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1、热力发电厂的蒸汽参数及其循环,（1）蒸汽动力循环的循环参数（2）现代火电厂常用的蒸汽循环：回热、再热、热电联供（3）蒸汽循环及其参数选择，对热经济性、可靠性、运行灵活性以及对环境的影响有关。,本章内容,第一节 提高蒸汽初参数第二节 降低蒸汽终参数第三节 给水回热循环第四节 蒸汽再热循环第五节 热电联产,提高初参数的实质是通过提高循环吸热过程的平均温度，以提高其热效率t。(i=t ri)一、提高蒸汽初参数的经济性（一）提高蒸汽初温t0,t=wa/q0=1(Tc/T0),A 附加循环动力系数wa/q0附加循环热效率t，F1，即tt,第一节 提高蒸汽初参数,t 则变化量总是正数，即效率是提高的。i=
2、t ri1 提高初温，排汽干度提高，湿气损失减小2 蒸汽比容增大，高缸叶片可以做高，叶高损失降低3 比容增大高压部分漏汽减小，高压端漏汽损失降低ri提高结论：提高初温，机组绝对内效率提高,一定的初压下朗肯循环热效率随蒸汽温提高而增加,（二）提高蒸汽初压p0 提高p0并不总是能提高t，这是由水蒸气性质所决定的。当提高到某一蒸汽初压使得整个吸热平均温度低于 时，热效率即下降，使得,随t0的增加，使t下降的极限压力愈高,当理想比内功wa（理想焓降）减小的相对值等于冷源热损失qca或初焓h0减小的相对值时，i达最大值,提高p0使蒸汽干度减小，湿汽损失增加；提高p0，使进入汽轮机的蒸汽比容和容积流量减少
3、，加大了高压端漏汽损失，叶片高度降低，叶高损失加大，甚至有可能要局部进汽而导致鼓风损失、斥汽损失，使得汽轮机相对内效率下降。,同时提高p0、t0所增加的理想比内功远大于增加的冷源热损失qca,（三）提高蒸汽初参数与i、汽轮机容量的关系,为何高参数必然大容量？提高初压p0,在工程应用范围内，仍可提高t，但ri却要降低，特别是容积流量小的汽轮机，ri下降愈甚。如果ri的下降超过t的增加，将使得i(i=tri)下降，则提高p0效果就适得其反。若蒸汽容积流量足够大，使得提高p0降低ri的程度远低于t的增加，因而仍能提高i。,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）提高
4、蒸汽初参数可提高热经济性和节约燃料。,（2）提高t0受金属材料的制约,（3）提高P0受蒸汽膨胀终了时湿度的限制湿度增大，湿气损失（ri）、浸蚀叶片、影响安全中间再过热：降低湿度，可继续提高p0，改善ri,(4）提高p0、t0影响电厂的钢材消耗和总投资 热经济性提高，同时钢材、总投资增加蒸汽消耗量降低，锅炉受热面减少，但承压部件厚度增大，耐热合金用量增大汽轮机级数、回热级数增大，炉、机、加热器、给水泵造价增大汽耗、煤耗降低，运输、制粉、风烟、除尘、凝汽、供水等系统设备费用减少。技术经济比较的实质可概括为钢煤比价的比较。,（5）更高蒸汽初参数，更大容量机组的可用率可用率与金属材料、设计制造工艺及其
5、质量、安装、运行管理等有关。更高参数、更大容量机组需要技术成熟期，期间可用率低，成熟期后可用率提高,（二）最有利初压初温t0与排汽压力pc一定时使得i达到最大的初压力机组容量越大、初温越高，最有利初压越高经济上最有利初压 与技术经济因素有关，稍低,（三）蒸汽初参数系列,三、超临界蒸汽参数大容量机组,（一）国外超临界和超超临界汽轮发电机组 1国外超临界汽轮发电机发展超临界机组，主要原因为：（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，达到90%,第二节 降低蒸汽终参数,火电厂的蒸汽终参数即汽轮机的排汽压力pc，不仅与凝汽设备有关，
6、而且还与汽轮机的低压部分以及供水冷却系统有关，总称为火电厂的冷端。一、电厂用水量和供水系统的选择 1电厂用水量 最大者为凝汽器的冷却水，占95%Gc=mDc m为冷却倍率 m与地区、季节、供水系统、凝汽器结构等因素有关。,2冷却系统的选择,直流供水，也叫开式供水循环水泵直接从江河上游取水，经过凝汽器后排入江河下游，冷却水一次使用造价低、系统简单、运行维护方便水源充足循环供水，也叫闭式供水系统有冷却设施：冷却水池、喷水池、冷却塔循环水泵从冷却设施集水井中汲水，经过凝汽器后，再送回冷却设施进行冷却，循环用水,直流供水,江河,水渠,其它用水设备,其它用水设备,具有冷却塔的供水系统,冷却塔 自然通风冷
