热力发电厂 第2章 热力发电厂的蒸汽参数及其循环.ppt
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1、1第二章第二章 热力发电厂的蒸汽参数及其循环热力发电厂的蒸汽参数及其循环 蒸汽动力循环的循环参数,指进入汽轮机的新蒸汽压力p0、温度t0,再热后进入中压缸的再热蒸汽温度trh和进入凝汽器的排汽压力pc。现代火电厂常用的蒸汽循环为回热循环、再热循环、热电联供循环和热电冷三联供循环。蒸汽循环及其参数,不仅与热经济性有关,还与发电厂的可靠性、经济性、运行灵活性以及对环境的影响有关。2第二章 热力发电厂的蒸汽参数及其循环第一节 提高蒸汽初参数第二节 降低蒸汽终参数第三节 给水回热循环第四节 蒸汽再热循环本本 章章 提提 要要第五节 热电联产循环一、提高蒸汽初参数的经济性一、提高蒸汽初参数的经济性提高p
2、0、t0的实质是提高循环吸热过程的平均温度,以提高其热效率t 第一节 提高蒸汽初参数(一)提高蒸汽初温t0循环热效率提高为:提高初温后的循环热效率 可改写为:附加循环动力系数:提高蒸汽初温总是可提高热经济性 图2-1 蒸汽初温不同的理想朗肯循环(二)提高蒸汽初压p0循环热效率t为:上式其一阶导数为零。t最大值为:即:理想比内功wa(理想焓降)减小的相对值等于冷源热损失qca或初焓h0减小的相对值时,t达最大值。6P0MPah0 kJ/kghca kJ/kgwa=h0hcakJ/kgkJ/kg%t%4.0321120391172309138.08.0313819181220301840.56.5
3、812.0305718321225(最大)293741.72.9616.0295617591197283642.21.1920.0283916831156271942.6(最高)0.94824.026541985669253442.1表2-1 p0与 t关系 现代火电厂在上述pc、to值时,对应的p0值远低于该极限压力值。故从工程实际应用讲,当t0、pc一定时提高p0是可提高t的 如表2-1所示(三)提高蒸汽初参数与i、汽轮机容量关系提高t0,t、ri、i均将提高提高初压p0,在工程应用范围内,仍可提高t,但ri却要降低 蒸汽容积流量足够大,使得提高p0降低ri的程度远低于t的增加,因而仍能提
4、高i,这时提高p0才是有效益的 图2-2 同时提高蒸汽初压、初温的理想朗肯T-图 二、提高蒸汽初参数的技术经济可行性(一)影响提高蒸汽初参数的主要因素1.提高蒸汽初参数可提高热经济性,节约燃料。一般由中参数(3.43MPa/435)提高至高(8.83MPa/535),可相对降低机组净热耗率qn约11%25%;提高p0、t0可节约燃料,是实施提高p0、t0的前提。图2-3 净热效率、净热耗率与p0、t0关系曲线(a)与p0关系曲线;(b)与t0关系曲线2.提高t0受金属材料的制约,各国家耐热合金钢的体系各不相同,视其资源而定 3.提高p0受蒸汽膨胀终了时湿度的限制 采用蒸汽中间再过热,不仅是继续
5、提高p0的一种有效方法,还可使ri得到改善。4.提高p0、t0影响电厂的钢材消耗和总投资 提高蒸汽初参数虽可节煤,但多耗钢材技术经济比较的实质,即:钢煤比价。5.更高蒸汽初参数,更大容量的机组的可用率 新的大容量机组,均需一定技术成熟期,其可用率相对较低。成熟期后,可逐年提高。例如,2005年我国火电机组加权平均等效可用系数为92.34%,比2004年增加0.64个百分点。(二)最有利初压(二)最有利初压 当 p0、t0一定,必有一个使i达最大的p0,称为理论上最有利初压 ,并与机组容量有关。经济上最有利初压 ,要通过详细论证和定量计算比较才能确定 值比 值要低。(三)蒸汽初参数系列设备参数等
6、 级锅 炉 出 口汽轮机入口机组额定功率MW压力,MPa温度压力,MPa温度次中参数2.55 4002.353900.75,1.5,3中 参 数3.924503.434356,12,25高 参 数9.95408.8353550,10超高参数13.83540/540540/54012.7513.24535/535535/535200125亚临参数16.7718.27*540/540540/54016.1816.67535/535537/537300300,600表2-3 我国火电厂采用蒸汽初参数系列 超临界参数、超超临界参数尚未列入我国火电厂蒸汽初参数系列。一般,超临界为20MPa左右,超超临界
7、为31MPa左右三、超临界蒸汽参数大容量机组工程热力学将水的临界状态点参数定义为:压力22.115MPa,温度374.15。当水的状态参数达到临界点时,在饱和水与饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。与较低参数的状态不同,这时水的传热和流动特性等会存在显著的变化。当蒸汽参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时,则称其为超临界参数。常规超临界机组(Conventional Supercritical):其主蒸汽压力一般为24.2MPa,主蒸汽和再热蒸汽温度为540-560.高效超临界机组(High EfficiencySupercritical Cycle):通常也称为超超临界机组(Ultr
