4 发电厂的热力系统.ppt

1、第四章 发电厂的热力系统,一、热力系统及主设备选择原则,热力系统 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 发电厂热力系统的两种基本型式： 发电厂原则性热力系统 发电厂全面性热力系统,（1）发电厂原则性热力系统 以规定的符号表示工质按某种热力循环顺序流经的各种热力设备之间联系的线路图 目的：表明能量转换与利用的基本过程，反映发电厂能量转换过程的技术完善程度和热经济性 特点：简捷、清晰，无相同或备用设备 应用：计算和确定各设备、管道的汽水流量、发电厂的热经济指标,N300-16.7/538/538型机组的发电厂原则性热力系统,（2）发电厂全面性热力系统 以规定的符号表明全厂

2、主辅热力设备，包括运行的和备用的，以及按照电能生产过程连接这些热力设备的汽水管道和附件的整体系统图 特点：考虑能量转换及连续生产；设备停运及检修；各种负荷工况；按实际数量绘制 应用：电厂设计规划、施工、运行可靠性和经济性,发电厂全面性热力系统,（一）、发电厂型式和容量确定,依据： 电力系统现有容量、发展规划、 负荷增长速度和电网结构 燃料来源、交通、水源及环保 电负荷： 凝汽式电厂 电负荷 + 供热： 热电联产 燃煤： 燃料产地附近或矿口发电厂 天然气： 燃气蒸汽联合循环电厂,（二）、主要设备选择原则,汽轮机组出力 铭牌出力: 额定参数工况，排汽压力11.8kpa，补水率为3% 保证最大连续出

3、力（TMCR） 铭牌出力保证的进汽量、额定参数工况，正常排汽压力（4.9kpa），补水率0% 调节汽门全开时最大计算出力（VWO） 最大进汽量和额定参数工况，正常排汽压力、0补水率 超压5%出力 VWO基础上，超压5%连续运行,西屋（WH）公司 500MW机组出力 铭牌出力 500MW 最大保证出力 525MW VWO工况出力 548.6MW VWO+5%OP工况出力 573.3MW,1、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

4、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46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,2、锅炉,（1）锅炉参数 锅炉过热器出口额定蒸汽压力 = 105%汽轮机额定蒸汽压力； 过热器出口额定蒸汽温度 = 汽轮机额定蒸汽温度 + 3 ； 再热蒸汽管道、再热器的压力降(高压缸排汽压力13%)； 再热器出口额定蒸汽温度= 汽轮机中压缸额定蒸汽温度+3 （2）锅炉型式 采用煤粉炉； 水循环方式：自然循环、强制循环、直流 （3）锅炉容量与台数 凝汽式发电厂一般一机配一炉； 联产发电厂，保证锅炉最小稳定燃烧的负荷,二、发电

5、厂的辅助热力系统,1、工质损失及补充水系统 作用： 补充电厂生产过程中的工质损失 制取补充水方式 采用阴阳离子交换树脂制取化学除盐水 汇入回热系统地点 加热器出口 除氧器 凝汽器,1、高参数热电厂,特点：补充水量大，设置一级补充水除氧器 汇入点为同级抽汽加热器出口,2、中、低参数热电厂,特点：低压抽汽 ，回热抽汽做功比，热经济性 水量调节简单,3、高参数凝汽式电厂,特点：低压抽汽 ，回热抽汽做功比 ，热经济性 水量调节复杂,补充水量的确定： 依据：电厂工质损失情况 内部汽水损失： 锅炉排污、管道设备泄露、锅炉吹灰等。 外部汽水损失 对外供热 内部损失的取值范围 排污：1-5% 其他：3%,2、

