发电厂动力循环课件

发电厂动力循环刘清欣2023/8/9发电厂动力循环刘清欣2023/7/261水蒸气动力循环系统的简化锅炉汽轮机发电机给水泵凝汽器朗肯循环1234简化（理想化）：12汽轮机

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膨胀23凝汽器

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放热34给水泵

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压缩41

锅炉

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吸热2023/8/9水蒸气动力循环系统的简化锅汽轮机发电机给水泵凝汽器朗肯循环121342pv朗肯循环pv图12汽轮机

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吸热2023/8/91342pv朗肯循环pv图12汽轮机s膨胀34321Tshs1324朗肯循环Ts和hs图12汽轮机

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吸热2023/8/94321Tshs1324朗肯循环Ts和hs图12汽轮机4sp1,t1,p2654321如何提高朗肯循环的热效率影响热效率的参数？T2023/8/9sp1,t1,p2654321如何提高朗肯循环的热效率影5蒸汽初参数及终参数蒸汽初参数指新蒸汽进入汽轮机自动主汽门前的蒸汽压力P0和温度t0。蒸汽终参数指凝汽式汽轮机的排汽压力Pc和排汽温度tc。由于蒸汽参数主要影响ηt和ηri，本节重点分析蒸汽参数对ηt和ηri的影响。ηi=ηtηri

2023/8/9蒸汽初参数及终参数蒸汽初参数指新蒸汽进入汽轮机自动主汽门前的6sT654321蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1,p2不变，p1优点：

，汽轮机出口尺寸小缺点：

对强度要求高

不利于汽轮机安全。一般要求出口干度大于0.85~0.88'4'5'6'1'22'x1Tth2'v2023/8/9sT654321蒸汽初压对朗肯循环热效率的影响t1,p27初压力提高结论：在极限初压力内，提高蒸汽初压，循环效率提高。

提示：在配合初温下，该极限初压力很高，远远超过了现代汽轮机实用初压力。

实例：蒸汽初温度为540℃时，极限初压力超过40MPa。目前，世界范围内火力发电机组的最高初压力为35MPa。

2023/8/9初压力提高结论：在极限初压力内，提高蒸汽初压，循环效率提高。8sT654321蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点：

，有利于汽机安全。缺点：

对耐热及强度要求高汽机出口尺寸大p1,p2不变，t1'1'22'xth1T2'v2023/8/9sT654321蒸汽初温对朗肯循环热效率的影响优点：缺点：p9初温提高分析：蒸汽初压力和终压力不变，蒸汽初温度上升，高温段吸热量增加，平均吸热温度增加，循环效率增加。

结论：提高蒸汽初温，循环效率提高。

2023/8/9初温提高分析：蒸汽初压力和终压力不变，蒸汽初温度上升，高温段10相对效率与初参数的关系.

1.提高蒸汽初温

分析：（1）汽轮机的容量、蒸汽初压力和排汽压力一定时，提高蒸汽初温度，蒸汽的比体积增大，容积流量增加，汽轮机叶片的高度增加，漏汽损失减少；（2）由于蒸汽初温度的提高，减少了汽轮机末几级叶片中蒸汽的湿度，汽轮机湿汽损失减少。

提示：漏汽损失与汽轮机间隙相对值(Δ/L)成正比。

结论：提高蒸汽初温，汽轮机相对内效率提高。

2023/8/9相对效率与初参数的关系.

