第四章热力发电厂的热力系统
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第四章
热力发电厂的热力系统
第一节 热力系统及主设备选择原则
一、 热力系统的概念及分类 1、发电厂的热力系统:发电厂的主、辅热力设备按热 功转换的顺序用管道及管道附件连接起来的能量转 换的工艺系统称为发电厂的热力系统。
2、分类 ①按应用目的和编制原则不同：原则性热力系统、全 面性热力系统。 ②按范围：全厂热力系统和局部热力系统。
2、工质损失会影响发电厂的安全、经济运行。 3、减少损失的措施：①用焊接代替法兰连接；②完 善热力系统及汽水回收方式，提高工质回收率及 热量利用率，如设置轴封冷却器和锅炉连续排污 利用系统；③提高设备及管制件的制造、安装、 维修质量；④加强运行调整，合理控制各种技术 消耗，如将蒸汽吹灰改为压缩空气或锅炉水吹灰， 锅炉、汽轮机和除氧器采用滑参数启动，再热机 组设置启动旁路系统等。 4、工质损失分为内部损失与外部损失 。 ①在发电厂内部热力设备及系统造成的工质损失称 为内部损失。 ②发电厂对外供热设备及系统造成的汽水工质损失 称为外部工质损失。
②对装有供热式机组的发电厂，选择锅炉容量和台数时， 应核算在最小热负荷工况下，汽轮机的进汽量不得低 于锅炉最小稳定燃烧负荷（一般不宜小于l/3锅炉额定 负荷）以保证锅炉的安全稳定运行。 • 选择热电厂锅炉容量时，应当考虑当一台容量最大的 锅炉停用时，其余锅炉（包括可利用的其它可靠热源） 应满足以下要பைடு நூலகம்： –热用户连续生产所需的生产用汽量； –采暖、通风和生活用热量的60％～75％，严寒地区 取上限。 • 当发电厂扩建供热机组，且主蒸汽及给水管道采用母 管制时，锅炉容量的选择应连同原有部分全面考虑。
二、发电厂类型和容量的确定 1、发电厂的类型 ：凝汽式电厂、热电厂。 2、发电厂的规划容量 ：按现有容量、发展规划、负 荷增长速度和电网结构等确定。 三、主要设备选择原则 （一）汽轮机 汽轮机的选择就是确定汽轮机单机容量、参数和台数 ①单机容量：单台汽轮机的额定电功率。最大单机容 量不宜超过所在电网总容量的10%，满足上述要求 时应优先选高效率的大容量机组。 ②汽轮机参数： 主蒸汽参数、再热蒸汽参数和背压。
2、锅炉类型： 包括对燃烧方式的选择和对水 循环方式的选择。 ①燃烧方式：大型火电厂锅炉几乎都采用煤粉 炉，其效率高，可达90％～93％；容量不 受限制。 ②水循环方式：通常亚临界参数以下多采用自 然循环汽包炉，循环安全可靠，热经济性高； 亚临界参数可采用自然循环或强制循环；超 临界参数只能采用强制循环直流炉。 3、锅炉容量与台数： ①凝汽式发电厂一般一机配一炉，不设备用锅 炉。锅炉的最大连续蒸发量（BMCR）按汽 轮机最大进汽量工况相匹配。
（二）轴封蒸汽回收及利用系统 为了提高发电厂的热经济性，现代汽轮机 装置都设有轴封蒸汽回收利用系统。 1、汽轮机轴封蒸汽系统：包括主汽门和调节汽 门的阀杆漏汽，再热式机组中压联合汽门的阀 杆漏汽，高、中、低压缸的前后轴封漏汽和轴 封用汽等。演示文稿5.ppt 2、轴封蒸汽利用的原则：一般轴封蒸汽占汽轮 机总汽耗量的2％左右，且由于引出地点不同， 工质的能位有差异，在引入地点的选择上应使 该点能位与工质最接近，既回收工质，又利用 其热量，同时又使其引起的附加冷源损失最小。
②原则性热力系统的组成与作用
