热电厂热力系统计算

热力发电厂课程设计
1．1设计目的
1．学习电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则
2.学习全面性热力系统计算和发电厂主要热经济指标计算的内容、方法
3.提高计算机绘图、制表、数据处理的能力
１.2原始资料
西安某地区新建热电工程的热负荷包括:
１）工业生产用汽负荷;
2)冬季厂房采暖用汽负荷。

西安地区采暖期10１天,室外采暖计算温度–５℃，采暖期室外平均温度1．0℃,工业用汽和采暖用汽热负荷参数均为0．8MＰa、2３0℃。

通过调查统计得到的近期工业热负荷和采暖热负荷如下表所示:
热负荷汇总表
1．3计算原始资料
(1)锅炉效率根据锅炉类别可取下述数值：
锅炉类别链条炉煤粉炉沸腾炉旋风炉循环流化床锅炉
０.65～
0.８5 0.85～０.９0
锅炉效率0.72～０.85 0.85~0.90
０．70
(２)汽轮机相对内效率、机械效率及发电机效率的常见数值如下：
汽轮机额定功率７50～６000 １20０0~２5000 5000
汽轮机相对内效率0.７~0.8 0.75~０.85 0.85~0．8７
汽轮机机械效率0．9５～0.98 0.９7~0.99 ～0．９9
发电机效率０．93～0.96 0.96~0.97 ０.98～0.985 (3）热电厂内管道效率,取为0.96。

（4)各种热交换器效率，包括高、低压加热器、除氧器,一般取0．96～0.98。

(５)热交换器端温差，取3～7℃。

（6)锅炉排污率,一般不超过下列数值：
以化学除盐水或蒸馏水为补给水的供热式电厂2%
以化学软化水为补给水的供热式电厂5%
(7）厂内汽水损失,取锅炉蒸发量的3%。

（8）主汽门至调节汽门间的压降损失，取蒸汽初压的3%~７％。

（9)各种抽汽管道的压降，一般取该级抽汽压力的4%～8%。

(１0）生水水温，一般取5～2０℃。

（11）进入凝汽器的蒸汽干度,取０.88～０．95。

（12)凝汽器出口凝结水温度，可近似取凝汽器压力下的饱和水温度。

2、原则性热力系统
2．1设计热负荷和年持续热负荷曲线
根据各个用户的用汽参数和汽机供汽参数,逐一将用户负荷折算到热电厂供汽出口,见表2－1。

用户处工业用汽符合总量:采暖期最大为1７５ｔ/h，折算汇总到电厂出口处为16６．6５t/h。

表２-1热负荷汇总表
折算到热电厂出口的工业热负荷,再乘以0.9的折算系数，得到热电厂设计工业热负荷，再按供热比焓和回水比焓(回水率为零,补水比焓62．８kJ/kg)计算出供热量,见表2－2。

根据设计热负荷，绘制采暖负荷持续曲线和年热负荷持续曲线图,见图2-1、图2-2。

表2－2 热电厂设计热负荷
采暖蒸汽热负荷
0.8MP
ａ、230℃
t/h １６8.55 6８.56 40.95 ０0
GＪ／h 479.40 １95.01 １１6.4
７
0 ００
合计ｔ/h 3１8.5３190.26 133.51
10７．9
９
78.8５6４．28 GＪ/h 90５.99 ５4１．16
37９.７
3
３０
7．１4
2２4.26
182.８
２
图2-1 采暖热负荷持续曲线图
图2－2 年热负荷持续曲线图
２.2装机方案的拟定
根据热电厂设计热负荷和建厂条件，热电厂最终规模是５0MW 以下,由于采暖热负荷占整个热负荷比重一般,所以不建热水网。

采暖用汽和工业用汽同管输送,因此拟定以下装机方案:(见图２-3)
2×CC12-4.9／0.98/０.１7型双抽汽供热式次高压汽轮机发电机组;1×B12-4.９/ 0.９8型背压供热式次高压汽轮机发电机组;3×75 ｔ/ｈ次高压循环流化床锅炉。