6、工质回收及废热利用系统,锅炉连续排污 主汽阀杆及轴封漏汽 设备及管道疏放水,（一）锅炉连续排污利用系统 连续排污的目的： 保证汽包内水质、蒸汽品质 排污率： 凝汽式电厂：1% Db 热电厂： 25% Db,补充水,扩容蒸汽,工质回收率f 的计算,扩容器热平衡,排污水冷却器热平衡,工质回收率,物质平衡,废热Qbl对回热系统的影响： 排挤回热抽汽，凝汽做功量 ，附加冷源损失Qc,有排污利用系统时，排污水热损失：,无排污利用系统时，排污水热损失,可利用的排污热量：,凝汽器增加的附加冷源损失： 除氧器被排挤的抽汽量： 凝汽汽流的增加量: 发电厂净获得的热量：,Dbl,hcw,bl,Df hf,Dbl

7、hf,Dma hw,ma,hbl,hcw,ma,hd,hw,d,结论： 回收热量大于附加冷源损失，回收废热节约燃料； 尽量选取最佳扩容器压力； 利用外部热源可以节约燃料，如发电机冷却水热源； 实际系统应通过技术经济比较确定,（2）轴封蒸汽回收及利用系统,汽轮机轴封蒸汽系统包括： 主汽门和调节汽门的阀杆漏汽 再热式机组中压联合汽门的阀杆漏汽 高、中、低压缸的前后轴封漏汽和轴封用汽 数量：2%D0 工质的能位视引出点不同有差异 在引入地点能位与工质接近,（3）辅助蒸汽系统,用途： 对除氧器给水箱预热； 加热锅炉尾部暖风器； 厂用热交换器； 汽轮机轴封； 真空系统抽气器； 燃油加热及雾化； 水处理室

8、,来源：,相邻机组（启动阶段） 本机组（正常运行）,辅助蒸汽用汽原则： 尽可能用参数低的回热抽汽，增大回热做功比Xr，提高电厂的热经济性 汽轮机启动和回热抽汽参数不能满足要求时，要有备用汽源 疏水一般应回收,去热交换器,高压缸,去轴封蒸汽,邻机辅助蒸汽母管来,凝结水来,去除氧器,启动抽气器 前置抽气器,暖风器等,凝结水来,660MW机组辅助蒸汽系统,电加热器,再热冷段,三、发电厂原则性热力系统举例,1、亚临界参数机组 阳逻发电厂优化引进型300MW机组的发电厂原则性热力系统 哈尔滨第三电厂的N600-16.67/537/537型机组的原则性热力系统,300MW,918t/h,7993kJ/kW

9、.h,1）、阳逻发电厂优化引进型N300-16.7/538/538机组,600MW,7829kJ/kW.h,2）、哈尔滨第三电厂的N600-16.67/537/537型机组,2、超临界参数机组 华北盘山电厂一期工程由前苏联制造500MW超临界燃煤机组 石洞口二厂600MW超临界机组 美国艾迪斯通电厂325MW燃煤超超临界两次中间再热机组,1）、盘山电厂引进超临界K-500-240-4型机组,8级抽汽；q=7842kJ/kWh,2）、引进的N600-25.4/541/569超临界机组,7648kJ/kWh,8级抽汽,3）、美国超超临界325MW两次中间再热凝汽机组,初蒸汽参数31MPa,610

10、,3、供热机组热电厂原则性热力系统 前苏联超临界压力单采暖抽汽机组 T-250/300-23.54-2型供热式汽轮机 950t/h直流炉 锅炉出口蒸汽：25.8MPa、545/545 给水温度260。 锅炉效率：93.3%（燃煤）,超临界压力单采暖抽汽T-250/300-23.54-2热电厂,4、火电厂单机容量最大机组 单轴1200MW凝汽式机组 前苏联科斯特罗马电厂 双轴1300WM凝汽式机组 美国坎伯兰、加绞和阿莫斯等电厂,单轴1200MW凝汽式机组,双轴1300MW凝汽式机组,四、发电厂原则性热力系统的计算,（一）计算目的 确定在不同负荷工况下全厂的各参数及经济性 为发电厂设计、运行和检

