蒸汽参数及其循环.ppt

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1、热力发电厂的蒸汽参数及其循环,（1）蒸汽动力循环的循环参数 （2）现代火电厂常用的蒸汽循环：回热、再热、热电联供 （3）蒸汽循环及其参数选择，对热经济性、可靠性、 运行灵活性以及对环境的影响有关。,本章内容,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 第五节 热电联产,提高初参数的实质是通过提高循环吸热过程的平均温度， 以提高其热效率t。(i=t ri) 一、提高蒸汽初参数的经济性 （一）提高蒸汽初温t0,t=wa/q0=1(Tc/T0),A 附加循环动力系数 wa/q0附加循环热效率 t，F1，即tt,第一节 提高蒸汽初参数,t 则变化量总是正

2、数，即效率是提高的。 i= t ri 1 提高初温，排汽干度提高，湿气损失减小 2 蒸汽比容增大，高缸叶片可以做高，叶高损失降低 3 比容增大高压部分漏汽减小，高压端漏汽损失降低 ri提高 结论：提高初温，机组绝对内效率提高,一定的初压下 朗肯循环热效率随蒸汽温提高而增加,（二）提高蒸汽初压p0 提高p0并不总是能提高t，这是由水蒸气性质所决定的。当提高到某一蒸汽初压使得整个吸热平均温度低于 时，热效率即下降，使得,随t0的增加，使t下降的极限压力愈高,当理想比内功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，i达最大值,提高p0使蒸汽干度减小，湿汽损失增加； 提

3、高p0，使进入汽轮机的蒸汽比容和容积流量减少，加大了高压端漏汽损失，叶片高度降低，叶高损失加大，甚至有可能要局部进汽而导致鼓风损失、斥汽损失，使得汽轮机相对内效率下降。,同时提高p0、t0所增加的理想比内功远大于增加的冷源热损失qca,（三）提高蒸汽初参数与i、汽轮机容量的关系,为何高参数必然大容量？ 提高初压p0, 在工程应用范围内，仍可提高t，但ri却要降 低，特别是容积流量小的汽轮机，ri下降愈甚。如果ri的下降 超过t的增加，将使得i(i=tri)下降，则提高p0效果就适 得其反。若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，因而仍能提高i。,二、提高蒸汽初参数的技

4、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和节约燃料。,（2）提高t0受金属材料的制约,（3）提高P0受蒸汽膨胀终了时湿度的限制 湿度增大，湿气损失（ri）、浸蚀叶片、影响安全 中间再过热：降低湿度，可继续提高p0，改善ri,(4）提高p0、t0影响电厂的钢材消耗和总投资 热经济性提高，同时钢材、总投资增加 蒸汽消耗量降低，锅炉受热面减少，但承压部件厚度增大，耐热合金用量增大 汽轮机级数、回热级数增大，炉、机、加热器、给水泵造价增大 汽耗、煤耗降低，运输、制粉、风烟、除尘、凝汽、供水等系统设备费用减少。 技术经济比较的实质可概括为钢煤比价的比较。,（5

5、）更高蒸汽初参数，更大容量机组的可用率 可用率与金属材料、设计制造工艺及其质量、安装、运行管理等有关。 更高参数、更大容量机组需要技术成熟期，期间可用率低，成熟期后可用率提高,（二）最有利初压 初温t0与排汽压力pc一定时使得i达到最大的初压力 机组容量越大、初温越高，最有利初压越高 经济上最有利初压 与技术经济因素有关，稍低,（三）蒸汽初参数系列,三、超临界蒸汽参数大容量机组,（一）国外超临界和超超临界汽轮发电机组 1国外超临界汽轮发电机 发展超临界机组，主要原因为： （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，缩短工期，减少占地面积 （3）可靠性已相当高，达到90

6、%,第二节 降低蒸汽终参数,火电厂的蒸汽终参数即汽轮机的排汽压力pc，不仅与凝汽设备 有关，而且还与汽轮机的低压部分以及供水冷却系统有关，总称 为火电厂的冷端。 一、电厂用水量和供水系统的选择 1电厂用水量 最大者为凝汽器的冷却水，占95% Gc= mDc m为冷却倍率 m与地区、季节、供水系统、凝汽器结构等因素有关。,2冷却系统的选择,直流供水，也叫开式供水 循环水泵直接从江河上游取水，经过凝汽器后排入江河下游，冷却水一次使用 造价低、系统简单、运行维护方便 水源充足 循环供水，也叫闭式供水系统 有冷却设施：冷却水池、喷水池、冷却塔 循环水泵从冷却设施集水井中汲水，经过凝汽器后，再送回冷却设

7、施进行冷却，循环用水,直流供水,江 河,水渠,其它用水设备,其它用水设备,具有冷却塔的供水系统,冷却塔 自然通风冷却塔 机械通风冷却塔（耗电量大）,其它用水设备,其它用水设备,井,二、降低蒸汽终参数的热经济性 l降低蒸汽终参数的极限,降低pc(即tc)总是可以提高循环热效率t,凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定,t与凝汽器工作状况有关，若凝汽器铜管有积垢，或有空气附于铜管等情况，就会使t增大，排汽压力提高（真空降低） ，热经济性降低。,凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定,t与凝汽器工作状况有关，若凝汽器铜管有积垢，或有空气附于铜管等情况，就会使t增大，排汽压力提高（真空降低） ，热