1.提高蒸汽初温

112.提高蒸汽初压

分析：（1）汽轮机的容量、蒸汽初温度和终压力一定时，提高蒸汽初压力，蒸汽的比体积变小，容积流量减少，汽轮机叶片的高度减少，漏汽损失增加；（2）蒸汽初压提高，末几级叶片中蒸汽的湿度增大，汽轮机湿汽损失增加。

结论：提高蒸汽初压，汽轮机相对内效率下降。

2023/8/92.提高蒸汽初压

分析：（1）汽轮机的容量、12同时提高蒸汽初温和初压分析：如果同时改变蒸汽初温和初压，由于初压力的影响大于初温度的影响，汽轮机的相对内效率下降。提示：容量大的汽轮机其相对内效率下降慢些。这主要是因为其蒸汽容积流量较大，汽轮机各高压级叶片的高度和汽轮机的部分进汽度大，而小容量的汽轮机相对内效率下降得快。

结论：汽轮机容量越大，提高初参数越有利，即“高参数，大容量”。2023/8/9同时提高蒸汽初温和初压分析：如果同时改变蒸汽初温和初压，由于13同时提高蒸汽初温和初压

结论：提高蒸汽初参数，汽轮机的相对内效率下降，但大容量机组下降较慢。

实例：相对效率与初参数的关系图中，小容量机组初参数由9MPa、450℃提高到17MPa、537℃，汽轮机的相对内效率由76.3％下降至73.8％。

2023/8/9同时提高蒸汽初温和初压2023/7/2614蒸汽初参数对绝对内效率ηi的影响分析：当初参数在实用范围内提高，理想循环热效率ηt增加，而相对内效率ηri下降，这时，绝对内效率ηi的变化取决于机组容量的大小。由于大容量机组相对内效率下降较慢，循环效率增加的影响超过相对内效率下降的影响，绝对内效率提高。结论：汽轮机容量越大，提高初参数越有利，即“高参数，大容量”。

2023/8/9蒸汽初参数对绝对内效率ηi的影响分析：当初参数在实用范围15提高蒸汽初参数的技术限制1.初温提高的限制

分析：提高蒸汽初温对热经济性的影响总是有利的。但如果温度过高，将使钢材的高温持久强度迅速下降，蠕变加快，钢材变脆，严重影响部件的工作寿命，甚至引起破坏性事故。

结论：提高蒸汽初温度会受到耐高温钢材的性能及价格的限制。

钢材类别：碳钢珠光体钢奥氏体钢温度极限：450℃570℃600℃钢材价比11.8～3.713～162023/8/9提高蒸汽初参数的技术限制1.初温提高的限制

16提高蒸汽初参数的技术限制2．初压提高的限制

分析：随着初压力的提高，蒸汽膨胀终点的湿度增大，湿汽损失将增大，汽轮机的相对内效率将下降。而且，由于水珠的流动方向偏离汽流的设计流向，使叶栅受到冲蚀。蒸汽湿度愈大，相对内效率的降低和叶栅的冲蚀也愈甚。

结论：蒸汽初压力的提高受汽轮机末级蒸汽湿度的限制。

2023/8/9提高蒸汽初参数的技术限制2．初压提高的限制

17sT654321乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优点：

缺点：受环境温度限制，现在大型机组p2为0.0035-0.005MPa，相应的饱和温度约为27-33℃，已接近事实上可能达到的最低限度。冬天热效率高p1,t1不变，p22023/8/9sT654321乏汽压力对朗肯循环热效率的影响优点：缺点：18降低蒸汽终参数的限制

1.理论极限

分析：凝汽器的工作压力是靠冷却水不断带走排汽的放热量而维持，因此排汽温度不可能低于冷却水的进水温度t1。

结论：降低排汽压力首先受到凝汽器冷却水进水温度的限制。

2.技术极限

分析：汽轮机排汽温度由下式决定：

tc=t1+Δt+δt℃2023/8/9降低蒸汽终参数的限制1.理论极限

分析：凝19冷却水在凝汽器中的温升Δt，即冷却水出口水温与进口水温差取决于冷却水量或循环倍率，一般合理的温升为6～11℃。另外，降低排汽压力还要受到凝汽器传热端差δt的限制，它与凝汽器面积、管材、冷却水量等有关，一般为5～10℃