8、a Supercritical)或者高参数超临界机组(Advanced Supercritical),其主蒸汽压力为28.5-30.5MPa,主蒸汽和再热蒸汽温度为580-600。各国超临界机组定义略有差异我国现已设定为25MWPa以上,580尚未成标准。(一)超临界机组的特点1.热经济性高,节约一次能源,降低火电成本 2.降低机组单位造价,工期短,占地相对较少3.技术先进成熟、可靠性已相当高4.超临界机组与亚临界机组如能都配备有好的热工自动控制系统,便有良好的调节性能 5.超临界发电的单位电能耗减少,导致排放减少。比亚临界机组排放二氧化碳降低17.6%。(二)国内外超临界机组发展概况1 1、
9、国外、国外超临界汽轮发电机组发展概况:超临界汽轮发电机组发展概况:美国1965-1991年间,800MW以上超临界机组22台,最大单机容量1300MW;日本1974-2002年间投运20台,单机容量1000MW;前苏联和俄罗斯1967-1983年间投运8台,单机容量最大1200MW;德国1997-2002年间投运5台,单机容量最大1000MW。2、我国已引进或在建的超临界汽轮发电机组发展现状:(我国在建、已建超临界机组为下表所示)等效可用率均有所提高我国超超临界600MW、1000MW也已投运。表2-5 我国已引进或在建的超临界汽轮发电机组发展现状电厂名制造厂台数功率/MW参数/(MPa/)石
10、洞口二厂ABB/CE-SILZER 2 60024.2/538/566盘山电厂前苏联2 50023.54/540/540华能南京热电厂前苏联2 32023.54/540/540营口电厂前苏联2 32025.0/545/545伊敏电厂前苏联2 50025.0/545/545绥中电厂前苏联2 80025.0/545/545漳州厚石电厂三菱2 60024.5/538/566外高桥电厂二期西门子/阿尔斯通2 90024.2/538/566华能沁北电厂东锅/日立260024.2/566/566哈汽/三菱华能玉环电厂2 1000等级25/600/600等级华电邹县电厂2 1000等级25/600/600等
11、级第二节 降低蒸汽终参数一一 电厂用水量和供水系统的选择,自然通风冷却塔和空冷系统电厂用水量和供水系统的选择,自然通风冷却塔和空冷系统(一)电厂用水量 确定水量时,应考虑一水多用,综合利用,提高重复用水率,以降低全厂耗水量。减少废水排放量,而且排水应符合排放标准,废水予以适当处理后再重复利用。地 区直 流 供 水循环供水直流供水夏季平均水温夏 季冬 季北方(三北地区*)中 部南 方506060706575304040505055607065757080182020252530 表2-6 我国的冷却倍率m一般数值表 项 目火电厂机组单机容量,MW50100125200300600全厂耗水量m3/
12、h38851757076063985296812901501200229453926全厂发电耗水率m3/(GWS)2.152.891.582.111.391.421.341.791.391.791.361.32表2-7 火电厂采用湿冷塔时耗水定额(二)冷却系统的选择 火力发电厂的供水有直流供水(开式供水)、循环供水(闭式供水),和将这两种方式结合起来的混合供水。直流供水:指从江河、湖泊、水库、海湾等水源取水,利用水泵和管渠将水送入凝汽器,将汽轮机排汽冷却为凝结水后即排弃回水源的系统。当地表水源充足,且靠近厂址,供水高度不大时,宜采用直流排水。循环供水:指凝汽器使用了的冷却水经冷却设施冷却降温后
13、,由循环水泵再送往凝汽器重复使用的系统。当水源不足,或通过技术经济比较不宜采用直流供水时,宜采用循环供水。若地表水源仅个别季节水量不足,而取水条件又很有利时,可采用混合供水。常用的循环供水的冷却设施:冷却池、喷水池、喷射冷却装置及冷却塔四种。机械通风冷却塔,在相同冷却水量条件下,比自然通风冷却塔占地小、造价低,但耗电量大,因其塔高较低、排出湿热空气、风机噪声对环境影响较大,我国的大、中型电厂较少采用。大型火电厂采用循环供水时,广泛采用的是钢筋混凝土结构自然通风冷却塔.(三)自然通风冷却塔和空冷系统1.空气冷却器凝汽器系统的类型:空气冷却凝汽器系统有直接空冷和间接空冷两大类。空冷比湿冷用水减少7
