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1、1,第 六 章 供热式汽轮机,能同时对外供电、供热的汽轮机称为供热式汽轮机（或称热电联产汽轮机）。安装有供热式汽轮机的电厂称为热电厂。供热式汽轮机有背压式汽轮机和调节抽汽式汽轮机两大类：背压式汽轮机排汽压力（背压）高于一个大气压力。调节抽汽式汽轮机是将在汽轮机内作过功的蒸汽从某个中间级后抽出来供给热用户。根据热用户对用汽参数的不同要求，调节抽汽式汽轮机可以是单抽汽的，也可以是双抽汽的。供热式汽轮机的供热参数一般有两种，即工业用汽和采暖用汽两种不同的参数。工业用汽的压力一般为 0.8 1.3 Mpa(8 13 a t a)；采暖用汽压力一般为0.05 0.12Mpa（0.5 1.2 a t a)
2、。,2,第一节 供热式汽轮机的经济性 一、供热式汽轮机的经济性 热电联产与热电分产：发电与供热分开生产。热电分产存在大量的冷源损失，低位热能不能得到充分利用。分产供热的低位热能是在生产高品位热能大幅度贬值得来的，因而浪费了能源。图6-1为热电联产与热电分产的热力系统图。,图6-1,3,1.凝汽式汽轮机装置的内效率为：,式中，汽轮机的内功 率；汽轮机的进汽量；进汽初焓值；锅炉给水焓值。考虑锅炉后，整个装置的理论热效率为：,式中：为汽轮发电机组的电功率；为单位时间内锅炉燃料所供给的总热量。,（6-1）,（6-2）,4,2.供热汽轮机的理论热效率 供热汽轮机同时发电 和供热Q，整个装置的理论热效率为
3、：,式中，供热汽轮机的热电比。热化发电率：评价热电联产技术完善程度的质量标准。,式中，为热电联产部分的热化发电量。热电比和热化发电率只能用于供热参数相同供热机组的经济性。比较（6-2）和（6-3）可知，由于利用了低品位能量Q，装置的热效率可大幅度超过凝汽式机组的热效率。,(6-3),(6-4),5,3.从燃料消耗上分析：热电联产的经济性体现在2个方面：锅炉来的蒸汽是先发电，后供热。而热电分产是需要用燃料化学能转换成高参数热能，这与分别生产热能只要求燃料在锅炉中转换成低位热能相比，在锅炉中的换热温差和相应的热损失较小；热电联产是利用作过功的低位热能供热，避免了大量的冷源损失。热电联产的主要优点：
4、综合用能、按质用能，使燃料化学能得到充分利用，节约能源；减少大气污染，改善环境；提高供热质量，改善劳动条件；得到综合社会效益。5.热电冷三联产、热电冷气四联产：,6,二、各类供热机组的特点,1.分类,2.热用户：工业用户 采暖用户热效率：（1）凝汽式汽轮机装置，冷源损失大，热效率约为3046%；（2）背压式汽轮机装置，无冷源损失，热效率约为8085%；（3）调节抽汽式汽轮机装置，有部分冷源损失大，热效率介于二者之间。,7,三、热电厂的热负荷及供热系统供热机组的热负荷：生产热负荷，热水供应热负荷，采暖通风热负荷，供热参数：生产热负荷：1.44.0MPa。生活热负荷：压力为0.1MPa，150。供
5、热方案：如图6-2所示。（1）从锅炉来的蒸汽经减温减压后直接供汽，如图中 所示；（2）由背压式汽轮机的排汽或调节抽汽式汽轮机的抽汽对外直接供热，如图中 所示；（3）由背压式汽轮机的排汽或调节抽汽式汽轮机的抽汽，但压力低于用户要求，可采用蒸汽射汽泵提高压力 后对外供汽；（4）利用供热机组的调节抽汽作为蒸汽发生器的加热蒸汽，生产压力较低的二次蒸汽（）对外供汽。,图6-2,8,第 二 节 背压式汽轮机,一、背压式汽轮机的特点 背压式汽轮机的任务是供热，同时发电。背压机没有回热抽汽，也没有凝汽器。排汽全部送到热用户。因此，其热经济性是最好的。背压机排汽参数高，整机理想焓降小。都采用喷嘴调节。调节级形式