。

实例：如t1取20℃

，Δt取8℃

，δt取5℃

。

tc=t1+Δt+δt=25+8+5=33℃

由tc查表，Pc=0.006MPa2023/8/9冷却水在凝汽器中的温升Δt，即冷却水出口水温与进口水温差取决20凝汽器运行的最佳真空

发电厂运行中适当增加凝汽器的冷却水量，可以降低排汽压力，但增加了对循环水泵的耗功电量，只有在降低排气压力，汽轮机出力增加与循环水泵耗电增量之差为最大值时，凝汽器真空才是最佳真空。2023/8/9凝汽器运行的最佳真空

2023/7/2621

说明：排汽压力对汽轮机和凝汽器的结构和制造成本有很大影响。当排汽压力由4.9kPa降到2.94kPa时，蒸汽比体积增加60％，汽轮机末级及排汽口的尺寸，凝汽器的体积都要增大许多，还要增加排汽口的数量，使设备结构复杂，造价也随之增加。2023/8/9说明：排汽压力对汽轮机和凝汽器的结构和制造成本有很大影响。22蒸汽参数的选择

选择步骤：

1.根据技术经济比较选择钢材，确定t0；

2.根据技术经济比较及环境温度，确定tc，再查表得到Pc；

3.选择P0

说明：满足最大末级允许蒸汽干度x要求的初参数是多组配合参数。2023/8/9蒸汽参数的选择选择步骤：

1.根据技术经济23采用中间再热的目的

1.中间再热能减少汽轮机排汽的终湿度，有利于初压力的提高。

2.再热参数选择合适时，中间再热可以提高机组的热经济性。

实例：采用一次中间再热，可以提高发电厂热经济性4～7％左右。按无再热时厂效率35％计算，600MW机组采用中间再热后厂效率相对提高0.11～0.2，年节约标煤12.8～23.3万吨。

2023/8/9采用中间再热的目的

1.中间再热能减少汽轮机排汽的终湿度24Ts65431b蒸汽再热循环(reheat)2023/8/9Ts65431b蒸汽再热循环(reheat)2023/7/225Ts65431b蒸汽再热循环的热效率再热循环本身不一定提高循环热效率与再热压力有关2023/8/9Ts65431b蒸汽再热循环的热效率再热循环本身不一定提高26

结论：

（1）中间再热提高热经济性的必要条件：再热附加循环效率大于基本循环效率。

（2）再热后的蒸汽温度越高，中间再热热经济性越高。

（3）存在最佳再热压力。实例：最佳再热压力一般为（18～26）％P0。600MW机组P0=16.67MPa，中间再热压力Pzr=3.547MPa，约为21％。

说明：采用中间再热使系统结构、布置、运行复杂性增加，增加金属消耗量，同时对调节系统要求高，故目前国内外的大型机组最多采用二次中间再热。

2023/8/9

结论：

（1）中间再热提高热经济性的必要27蒸汽再热循环的实践再热压力

pb=pa0.2-0.3p1p1<10MPa，一般不采用再热我国常见机组，10、12.5、20、30万机组，p1>13.5MPa，一次再热超临界机组，t1>600℃，p1>25MPa，二次再热2023/8/9蒸汽再热循环的实践再热压力pb=pa0.2-0.328再热压损对机组热经济性的影响蒸汽管道的管径越大，蒸汽流速度越低，再热压损就越小，机组热经济性提高。管道金属消耗量和投资增加。

2023/8/9再热压损对机组热经济性的影响蒸汽管道的管径越大，蒸汽流速度越29再热的方法应用：一般采用烟气再热法。

特点：再热后蒸汽温度较高，但再热管道中压力损失大、运行调节要求较高。再热机组在启动和低负荷时会出现什么问题？

2023/8/9再热的方法应用：一般采用烟气再热法。

2023/7/2630蒸汽中间再热对汽轮机相对内效率的影响

分析：采用蒸汽中间再热，汽轮末级蒸汽湿度下降，湿汽损失减少。

结论：采用蒸汽中间再热，汽轮机相对内效率提高。

蒸汽中间再热对汽轮机绝对内效率的影响

根据以上分析，适当选择蒸汽中间再热参数，蒸汽中间再热能提高电厂实际循环热效率。

2023/8/9蒸汽中间再热对汽轮机相对内效率的影响

分析：采31再热对回热的影响分析：（1）再热后蒸汽作功焓降增加，功率不变时，汽机汽耗减少，给水量减少，各级抽汽量减少；（2）对有过热度的抽汽级，抽汽过热度增加，抽汽量减少。

