火力发电厂的热力系统的讲义

提高再热后的温度，可以提高附加循环平均吸热温度， 提高理想循环热效率；并且降低排汽湿度，使汽轮机相 对内效率有所提高。
❖再热后温度每提高10℃， 热效率提高0.2~0.3%
❖一般,选择等于或接近于 新蒸汽温度
热力学最佳中间再热压力：中间再热后温度确定后，中 间再热压力存在最佳选择使再热循环效率达到最高。
系统
hc
h fw hwc
( h 0 h fw ) ( h c h wc ) h 0 h fw
( h 0 h c ) ( h fw h wc ) h 0 h fw
H i h fw h 0 h fw
实际焓降
H i H ia
i t
h fw
Tc
hwc
hca h c
s
h
膨胀
p 0
hwc
单元机组发电热效率
el
Pel BQ L
Q b Q 0 Pia Pi Pm Pel BQ L Q b Q 0 Pia Pi Pm
b p t ri m g
发电机效率
锅炉热效率
汽机机械效率
管道热效率
汽机相对内效率
理想循环效率 B——燃煤量，t/s QL ——燃料低位发热值，kJ/kg
Pia 、Pi 、 Pm 、 Pel ——汽机理想内功率、汽机内功率、汽机输出功率、
初参数：初温度、初压力
结论⑴：提高初温度使理想循
环热效率提高：在初压力p0和 排汽压力pc下，初温度提高使吸 热平均温度提高，使等效卡诺
循环热效率
提高。
k t
1
Tc Tav
实际上，提高初温度相当于增 加了一个高效率的附加循环。
不用热效率定义式
t
q0 qc q0
1qc q0
分析的理由：
如图，初温度从1升高到1΄，吸 热量q0增大，放热量qc增大，做 功量q0 - qc也增大，效率ηt如何变 化难于确定。
566
7647.6
日本东芝 16.56 537
3.6
537
7871.6
法国Alsthom 16.66 537 3.62
537
7790
东方汽机厂 16.70 538 3.61
538
7888பைடு நூலகம்
提高初参数的技术限制
❖材料的高温性能
❖末级叶片的最大允许湿 度。凝汽式机组最大允许 湿度9~10%，抽汽机组 14~15%（最大排汽工况 比较少）。
火力发电厂的热力系统
火力发电厂的生产过程
燃料制备（制粉系统）
燃烧传热（锅炉系统）
热能输送（管道系统）
热功转换（汽轮发电机组）
变电送电（升压站）
冷端放热（冷却系统）
发电厂热力循环效率
1) 简单朗肯循环 2) 给水回热朗肯循环 3) 回热再热朗肯循环 4) 双重循环（燃气-蒸汽循环） 5) 热电循环（热电联产）
r i
q0
cqc q0
1 cqc q0
h fw
1 c j
q 0 h0 h fw
qc hc hwc
To ho
系统
αc hc
hwc
算法2（不扣除水泵焓升）：
ir
Hi q0
H ia q0
Hi H ia
tri
Hi c (h0 hc ) j (h0 hj )
Hia c (h0 hca ) j (h0 hja )
h0
t0
p c
h h
c
c a
s
给水回热朗肯循环
组成：简单朗肯循环+给水回热系统
To ho
系统 α c h c T
循环
T0h0
h fw
h
膨胀
p 0
hwc h fw hwc
Tc
h0
hca h c
s
t0
p 1
p 2
p
p3
p4 5
p c
h h
c
c a
s
给水回热实际循环热效率（汽轮机绝 对内效率）：
算法1（扣除了水泵焓升）：
Pi P ia
t ri
汽机理想内功率：
h
膨胀
p 0
h rh 2
t0
h0
p 1
p
h rh 1
2
R
Pia D j ( h0 h ja )
Z
D j ( h0 h ja q rh )
h h
c
c a
j1
j R 1
D c ( h0 hca q rh )
汽机内功率：
p
rh
p 3
p4 p 5 p c
H i c ( h 0 h c ) j( h 0 h j)
1kg工质从锅炉吸热量：
h fw
To ho
系统
q0 h0 hfw
(c j)h0(chwc jhj) c(h0hwc) j(h0hj)
αc hc
hwc
给水焓用凝结水焓 和抽汽焓表示，忽 略加热器损失。
给水回热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：
