发电厂热力设备 第四章 热力发电与核电

总目录返回本章下一页上一页结束概述第一节热力发电常用循环第二节热力系统第三节热经济性指标第四节新型热力循环/能源系统第五节核能发电原理及系统第六节核电的经济性与安全性、可靠性第四章热力发电与核电总目录返回本章下一页上一页结束概述以煤、石油、天然气等化石燃料及铀等核燃料作为能源的发电，均称为热力发电。对于用核燃料的发电，常称为核能发电，简称核电。图4-1表示了蒸汽动力的热力发电的生产过程和所需的主要设备。热力发电厂通常按照蒸汽参数（即蒸汽的压力和温度）来分类。电厂容量的单位是兆瓦（MW）。蒸汽参数较低的电厂，其容量一般较小，而蒸汽参数高的电厂，容量则较大。总目录返回本章下一页上一页结束今将我国热电厂采用的蒸汽参数和相应的电厂容量归纳成表4-1。表中的数据仅是提供一个参考值,不是一种严格的分类标准。插图4-1及4-2是两张热电厂的全景照片，由此可看到煤场、锅炉房等各工作场所。总目录返回本章下一页上一页结束总目录返回本章下一页上一页结束项目电厂类型气压//MPa汽温/℃电厂和机组容量的大致范围锅炉汽轮机锅炉汽轮机中温中压电厂高温高压电厂超高压电厂亚临界压力电厂超临界压力电厂超超临界压力电厂4.010.014.018.022.032.03.59.013.517.022.032.045054054054054560043553553553554060010－200MW的中小型电厂(6－50MW机组)100－600MW的大中型电厂(25－100MW机组)250MW以上的大型电厂（125－200MW机组）600MW以上的大型电厂（300，600MW机组）1000MW以上的大型电厂（300，600，800MW机组）1000MW以上的大型电厂（1000MW机组）表4－1我国热电厂按蒸汽参数的分类总目录返回本章下一页上一页结束插图4-1热力发电厂总目录返回本章下一页上一页结束插图4-2热力发电厂总目录返回本章下一页上一页结束第一节热力发电常用循环一．回热循环图4-2是只从汽轮机中间抽一次汽来回热加热的蒸汽动力装置示意图。具有一次抽汽的蒸汽动力回热循环热效率计算式（其中忽略水泵功耗）为（4-1）)())(1())(1(1'bacacbthhhhhh总目录返回本章下一页上一页结束图4-2具有一次抽汽的回热循环装置示意图a)系统简图b)回热循环图1-给水泵；2-锅炉；3-过热器；4-汽轮机；5-发电机；6-冷凝器；7-凝结水泵；8-加热器。总目录返回本章下一页上一页结束式中，α为抽汽份额，可由下式求得（4-2）回热循环的热效率必大于朗肯循环，抽汽回热的级数常用的是2-4级。二、再热循环再热循环及其装置表示在图4-3。通过分析，可求得理想的再热循环的热效率为（4-3）dbdehhhh')()(1efdacbthhhhhh总目录返回本章下一页上一页结束图4-3再热循环装置示意图a)系统简图b)再热循环图1-凝结水泵；2-锅炉；3-过热器；4-再热器；5-高压汽轮机；6-低压汽轮机；7-发电机；8-冷凝器总目录返回本章下一页上一页结束再热的目的主要在于增加乏汽干度，以便在一定的初温限度下能够采用更高的初压力，从而提高循环热效率。通常只有大型火力发电厂并且压力在13MPa以上时采用。而采用再热循环的发电厂同时也采用回热循环。三、热电联产循环将电厂中为了实现热变为功所必须放出的热量的部分或全部用来供给热用户的需要，从而形成既产热又产电的热电联产循环，或叫热电循环。总目录返回本章下一页上一页结束热电厂的热电联产循环有背压式汽轮机热电联产和抽汽式汽轮机热电联产两种，分别如图4-4和图4-5所示。对于背压式汽轮机，在承担基本负荷的情况下比较合适。抽汽式汽轮机热电联产的应用更为普遍。