本方案设有三台锅炉，三台汽轮机,主蒸汽系统采用母管制。

背压机组(B １２机组）的排汽，一部分作为1号高加的加热用汽,另一部分作为供热汽源。

抽汽机组CC12有３级非调整抽汽和2级调整抽汽,其中第1级调整抽汽和第1级非调整抽汽共用一个抽汽口，第2级调整抽汽和第2级非调整抽汽共用一个抽汽口,第１级调整抽汽做为供热抽汽,第2级调整抽汽做为补充水加热蒸汽。

除氧器加热用汽量是第２级非调整抽汽，除氧器定压运行。

该系统配置减温减压器,保留或新建调峰锅炉,机组供热不足部分先由锅炉的新蒸汽减温减压后提供，再由尖峰锅炉提供。

减温减压器所用的减温水来自给水泵出口。

系统设连排扩容器,扩容蒸汽进入除氧器。

功热蒸汽的凝结水不回收，补充水(生水)由CC12机组的第2级调整抽汽加热后,去化水车间，再去除氧器。

5.4p 450t 3312.9h
D b =390
189.69
D oj =17.80.0
D b l =7.83.79
图2-3B12－４.9/0.98+ 2×CC１２-４.9/0．98/0.１7 + 3×75 ｔ／h全厂原则性热力系统图
2.3汽轮机热力特性资料与原则性热力系统拟定及其计算
(一)机组热力特性资料
我国常见供热机组的热力特性参见《中小型热电联产工程设计手册》。

本方案CC1２额定进气量92 t/h，最大进气量104.４ｔ/h，第一级调整抽汽量30～50t/h,第二级调整抽汽量3０t/h。

本方案的计算原则是,让Ｂ12尽量多供热负荷,CC12汽机第二级调整抽汽作热电厂补水加热用汽。

(二)原则性热力系统ﻩ
本方案原则性热力系统见图2-3。

（三）原则性热力系统计算
１. 参数级符号说明见表2-3
表２-3 参数及符号
2． 计算条件
计算工况：采暖期最大热负荷工况,此时对应汽轮机最大进气量和最大调整供热抽汽量;设锅炉排污量:D b ｌ = ０.0２ Ｄb ;汽水损失量:D １ = ０.03 D b ；ηh ＝ η
'h
=0.98。

各效率
取值见表2-４。

表2-4 主要效率取值
３． 锅炉减温减压供热系统热力计算公式 物质平衡方程 D
D Tj
w
j
=+D 0
（a ）
能量平衡方程 03282.85D 518.842907j
w
Tj
D D
+=
（b ）
把(a ）式带入（b)式得
03282.85D 518.842907j
w
Tj
D D
+=
解得 01.168Tj
j D
D =
（3-６2)
001.168Tj
Tj
j
j D D D
D =-=
（3-63）
４. 方案一的计算
（１)锅炉汽水流量计算公式 1)锅炉蒸发量)(030928.1)03.01/()(000000D D D D D D
D j B j B C
b
++=-++=(３-６
4）
2)锅炉排污量
)(020619.002.00001
D D D D D
j B b b ++== （3
－6５) 3）锅炉给水量
)(051546.10001D D D D D D
j B b b fw
++=+=
（3-６6）
4) 锅炉扩容排污系统计算 物质平衡方程 D
D ps
f
b +=D 1
(a ）
能量平衡方程 1
11790.98D
2693467.08b f ps D D =+⨯
(ｂ）
把（a)式带入（b)式得0000.0063757()D
f
B j D D D =++ （3－67)
10000.0142428()D
ps
b f B j D D D D D =-=++ (３
-68）
5）补充水量计算,若不考虑回水
D D D D D D
ps L Tj TB TC ma
++++=)(
)(030928.103.0)(
000D D D D D D
j B C Tj TB TC
++⨯+++=
0000.0142428()C
B j D
D D +++
(3－69)
000(
)0.0451707()TC
TB Tj C B j D
D D D D D =+++++
(2）B12－4.9／0.9８热力系统计算公式 1)Ｂ１2机高加用汽量计算
高加用汽量可分为两部分，一部分由B １２汽轮机排气提供，为D
B
1，另一部分由CC １２
第一级抽汽提供,为D
C
1。