主要包括：锅炉与汽轮机的连接、汽轮机与 凝汽设备的连接、给水和凝结水的回热加热 及其疏水回收系统、除氧器与给水泵的连接、 补充水的连接方式、锅炉连续排污回收利用 系统、对外供热系统。 它表明了热能转换为机械能的基本规律和工 质在能量转换及利用过程中的基本变化过程， 同时，也反映了热力发电厂的技术完善程度 和热经济性的高低 。
根据《火力发电厂设计技术规程(DL 5000—2000)》的规定，锅炉的连续排污系 统及设备按下列要求选择： • 对凝汽式电厂的汽包锅炉，宜采用一级连 续排污扩容系统。 • 125MW以下的机组，宜两台锅炉设一套排 污扩容系统； • 125MW及以上机组，宜每台锅炉设一套排 污扩容系统。
2、连续排污扩容系统演示文稿4.ppt 3、排污扩容器的工质回收率αf 由排污扩容器的热平衡和物质平衡，可以 求出工质回收率αf：
②补充水应除氧、加热和便于调节水量。 a为了热力设备的安全，补充水应进行除氧。 b补充水在进入锅炉前应利用回热系统逐级加 热到给水温度，以提高经济性。 c补充水应便于调节水量。在热力系统适宜进 行水量调节的地方有凝汽器和除氧器。 通常大、中型凝汽机组补充水引入凝汽器， 小型机组引入除氧器。演示文稿3.ppt 补充水进入凝汽器的热经济性比补入除氧器 要高。
第二节 发电厂的辅助热力系统
发电厂辅助热力系统是为了保证火力发电厂安 全、经济运行而设置的热力系统。 主要包括补充水系统、工质回收及废热利用系 统、辅助蒸汽系统、燃料油加热系统等。 一、 工质损失及补充水系统 （一） 工质损失 1、工质损失原因：①管道、设备及附件缺陷 （漏泄）②工艺需要（排污）。
③可以汇总主辅热力设备、各类管子及其附件的 数量和规格，提出订货清单。 ④根据该系统图可以进行主厂房布置设计和各类 管道系统的施工设计，是发电厂设计、施工和 运行工作中非常重要的指导性设计文件。
⑤全面性热力系统组成：主蒸汽和再热蒸汽系统、 旁路系统、回热加热系统、给水系统、除氧系 统、主凝结水系统、补充水系统、锅炉排污系 统、供热系统和锅炉启动系统等。
3、辅助蒸汽系统汽源参数的要求：①正常汽 源应在满足需要的前提下，尽可能用参数低 的回热抽汽，以增大回热做功比，提高电厂 的热经济性；②当汽轮机启动和回热抽汽参 数不能满足要求时，要有备用汽源。 4、辅助蒸汽系统实例演示文稿6.ppt。
③汽轮机台数： 在发电厂的总容量及单机容 量确定后，机组的台数也就相应确定了。一 个电厂的机组台数4~6台为宜，容量等级不 宜超过二种。
④供热式汽轮机的种类、容量及台数，应根据 近期热负荷和规划热负荷的大小和特性，按 照以热定电的原则，通过比选确定，宜优先 选用高参数、大容量的抽汽式供热汽轮机。 对于有稳定可靠热负荷的地区，可考虑选择 背压式机组或抽汽背压式机组。
（二）补充水系统 1、补充水量的计算：
D D D D ma Li Lo bl
2、对补充水系统 的要求 ①补充水应保证热力设备安全运行。 对中参数及以下热电厂的补充水必须是软化水（除去水中的 钙、镁等硬垢盐）。 对高参数发电厂补充水必须是除盐水（除去水中钙、镁等硬 垢盐外还要除去水中硅酸盐）。 对亚临界压力汽包锅炉和超临界压力直流锅炉除了要除去水 中钙、镁、硅酸盐外，还要除去水中的钠盐，同时对凝结水 还要进行精处理，以确保机组启停时产生的腐蚀产物、SiO2 和铁等金属被处理掉。
3、轴封利用系统的作用： ①回收轴封漏汽，减少工质和热量损失，提高 发电厂的热经济性。 ②保持每个轴封抽汽口具有足够的负压，以防 止蒸汽外漏喷射到轴承上并污染车间空气。 ③防止空气漏入低压缸排汽端，破坏真空。
