动力循环及其热经济性分析.ppt

第三节 热力发电厂的蒸汽参数及其循环,,目的:,兼顾安全、环保的条件下，提高热经济性方法:,1 提高蒸汽初参数 2 降低蒸汽终参数 3 给水回热循环 4 蒸汽再热循环 5 热电联合循环,,1.3.1 朗肯循环及其热经济性,图1 吸热平均温度图示,,,1-减少冷源损失热电联产 2-减少锅炉传热温差，提高锅炉给水温度回热、再热1.3.2 给水回热循环,一、给水回热的热经济性,二、回热基本参数对回热经济性的影响,,,,,基本概念 给水回热加热：利用从汽轮机某中间级后抽出的一部分蒸汽来加热锅炉给水 回热抽汽：从汽轮机某中间级后抽出的一部分蒸汽 回热过程：回热抽汽在回热加热器里加热锅炉给水的过程目的： 本质： 提高吸热过程的平均温度，改进吸热过程 a、热量法： 减少冷源损失Qc，提高机组的热经济性 b、作功能力法 提高给水温度tfw，减少锅炉受热面和给水因温差过大而产生的不可逆损失一、给水回热的热经济性,1．定性分析,,热量法：抽汽加热给水， Dc↓→ ↓→i↑,作功能力法： 锅炉换热温差↓→ΔEb↓→↑ tfw ↑→ B↓→↑,2．采用回热对热经济指标的影响 （1）采用回热提高i,，在 时，,,回热抽汽作功系数：,回热作功比：,,,,ηi-相应朗肯循环绝对内效率（有再热） ； Ar-动力系数，抽汽与凝汽作功之比； R-回热循环与朗肯循环绝对内效率之比。

输入、输出汽轮机能量之差,凝汽流、各级回热抽汽所做内功之和,,物质平衡式：,,2. 机组比热耗 （循环吸热量）,,汽轮机机组无工质损失时,,3. 汽轮机的绝对内效率,,（2）回热使D0（d0）增加,回热产生作功不足，为了使Wi一定，势必增加D0，即,回热抽汽的压力愈高，作功不足愈大，β值加大； 应充分利用低压的回热抽汽3)采用回热导致作功能力损失,（4）回热使比热耗q0减小（循环热效率增加）,有再热时：,无再热时：,采用回热使给水焓hfw大大增加，但也使汽耗率d增大但冷源损失减小， 故使比热耗降低二、回热基本参数对回热经济性的影响,回热基本参数： 回热分配 给水温度 回热级数 z,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,省煤器,过热器,No1,,,q 1,(hw1) h fw,,,,,,qb0,,h b’ (ts0),α1,α２,αz-1,h1,h2,hz-1,hz,,Δhz-1,Δh1,,No2,Noz-1 hwz-1,h0,1Kg,h0,(tfw),,,q2,hw2,hw3,,,qz-1,,,qz,,,hwz,Noz,,,,q c,,,,,,,,,,,Δhw1,Δhw2,Δhwz-1,Δhwz,非再热机组全混合式加热器的热力系统,回热加热基本参数分析,回热加热级数z,设：j级混合式加热器1kg给水吸热量：,1kg抽汽放热量：,No.1加热器热平衡：,No.2加热器热平衡：,依次类推，对冷凝器：,汽轮机绝对内效率：,τb0和qb0分别指水在省煤器和锅炉的吸热量。