热电联产既供热又供电，常用两个指标来确定其经济性：（1）热电厂的燃料利用系数η（旧称为总热效率）总目录返回本章下一页上一页结束图4-4背压式热电厂汽水系统简图1-锅炉；2-过热器；3-背压式汽轮机；4-热用户；5-凝结水泵；6-发电机总目录返回本章下一页上一页结束图4-5抽汽式热电厂汽水系统简图1-锅炉；2-过热器；3-抽汽式汽轮机；4-发电机；5-冷凝器；6-凝结水泵；7-热用户；8-加热器；9-给水泵总目录返回本章下一页上一页结束（4-4）（2）热电比ω（4-5）热电厂的燃料利用系数年平均应大于45%；单机容量5-20万千瓦以下热电机组，热电比平均应大于50%。插图4-3及插图4-4分别是在燃气轮机发电的条件下，进行热电联供和热电/冷联供系统图。%1003600nethqBWQ%1003600WQh总目录返回本章下一页上一页结束插图4-3总目录返回本章下一页上一页结束插图4-4总目录返回本章下一页上一页结束四、燃气—蒸汽联合循环不补燃的余热锅炉型的燃气—蒸汽联合循环，如图4-6所示。目前这种联合循环使用的是液体燃料或天然气（也可为焦炉煤气）。其供电效率已达到50-52％，远高于其它形式的发电设备，并能成为承担基本负荷的大功率的独立电厂。燃气—蒸汽联合循环有四种基本方式：不补燃的余热锅炉型方案。②有补燃的余热锅炉型方案，如图4-7所示。可增大联合循环的单机功率。总目录返回本章下一页上一页结束图4-6不补燃的余热锅炉型方案1-压气机2-燃烧室3-燃气透平4-余热锅炉5-蒸汽透平6-发电机7-凝汽器8-给水加热器总目录返回本章下一页上一页结束图4-7有补燃的余热锅炉型方案1-压气机2-燃烧室3-燃气透平4-余热锅炉5-蒸汽透平6-发电机7-凝汽器8-给水加热器总目录返回本章下一页上一页结束③增压锅炉型方案，如图4-8所示。④加热锅炉给水型方案，如图4-9所示。仅在用燃气轮机来改造和扩建原有蒸汽轮机电站时才会应用。图4-10为上述燃气—蒸汽联合循环前三种基本方式的T-S图。燃气—蒸汽联合循环实质上是把燃气轮机的“布雷顿循环”与蒸汽轮机的“朗肯循环”组合为一个循环系统。图4-10中的1-2-3-4-1为燃气轮机的实际循环过程，6-7-8-9-10-6为蒸汽轮机的实际循环过程。总目录返回本章下一页上一页结束图4-8增压型锅炉方案1-压气机2-燃气透平3-增压锅炉4-蒸汽透平5-发电机6-凝汽器7-给水加热器8-排气换热器总目录返回本章下一页上一页结束图4-9加热锅炉给水型方案1-压气机；2-燃烧室；3-燃气透平；4-蒸汽锅炉；5-汽轮机；6-发电机；7-凝汽器；8-水泵；9-热水余热锅炉总目录返回本章下一页上一页结束图4-10三种燃气-蒸汽联合循环方案的T-S图总目录返回本章下一页上一页结束第二节热力系统一．发电厂原则性热力系统热力系统是热力发电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。。以范围划分，热力系统可分为全厂和局部两类。局部的系统又可分主要热力设备（如汽轮机本体、锅炉本体等）和各种局部功能系统（如主蒸汽系统、给水系统、主凝结水系统、回热系统、供热系统、抽空气系统和冷却系统等）两种。总目录返回本章下一页上一页结束全厂热力系统则是以汽轮机回热系统为中心，将汽轮机、锅炉和其他所有局部热力系统有机组合而成的。按用途来划分，热力系统可分为原则性和全面性两类。热力系统图广泛用于设计研究和运行管理。原则性热力系统图是一种原理性图。对机组和全厂而言，如汽轮机（或回热）的原则性热力系统、发电厂的原则性热力系统，它们主要用来反映在某一工况下系统的热经济性（一般都说明设计工况或其他特殊工况下的热经济性）；总目录返回本章下一页上一页结束对不同功能的各种热力系统，如主蒸汽、给水、主凝结水等系统，其原则性热力系统则是用来反映该系统的主要特征。全面性热力系统图是实际热力系统的反映，它包括不同运行工况下的所有系统，以此全面显示出该系统的安全可靠性、经济性和灵活性。