8、经济性降低。,2凝汽器的设计压力pc 降低pc，提高经济性 凝汽器尺寸、造价增大 影响排汽口 低压部分复杂 汽耗降低，影响高压部分,Pc选取与经济性有关,3额定工况汽轮机排汽压力的部标,4多压凝汽器 在不增加冷却面积的情况下，采用多压凝汽器，会降低排汽平均温度，提高热经济性。 用于twi高、m小与t 大的机组,真空度，是影响汽轮机组热经济性的一项重要指标， 当输出净功率为最大时，即所对应的真空即凝汽器的最佳真空。 单元制运行 扩大单元制运行 定速泵系统 双速泵系统 变速泵系统 叶片可调节循环水泵,5凝汽器的最佳真空与冷却水泵的经济调度,一、给水回热的热经济性 提高循环热效率的本质原因是提高了循

9、环的吸热平均温度 （改善吸热过程） 1采用回热提高i,第三节 给水回热循环,用回热抽汽动力系数Ar来表征实际单级回热循环较实际朗肯循环 的循环热效率的提高量。,多级回热抽汽作功系数,因ii 采用回热总是能提高热经济性 现代火电厂普遍采用回热循环，或带再热的回热循环 （P61 数据）,多级回热,不计泵功：,2采用回热导致作功能力损失 有温差换热导致做功能力损失 回热级数增加，做功能力损失减小，级数无穷，损失趋于零,回热虽然可提高热经济性，却使汽耗、汽耗率相应增大。，回热抽汽的压力愈高，其作功不足愈大，相应值也随之加大；可见，为提高回热的热经济性，应充分利用低压的回热抽汽。,二、给水回热基本参数对

10、热经济性的影响 （一）混合式回热加热器系统的c表达式,对于Z级混合式加热器系统的c为:,（二）、tfw、z三参数的关系 1回热分配 分配方法：循环函数分配法、焓降分配法、 平均分配法、等焓降分配法,按下列条件求极值,同理推出：,若进一步简化，忽略某些次要因素，可得出某些近似的最佳回热 分配通式。如蒸汽参数不高，忽略q随的变化，即,其意义为：将每一级加热器内水的焓升，取为前一级至本级的 蒸汽在汽轮机中的焓降，简称为“焓降分配法”,若再忽略各加热器间蒸汽凝结放热量qj的微小差异， 即q1=q2=qz，则式（2-13）可简化为,其意义为：将每一回热加热器中水的焓升取为相等来分配的，即美国J.K.Sa

11、lisbury推导的方法，又简称为“平均分配法”。,将,代入式2-13得：,即每一级加热器中水的焓升，取为等于汽轮机的各级焓降，简称“等焓降分配法”。,几何级数分配回热的方法,m=1.011.04,不同回热分配的热经济结果略有差异，当蒸汽参数不高时， 数值上差别不大。,2最佳给水温度,（2）作功能力法： 随着tfw提高，锅炉的吸热过程平均温度提高，使其换热温差 下降；降低e b。但是，回热加热器的换热温差存在，导致存在 er，削弱了回热的效果。,随回热级数z的增加，i不断提高，是递增函数关系。 而给水温度的提高，对i的影响是双重的。存在最佳点,(极限:tfw tb0无抽汽) （1）热量法： 一

12、方面使比热耗q0=(h0hfw）降低 另一方面使比内功wi=(h0hr)c（hrhc）减少，导致汽耗率d增大。 两者均同时影响,两种解释：,3回热级数Z,理论上讲：z=无穷大时，i 最大 （1）即随z的增加，回热循环的热经济性不断提高，但提高的幅度 却是递减的 （2）tfw一定时，回热的热经济性也是随z增加而提高，其增长率 也是递减的 （3）z一定时，有其对应最佳tfw值。它是随z的增加而提高； （4）实际给水温度若与理论上的最佳tfw稍有偏差，对回热的热经济性影响不大,实际级数z有限 最佳给水温度与z、有关 不同回热分配有不同的给水焓表达式P67） 经济最佳给水温度 节能 金属耗量,一、蒸汽

13、再热的目的及其热经济性 （一）再热的目的 提高蒸汽初压、降低排汽压力，使湿度增大，降低内效率，危及安全，蒸汽再热是保证汽轮机最终湿度在允许范围内有效措施。 若再热参数选择合适，则再热是进一步提高初压和热经济性的重要手段 。 核电主要为了安全 （二）理想再热循环热经济性分析,1再热循环的热效率,第四节 蒸汽再热循环,Arh附加循环动力系数；wa/q0附加循环热效率 再热循环热效率相对提高为rh：,当,则,当,则,当,则,理想再热循环经济性高于朗肯循环原因： 提高平均吸热温度 降低排汽湿度 整个再热循环吸热平均温度是否能提高，取决于两个基本参数再热压力和再热温度 再热压力不变化时： trh达到t0