11、修等提供数据,（二）、全厂与机组回热计算区别,1、计算范围和结果不同 包括锅炉、管道、汽轮机的全厂范围 2、计算内容不同 增加了全厂物质平衡、热平衡、辅助热力系统计算 考虑有关小汽水流量 3、计算步骤不同先外后内，由高到低,（三）基本计算公式及步骤,基本公式 热平衡式 物质平衡式 汽轮机的功率方程式 计算步骤 1. 整理原始资料 2. 全厂的物质平衡计算 3. 回热系统计算 4. 汽轮机汽耗D0、热耗Q0及功率核算 5. 锅炉热负荷Qb和管道效率的计算 6. 全厂热经济指标计算,（四）发电厂原则性热力系统计算举例,已知：,1、汽轮机型式和参数 2、锅炉型式和参数 3、计算中采用的其他数据 轴封

12、汽量；给水泵耗功 锅炉连续排污量Dbl=0.01Db 全厂汽水损失Dl=0.01Db 至锅炉过热器减温水量Dd=20.39t/h 4、其他有关数据,求：全厂的热经济指标,660MW凝汽式机组的发电厂原则性热力系统,计算： （1）整理原始资料得计算总汽水焓值 回热系统计算点汽水参数 轴封汽量及其参数 新蒸汽、再热蒸汽 排污扩容器计算点汽水参数表 （2）全厂物质平衡 汽轮机总耗汽量 锅炉蒸发量 锅炉给水量,锅炉连续排污量 扩容蒸汽回收量 未回收排污水量 补充水量,（3）计算汽轮机各段抽汽量和凝汽流量,由高压加热器H1热平衡计算D1,由除氧器H4热平衡计算D4,除氧器出口水量,热平衡计算D4,除氧器

13、进水量,联立低压加热器H5、 H6热平衡计算D5、D6,H5 热平衡,低压加热器H5、 H6热平衡计算D5、D6,联立低压加热器H5、 H6热平衡计算D5、D6,H6 热平衡,低加H8、轴封冷却器SG和凝汽器热井的热平衡计算D8,由凝汽器热井物质平衡求Dc,汽轮机物质平衡校核,（4）汽轮机汽耗计算及功率校核 计算汽轮机内功率 由功率方程式求D0 求各级抽汽量及功率校核,（5）热经济指标计算 机组热耗、热耗率、绝对电效率 锅炉热负荷Qb和管道效率 全厂热经济指标,五、发电厂的管道阀门,一、管道规范 1、蒸汽管道设计压力 主蒸汽管道（锅炉过热器出口联箱至汽轮机高压缸自动主汽门之间区段） 过热器出口

14、额定压力或超压5% 再热蒸汽管道 低温再热蒸汽管道（汽轮机高压缸排汽至锅炉再热器进口联箱之间区段） 调门全开工况或超压5%时，高缸排汽压力的1.15倍 高温再热蒸汽管道（锅炉再热器出口联箱至汽轮机中压缸主汽门之间区段） 再热器出口安全阀动作的最低整定压力 非调整抽汽管道最大出力工况的1.1倍，且不小于0.1Mpa 调整抽汽管道、背压机排汽管道等 取最高工作压力,2、水管道设计压力 高压给水管道 定速泵：泵特性曲线最高点对应压力泵进水侧压力 变速泵（关断阀前后） 低压给水管道（除氧器水箱出口至给水泵进口段） 定压：除氧器额定工作压力最高水柱静压 滑压：最大出力时除氧器工作压力最高水柱静压 其他管