❖锅炉、汽轮机、蒸汽管道、回热设备 提高初参数使投资减少的项目有：
❖燃料运输、煤粉制备 ❖送引风机 ❖除灰系统 ❖除尘设备 ❖凝汽设备和供水设备
我国部分600MW运行机组的蒸汽初参数
主蒸汽
再热蒸汽
热耗
Mpa ℃ Mpa
℃ kJ/kW.h
哈尔滨汽机厂 16.57 537 3.36
537
8005
瑞士ABB 24.20 538 4.34
q0 h0 hfw
因为水泵焓升的处理不同，两种 算法不相等。
回热循环效率高于简单循环效率， 参见《热力发电厂》P18，这里也 可以给出简单证明：
To ho
h fw
系统
αc hc
hwc
h
膨胀
p 0
h0
t0 p
1
p
2
p
p3
p4 5
p c
h h
c
c a
s
回热循环可以提高热效率
1kg蒸汽做功的有效焓降：
结论⑵：在一定的初温T0下，提高初压力也可以提高热 效率。但是，不总提高。因为： ❖汽化潜热随压力提高而减少 ❖低温加热量也逐渐增加
结论⑶：初温越高，理想循环热效率随初压力提高增加 越快——同时提高初温度和初压力热效果最好。
结论⑷：任何初温存在使效率最高的初压力
初参数对实际循环热效率ηi的影响
Q0 Qb
D0(h0 hfw)DrhqrhDbls(hblshfw) Db(hb hfw)DrhqrhDbl(hblhfw)
T o h o T rh h rh
系统
h fw
αc hc
hwc
蒸汽从锅炉再 热器的吸热量
汽轮机热效率
全称：汽轮机实际循环热效率、 汽轮机绝对内效率
i
Pi Q0
P ia Q0
h
膨胀
p 0
p
rh
hwc
h fw hwc
Tc
h0
hca h c
t0
p
1
p
p
2
3
p4 p 5
p
s
c
h h
c
c a
s
回热再热实际循环热效率（汽轮机绝对内效率）：
再热前回热级数
总回热级数 汽机得到的再
热量
汽机排汽量
R
Z
D j(h 0h j) D j(h 0h j q rh )D c(h 0h c q rh )
简单朗肯循环
特点：定压变温吸热，定压定温放热
To ho
系统
T hc
h fw
hwc
h fw
hwc
循环
Tc
T0h0
hca h c s
h
膨胀
p 0
h0
t0
p c
h h
c
c a
s
理想朗肯循环 热效率：
t
q 0 q ca q0
1 q ca q0
To ho
系统
hc
h fw hwc
( h 0 h fw ) ( h ca h wc ) h 0 h fw
初温度越高，理论最有 利初压力值越高
机组容量越大，理论最 有利初压力值越高
大容量、高参数的经济 性：
34.3MPa435℃提高到8.83MPa535℃节省燃料12~16%; 再提高到12.75MPa535/535℃又可以节省8~8.5%; 再提高到23.52MPa565/565℃还可节省8~10%
蒸汽初参数最佳值，要通过复杂的技术经济比较才能确定。 提高初参数使投资增加的项目有：
❖再热压力选择过低，再热蒸汽系统的管道投资 增加较快。
机组容量越大，中间再热的经济效益越高。
给水回热系统主要参数 对电厂经济性的影响
在循环初终参数一定的情况下，为使给水回热循环效率 达到最大，必须合理确定给水回热系统的主要参数：
❖给水温度tfw ❖回热加热量在各回热级之间的分配∆hw ❖回热级数Z 三者联系紧密，而且相互影响。
实际循环热效率：i
Pi Q0
Pia Q0
PPiiatri
汽机相对内效率
理想循环热效率
初温度和初压力对ηri的影响是不同的：
❖提高初温度，相对内效率提高： •容积流量增加，漏汽损失减少 •排汽湿度降低，湿汽损失减少
❖提高初压力，相对内效率降低： •容积流量减少，漏汽损失增加 •排汽湿度增加，湿汽损失增加 •若采用部分进汽，还产生鼓风损失和弧端损失
c H c c q 0
i
1 Ar 1 A r
i
做功系数 随系统而定
i 1
r i
i
❖回热级数越多，最佳给水 温度越高；
❖回热效率随着回热级数增 多而增加；
❖回热级数越多，再增加一 级回热的效率增加越少；
回热再热朗肯循环
T o h o T rh h rh
系统
h fw
αc hc T
循环 T 0 h 0
