動力工程-熱力發(fā)電廠

第五章熱力發(fā)電廠1/13/20231動力工程－汽輪機第一節(jié)熱力發(fā)電廠概述利用熱能動力裝置來生產(chǎn)電能的工廠，稱為熱力發(fā)電廠或火力發(fā)電廠。鑒于熱力發(fā)電廠的產(chǎn)品（電能或熱能）是無法儲存的，這就迫使發(fā)電廠只能是隨產(chǎn)隨銷，并需做到產(chǎn)銷之間的嚴(yán)格協(xié)調(diào)，否則就難以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。為此，要求發(fā)電廠的生產(chǎn)必須具有高度的安全性、可靠性和機動性，而這些正是發(fā)電廠生產(chǎn)的主要特點。由于朗肯循環(huán)中平均吸熱溫度非常低，以致進(jìn)一步提高其循環(huán)熱效率受到很大的限制。為了大大提高蒸汽動力裝置的熱經(jīng)濟性，現(xiàn)代熱力發(fā)電廠都不直接應(yīng)用這種循環(huán)，而是廣泛采用結(jié)構(gòu)上復(fù)雜得多的回?zé)嵫h(huán)和再熱循環(huán)。1/13/20232動力工程－汽輪機第二節(jié)再熱循環(huán)再熱循環(huán)的提出

如上所述，提高蒸汽的初壓力，可以提高朗肯循環(huán)的熱效率，但如果蒸汽的初溫度不能同時提高，則蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹終了時的干度降低，影響汽輪機的安全運行。因此，為了提高蒸汽的初壓又不致使乏氣的干度過低，常采用蒸汽中間再過熱的方法。1/13/20233動力工程－汽輪機如圖所示,新蒸汽在高壓汽輪機中膨脹作功到某一中間壓力以后,全部抽出導(dǎo)入鍋爐中的再熱器，吸收煙氣放出的熱量，然后再導(dǎo)入低壓汽輪機繼續(xù)膨脹作功到終壓力，這種循環(huán)稱為蒸汽再熱循環(huán)，簡稱再熱循環(huán)。1/13/20234動力工程－汽輪機一次再熱循環(huán)在T-s圖中的表示如圖所示?？梢钥闯?，蒸汽經(jīng)中間再過熱以后，其乏汽的干度明顯地提高了。再熱循環(huán)的吸熱平均溫度將高于基本的朗肯循環(huán)，使整個再熱循環(huán)的熱效率有所提高。1/13/20235動力工程－汽輪機再熱循環(huán)的熱效率為再熱循環(huán)的熱效率分析

工質(zhì)在一次再熱循環(huán)中吸收的總熱量為

對外放熱量為

1/13/20236動力工程－汽輪機再熱的目的主要在于增加蒸汽的干度，以便在初溫限制下可以采用更高的初壓力，從而提高循環(huán)熱效率。中間再熱最佳壓力的確定需要根據(jù)給定的條件進(jìn)行全面的經(jīng)濟技術(shù)分析確定，一般在蒸汽初壓力的20％～30％之間。通常一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。由于實現(xiàn)再熱循環(huán)的實際設(shè)備和管路都比較復(fù)雜，投資費用也很大，一般只有大型火力發(fā)電廠且蒸汽壓力在13MPa以上時才采用。采用再熱循環(huán)后，汽耗率降低，可減輕凝結(jié)水泵、給水泵、循環(huán)水泵以及凝汽器的負(fù)擔(dān)。1/13/20237動力工程－汽輪機第三節(jié)回?zé)嵫h(huán)回?zé)嵫h(huán)問題的提出

朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度不高，主要是水的預(yù)熱過程溫度太低，實際上是鍋爐給水的溫度太低。為了消除或減少水的預(yù)熱階段吸熱溫度過低的不利影響，提出了回?zé)嵫h(huán)。給水回?zé)岬哪康?，是提高給水加熱段的平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)效率。1/13/20238動力工程－汽輪機一、極限回?zé)嵫h(huán)蒸汽邊膨脹，邊加熱給水，把給水加熱到飽和溫度。極限回?zé)嵫h(huán)要求無窮多級的給水回?zé)幔@在實踐中具有不可逾越的障礙。目前發(fā)電廠所實際采用的回?zé)嵫h(huán)，都只有有限級數(shù)的抽汽，因為抽汽回?zé)峒墧?shù)太多，會使設(shè)備過于復(fù)雜和龐大，結(jié)果得不償失。1/13/20239動力工程－汽輪機