15、道：具体规定,3、设计温度,主蒸汽管道 过热器出口额定温度+5 再热蒸汽管道 高温段：再热器出口额定温度+5 低温段：根据高压缸排汽参数确定 调整抽汽管道 抽汽最高温度 非调整抽汽管道 最大出力工况参数等熵求取管道在设计压力下的温度,高压给水管道的设计温度 高加出口给水的最高工作温度 低压给水管道的设计温度 定压：除氧器额定压力对应饱和水温 滑压：最大出力工况除氧器工作压力的1.1倍对应的饱和水温,4、管道的公称压力和公称通径,1）、公称压力 作用：描述管道参数等级，符号PN 压力等级应符合国标规定 21个等级，每一等级分7个温度等级 管道允许工作压力是管道介质对应压力和温度的组合参数，并非单

16、纯压力 2）、公称通径 作用：描述管道的通流能力，符号DN 名义内径，实际内径还应考虑管材及壁厚 14000mm之间，分为54个等级,二、管径和壁厚的计算,1、管道内径Di计算 依据： 管道最大可能介质流量、介质流速 连续方程：A=Di2/4=Gv/w=Q/w,或,最小壁厚Sm （按外径计算时）,计算壁厚 Sc,取用壁厚（公称壁厚） 按管子规格选取，不得小于计算壁厚,直管壁厚负偏差的附加值,2、管子壁厚的计算（直管）,管道附件 安装在管道及设备上的连接、闭路和调节装置的总称（管件、阀件） （1）阀门类型 关断：如闸阀、截止阀、旋塞和球阀等 调节：如调节阀、节流阀、减压阀等 保护：如安全阀、逆止

17、阀和快速关断阀等,三、管道附件、阀门,a 关断阀门,闸阀：流动阻力小，开启、关闭力小，介质可两个方向流动，但结构复杂、制造维护要求高 截止阀：结构简单，密封性较好，制造维修方便，但流动阻力较大，开启、关闭力也较大，启闭时间较长 球阀：作调节或关断用，可迅速关断或开启，密封面小，不易磨损，可装于任意位置,b 调节阀门 调节阀 改变通流面积来调节介质流量 减压阀 改变通流缝隙将介质压力减低 节流阀 调节介质流量和压力 蝶阀 可全开、全关，或调节流量,C 保护阀门 逆止阀：保证介质单向流动，防止管内介质倒流。 水泵出口、进除氧器水管、汽轮机抽汽管 安全阀：介质压力超过规定值时安全阀自动开启，排除过剩

18、介质，压力降至规定值后能自动关闭。 锅炉、压力容器及管道上 快速关断阀：瞬间关断或接通管内介质 回热抽汽管道,六、主蒸汽系统,主蒸汽系统组成： 锅炉过热器出口联箱至汽轮机进口主汽阀的主蒸汽管道、阀门、疏水装置； 过热器出口联箱通往用新汽设备的蒸汽支管； 汽轮机高压缸排汽至锅炉再热器出口联箱的再热冷段管道、阀门； 再热器出口联箱至汽轮机中压缸进口阀门的再热热段管道、阀门 特点：工质流量大、参数高、管道长,（一）主蒸汽系统的型式与选择,1、单母管制系统 （集中母管制系统） 优点： 系统简单，布置方便 缺点： 运行调度不够灵活 应用： 机炉台数不匹配的热电厂 单机容量6MW,蒸汽母管,优点： 切换运

19、行，运行灵活、可靠，较优经济运行 缺点： 系统较复杂，阀门多，管道长，金属耗量大 应用： 高压供热式机组发电厂 中、小型发电厂,2、切换母管制系统,3、单元制系统,优点： 系统简单、管道短、阀门少； 易实现集中控制； 热经济性较高； 维护工作量少； 主厂房土建费用少 缺点： 单元之间不能切换 应用： 高压凝汽式机组的发电厂 中间再热供热式机组的发电厂,（二）主蒸汽系统设计时应注意的几个问题,1、高、中压主汽阀和高压缸排汽逆止阀 高压主汽阀： 两个、四个 高压调速汽阀： 四个 再热后中压联合汽阀：两个、四个 新蒸汽管道： 电动隔离阀 高压缸排汽管： 逆止阀 2、温度偏差及其对策 最大允许汽温偏差