14、，没有再热效果 trh到 ，再降则总平均吸热温度降低,存在一个最佳再热压力 需要技术经济比较,trhi,2. 实际再热循环的内效率,反平衡算法：,1kg再热蒸汽：,1一次烟气再热温度(再热前温度）,最大值是取其一阶导数，并取其等于零。即,二、最佳再热参数的选择（再热前后压力与温度）,等价卡诺循环的热效率：,最佳点：,需采用逐步逼近法来求得,2二次烟气再过热温度,三、具有蒸汽再热的回热循环,理想情况： 再热式机组采用回热的方法可提高热经济性。 与非再热式机组比较，采用回热时提高热经济性的幅度要小 。 在各级回热量不变的条件下，再热后各级回热的汽焓将会提高, 各级回热抽汽系数减小，若维持功率不变，

15、势必会使凝汽系数加大，故再热循环的动力系数Arrh小于回热循环的动力系数Ar ，削弱回热效果,1再热对传热过程的影响 抽汽过热度越高，导致换热温差加大，额外用损er越大 蒸汽冷却器,2再热回热循环的热效率 效率公式如表2-16,3再热回热循环的最佳给水回热参数 最佳参数选择与分析回热循环时有相同的结果 突变：抽汽再热后过热度增大，损失大； z大则突变右边移 再热回热比无再热的最佳给水温度低 z大，则最佳给水温度增大 再热对回热分配的影响： 给水温度（第一抽汽压力）HP抽汽口保证fw最佳，高排为二级抽汽，抽汽量加大，减小热再后抽汽损失 再热后第一个抽汽压力,须强调指出，再热虽有削弱回热效果的一面

16、，但再热式机组采用回热的热经济性（再热效率增加 回热效率增加，双重效应)仍高于无再热的回热机组 。,1烟气再热（P69） 优点：再热后的汽温可等于或接近于新汽温度 提高机组热经济性56 缺点: (1)压损prh大，降低机组热经济性 （2）耐高温材料，增加投资 （3）保护再热器，须另设旁路系统，系统复杂,四、蒸汽再过热的方法,2蒸汽再热 优点： 系统简单，可布置在汽轮机旁，压损prh小， 再热系统耗钢材少、投资小，调节容易 缺点： 再热后汽温trh较低 提高经济性2%-3%,一、热电联产的效益 （一）热能消费的特点,我国热能消耗70 60是120以下 的低温热能,热能耗费的数量很大，品价较低，又

17、常以高品位的一次能源来供应，故具有较大的节能潜力。,第五节 热电联产循环,（二）热电分别能量生产与热电联合能量生产的特点 热电分产能量浪费严重，利用不合理，能量品位贬值严重 热电联产实现能量的有效梯级利用，能源利用率高，节能 供热式汽轮机类型： 单抽（C型）凝汽式汽轮机、 双抽（CC型）凝汽式汽轮机、 背压式（B型）汽轮机或抽背式（CB型）汽轮机 对于抽汽式汽轮机，只有先发电后供热的供热汽流Dh才属热电联产，它的凝汽流Dc仍属于分产发电。,（三）热电联产的热量法（效率法）定性分析,图236 朗肯循环、供热循环的T-s图 （a）朗肯循环的T-s图；（b）热点联产供热循环的Ts图,理想朗肯循环热效

18、率t和实际朗肯循环热效率i为：,理想纯供热循环的热效率th及其实际循环热效率ih为：,（1）朗肯循环的t、i值均较低，其排汽虽有较大热量， 但品位低，无法对外供热，冷源损失大，能源利用率低； （2）纯供热循环的th、ih均为1 ，无冷源损失； 在满足用热参数的前提下，降低ph值，可提高wi值，使热化发 电比Xh=（WhW）提高，提高经济性； 给水回热循环的回热抽汽流也属于热电联产的性质； 回热发电比 Xr=（WrW），提高Xr或者充分利用低压抽汽可提高热效率 （3）抽汽凝汽式机组，其中供热汽流完全没有冷源热损失，它的ih仍为1。凝汽汽流仍有冷源热损失，该凝汽流的ic小于1，比相同循环参数、同容量的凝汽式汽轮机（即代替电厂的汽轮机）的绝对内效率i还要低，即 ici （4）ici的原因为： 节流导致的不可逆热损失。 非设计工况的效率要降低。 初参数低于代替电站的凝汽式机组。 供水条件比凝汽式电厂的差，使其热经济性有所降低。,热电联产必须满足两项要求： （1）热电厂内必须有联产电能和热能两种能量。 （2）由热电厂向众多热用户集中供热，并保证用热质量和数量热电联产优点： （1）节约能源。 （2）减轻大气污染，改善环境。 （3）提高供热质量，改善劳动条件； （4）其他经济效益。,