假定B １2抽汽加热对应的给水量是
D
oB
和CC12一级抽汽加热
剩余的给水量，则
高加能量平衡方程：100.98(2907711.76) 1.051546(719.67518.84)B
B D
D ⨯-=⨯-
解得高加用汽 100.0981632B
B D
D =
(3-７0）
2）B １２机外供汽量 0100.901837TB
B B B D
D D D =-=
(３-７1)
3）B12机发电功率
(),003282.8529070.857/3.679.868e B
B B P
D D ⎡⎤=-⨯=⎣⎦
（3-７2)
（３）CC １2-4．9/0．９8//0.1７热力系统计算公式 １）CC12高加用汽量计算 高加能量平衡方程
()()()1000.982907711.76719.67518.84 1.051546
C C
j
D D D ⨯-=-⨯+
解得高加用汽量 ()1000.098163
C
C
j
D
D D =+
(3－7３)
2)生水预热器用汽量计算
生水预热器的热平衡:计算时考虑20%的化学水处理水量损失。

()()20.982744.69476.54 1.2167.4762.8s ma
D D ⨯-=⨯-()()20000.056507
0.002553s
TC
TB
Tj
C
B
j
D
D D D D D D =+++++ (3－
７4）
３)低压加热器用汽量计算公式
低压热平衡: ()()()3=3c 0.982693433.07407.68128.65D D D --⨯+ 低加用汽量： D 3=0.14４149D ｃ （3-75) ４）除氧器用汽量计算公式 除氧器热平衡
()()2bs 2s 113c f fw w 0.982744.69146.5476.54711.76407.682693.11=518.84C B D D D D D D D D ⨯+++++++（D +D ）
把式(3-69）,（3-73）,(3-70)，(3-6７），（3－74),(3-75)带入上式，并整理得
()()2=000j 0j j c
0.1675630.032406 0.0644760.173413C B TC TB T D D D D D D D D D +++-++-
(３－76）
5)ＣC12汽量平衡
把式(3-73),式(3-７4），式（３-7５）带入上式，并整理得
0000.7537800.1752440.309750 1.021937 0.008209()
C B j TC
TB Tj Dc D D D D D D =---++
0C 1C TC 22s 3c D =D +D +D +D +D +D
（3-７7）
６)CC1２发电量计算公式
()()()()(),12230.829[3282.852*******.852744.69 +3282.852693.94(3282.852308.47)]/3.6
e C C TC s C P D D D D D D =⨯-++-+-+-
（3－７8)
整理上式得
(),00085.82585229.57784375.64124421.081845 0.987569225.867097e C TC C j B TB Tj c
P D D D D D D D =+++-++
（３－79）
或
0000.004427,0.1309520.0933370.379984 0.3348930.004372()
C B TC j TB Tj Dc Pe C
D D D D D D =----++
(3-80）
代入式（3-7７)，并整理得
0C ,00D =0.0050040.0925780.028419 0.7255900.004337()
e C B j
TC TB Tj P D D D D D +-+-+
（３－81)
（4)方案一各部分实际用汽量计算
上面推导出来汽机进汽量（D 0)、凝汽量(D c )与发电功率(P e )和供汽量(D T )之间的关系，现将有关数据代入，可计算出方案一在采暖期最大负荷下汽机、锅炉等各部分实际用汽量。

计算结果列在表2－5。

表中各量的顺序就是计算结果。

表2-5方案-汽水流量计算结果汇总
(５）计算说明
1)B1２是背压机,经济性好,在采暖最大热负荷时，应首先维持B1２在额定工况下运行，因而
可根据B12机的额定功率由式（3－79)计算出Ｂ12所需进汽量；本题中采用“定流量”计算,
即最大热负荷时,汽轮机进汽量取为汽轮机最大设计进汽量，且假定采暖期CＣ12机组提供最大
D＝50 t/ｈ，以此计算各处汽水流量和发电量。