6、多为双列级。由于整机理想焓降小，对于同功率大小的凝汽式汽轮机来说，背压机的流量大，相应各级通流部分的几何尺寸就大，叶高长、部分进汽度大。背压机的初参数一般不会很高，多为中参数。排汽压力要根据热负荷的性质而定。工业用汽，压力一般为0.8 1.3 Mpa；采暖用汽，一般为0.12 0.25Mpa。,9,二、背压机热、电负荷之间的关系,1.背压式汽轮机和凝汽机并列运行 图6-4为背压式汽轮机装置示意图。新蒸汽进入背压机1膨胀作功后，排汽送到热用户4。由于无回热抽汽，进汽量等于排汽量。所以，当热负荷增大时，进汽量增大，发电功率增大；反之亦然。这就是说，背压机的发电功率要受供热量大小的限制，不能同时满足
7、热、电两负荷的要求。因此，背压机常常和凝汽式汽轮机并列运行（如图6-4所示）。凝汽机2承担电负荷的变化，以满足电负荷的要求。另外，当背压机出故障或者需要检修时，由减温减压器3向热用户供汽。,图6-4,10,背压式汽轮机和低压凝汽机并列运行（图6-5）背压式汽轮机作为低压凝汽机组的前置机组（图6-6）三、背压机的工况图 背压机可绘制出它的汽耗特性曲线，如图6-7中b线所示。为了便于比较，在图中同时给出了功率和参数相同的凝汽机汽耗特性曲线c。从图可见，背压机的汽耗微增率（b线的斜率）比凝汽机的大。这是因为背压机的背压高，整机理想焓降小，所以要发出相同功率，则所需蒸汽流量就大。从而，背压机的空载汽耗
8、量也比凝汽机的大。,图6-5,图6-6,图6-7,11,第 三 节 调节抽汽式汽轮机,调节抽汽式汽轮机同时发电和对外供热，并能在较大范围内同时满足热、电两负荷的要求。也就是说，当发电功率不变时，供热抽汽量可以在所在范围内任意变动；当供热量不变时，发电功率可以在所在范围内任意变动。根据热负荷的要求，调节抽汽式汽轮机可以向外提供一种或者两种不同参数的蒸汽，并且，供汽参数和流量大小可以控制。因此，调节抽汽式汽轮机得到了广泛地应用。,图6-8,12,二、一次调节抽汽式汽轮机（一）一次调节抽汽式汽轮机功率与流量的关系,图6-8为一次调节抽汽式汽轮机的工作原理和热力过程曲线示意图。它由高压部分和低压部分所
9、组成。从锅炉出来的蒸汽（参数为、），经主汽阀、调节阀先在高压缸膨胀作功作功之后，分为两股：一股蒸汽 从高压缸抽出送到热用户；另一股蒸汽 经低压调节阀5进入低压缸继续膨胀作功，作功后的乏汽最后排入凝汽器（压力为）。一次调节抽汽式汽轮机有高、低压两个调节阀（有的机组的低压调节装置是旋转隔版），由机组本身的调节系统的调速器和调压器控制，以同时满足外界不同热、电负荷的要求。,13,一次调节抽汽式汽轮机，其流量和功率可用下式来表示：功率(6-5)流量(6-6)其中，分别为机组的进汽量、抽汽量、凝汽量；分别为机组的功率、高、低缸功率。,14,用图6-8中的符号，则高、低缸功率和整机的功率为 式（6-5）为