图中曲线显示了以上分析：
❖初压力一定，相对内效率 随温度提高而提高，
❖初温度一定，相对内效率 随初压提高而降低。大容量 机组降的慢；小容量机组降 得快（叶片高度小，漏汽间 隙相对大，漏汽损失多。 ）， 甚至超过理想循环热效率的 增加值。
总之，大容量机组采用高参数才 能提高机组热效率
理论最有利初压力：实 际循环热效率ηi最高点对 应的初压力
发电功率，MW
Qb 、Q0 ——锅炉热负荷、汽机耗热量，MJ/s
锅炉热效率
b
Qb BQL
蒸汽从锅炉再 热器的吸热量
排污量
T o ho
Db(hb hfw)DrhqrhDbl(hblhfw) BQL
T rh h rh
系统
h fw
αc hc
hwc
管道热效率
汽机进汽热量
汽机得到的再 热量
排污二次汽热量
p
s
R
Z
P i D j ( h0 h j ) D j ( h0 h j q rh )
j1
j R 1
D c ( h0 hc q rh )
Z——总回热级数； R ——再热前回热级数
汽轮机机械效率
m
Pm Pi
有效机械功率
发电机效率
g
P el Pm
初参数对理想循环热效率ηt的影响
中间再热参数对电厂经济性的影响
❖中间再热参数：再热压力、再热后温度 ❖中间再热的目的是提高大容量高参数机组的热经济性：
•可以提高理想循环热效率 •可以降低汽轮机排汽湿度，提高相对内效率 ❖中间再热参数的最佳选择方案可以使发电机组热经济 性达到最大值
中间再热循环的组成： ❖没有再热的基本循环 ❖采用再热所形成的附加循环
一、最佳给水温度tfw
❖热力学最佳给水温度：在给定条件下，使回热循环绝对内
效率达到最大值的给水温度，也是使回热加热系统不可逆热
交换引起的做功能力损失达到最小的给水温度。给水加热过
程的做功能力损失主要包括回热蒸汽加热和锅炉烟气加热两
r i
Hi q0
简单循环的功
c ( h 0 h c ) j ( h 0 h j ) c ( h 0 h wc ) j ( h 0 h j )
c H c j H j c q 0 j H j
简单循环吸热
1
jH j
c H c
c q 0 1
cH c jH j cH c
i j 1
j R 1
D 0(h 0h fw )D r hq r h
再热后的蒸汽做功量：
蒸汽从锅炉再 热器的吸热量
Hi h0 hrh1 hrh2 hj h0 hj hrh2 hrh1 h0 hj qrh
h
膨胀
p 0
h rh 2
t0
h0
p 1
p
h rh 1
2
h h
c
c a
p
rh
p 3
热力学最佳中间再热压力算例
实际循环热效率
实际循环热效率与再热压力
0.406
0.405
0.404
0.403
0.402
0.401
0.4
0.399
0
1
2
3
4
5
6
7
再热压力（MPa）
确定最佳中间再热压力还需要考虑如下具体因素：
❖满足汽轮机末级容许湿度的要求
❖与某级回热抽汽合并为相同压力，简化汽缸结 构
❖再热点往往作为分缸点，要考虑高、中压缸功 率分配和推力平衡问题。
1000fp
pout、pin——水泵出、入口压力，Pa vfp ——水泵中水的平均比容，m3/kg ηfp——水泵效率
To ho
系统
hc
h fw hwc
循环
T0h0
T
h fw
Tc
hwc
hca h c
s
实际朗肯循环热效率（汽轮机绝
对内效率）：
To ho
T
循环
T0h0
i
q0 qc q0
1 qc q0
p4 p 5 p c
s
焓熵图表示蒸汽循环 T 循环 T 0 h 0
h
循环
p 0 p
rh
hrh2
t0
h0
p 1
p
p
hrh1
2
3
p4 p
5
p c
h h
c
c a
s
教材P3图1-1、 P4图1-2、 P8图1-6不对
h fw
Tc
hwc
hca h c
s
T o h o T rh h rh
系统
h fw
αc hc
( h 0 h ca ) ( h fw h wc ) h 0 h fw
H ia h fw h 0 h fw
水泵焓升
理想焓降
循环
T0h0
T
h fw
Tc
hwc
hca h c
s
h
膨胀
p 0
h0
t0
p c
h h
c
c a
s
水泵焓升：
hfw hfw hwc (pout pin)vfp (kJ/k)g