三、辅助蒸汽系统 1、辅助蒸汽系统的作用：满足机组启动过程 或某些运行设备的需要。如：启动阶段对给 水预热除氧；运行时暖风器用汽；厂用热交 换器用汽；汽轮机轴封用汽；真空系统抽气 器用汽；燃油加热及雾化用汽；生水加热用 汽等。 2、辅助蒸汽系统汽源设置：①首台机组启动 则由启动锅炉供汽 。②由运行的相邻机组 提供。③机组正常运行后，即可解决自身辅 助蒸汽的需要 。
5、全面性热力系统：发电厂所有热力设备、汽水管道 和附件，按照生产需要连接起来的总系统，称为发电 厂的全面性热力系统。演示文稿1.ppt ①全面性热力系统是在原则性热力系统的基础上充分 考虑到发电生产的连续性、安全可靠性和灵活性后所 组成的实际热力系统。 ②发电厂中所有热力设备、管道及附件（包括主、辅 设备，主管道及旁路管道，正常运行与事故备用的、 机组启动、停机、保护及低负荷切换运行的管路和管 件）都应该在发电厂全面性热力系统图上表示出来。
（二）锅炉机组 包括锅炉类型和锅炉参数的选择 。 1、锅炉参数： 锅炉主蒸汽参数的选择应该遵从汽 轮机初参数及再热蒸汽参数。 ①锅炉过热器出口额定蒸汽压力通常选取汽轮机额 定进汽压力的105％，过热器出口额定蒸汽温度 选取比汽轮机额定进汽温度高3℃。 ②冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再热蒸汽管道 额定工况下的压力降宜分别取汽轮机额定工况下 高压缸排汽压力的1.5％～2.0％、5％、3.0％～ 3.5％。再热器出口额定蒸汽温度比汽轮机中压缸 额定进汽温度高3℃ 。
3、连续排污利用系统热经济性评价： 回收的扩容蒸汽是携带热量的工质进入 回热系统，而化学补充水回收了部分“废热” 后也进入了回热系统，它们不可避免地要排 挤部分回热抽汽，使回热抽汽做功比减小， 导致汽轮机循环效率降低。 排挤的回热抽汽压力越低，回热抽汽做 功比下降越多，汽轮机循环效率降低也越多。 但是连续排污利用系统回收的热量是 “废热”，其节能效果应从发电厂整体范围 进行评价。演示文稿7.ppt
二、 工质回收及废热利用系统 （一）汽包锅炉连续排污利用系统 1、锅炉排污率规定： 根据《火力发电厂设计技术规程》的 规定，汽包锅炉的正常排污率不得低于锅 炉最大连续蒸发量的0.3％，但也不宜超过 锅炉额定蒸发量的下列数值： （1）以化学除盐水为补给水的凝汽式发电厂 为1％； （2）以化学除盐水或蒸馏水为补给水的热电 厂为2％；
3、热力系统图：用规定的符号绘制出热力设 备及其之间的连接关系的图。 4、原则性热力系统：表明发电厂能量转换利 用的基本过程，反映了动力循环中工质的基 本流程、能量转换利用过程的完善程度。 ①特点：相同参数下凡是热力过程重复、作用 相同的设备和管道只表示一次，备用的设备 和管道不画出，阀门不画出。演示文稿2.ppt
扩容器的物质平衡
扩容器的热平衡
D D D bl f bl
D D h D h h bl bl f f f bl f
D h h f bl f f f h D h bl f f
排污扩容器的工质回收率的大小取决于锅炉 ）、扩容器压力（ h f 、h f ）。当扩 汽包压力（ h bl 容器压力变化范围不大时，上式的分母（h f - h f） 可近似作常数看待，它实际上就是1kg排污水在扩 容器压力下的汽化潜热。 因此，当锅炉汽包压力一定时，工质回收率 主要决定于扩容器压力，扩容器压力越低，回收 工质越多。 但是，扩容器压力越低，扩容蒸汽的能位也 越低。也就是回收工质在数量和能位上有矛盾。