10、由式（6-7）可见，当供汽量一定时，可通过调节进汽量而得到不同的电功率。也就是说，一次调节抽汽式汽轮机在一定范围内，可同时满足热、电两负荷的需要。,（6-7）,（6-7a）,15,（二）一次调节抽汽式汽轮机的工况图,一次调节抽汽式汽轮机的进汽量、调节抽汽量和功率三者之间的关系曲线称为一次调节抽汽式汽轮机的工况图，如图6-10的形式：1.纯凝汽工况线：当机组抽汽量=0时，机组的功率与流量的关系曲线称为纯凝汽工况线。这时，机组的功率为：（6-9）,16,图6-10 一次调节抽汽式汽轮机的简化工况图,17,根据假设，上式的 为一常数。显然，功率 与流量 呈直线关系，如图6-10中的0 a 线所示。该
11、线就是纯凝汽工况线，其斜率为。图中线段oo 表示机组有效功率为零时的空载汽耗量，a点所对应的功率为额定功率。,18,2.纯背压工况线（背压工况线）当低压缸流量=0时，机组的功率与流量的关系曲线称为纯背压工况线。这时，机组相当于一台背压式汽轮机，凝汽量等于进汽量，机组的功率为：（6-10）纯背压工况线(cd)的其斜率。其空载汽耗量 线 段）比凝汽工况的大。,19,最小凝汽工况线（背压工况线）在实际运行中，纯背压工况是不可能实现的。为了冷却低压缸，必需要有一个最小流量 通过低压缸。因此汽轮机所发出的功率要增大，即（6-11）其中，为低压缸通过最小流量时所的功率。由于为一常数，所以，在这种工况下机组
12、的功率与流量的关系曲线应与线平行，如图6-10的 线所示，称为实际背压工况线（最小凝汽工况线）。,20,3.等抽汽量工况线当抽汽量 为不同常数时，机组的功率与流量的一组关系曲线称为等抽汽量工况线。由于抽汽量的存在，机组的功率为：（6-12）式中 为由于抽汽量没通过低压缸而少发的功率，当抽汽量一定时，也为定值。这时，机组的功率与流量的关系曲线应是一组平行于0a线的曲线，如图6-10中的 线等所示。很显然，当抽汽量=0 时，也为零，其工况线就是纯凝汽量工况线oa。图6-10中的 线为最大抽汽量工况线，即，的大小决定于设计条件。若在设计时，最大抽汽量只能在最大进汽量时抽出。,21,4.等凝汽量工况线
13、 当通过低压缸流量 为不同常数时，机组的功率与流量的一组关系曲线称为等凝汽量工况线。这时候，机组的功率为：（6-13）当=0 时，则，即 为线（纯背压工况线）。所以，在不同的 下就可以得到一组平行 的 线。,22,上述的各线所围成的一块封闭面积，即为一次调节抽汽式汽轮机的可能工作区，区内任意一点都代表一种工况。因此，在工作区内，只要知道四个参数（、）中的任意两个，就可以通过查工况图而求得另外两个量。,23,例：已知汽轮机功率 和进汽量，则在图中可找到其交点A，通过A点引一条凝汽量为常数的线，使之与凝汽工况 线交于B点，此点的纵坐标就代表低压缸的流量，其抽汽量为,24,三、二次调节抽汽式汽轮机,（一）二次调节抽汽式汽轮机的工作原理 两次调节抽汽式汽轮机的热力系统简图和热力过程曲线如图6-12所示。其工作原理和一次调节抽汽式汽轮机大体相同。汽轮机由高、中低三部分所组成。三部分都具有各自的配汽机构，能同时向外供应两种不同参数的抽汽。如果不考回热抽汽，则机组总的功率和蒸汽流量的基本关系为：(6-14)(6-15)其中，-分别为总进汽量和一、二次抽汽量及凝汽量；-分别为整机和高、中、低压缸的功率。,25,图45两 次 调 节 抽 汽式汽轮机热力系统和热力过程曲线,（二)二次调节抽汽式汽轮机的工况图（略）,26,第四节 调节抽汽式汽轮机的热力设计特点（略）,