是否合适要通过检验ＣC１调整抽汽量，即TC
2汽机的最小凝汽量来确定。

凝汽量检验２4.3９／208．8 ＝０．1１6８;73．01／184= 0.3
９６８（最小负荷），大于CC１２最小凝汽量的要求。

如果不满足要重新设定进汽量，再计算。

２）计算中还要进行汽量和电量校核，以检验及孙是否准确。

0C=1C TC 22s 3c D D +D +D +D +D +D
= 22.24 + １0０ + ４3．１３ + 15．52 + 3．52 + 24.３9 = 208.8 t/ｈ 误差 （12３2８－12000)/120０0 ＝ 2.7％ 符合工程需要
可见,汽量平衡,计算准确。

3)本方案的运行方式:在采暖期3台汽机加锅炉新汽减温减压后供给热负荷，３台锅炉运行。

采暖期最大符号工况，尖峰锅炉供汽60.93 ｔ/ｈ;非采暖期最大及平均负荷工况，2台汽机2台锅炉运行，负荷不满；非采暖期最小负荷工况,B1２汽机停运，ＣC12汽机及2台锅炉运行。

本方案其他供热工况计算类同。

典型工况热平衡结果已标注在全厂原则性热力系统图上,见图2－3。

需系统调峰的供热负荷表示在年热负荷持续线图上,见图２-2。

2.４ 全厂热经济指标计算
计算时要用到相应的计算公式见（3．35)至(3-61）,这里只给出所用公式的编号。

本方案Ｂ１２－4.9/0.98 ＋ 2×C Ｃ１2-4.9/0.9８/0.17 + 3×１30 t/h
调峰锅炉供热量 36jf ma h h =60.9310(290762.8)10173.31h TF Q D -=⨯⨯-⨯=T （-）
GJ/
热电厂最大供热量 ()905.99173.31732.68h T m Q =-=GJ/
热电厂全年供热量（根据全年热负荷持续曲线图3－５） 732.681200.5(732.68379.73)(2424120) 0.5(307.14182.82)(87602424) =2921639
a Q =⨯+⨯+⨯-+
⨯+⨯-
热电厂全年发电量:
设机组利用小时数为
35500H h =
年发电量(式3-36)
360005500198000000a e p kW h =⨯=⋅
采暖期平均发电标准煤耗率（式３-38）
33348.1010(10.03)(3282.85719.67)190.2610(290762.8)29300360000.90.98
=0.406/()
d b kg kW h ⨯+⨯--⨯⨯-=⨯⨯⨯⋅ 非采暖期平均发电标注煤耗率(式3-3８)
33196.410(10.03)(3282.85719.67)78.8510(290762.8)29300240000.860.98
=0.496/()
d b kg kW h ⨯+⨯--⨯⨯-'=⨯⨯⨯⋅ 年平均发电标准煤耗率(采暖期和非采暖期的加权平均）
0.4063600024240.496(198000000360002424)
198000000
=0.457/()s ep b kg kW h ⨯⨯+⨯-⨯=
⋅ 凝汽发电的厂用电率取 5.5%d ε=
供热的长用电率(3-52）
5.73[12(0.880.8)]
6.6468T ε=⨯+⨯-=
6.64682921639/1980000000.0981T ξ=⨯=
综合厂用电率（式3-5４）0.0550.0980.153ξ=+=,即15.3%。

平均供热标准煤(式３－55)
()34.12/0.880.98 6.07380.45742.60/s
TP kg GJ b =⨯+⨯=
年耗标煤量(式3－56）
()30.315198000000 6.0738292163942.60292163910 =206014/s
a t a
B -=⨯-⨯+⨯⨯⎡⎤⎣⎦
年平均供电煤耗率（式3－5７)
()()0.457/10.0550.483/.a ep kg kW h b =-=
年节约标准煤量(式３－5８） ()()}334.120.41 5.7342.6029216390.550.98
0.410.45710.05519800000010 =53643/B t h
-⎧⎡⎤∆=+⨯-⨯⎨⎢⎥⨯⎣⎦⎩+-⨯-⨯⨯
上式中'
gl η取0.55。

年平均全厂热效率
0.00361980000002921639100%60.21%29.3206015
a cp η⨯+=⨯=⨯ 年平均热电比 2921639100%409.9%0.0036189000000p β=
⨯=⨯
热化系数 732.680.809905.99α==
图2－4 CC12－4.9/0.９８／0.17蒸汽膨胀h-ｓ图。