热力发电厂的热力系统
第一节 热力系统及主设备选择原则
一、 热力系统的概念及分类 1、发电厂的热力系统:发电厂的主、辅热力设备按热 功转换的顺序用管道及管道附件连接起来的能量转 换的工艺系统称为发电厂的热力系统。
2、分类 ①按应用目的和编制原则不同：原则性热力系统、全 面性热力系统。 ②按范围：全厂热力系统和局部热力系统。
2、工质损失会影响发电厂的安全、经济运行。 3、减少损失的措施：①用焊接代替法兰连接；②完 善热力系统及汽水回收方式，提高工质回收率及 热量利用率，如设置轴封冷却器和锅炉连续排污 利用系统；③提高设备及管制件的制造、安装、 维修质量；④加强运行调整，合理控制各种技术 消耗，如将蒸汽吹灰改为压缩空气或锅炉水吹灰， 锅炉、汽轮机和除氧器采用滑参数启动，再热机 组设置启动旁路系统等。 4、工质损失分为内部损失与外部损失 。 ①在发电厂内部热力设备及系统造成的工质损失称 为内部损失。 ②发电厂对外供热设备及系统造成的汽水工质损失 称为外部工质损失。
②对装有供热式机组的发电厂，选择锅炉容量和台数时， 应核算在最小热负荷工况下，汽轮机的进汽量不得低 于锅炉最小稳定燃烧负荷（一般不宜小于l/3锅炉额定 负荷）以保证锅炉的安全稳定运行。 • 选择热电厂锅炉容量时，应当考虑当一台容量最大的 锅炉停用时，其余锅炉（包括可利用的其它可靠热源） 应满足以下要பைடு நூலகம்： –热用户连续生产所需的生产用汽量； –采暖、通风和生活用热量的60％～75％，严寒地区 取上限。 • 当发电厂扩建供热机组，且主蒸汽及给水管道采用母 管制时，锅炉容量的选择应连同原有部分全面考虑。
二、发电厂类型和容量的确定 1、发电厂的类型 ：凝汽式电厂、热电厂。 2、发电厂的规划容量 ：按现有容量、发展规划、负 荷增长速度和电网结构等确定。 三、主要设备选择原则 （一）汽轮机 汽轮机的选择就是确定汽轮机单机容量、参数和台数 ①单机容量：单台汽轮机的额定电功率。最大单机容 量不宜超过所在电网总容量的10%，满足上述要求 时应优先选高效率的大容量机组。 ②汽轮机参数： 主蒸汽参数、再热蒸汽参数和背压。
2、锅炉类型： 包括对燃烧方式的选择和对水 循环方式的选择。 ①燃烧方式：大型火电厂锅炉几乎都采用煤粉 炉，其效率高，可达90％～93％；容量不 受限制。 ②水循环方式：通常亚临界参数以下多采用自 然循环汽包炉，循环安全可靠，热经济性高； 亚临界参数可采用自然循环或强制循环；超 临界参数只能采用强制循环直流炉。 3、锅炉容量与台数： ①凝汽式发电厂一般一机配一炉，不设备用锅 炉。锅炉的最大连续蒸发量（BMCR）按汽 轮机最大进汽量工况相匹配。
（二）轴封蒸汽回收及利用系统 为了提高发电厂的热经济性，现代汽轮机 装置都设有轴封蒸汽回收利用系统。 1、汽轮机轴封蒸汽系统：包括主汽门和调节汽 门的阀杆漏汽，再热式机组中压联合汽门的阀 杆漏汽，高、中、低压缸的前后轴封漏汽和轴 封用汽等。演示文稿5.ppt 2、轴封蒸汽利用的原则：一般轴封蒸汽占汽轮 机总汽耗量的2％左右，且由于引出地点不同， 工质的能位有差异，在引入地点的选择上应使 该点能位与工质最接近，既回收工质，又利用 其热量，同时又使其引起的附加冷源损失最小。
②原则性热力系统的组成与作用