14、5%。图2-4 空气冷却凝汽系统(a)直接空冷;(b)混合式凝汽器的间接空冷;(c)表面式凝汽器的间接空冷1空冷汽轮发电机组;2凝结水泵;3循环水泵;4水轮发电机组;5节流阀;6空冷凝汽器;7喷射式凝汽器;8表面式凝结器;9冷却塔;10风机(1)直接空气冷却凝汽系统(干塔冷却系统)特点 空冷凝汽器由许多并联的带翅散热片钢管作冷却元件 汽轮机排汽直接在冷却元件内凝结,传热平均温差大,系统较简单 为减少压损,排汽管直径很大 空冷凝汽器按“人”字形布置在汽机房外侧,小型的可布置在汽机房顶 真空系统体积庞大,漏入空气,也不易找漏;起动时抽真空费时 冬季冷却元件易结冰喷射式凝汽器装有冷却水喷咀,喷出冷却
15、水与排汽直接接触换热吸收排汽放热量的水,通过空冷塔内冷却元件释放到大气循环水泵和水轮机组(用以回收部分能量,小型的多以节流阀取代)由凝汽器出来的水分为两部分,仅2%5%的凝结水经精处理后返回锅炉;余下绝大部分作为循环水被循环水泵送至空冷塔内冷却元件用空气冷却,冷却后返回凝汽器再行喷射,形成闭式循环(2)混合式凝汽器的间接空冷(间接干塔冷却系统)又称海勒系统,主要特点是:(3)表面式凝汽器的间接空冷系统(哈蒙系统)特点 用常规的面式凝汽器取代喷射式凝汽器,使系统简化采用通常的循环水泵,冷却水质要求远低于凝结水水质表面式凝汽器的端差较大,使投资加大冷却元件用带翅片镀锌钢管制成可设计为多压式凝汽器
16、电 厂国 家功率 MW空冷系统投运年代初始温度乌德里拉斯西班牙150直接空冷197034怀俄达克美 国330直接空冷197841.7马 丁 巴南 非665直接空冷198739.7加 加 林匈牙利200海勒间冷1969拉 兹 顿原苏联220海勒间冷197030司麦森林德 国300哈蒙间冷27肖 达 尔南 非686哈蒙间冷34.1 国外空冷式发电厂简介:我国的空冷发电厂目前哈尔滨汽轮机有限责任公司(原哈尔滨汽轮机厂),东方汽轮机厂均已能设计300、600MW空冷机组,其主要性能如表2-5所示。其中哈汽的直接空冷200MW机组,是为叙利亚设计的,东方汽轮机厂正在研制325MW空冷机组,将出口伊朗。厂
17、 名哈 汽东 汽冷却方式间接冷却直接冷却哈蒙间冷直接空冷 功率范围 MW200200300600200 300 600200600200600 排汽口数目23242 2 4末级叶高,mm710520750750520 540 540670535 设计背压,kPa9.819.819.819.811619 1518 151810.7813.7219.6表2-9 我国设计空冷机组的pc与末级叶高 二 降低蒸汽终参数的热经济性(一)降低蒸汽终参数的极限:凝汽器实际能达到的排汽温度:式中:为凝汽器的冷却水温升 为凝汽器的端差 twi 为进入凝汽器的冷却水温度,取决于水源的水温 two 为凝汽器出口的冷却
18、水温度 降低蒸汽终参数,循环放热温度降低,总可以提高循环热效率(二)凝汽器的设计压力pc 降低汽轮机排汽压力虽可提高热经济性但使汽轮机低压部分复杂化。使汽耗量减少,应通综合的技术经济比较来确定 为最佳排汽压力 为凝汽器的蒸汽负荷率 为冷却倍率 C 为燃料价格 由该图可见,若燃料价格昂贵,凝汽器的设计压力pc应低些,凝汽器的蒸汽负荷应较小,而冷却倍率m可大些。额定功率,MW排 汽 压 力,MPa(ata)经济工况,twi=20额定工况,twi=20S1,可推论Z级回热时:若 ,则 ,趋于零 41(a)(b)(c)图2-20 给水回热过程的T-S图(a)单级混合式加热器;(b)两级混合式加热器;(
19、c)无穷级混合式加热器 如上图所示,给水回热量返回加热了给水,故称为回热循环。但是,由于回热抽气做功不足,使其汽耗、汽耗率相应增大,值一般为1.25左右。二、给水回热基本参数对热经济性的影响(一)混合式回热加热器系统的c表达式可推理,对于Z级混合式加热器系统的 为 图2-21 两级混合式回热加热器的热力系统(二)回热过程三个参数(二)回热过程三个参数 回热过程三个参数为:1 回热分配 2 最佳给水温度 3 回热级数 Z图图2-22 2-22 非再热机组全混合式加热器回热系统非再热机组全混合式加热器回热系统1、回热分配同理:同理:1 1、回热分配回热分配q qo=h=hoh hw1=h=h0h
20、h b+h+h bh hw1=q=qb0+b0 式中:式中:循环函数法的最佳回热配通式:循环函数法的最佳回热配通式:焓降分配法焓降分配法(每一级加热器焓升每一级加热器焓升=前一级至本级汽轮机中的焓降前一级至本级汽轮机中的焓降)平均分配法平均分配法(各级加热器中的焓升相等各级加热器中的焓升相等)等焓降分配法等焓降分配法(每级加热器焓升每级加热器焓升=汽轮机各级组的焓降汽轮机各级组的焓降)kJ/kg kJ/kg kJ/kg 2最佳给水温度最佳给水温度 单回热循环汽轮机绝对内效率为最大值时对应的给水温度 或或 的最小值对应的给水温度即 非再热机组多级回热:纵座标均是变化的相对值 座标 是tfw变化的
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