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电厂热力系统与辅助设备火电厂生产过程火电厂的辅助设备及系统火电厂的热力系统火电厂经济性分析杨淑红纯凝汽式发电厂的热经济性朗肯循环及热效率火电厂各项损失及效率火电厂主要热经济指标朗肯循环的组成：朗肯循环及热效率锅炉——定压加热过程汽轮机——绝热膨胀过程凝汽器——定压放热过程给水泵——绝热压缩过程锅炉给水泵凝汽器汽轮机状态变化：锅炉——工质由未饱和水变成过热蒸汽。汽轮机——工质由过热蒸汽变为湿蒸汽。凝汽器——工质由湿蒸汽变为饱和水。给水泵——压缩后压力升高，温度略有升高工质由饱和水变为未饱和水。热效率：'000nnatthhhhq朗肯循环热效率ηt的大小反映了冷源损失的大小，其数值约在40％～45％。火电厂各项损失及效率1、锅炉损失和锅炉效率锅炉损失：包括有排烟、散热热损失，未完全燃烧热损失，排污热损失等锅炉效率ηgl：锅炉在完成燃料化学能转变为蒸汽热能的过程中，锅炉的有效利用热量与输入燃料热量之比。大、中型锅炉ηgl=85％～94％2、管道损失和管道效率管道损失：工质流过蒸汽管道和给水管道时由于泄露及散热造成的损失。管道效率ηgd：汽轮机组的热耗量与锅炉设备热负荷的比值。若不计工质损失，一般ηgd=99％；若考虑工质损失，ηgd=96～97％。3、汽轮机内部损失和汽轮机相对内效率汽轮机内部损失：汽轮机在实际工作过程中存在着进汽节流、排汽及内部（包括漏汽、摩擦、湿汽等）损失。汽轮机的相对内效率ηrn：汽轮机的实际焓降与理想焓降之比。汽轮机的绝对内效率：ηan=ηrn.ηt一般ηrn=78％～85％4、汽轮机机械损失及机械效率汽轮机机械损失：汽轮机支持轴承、推力轴承与轴和推力盘之间的机械摩擦，以及拖动主油泵、调速系统所引起的损失。机械效率ηj：汽轮机输出给发电机轴端的功率与汽轮机的内功率之比的百分数，称之为机械效率。机械效率一般为ηj=96％～99％。5、发电机损失及发电机效率发电机损失：发电机轴与支持轴承的摩擦，以及发电机机内冷却介质的摩擦和铜损（线圈发热）、铁损（激磁铁芯涡流发热等）造成的功率消耗。发电机效率ηd：发电机的输出电功率与轴端输入功率之比。ηd＝96％～99％发电厂总效率ηndc=ηtηglηgdηrnηjηd总结纯凝汽式发电厂热效率低的原因：1）冷源损失太大2）热力过程的不可逆性使损失太大火电厂主要热经济指标1）汽耗率每产生1kwh的电所消耗的热量。2）热耗率每产生1kwh的电所消耗的热量。3）煤耗率每产生1kwh的电所消耗的燃料量。提高火电厂热经济性的途径一、提高蒸汽初参数，降低终参数1、提高初参数对发电厂热经济性的影响对循环热效率的影响：其它条件不变，提高初参数循环热效率提高。对汽轮机相对内效率的影响：提高蒸汽初温，汽轮机相对内效率提高。提高蒸汽初压力，汽轮机相对内效率降低。同时提高蒸汽的初压力和初温度，汽轮机相对内效率降低。提高蒸汽初温度，蒸汽比容增大，容积流量增大，在其它条件不变的情况下，汽轮机叶栅高度增加，漏汽损失减少。同时初温提高，湿汽损失减少。因此，提高蒸汽初温度，可使汽轮机的相对内效率得到提高。提高蒸汽初压力，蒸汽比容减小，容积流量减少，汽轮机的级间漏汽损失相对增大。排汽终湿度增加。增大了湿汽损失。所以，提高蒸汽初压力，使汽轮机的相对内效率降低。同时提高蒸汽初压力和初温度，则使汽轮机相对内效率降低和提高的因素同时起作用，经分析计算表明，提高初压力对相对内效率降低的影响大于提高初温度对相对内效率提高的影响。也就是说，同时提高蒸汽的初压力和初温度，汽轮机的相对内效率是降低的。蒸汽初参数与单机容量的关系：容量越大，热效率增加的幅度大于相对内效率降低的幅度，故发电厂总效率提高。容量越小，热效率增加的幅度小于相对内效率降低的幅度，故发电厂总效率降低。总结：高参数配大容量低参数配小容量提高初参数的限制：金属耐热能力排汽干度2、蒸汽终参数对电厂经济性的影响蒸汽终参数影响：降低终参数，循环热效率提高，汽轮机相对内效率略有降低。