对不同范围的热力系统，都有其相应的原则性和全面性热力系统图。如回热的原则性和全面性热力系统图，主蒸汽的原则性和全面性热力系统图等。总目录返回本章下一页上一页结束图4-11为国产N300-16.18/550/550型再热式汽轮机配1000/16.77/555型直流锅炉的发电厂原则性热力系统图。建设火力发电厂时，必须拟订出一个合理的原则性热力系统，并进行热力系统的计算。发电厂的原则性热力系统计算是针对全厂的，故也可简称为全厂热力系统计算。总目录返回本章下一页上一页结束图4-11国产N300-16.18/550/550型机组发电厂原则性热力系统p-压力t-温度总目录返回本章下一页上一页结束通过发电厂的原则性热力系统计算，可确定电厂在某一运行方式时各部分汽水流量和参数及该工况下全厂的热经济指标，并以最大负荷工况时计算结果，作为选择锅炉、热力辅助设备和管道的依据。发电厂原则性热力系统计算的基本方法是，对系统中换热设备建立物质平衡式和热平衡式，逐个地按“由外到内”，再“从高到低”的顺序进行计算。总目录返回本章下一页上一页结束[例4-1]某汽轮发电机组的回热加热系统如图4-12所示。今已知该机组的功率Pe=6000kW，汽轮机进口的蒸汽焓ho=3305.1kJ/kg，机械效率ηm=0.99，发电机效率ηg=0.98，锅炉效率ηb=0.85，管道效率ηp=0.98，试求各级抽汽份额，机组汽耗量D0和汽耗率d0、机组热耗率q0和绝对电效率ηe、全厂热效率ηcp和标准煤耗率（计算中可不计散热损失和不考虑在泵中的焓升）。sb总目录返回本章下一页上一页结束图4-12三级回热加热系统1-高压加热器2-给水泵3-除氧器4-疏水泵5-低压加热器6-凝结水泵7-冷凝器总目录返回本章下一页上一页结束解：高压加热器热平衡式为则汽轮机的第一级抽汽份额为除氧器热平衡式为而21'111)(wwhhhh0831.015.7165.303736.43915.632'11211hhhhww2'113222wwxchhhh2121c总目录返回本章下一页上一页结束设则进入除氧器的凝结水的焓则得汽轮机的第二级抽汽（用于除氧器加热除氧）份额为2ckgkJhwx/4.3453323'11322)()(wxwxwxwhhhhhh4.3458.2791)4.34515.716(0831.0)4.34536.439(0258.08911.00258.00831.012c总目录返回本章下一页上一页结束低压加热器热平衡式为而故得汽轮机的第三级抽汽份额为)()('3'333cwchhhh3cc)()()('3'33'323cwcwchhhhhh)17958.342()45.3842.2640()17958.342(8911.00603.0总目录返回本章下一页上一页结束相应于汽轮机排汽的主凝结水份额为因为和混合而成，故由此可检验的焓值为8308.00603.08911.0c2cc32ckgkJhhhcwcwx/41.3458911.045.3840603.058.3428308.02'3333总目录返回本章下一页上一页结束此值和前面的假设值几乎相等，可以把和值作为计算结果进行后续的运算。为进一步验证上述计算结果的正确性，可对汽轮机的作功情况进行核算。汽轮机进汽1kg的实际焓降（即实际作功量）23ThkgkJhhhhhwjjjccTi/2.850)2.26401.3305(0603.0)8.27911.3305(0258.0)5.30371.3305(0831.0)7.23721.3305(8308.0)()(3100总目录返回本章下一页上一页结束反平衡检验因说明上述计算正确。由式（4-19）汽耗量D0为)('10''cccwTihhhhhw)1797.2372(8308.015.6321.3305kgkJ/4.850%,02.0)(,''TTTTTThhhhhh总目录返回本章下一页上一页结束