20、持久性为15，瞬时性为42,管道系统混温措施 1）单管系统混温 2）双管系统 ：设置一中间联络管 3）混合管系统,主蒸汽双管、再热蒸汽双管-单管-双管系统,3、主蒸汽及再热蒸汽压损及管径优化 管径优化计算： 管子壁厚计算、压降计算、费用计算 管道压降： 取消主汽管上的电动隔离阀 主蒸汽流量的测量由孔板改为喷嘴， 不设置流量测量节流元件，汽轮机进汽流量由汽轮机高压缸调节级后的蒸汽压力折算,七、中间再热机组的旁路系统,（一）旁路系统的类型及作用,作用：,1）协调启动参数和流量，缩短启动时间，延长汽机寿命 2）保护再热器 3）回收工质，降低噪声 4）防止锅炉超压,旁路系统高参数蒸汽在某些特定情况下，

21、绕过汽轮机，经 过与汽轮机并列的减温减压装置后，进入参数较 低的蒸汽管道或设备的连接系统,再热机组三级旁路系统 I-高压旁路 II-低压旁路 III-整机旁路,旁路系统类型,(二）机组旁路系统的型式,1、三级旁路系统 高压旁路、 低压旁路、 整机旁路,2、两级旁路串联系统 高压旁路、 低压旁路,3、两级旁路并联系统 高压旁路 整机旁路,4、整机旁路系统 整机旁路,5、 不设置旁路的系统 锅炉无旁路，由低温过热器引出蒸汽暖机升速 高压缸启动 启动时锅炉有控制烟温装置 甩荷时，有防超速、超温和超压措施,（三）旁路系统设备,构成 减压阀 减温水调节阀 凝汽器颈部减温减压装置 减温水 高压旁路、整机旁

22、路：给水泵出口的高压水 低压旁路：凝结水泵出口的主凝结水 扩容式减温减压装置 设在凝汽器颈部（12个），将蒸汽进一步降低到0.0165Mpa、60,（三）旁路系统的容量,定义： 额定参数下旁路阀通过的蒸汽流量与锅炉最大蒸发量的比值 推荐容量：锅炉最大连续蒸发量的30% 特殊条件（如两班制）4050%，或适当加大 实际情况：容量差别大 ALSTHOM 600MW机 两级串联：50%-40% SIEMENS 200MW机 两级串联 30%,（三）旁路系统的运行,旁路运行方式：全自动、半自动、手动,八、给水系统,范围：从除氧器给水箱下降管入口到锅炉省煤器进口之间的管道、阀门和附件总称 构成：低压给水

23、系统、高压给水系统 要求：在发电厂任何运行方式和发生任何事故的情况下，都能保证不间断地向锅炉供水,（1）单母管制给水系统 特点：安全可靠，系统复杂、投资大,一、给水系统型式及选择,压力母管,锅炉给水母管,吸水母管,给水再循环母管,（3）单元制给水系统 特点：系统简单、投资少、便于集中控制和管理维护，灵活性差,1、给水流量调节 锅炉给水操作台 位置：高压加热器出口至锅炉省煤器之前的给水管路上 组成：由24根不同直径并联支管组成 作用：在低负荷或启动工况下调节流量,（二）给水流量调节及给水泵配置,（a）定速给水泵 （b）变速给水泵,（二）、给水泵的配置,1、给水泵的选择 （1） 给水泵总流量 给水

24、泵出口总流量=锅炉最大连续蒸发量的给水量+裕量 汽包炉给水量为锅炉最大连续蒸发量的110% 直流炉给水量为锅炉最大连续蒸发量的105%,（2）给水泵的台数和容量选择 母管制： 最大一台给水泵停用时，能满足整个系统的给水需要量,单元制： 125、200MW机组： 2台最大给水量100%的电动调速给水泵 3台最大给水量50%的电动调速给水泵 300MW机组 2台最大给水量50%汽动运行泵，1台最大给水量50%备用泵 1台最大给水量100%汽动运行泵，1台最大给水量50%备用泵 600MW机组 2台最大给水量50%的汽动给水泵，1台最大给水量25%35%的电动调速启动备用给水泵,（3）给水泵扬程的确