如圖示，以飽和水作為工質(zhì)的朗肯循環(huán)1-2`-3-4-5-1不同于卡諾循環(huán)的之處在于4-5段對液體的加熱過程。若利用正在膨脹中的蒸汽對液體加熱，則該循環(huán)具有與卡諾循環(huán)相同的熱效率。循環(huán)1-2-3-4-5-1就是極限回?zé)嵫h(huán)。1/13/202310動力工程－汽輪機二、多級抽汽回?zé)嵫h(huán)多級回?zé)嵫h(huán)的工作原理

從汽輪機中間抽出部分已作過功但壓力尚不太低的少量蒸汽來加熱進(jìn)入鍋爐之前的低溫給水。這種方法稱為給水回?zé)?。有給水回?zé)岬恼羝h(huán)稱為蒸汽回?zé)嵫h(huán)，在現(xiàn)代蒸汽動力循環(huán)中普遍采用，可以有效地提高循環(huán)熱效率。1/13/202311動力工程－汽輪機回?zé)嵫h(huán)的分析抽汽只有對外作功，沒有冷源損失，如果不計散熱損失，抽汽部分的熱效率相當(dāng)于100%。由此，作為各部分綜合而成的抽汽回?zé)嵫h(huán)，其熱效率必將高于單純的朗肯循環(huán)的熱效率。1/13/202312動力工程－汽輪機三、給水溫度和回?zé)峒墧?shù)對抽汽回?zé)嵫h(huán)熱效率的影響采用一次回?zé)?，?jīng)濟性的提高最明顯，采用二次回?zé)幔?jīng)濟性提高的較少，采用三次回?zé)幔?jīng)濟性提高的就更少了。增加回?zé)峒墧?shù)意味著回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)備投資費用大為增加，因此回?zé)峒墧?shù)不宜過多，否則反而會提高發(fā)電成本。一般中小機組采用4～6級，大機組6～8級。不同級數(shù)的抽汽回?zé)嵫h(huán)，其最有利的給水溫度是不同的，回?zé)峒墧?shù)愈多時理論上最有利的給水溫度愈高。一般說來，實際最有利的給水溫度，大致為鍋爐壓力下飽和溫度的68～77％。1/13/202313動力工程－汽輪機四、抽汽回?zé)岬钠渌Ч仩t受熱面可以減少一些汽輪機前面幾級的流量增大，后面幾級的流量減少，對汽輪機有利。凝汽器換熱面積可以減少應(yīng)用回?zé)?，對機組有利無弊?，F(xiàn)代電廠無一例外都采用回?zé)嵫h(huán)1/13/202314動力工程－汽輪機第四節(jié)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)進(jìn)一步利用低品味的熱量。一般凝汽式機組排汽溫度只有26～33℃。因溫度太低而沒有利用價值。所謂熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)，就是既發(fā)電又供熱的動力循環(huán)。熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)分為兩種類型：一種是采用背壓式汽輪機的熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)，另一種是采用抽汽式汽輪機的熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)。1/13/202315動力工程－汽輪機采用背壓式汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)如右圖是采用背壓式汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)示意圖，其中背壓式汽輪機的排汽壓力高于0.1Mpa。它的排汽不通過冷凝器，而是直接供給熱用戶，排汽壓力根據(jù)用戶需要而定。其主要缺點是供電供熱彼此互相牽制，不能同時獨立地滿足熱負(fù)荷與電負(fù)荷變化的需要。1/13/202316動力工程－汽輪機采用抽汽式汽輪機的熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)右圖是采用抽汽式汽輪機的熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)示意圖。采用抽汽式汽輪機供熱，可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例，以滿足不同用戶的需要。1/13/202317動力工程－汽輪機熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟性分析(以背壓式機組為例)熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的熱效率t

熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)由于排汽壓力的提高，使得其循環(huán)熱效率低于朗肯循環(huán)的熱效率。熱量利用系數(shù)K

在熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)中，工質(zhì)所吸收的熱量除一部分用于作功外，同時還向熱用戶供熱，因此，評價熱電聯(lián)供循環(huán)的熱經(jīng)濟性指標(biāo)除熱效率t外，還有熱量利用系數(shù)K。