主要包括：锅炉与汽轮机的连接、汽轮机与 凝汽设备的连接、给水和凝结水的回热加热 及其疏水回收系统、除氧器与给水泵的连接、 补充水的连接方式、锅炉连续排污回收利用 系统、对外供热系统。 它表明了热能转换为机械能的基本规律和工 质在能量转换及利用过程中的基本变化过程， 同时，也反映了热力发电厂的技术完善程度 和热经济性的高低 。
根据《火力发电厂设计技术规程(DL 5000—2000)》的规定，锅炉的连续排污系 统及设备按下列要求选择： • 对凝汽式电厂的汽包锅炉，宜采用一级连 续排污扩容系统。 • 125MW以下的机组，宜两台锅炉设一套排 污扩容系统； • 125MW及以上机组，宜每台锅炉设一套排 污扩容系统。
2、连续排污扩容系统演示文稿4.ppt 3、排污扩容器的工质回收率αf 由排污扩容器的热平衡和物质平衡，可以 求出工质回收率αf：
②补充水应除氧、加热和便于调节水量。 a为了热力设备的安全，补充水应进行除氧。 b补充水在进入锅炉前应利用回热系统逐级加 热到给水温度，以提高经济性。 c补充水应便于调节水量。在热力系统适宜进 行水量调节的地方有凝汽器和除氧器。 通常大、中型凝汽机组补充水引入凝汽器， 小型机组引入除氧器。演示文稿3.ppt 补充水进入凝汽器的热经济性比补入除氧器 要高。
第二节 发电厂的辅助热力系统
发电厂辅助热力系统是为了保证火力发电厂安 全、经济运行而设置的热力系统。 主要包括补充水系统、工质回收及废热利用系 统、辅助蒸汽系统、燃料油加热系统等。 一、 工质损失及补充水系统 （一） 工质损失 1、工质损失原因：①管道、设备及附件缺陷 （漏泄）②工艺需要（排污）。
③可以汇总主辅热力设备、各类管子及其附件的 数量和规格，提出订货清单。 ④根据该系统图可以进行主厂房布置设计和各类 管道系统的施工设计，是发电厂设计、施工和 运行工作中非常重要的指导性设计文件。
⑤全面性热力系统组成：主蒸汽和再热蒸汽系统、 旁路系统、回热加热系统、给水系统、除氧系 统、主凝结水系统、补充水系统、锅炉排污系 统、供热系统和锅炉启动系统等。
3、辅助蒸汽系统汽源参数的要求：①正常汽 源应在满足需要的前提下，尽可能用参数低 的回热抽汽，以增大回热做功比，提高电厂 的热经济性；②当汽轮机启动和回热抽汽参 数不能满足要求时，要有备用汽源。 4、辅助蒸汽系统实例演示文稿6.ppt。
③汽轮机台数： 在发电厂的总容量及单机容 量确定后，机组的台数也就相应确定了。一 个电厂的机组台数4~6台为宜，容量等级不 宜超过二种。
④供热式汽轮机的种类、容量及台数，应根据 近期热负荷和规划热负荷的大小和特性，按 照以热定电的原则，通过比选确定，宜优先 选用高参数、大容量的抽汽式供热汽轮机。 对于有稳定可靠热负荷的地区，可考虑选择 背压式机组或抽汽背压式机组。
（二）补充水系统 1、补充水量的计算：
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2、对补充水系统 的要求 ①补充水应保证热力设备安全运行。 对中参数及以下热电厂的补充水必须是软化水（除去水中的 钙、镁等硬垢盐）。 对高参数发电厂补充水必须是除盐水（除去水中钙、镁等硬 垢盐外还要除去水中硅酸盐）。 对亚临界压力汽包锅炉和超临界压力直流锅炉除了要除去水 中钙、镁、硅酸盐外，还要除去水中的钠盐，同时对凝结水 还要进行精处理，以确保机组启停时产生的腐蚀产物、SiO2 和铁等金属被处理掉。
3、轴封利用系统的作用： ①回收轴封漏汽，减少工质和热量损失，提高 发电厂的热经济性。 ②保持每个轴封抽汽口具有足够的负压，以防 止蒸汽外漏喷射到轴承上并污染车间空气。 ③防止空气漏入低压缸排汽端，破坏真空。