故电厂总效率提高。降低终参数的限制：环境温度排汽干度凝汽器尺寸二、采用给水回热1．回热抽汽：由汽轮机中间级抽出的蒸汽。基本概念：2．回热过程：利用汽轮机的抽汽加热锅炉给水的过程。3．回热循环：利用汽轮机抽汽加热锅炉给水的热力循环。给水泵回热加热器凝结水泵~锅炉凝汽器汽轮机装置系统图：分析:循环热效率提高。节省燃料和金属材料，提高经济性。冷源损失减小。汽耗率增大。回热级数越多，热效率越高。但设备投资越大。因此回热抽汽量为进汽量的15%-25%，回热级数也有限制。采用回热循环后，电厂的经济性提高，故发电厂的热力循环均采用回热循环。结论：三、采用蒸汽中间再热在汽轮机高压缸内膨胀到某一中间压力的蒸汽，全部送回锅炉再热器定压加热至初温后再送回汽轮机低压缸继续膨胀做功的过程。蒸汽中间再热：再热循环的目的：提高汽轮机排汽干度。装置系统图锅炉汽轮机发电机过热器给水泵凝汽器再热器分析汽轮机排汽干度提高。正确选择再热压力，可以同时提高排汽干度和循环热效率。再热次数增多，设备系统复杂，投资费用增大。目前高参数大容量机组的再热级数一般小于两级。在相同参数范围内，再热循环汽耗率小于朗肯循环汽耗率。结论采用再热循环后，电厂的经济性提高，故大容量发电厂的热力循环均采用再热循环。热电厂：既生产电能又对外供热的电厂。四、采用热电联产基本概念热电联产：既生产电能又对外供热的过程。生产方式1、背压式汽轮机：排汽压力高于0.1MPa的汽轮机。锅炉汽轮机发电机过热器给水泵热用户2、调节抽汽式汽轮机总结：采用热电联产，避免或减少冷源损失，提高燃料的利用率，可节约大量燃料（20~25%）。提高火电厂热经济性的途径1．提高蒸汽初参数p1、t1，降低蒸汽终参数p2。2．采用给水回热、蒸汽中间再热循环方式和采用热电合供循环，提高实际蒸汽动力循环热经济性。火电厂的辅助设备回热加热器凝汽设备除氧器一、加热器的类型1、混合式加热器蒸汽和给水在加热器内相互渗混直接传热。疏水泵特点：给水可达到抽汽压力下的饱和温度。传热好，不存在传热端差；结构简单、造价低；但每台混合式加热器后都要设置给水泵，系统复杂，厂用电耗大。在发电厂中，混合式加热器只作为除氧器传热端差抽汽压力下饱和水的温度与加热器出口水温的差值。2、表面式加热器汽轮机抽汽在加热器中放热，通过受热面金属壁将热量传递给管内的凝结水或给水。特点：由于金属壁面有热阻存在，给水不能被加热到抽汽压力所对应的饱和温度，存在传热端差；金属消耗量和投资较大。但系统简单，所需给水泵数量小，可节省厂用电。在发电厂中，加热器均采用表面式加热器。二、表面式加热器的结构直管束加热器低压加热器l一凝结水进口；2一上水室；3一上管板；4一外壳5一蒸汽进口；6一护板7一水位计8一疏水出口9一下水室10一下管板11一空气管高压加热器管板-U形管式加热器有管板的低压加热器具有蒸汽凝结段和疏水冷却段的加热器过热蒸汽疏水给水入口给水出口下级加热器蒸汽凝结段疏水冷却段具有蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段的加热器给水入口给水出口过热蒸汽饱和蒸汽疏水下级加热器蒸汽凝结段疏水冷却段过热蒸汽冷却段1、2-给水进、出口；3-水室；4-管板；5-遮热板；6-蒸汽进口；7、11-防冲板；8-过热蒸汽冷却段；9-隔板；10-上级疏水进口；12-U形管；13-拉杆和定距管；14-疏水冷却段端板；15-疏水冷却段进口；16-疏水冷却段；17-疏水出口l一给水进入弯头；2一进水总管；4一给水引出弯头；3、5一直立配水管；6一螺旋管；7一进汽管；8一蒸汽导管；9一蒸汽导流板；10一抽空气管；11、12一水位计的管口；13一疏水口；14一导轮；15、16一孔板；17一外壳高压加热器轴封加热器轴封加热器又称轴封冷却器，作用是利用部分主凝结水来冷却由汽轮机轴封和高、中压主汽门门杆漏出的汽-气混合物，使其凝结成水，将热量传给凝结水，疏水流至凝汽器。