對背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)，理論上K將達(dá)到1，但實際上由于各種損失及泄漏，K值只有0.85左右。熱電聯(lián)供循環(huán)的熱經(jīng)濟性應(yīng)該用K和t

兩個指標(biāo)來衡量。1/13/202318動力工程－汽輪機供熱電能生產(chǎn)率

愈大意味著供熱汽流在汽輪發(fā)電機組中所發(fā)出的電能愈多。

綜上所述，欲全面、確切地評價熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)的熱經(jīng)濟性，應(yīng)同時給出t和k，或者同時給出k和。1/13/202319動力工程－汽輪機第五節(jié)凝汽式發(fā)電廠的各項能量損失鍋爐設(shè)備中的能量損失q2、q3、q4、q5、q6管道的散熱損失管道效率，反映管道的散熱損失。汽輪機中的能量損失冷源損失發(fā)電機中的能量損失發(fā)電廠的總效率，目前，現(xiàn)代化的大型凝汽式發(fā)電廠的總效率接近40％，但是個別設(shè)備比較陳舊的的電廠，效率還不到24％。主要是因為冷源損失太大。1/13/202320動力工程－汽輪機第六節(jié)凝汽式發(fā)電廠的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)發(fā)電廠的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，是衡量本廠技術(shù)裝備好壞以及管理水平高低的標(biāo)志。1/13/202321動力工程－汽輪機一、發(fā)電廠的總效率發(fā)電廠發(fā)出的電能與同一時期內(nèi)所消耗的燃料總能量之比。本式與前面的式子在本質(zhì)上是一致的。但前者僅對單一機組適用，本式則可適用裝有若干臺機組的大、中型發(fā)電廠。1/13/202322動力工程－汽輪機二、煤耗率發(fā)電煤耗率發(fā)電廠每發(fā)出1度電（1kW.h電能）所需要的煤耗量。供電煤耗率發(fā)電廠對外每輸出1度電（1kW.h電能）所需要的煤耗量發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率1/13/202323動力工程－汽輪機三、廠用電率發(fā)電廠的廠用電量（）占同期內(nèi)該廠總發(fā)電量（）的百分比一般凝汽式發(fā)電廠，此值多半在5～10％的范圍內(nèi)。1/13/202324動力工程－汽輪機四、裝機容量年利用小時數(shù)火力發(fā)電廠的全年發(fā)電量與全廠所裝有的汽輪發(fā)電機組的總?cè)萘浚ê喎Q“裝機容量”）之比值代表該廠全部機組在全年內(nèi)平均的工作小時數(shù)，稱為該廠裝機容量的年利用小時數(shù)。1/13/202325動力工程－汽輪機五、汽輪發(fā)電機組的熱耗率汽輪發(fā)電機組每生產(chǎn)1kW.h電能所消耗的熱量，稱為該汽輪發(fā)電機組的熱耗率該指標(biāo)是表明機組總的生產(chǎn)質(zhì)量的一項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。給水溫度，回?zé)嵯到y(tǒng)的運行等會影響該指標(biāo)。1/13/202326動力工程－汽輪機第七節(jié)發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)下列幾個主要組成部分燃料運輸與供應(yīng)系統(tǒng)煤粉制備系統(tǒng)燃料燃燒系統(tǒng)除灰與除塵系統(tǒng)熱力系統(tǒng)（俗稱“汽水系統(tǒng)”）－主要系統(tǒng)化學(xué)水處理系統(tǒng)電氣系統(tǒng)熱工控制系統(tǒng)1/13/202327動力工程－汽輪機一、發(fā)電廠的原則性熱力過程1/13/202328動力工程－汽輪機二、全面性熱力系統(tǒng)圖的概念1/13/202329動力工程－汽輪機第八節(jié)發(fā)電廠的輸煤、除灰和供水系統(tǒng)概述1/13/202330動力工程－汽輪機一、發(fā)電廠的輸煤系統(tǒng)燃煤發(fā)電廠的燃料運輸與供應(yīng)系統(tǒng)。輸煤系統(tǒng)必須具有較高的機械化程度，否則很難保證可靠地供應(yīng)燃料，改善勞動條件和降低發(fā)電廠的生產(chǎn)成本。1/13/202331動力工