25、定 扬程:单位重量液体从泵的入口到泵的出口增加的能量 A = 从除氧器给水箱出口到省煤器进口介质流动总阻力 B = 锅炉汽包正常水位与除氧器给水箱正常水位间的水柱静压差 C = 锅炉最大连续蒸发量时，省煤器入口的给水压力 D = 除氧器额定工作压力（取负值） 给水泵扬程 = A + B + C + D,（4）给水泵所需功率的计算,P给水泵轴功率，kw； D给水泵流量，t/h； H给水泵扬程，m； 给水泵效率，一般为70%80%,2、给水泵的连接方式,1）前置泵与主给水泵的连接 同轴串联连接： 共用一台电机，经液力偶合器带动 电动调速泵 125MW、200MW机组 不同轴串联连接： 汽动给水泵

26、300MW、600MW机组,供汽汽源(高压汽源、低压汽源） 汽源切换：,（2）汽动泵的蒸汽系统,（三）给水系统的全面性热力系统及其运行 1、给水系统 泵的设置 除氧器汽源 小汽轮机汽源 高加旁路,2、给水系统的运行 1）启动前：投运冷却水系统，确认冷却器中流动正常 2）初期启动：保证泵体内水质 3）启动过程中：监视给水泵出口压力、平衡盘压力、轴承温度以及密封水温度 4）停运时：注意检查给水泵出口逆止阀是否关严，防止水泵出现倒转,九、回热全面性热力系统及运行,回热全面性热力系统,（一）回热抽汽隔离阀与逆止阀,作用： 汽轮机甩负荷或跳闸时，防止抽汽管道中蒸汽倒流汽轮机，导致汽轮机超速； 汽轮机低负

27、荷运行、加热器水位太高、加热器水管泄漏破裂、疏水管道不畅时，水倒灌到汽轮机本体 隔离加热器 位置：尽量靠近汽轮机回热抽汽口 电动隔离阀 气动控制逆止阀,电动截止阀,汽动逆止阀,（二）表面式加热器的疏水装置 1、U形水封 原理：利用U形管中水柱高度平衡相邻加热器间压差，实现自动排水和维持一定汽侧水位 特点：简单、方便、可靠，占地面积大 应用：最后一、二级低压加热器、轴封加热器,凝汽器,凝汽器,轴封,轴封,2、浮子式疏水器 原理： 通过浮子使连杆系统带动滑阀，实现疏水阀启闭 应用： 中、小型机组的低压加热器,3、疏水调节阀 原理：通过摇杆使阀杆上下移动，实现疏水调节阀启闭 应用：高压加热器,高压加

28、热器的旁路示意图,（三）加热器水侧旁路类型,（四）回热系统中的抽空气管路 目的：排除不凝结性气体 设置： 低压加热器抽空气系统：连凝汽器 高压加热器抽空气管路：连除氧器、排大气 凝结水泵抽空气管路：连凝汽器 疏水泵入口抽空气管路：连相应加热器的抽空气管路,（五）回热系统中的水泵 给水泵：向锅炉提供合格给水 要求：至少一台备用泵，设给水泵再循环管 凝结水泵：向除氧器提供凝结水 要求：至少一台备用泵，设凝结水泵再循环管 疏水泵：将疏水打入相应加热器出口的主给水流中 要求：不设备用 三种泵进、出水管、空气管、疏水管上设置关断阀门 出水管设逆止阀,（六）回热系统中的备用管路 除氧器： 采用备用管路保证低负荷时高压加热器疏水流到低压加热器 疏水泵： 启动和低负荷时，采用备用管路逐