假设各加热器放热量qj及吸热量Δhwj均相等，即各级加热平均分配，则：,将锅炉省煤器作为0级加热器T-S图,其中：,当循环参数一定情况下，M为定值讨论：（1）ηi是z的递增函数； （2）ηi是收敛级数,最佳回热分配,最佳分配 tfw和z一定时， i最大，热交换不可逆损失总和为最小 思路：列热平衡式求出i 应用拉各朗日求极值的方法对i求偏导可求出i为最大值的回热分配即为最佳分配则可得通式：,z与Δηi、δηi的关系,最佳回热分配,（1）使机组绝对循环热效率ηi达最大值的回热分配称理论上最佳回热分配2）最佳回热分配的推导,对ηi求极值以获得最佳回热分配，令：,当循环初参数一定时,（h1在变）,则：,,根据通式，忽略一些变化，可得几种近似分配方法： (1) 焓降分配法,在蒸汽初参数不太高时，忽略q 随τ的变化，即,则通式简化为,即：每一级加热器内水的焓升取作等于前一级至本级蒸汽在汽轮机中的焓降2) 平均分配法,若再忽略 间的微小不同，即,，,即：每一级加热器内水的焓升相等3) 等焓降分配法,,,即：每一级加热器内水的焓升等于汽轮机的各级焓降几何级分配回热的方法:,m=1.01~1.04,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,∵当z一定，,∴存在,,,(1) 热量法：,给水温度 与抽汽压力 相对应，,（2）作功能力法：,,∵当z一定，,∴存在,平均分配法：,焓降分配法：,几何分配法：,工程上的技术经济最佳值应考虑汽轮机的结构及全厂投资的影响经济上的最佳给水温度：,,→省煤器换热温差↓→排烟温度↑ →,一般,3. 回热级数z,热量法： 当 时，z↑ 意味着利用低压抽汽代替了部分高压抽汽， 回热抽汽作功不足↓，回热作功比 ↑ ，,,作功能力法： 当 时， z ↑ ，,根据平均分配法的简化条件：,,,结论：,（技术经济原因，z是有限的1.3.3 提高蒸汽初参数,（一）影响 （二）影响 （三）影响 ，,一、提高蒸汽初参数的经济性,二、提高蒸汽初参数的技术经济可行性,三、超临界蒸汽参数大容量机组,（一）影响,一、提高蒸汽初参数的经济性,提高蒸汽初参数热经济性分析,提高蒸汽初参数对热经济性的影响 初温T0提高（初压不变），循环吸热平均温度增加，理想循环热效率ηt提高但受到材料限制； 初压P0提高（初温不变），循环吸热平均温度增加，循环热效率ηt提高。

但使高压缸漏汽损失增加，相对内效率ηri减小可通过提高汽轮机流量加以改善； 同时提高初压使汽轮机低压缸湿汽损失增加，相对内效率ηri减小采用再热可以使其得到改善↑ t0， ↑， 则ηt ↑,,,,,极限压力,,t0 ↑ ， ↑,t0 、pc一定是，↑ p0， 则ηt ↑，但相对提高幅度越来越小， p0到20MPa左右时， ηt达最大值，再↑ p0， ηt ↓ 结论：,1. p0、pc一定， ↑ t0，则ηt ↑ 2. t0 、pc一定，↑ p0，在工程实用范围内，ηt ↑ 3. t0 、p0同时改变， t0愈高，↑ p0对↑ηt愈有利二）影响,原理：,结论：,1. ↑ t0 漏汽损失、湿汽损失等↓，则ηri ↑ 2. ↑ p0 漏汽损失、湿汽损失等↑ ，则ηri ↓ t0越低，p0变化时，ηri的变化越大三）影响,,原理：,汽轮机绝对内效率与初参数的关系,结论： 1. ↑ t0 时，因ηt ↑、 ηri ↑，故ηi↑ 2. ↑ p0 时，ηt先↑ 后↓，ηri近似成比例↓ 3. 同时↑ t0 、p0，对ηi的影响如下： (1) ↑ t0，则ηi ↑ ； (2) 对于一定的 t0 和汽机容量D0 ，则必有使ηi最大的p0（即 ） 且t0越高，或D0越大，则 越大,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）金属允许温度t允许限制t0的提高， t0 t允许 ； （2）汽轮机排汽湿度限制p0的提高， ↑ p0，湿度↑ ； （3）电厂的钢材消耗和总投资； （4）可用率。

↑ t0、 p0 ，机组热经济性↑，燃料消耗↓二）最有利初压,（1）当 t0、 pc一定时，必有一个使ηi最大的p0， 即理论最有利初压（即 ）； （2）t0越高，或机组容量D0越大，以及回热完善程度越好，则 越大； （3）经济最有利初压 理论最有利初压,,（三）蒸汽初参数系列,三、超临界蒸汽参数大容量机组,临界点：22.115MPa, 374.15℃ 超临界机组（SC）： p0：23-25MPa及以上， t0、trh：530-560℃ 超超临界机组（ USC） ： p0： 25-31MPa及以上（如27MPa）， t0、trh： 580℃以上一）超临界和超超临界汽轮发电机组,优点： （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，缩短工期，减少占地面积； （3）可靠性已相当高二）我国超临界机组的发展概况 （1）必要性 节约能源，降低污染 （2）可能性 上海石洞口、浙江玉环电厂 （3）实施意见,国华绥中电厂一期两台俄罗斯产800MW超临界燃煤机组，主蒸汽压力: 25.01MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度：545 ℃ ， 配套建设脱硫设施 华能玉环电厂一期两台1000MW机组，国家超超临界机组技术实现国产化的依托工程，主蒸汽压力为26.25MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度分别为600℃。

