2023年，2月20日，星期三双轴凝汽式机组（1300WM）的发电厂原则性热力系统四、火电厂单机容量最大机组的发电厂原则性热力系统第29页，共44页，2023年，2月20日，星期三单轴1200MW凝汽式机组发电厂原则性热力系统第30页，共44页，2023年，2月20日，星期三第三节、发电厂原则性热力系统的计算

在热力发电厂的设计或运行中，常需进行全厂热力系统的计算。应用场合例如：①论证发电厂原则性热力系统的新方案；②新型汽轮机本体的定型设计；③设计电厂采用非标准设计；④扩建电厂设计时，新旧设备共用的热力系统；⑤运行电厂对原有热力系统作较大改进；一、计算的主要目的⑥分析研究发电厂热力设备的某一特殊运行方式，如高

压加热器停运后减少出力，增大推力轴承的应力是否超过设计值等。设计运行第31页，共44页，2023年，2月20日，星期三确定电厂某一运行方式时的各项汽水流量及其参数，该工况下的发电量、供热量及其全厂热经济指标，以分析其安全性和经济性。根据最大负荷工况计算的结果，作为选择锅炉、热力辅助设备和管道及其附件的依据。发电厂原则性热力系统计算的主要目的：

对于凝汽式电厂，一般只计算最大电负荷和平均电负荷工况，若夏季电负荷较高，供水条件又较差时，还需计算夏季工况。对于仅有全年工艺热负荷的热电厂，一般计算电、热负荷均为最大时的工况和最大电负荷、平均热负荷时的工况；对有采暖热负荷的热电厂，还应计算采暖热负荷为零时的夏季工况；校核热电厂在最大热负荷时，抽汽供热式汽轮机和凝汽—采暖两用式汽轮机的最小凝汽流量；计算热电厂的全年节煤量。第32页，共44页，2023年，2月20日，星期三二、计算的原始资料发电厂原则性热力系统图；指定的电厂计算工况；汽轮机、锅炉及热力系统的主要技术数据；给定工况下辅助热力系统的有关数据。第33页，共44页，2023年，2月20日，星期三具体包括：汽轮机组的热平衡计算图：最大工况、额定工况、经济工况、二阀全开工况、一阀全开工况、高加切除工况、夏季最大工况；锅炉热力计算数据：额定工况Db、90%Db、70%Db、50%Db；辅助系统的相关数据；其它数据：汽水损失率，锅炉排污率，压损，散热损失，ηm、ηg等。第34页，共44页，2023年，2月20日，星期三三、计算的方法与步骤（一）计算方法的分类1按基于热力学定律情况分：基于热力学第一定律的常规计算法、等效热降（焓降）法、循环函数法等；基于热力学第二定律的熵方法、火用方法等。2按计算工具分：常规的手工计算和编程后用电子计算机计算（又有在线、离线计算的不同）；3按给定参数分：定功率法和定流量法；4按热平衡情况分：正平衡计算法，反平衡计算法。主要介绍常规的手工计算方法，以汽轮发电机组的电功率Pe为定值，通过计算求得所需的蒸汽量，称为定功率计算法，设计运行部门用得较为普遍；以汽轮发电机组的进汽量D0为定值，通过计算求得机组所发的电功率，称为定流量计算法，汽轮机制造厂用得较多。第35页，共44页，2023年，2月20日，星期三（二）计算的基本公式热力系统计算的主要内容：通过各个加热器的热平衡方程式求各个加热器的抽汽量或抽汽份额；通过物质平衡式求凝汽流量或凝汽份额；通过汽轮机的功率方程式求机组电功率或机组汽耗量。第36页，共44页，2023年，2月20日，星期三(三)计算的步骤以凝汽式发电厂额定工况的定功率计算为例，说明其计算步骤：1.整理原始资料，编制汽水参数表。合理选择和假定某些未给出的数据。如：新蒸汽压损△P0(=3%~7%)P0；再热蒸汽压损△Prh(≤10%Prh)；各级抽汽管压损△Pj=(3%~8%)Pj；加热器热效率ηh=0.98~0.99；加热蒸汽焓的利用系数η=0.985~0.995；机械效率ηm=0.99左右；发电机效率ηg=0.98~0.99。2.按“先外后内”，再“从高到低”的顺序计算。为便于计算，通常是先“由外到内”，即从供热设备(蒸汽交换器、热网加热器)，水处理设备，锅炉连续排污扩容器开始进行计算，而后计算机组“内部的”回热系统，按照“从高到低”的顺序计算各级回热抽汽量Dj（或αj）,凝汽流量Dc（或凝汽份额αc）

；3.计算汽轮机汽耗或功率、热耗，锅炉的热负荷及管道效率等；4.计算全厂的热经济性指标。第37页，共44页，2023年，2月20日，星期三

共同点：

①求解多元一次线性方程组；②其计算原理和基本方程式是相同的；③均可用汽水流量的绝对量或相对量计算；④两者计算的步骤也是类似。差异点：

①计算范围和要求的不同；②小流量的汽耗量处理不同；③先“由外到内”再“从高到低”；④某些项目的物理概念不同。四、全厂热力计算与机组热力计算的异同第38页，共44页，2023年，2月20日，星期三热平衡式一般有两种写法：1.吸热量=放热量h，h为加热器的效率；2.流入热量=流出热量；其中流入热量中的蒸汽部分应乘以蒸