三、辅助蒸汽系统 1、辅助蒸汽系统的作用：满足机组启动过程 或某些运行设备的需要。如：启动阶段对给 水预热除氧；运行时暖风器用汽；厂用热交 换器用汽；汽轮机轴封用汽；真空系统抽气 器用汽；燃油加热及雾化用汽；生水加热用 汽等。 2、辅助蒸汽系统汽源设置：①首台机组启动 则由启动锅炉供汽 。②由运行的相邻机组 提供。③机组正常运行后，即可解决自身辅 助蒸汽的需要 。
5、全面性热力系统：发电厂所有热力设备、汽水管道 和附件，按照生产需要连接起来的总系统，称为发电 厂的全面性热力系统。演示文稿1.ppt ①全面性热力系统是在原则性热力系统的基础上充分 考虑到发电生产的连续性、安全可靠性和灵活性后所 组成的实际热力系统。 ②发电厂中所有热力设备、管道及附件（包括主、辅 设备，主管道及旁路管道，正常运行与事故备用的、 机组启动、停机、保护及低负荷切换运行的管路和管 件）都应该在发电厂全面性热力系统图上表示出来。
（二）锅炉机组 包括锅炉类型和锅炉参数的选择 。 1、锅炉参数： 锅炉主蒸汽参数的选择应该遵从汽 轮机初参数及再热蒸汽参数。 ①锅炉过热器出口额定蒸汽压力通常选取汽轮机额 定进汽压力的105％，过热器出口额定蒸汽温度 选取比汽轮机额定进汽温度高3℃。 ②冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再热蒸汽管道 额定工况下的压力降宜分别取汽轮机额定工况下 高压缸排汽压力的1.5％～2.0％、5％、3.0％～ 3.5％。再热器出口额定蒸汽温度比汽轮机中压缸 额定进汽温度高3℃ 。
3、连续排污利用系统热经济性评价： 回收的扩容蒸汽是携带热量的工质进入 回热系统，而化学补充水回收了部分“废热” 后也进入了回热系统，它们不可避免地要排 挤部分回热抽汽，使回热抽汽做功比减小， 导致汽轮机循环效率降低。 排挤的回热抽汽压力越低，回热抽汽做 功比下降越多，汽轮机循环效率降低也越多。 但是连续排污利用系统回收的热量是 “废热”，其节能效果应从发电厂整体范围 进行评价。演示文稿7.ppt
二、 工质回收及废热利用系统 （一）汽包锅炉连续排污利用系统 1、锅炉排污率规定： 根据《火力发电厂设计技术规程》的 规定，汽包锅炉的正常排污率不得低于锅 炉最大连续蒸发量的0.3％，但也不宜超过 锅炉额定蒸发量的下列数值： （1）以化学除盐水为补给水的凝汽式发电厂 为1％； （2）以化学除盐水或蒸馏水为补给水的热电 厂为2％；
3、热力系统图：用规定的符号绘制出热力设 备及其之间的连接关系的图。 4、原则性热力系统：表明发电厂能量转换利 用的基本过程，反映了动力循环中工质的基 本流程、能量转换利用过程的完善程度。 ①特点：相同参数下凡是热力过程重复、作用 相同的设备和管道只表示一次，备用的设备 和管道不画出，阀门不画出。演示文稿2.ppt
扩容器的物质平衡
扩容器的热平衡
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排污扩容器的工质回收率的大小取决于锅炉 ）、扩容器压力（ h f 、h f ）。当扩 汽包压力（ h bl 容器压力变化范围不大时，上式的分母（h f - h f） 可近似作常数看待，它实际上就是1kg排污水在扩 容器压力下的汽化潜热。 因此，当锅炉汽包压力一定时，工质回收率 主要决定于扩容器压力，扩容器压力越低，回收 工质越多。 但是，扩容器压力越低，扩容蒸汽的能位也 越低。也就是回收工质在数量和能位上有矛盾。