1.3.4 降低蒸汽终参数,一、电厂用水量和供水系统的选择,二、降低蒸汽终参数的热经济性,三、空气冷却凝汽器,四、火电厂冷端系统的优化,原理：,↓ pc，tc ↓，则ηt ↑,↓ pc，(1-x) ↑，则ηri略有↓,↑,降低蒸汽终参数Pc对热经济性的影响 排汽压力Pc降低（初参数P0/t0不变），则循环放热温度tc下降，理想循环热效率ηt提高； 排汽压力Pc降低（初参数P0/t0不变），排汽比容Vc增加，若排汽面积一定，则余速损失增加，相对内效率ηri降低； 极限真空：当Pc降低带来的理想比内功wa的增加等于余速损失增量时，就达到极限真空再降低背压，ηi也不会增大降低蒸汽终参数热经济性分析,一、电厂用水量和供水系统的选择,1．电厂用水量,冷却倍率： Gc= mDc,2．冷却系统的选择 （1）直流供水（开式供水） （2）循环供水（闭式供水） （3）混合供水 循环供水的冷却设施： 冷却池、喷水池及喷射冷却装置、冷却塔 自然通风冷却塔，机械通风冷却塔,,,l．降低蒸汽终参数的极限,凝汽器实际能达到的排汽温度：,二、降低蒸汽终参数的热经济性,,,凝汽器端差，t＝tc-two，换热面积、管材、工作状况等,冷却水温升Δt ＝two-twi，冷却水量（冷却倍率）,凝汽器入口水温，冷源温度,,2．凝汽器的设计压力pc,技术经济比较：,↓ pc，则ηi↑，,↓ pc，凝汽器尺寸增加， 汽轮机低压缸部分复杂化。

3．额定工况汽轮机排汽压力的部标,,4．多压凝汽器 不增加冷却面积的情况下，会降低排汽平均温度，提高热经济性5．凝汽器的最佳真空与冷却水泵的经济调度,真空度，汽轮机组热经济性的一项重要指标 最佳背压 (或最佳真空)，是与最大的净功率相对应冷凝器最佳运行真空,最佳终参数,设计最佳终参数（汽轮机的冷端优化设计） 年费用：minK（Pc）=f（冷凝面积A，冷却水流量G，水泵，冷却塔等） 最佳运行真空：在汽轮机末级尺寸，冷凝器面积已定的情况下，背压降低汽轮机功率的增加与水泵多耗功的差值达到最大时对应的压力原理：用空气来冷却汽轮机的排汽 突出优点：节水 空气冷却凝汽系统，干塔冷却系统； 空冷汽轮机、空冷凝汽器,三、空气冷却凝汽器,,（一）空气冷却器凝汽器系统的类型 （1）直接空冷 （2）间接空冷 a 混合式（喷射式）凝汽器 （海勒系统） b 表面式凝汽器（哈蒙间冷）,大同二电厂600MW直接空冷机组空冷凝汽器,（二）国外空冷式发电厂,（三）我国的空冷发电厂 内蒙古戴海电厂（直接空冷，两台600MW） 石家庄上安电厂（直接空冷，两台600MW ） 大同第二发电厂（直接空冷，两台600MW ）,四、火电厂冷端系统的优化,冷端系统：汽轮机低压部分、凝汽器、冷却水供水系统。

（1）维持机组出力不变，冷端参数变化，引起汽轮机背压和进汽量变化，导致热耗率的变化，使燃料费用发生变化 （2）维持汽轮机进汽量不变，冷端参数变化，引起汽轮机背压，功率变化，使电费收入变化 将燃料费用或电费收人的变化值，同电厂相应设备费投资变化相比，即可确定最佳参数组合1.3.5 热电联产循环,一、热电联产的效益,二、集中供热。