结论：再热削弱了回热加热的效果，但再热后循环总的热经济性仍是提高的。2023/8/9再热对回热的影响分析：2023/7/2632热电联产(供)循环背压式机组(背压>0.1MPa)热用户为什么要用换热器而不直接用热力循环的水？背压式缺点：

热电互相影响

供热参数单一2023/8/9热电联产(供)循环背压式机组(背压>0.1MPa)热用户为什33抽汽调节式热电联产(供)循环

抽汽式热电联供循环,可以自动调节热、电供应比例，以满足不同用户的需要。2023/8/9抽汽调节式热电联产(供)循环抽汽式热电联供循环,可34现代新型动力循环介绍与评价蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：提高初参数，向亚临界和超临界发展；采用大功率机组，降低厂用电率；采用热电联供。火电厂发展现状占总装机容量的80%左右，效率37~40%；耗煤占总产量30%，油占10%左右；提高供电效率和改善环境有重要意义。2023/8/9现代新型动力循环介绍与评价蒸汽电站提高电厂供电效率的措施：235硫资源化脱硫高效发电超(超)临界机组联合循环多联产煤炭加工与转化流化床FBC整体煤气化联合循环IGCC可再生能源发电及核电烟气净化灰渣及废水资源化空冷机组烟气循环流化床脱硫其它节水技术燃料电池微型燃气轮机太阳光发电风力发电洁净发电节水发电分布式电源新型发电以煤气化为核心以发电为核心高效、绿色发电技术2023/8/9硫资源化脱硫高效发电超(超)临界机组联合循环多联产煤炭加工与36超临界、超超临界机组超临界点：22.1MPa,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；

2023/8/9超临界、超超临界机组超临界点：22.1MPa,374.15℃37燃气-蒸汽联合循环燃气轮机的发展热力参数与单机容量逐步提高，热效率高；可靠性高，可作为基本负荷电站；联合循环的现实可行性燃气轮机排气温度t4=400~600℃；大功率机组排气量300kg/s以上；利用排气能量加热蒸汽轮机给水(取代锅炉)，大大提高供电效率。CombinedGas-VaporPowerCycles2023/8/9燃气-蒸汽联合循环燃气轮机的发展CombinedGas-V38燃气

蒸汽联合循环2023/8/9燃气

蒸汽联合循环2023/7/2639燃气蒸汽联合循环Ts燃气轮机循环蒸汽轮机循环2023/8/9燃气蒸汽联合循环Ts燃气轮机循环蒸汽轮机循环2023/7/240燃气蒸汽联合循环法国GECAlsthom公司的联合循环电站燃气轮机：227.2MW蒸汽轮机：128.3MW燃料：天然气热效率：54.5%2023/8/9燃气蒸汽联合循环法国GECAlsthom公司的联合循环电站41注蒸汽燃气循环(陈式循环)2023/8/9注蒸汽燃气循环(陈式循环)2023/7/2642整体煤气化联合循环(IGCC----IntegratedGasificationCombinedCycle)2023/8/9整体煤气化联合循环2023/7/2643整体煤气化联合循环(IGCC)优点热效率高，目前40~46%，预计可52%；环保性能好，SO2,NOx,CO2,粉尘排放低，可燃用高硫煤；可实现煤化工综合利用，生产硫、硫酸、甲醇、尿素等；单机功率可达300~400MW缺点目前煤气化和净化的热损失还偏大；初期投资大。2023/8/9整体煤气化联合循