疏水器的作用：三、表面式加热器的疏水装置将加热器中的疏水及时可靠地排出，同时又不让蒸汽随同疏水一起流至下一级加热器，以维护加热器内汽测压力和疏水水位。浮子式疏水器内置浮子式疏水器1一浮子式疏水器外壳2一浮子杠杆3一连杆4一导向套筒上排污室出口5一导向简6一芯轴7一中心套管8一限制圈；9一活塞套简10一两半组成的环11一滑阀12一阀座13一手柄多用于125MW及其以下机组疏水调节阀l一滑阀套2一滑阀3一钢球4一杠杆5一上轴套6一下轴套7一芯轴8一摇杆9一阀杆常用于高压加热器上水封管U形管是由疏水管自身弯曲而制成的，其结构简单，运行可靠，但仅适用于两容器间压差较小的情况下。水封管应用在低压加热器、轴封加热器等设备的疏水排至凝汽器的管路上。四、表面式加热器的疏水方式1、疏水逐级自流的连接系统利用各级回热加热器之间的压力差，让疏水逐级自流至压力较低的相邻加热器.特点：这种疏水系统不用疏水泵，系统简单，运行安全可靠，但经济性较差。因低级抽汽被排挤，排入凝汽器内的蒸汽量增加，增大了冷源损失。另外疏水流入凝汽器内，又额外地增大了冷源损失。凝结水泵给水泵2、采用疏水泵的连接系统各加热器的疏水由专用水泵输送至本加热器出口（或入口）的主凝结水管中。特点：采用疏水泵系统较复杂，需要装置疏水泵，增加了建设投资和检修维护费用，运行中厂用电耗高，较逐级自流系统安全可靠性差。但可以克服逐级自流对相邻低压抽汽的排挤，经济性高。凝结水泵给水泵疏水泵3、疏水冷却器与疏水逐级自流的联合系统外置式疏水冷却器连接系统内置式疏水冷却器连接系统特点：与采用疏水泵的系统相比，系统连接简单、运行安全性高，且降低了投资、节约厂用电。降低进入压力较低一级加热器的疏水温度，从而减少了对下级压力抽汽的排挤，经济性高。五、典型回热系统介绍N25-35-1型机组回热系统N50-90型机组回热系统高压加热器：除氧器与锅炉之间的加热器。疏水一般采用疏级自流，最后送至除氧器。低压加热器：凝汽器与除氧器之间的加热器。疏水一般采用疏级自流，最后送至凝汽器或送至一号低加，再用疏水泵打至该级加热器入口。轴封加热器：疏水送至凝汽器。加热器的序号：从凝汽器开始按给水流向，分别为一号低加、二号低加……。从除氧器开始分别为一号高加、二号高加……。该序号与抽汽序号相反。总结：实际回热系统：一般是一台混合式加热器作为除氧器，置于回热系统中间，其余均为表面式加热器。六、加热器管道系统1、抽汽管道系统N50-90型机组抽汽管道系统逆止阀隔离阀切换阀液动（或气动）逆止阀：当电网甩负荷或汽轮机发生故障自动主汽门关闭时，能迅速切断抽汽管路，避免加热器内的湿饱和蒸汽倒流入汽轮机内引起超速或其它事故。切换阀：（除氧器用汽管路上）隔离阀：保证机组低负荷时定压运行的除氧器仍能在额定压力下运行。在加热器解列时用以切断抽汽。最后一段抽汽管道上未装设逆止阀，其原因是此段抽汽的参数低，蒸汽的比容大，抽汽管径粗大，而我国生产大管径逆止阀尚有一定困难。此外，最后一段抽汽位于汽轮机最末几级，即使发生湿蒸汽倒流，对汽轮机不会产生大的影响。液动逆止阀的控制水管路系统与汽轮机跳闸保护联动汽轮机组正常运行时，电磁阀关闭，切断压力水的去路，液动活塞上充满由电磁阀旁路节流孔来的凝结水。此时液动活塞在弹簧力作用下移至上限位置，逆止阀在抽汽压力作用下处于开启状态。当自动主汽门因故关闭时，联动装置动作，电磁阀开启，此时来自凝结水泵的压力水进入逆止阀操纵活塞上方，克服弹簧力的作用强行关闭抽汽逆止阀。联动装置失灵时，运行人员可手动开启电磁阀。液动逆止阀的控制原理轴封漏汽2、主凝结水、疏水管道系统N50-90型机组主凝结水、疏水管道系统除氧器除氧器来除氧器真空系统的真空阀再循环管轴封加热器小旁路低加大旁路高加大旁路高加备用疏水管道低加备用疏水管道低加事故疏水管道再循环管：机组在启动或低负荷运行时，为保证凝结水泵的正常运行或维持一定的凝汽器水位。大、小旁路：当加热器发生故障或某一台加热器停用时，不致中断主凝结水的输送。低加备用疏水管路：用于1#、2#低加故障时，将低加疏水送至凝