7、却塔 机械通风冷却塔（耗电量大）,其它用水设备,其它用水设备,井,二、降低蒸汽终参数的热经济性 l降低蒸汽终参数的极限,降低pc(即tc)总是可以提高循环热效率t,凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定,t与凝汽器工作状况有关，若凝汽器铜管有积垢，或有空气附于铜管等情况，就会使t增大，排汽压力提高（真空降低），热经济性降低。,凝汽器实际能达到的排汽温度tc由下式确定,t与凝汽器工作状况有关，若凝汽器铜管有积垢，或有空气附于铜管等情况，就会使t增大，排汽压力提高（真空降低），热经济性降低。,2凝汽器的设计压力pc 降低pc，提高经济性凝汽器尺寸、造价增大影响排汽口低压部分复杂汽耗降低，影响高压
8、部分,Pc选取与经济性有关,3额定工况汽轮机排汽压力的部标,4多压凝汽器 在不增加冷却面积的情况下，采用多压凝汽器，会降低排汽平均温度，提高热经济性。用于twi高、m小与t大的机组,真空度，是影响汽轮机组热经济性的一项重要指标，当输出净功率为最大时，即所对应的真空即凝汽器的最佳真空。单元制运行扩大单元制运行定速泵系统双速泵系统变速泵系统叶片可调节循环水泵,5凝汽器的最佳真空与冷却水泵的经济调度,一、给水回热的热经济性 提高循环热效率的本质原因是提高了循环的吸热平均温度（改善吸热过程）1采用回热提高i,第三节 给水回热循环,用回热抽汽动力系数Ar来表征实际单级回热循环较实际朗肯循环的循环热效率的
9、提高量。,多级回热抽汽作功系数,因ii 采用回热总是能提高热经济性现代火电厂普遍采用回热循环，或带再热的回热循环（P61 数据）,多级回热,不计泵功：,2采用回热导致作功能力损失有温差换热导致做功能力损失回热级数增加，做功能力损失减小，级数无穷，损失趋于零,回热虽然可提高热经济性，却使汽耗、汽耗率相应增大。，回热抽汽的压力愈高，其作功不足愈大，相应值也随之加大；可见，为提高回热的热经济性，应充分利用低压的回热抽汽。,二、给水回热基本参数对热经济性的影响（一）混合式回热加热器系统的c表达式,对于Z级混合式加热器系统的c为:,（二）、tfw、z三参数的关系 1回热分配 分配方法：循环函数分配法、焓
10、降分配法、平均分配法、等焓降分配法,按下列条件求极值,同理推出：,若进一步简化，忽略某些次要因素，可得出某些近似的最佳回热分配通式。如蒸汽参数不高，忽略q随的变化，即,其意义为：将每一级加热器内水的焓升，取为前一级至本级的蒸汽在汽轮机中的焓降，简称为“焓降分配法”,若再忽略各加热器间蒸汽凝结放热量qj的微小差异，即q1=q2=qz，则式（2-13）可简化为,其意义为：将每一回热加热器中水的焓升取为相等来分配的，即美国J.K.Salisbury推导的方法，又简称为“平均分配法”。,将,代入式2-13得：,即每一级加热器中水的焓升，取为等于汽轮机的各级焓降，简称“等焓降分配法”。,几何级数分配回热
11、的方法,m=1.011.04,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,（2）作功能力法：随着tfw提高，锅炉的吸热过程平均温度提高，使其换热温差下降；降低e b。但是，回热加热器的换热温差存在，导致存在er，削弱了回热的效果。,随回热级数z的增加，i不断提高，是递增函数关系。而给水温度的提高，对i的影响是双重的。存在最佳点,(极限:tfw tb0无抽汽)（1）热量法：一方面使比热耗q0=(h0hfw）降低另一方面使比内功wi=(h0hr)c（hrhc）减少，导致汽耗率d增大。两者均同时影响,两种解释：,3回热级数Z,理论上讲：z=无穷大时，i 最大
12、（1）即随z的增加，回热循环的热经济性不断提高，但提高的幅度 却是递减的（2）tfw一定时，回热的热经济性也是随z增加而提高，其增长率 也是递减的（3）z一定时，有其对应最佳tfw值。它是随z的增加而提高；（4）实际给水温度若与理论上的最佳tfw稍有偏差，对回热的热经济性影响不大,实际级数z有限最佳给水温度与z、有关不同回热分配有不同的给水焓表达式P67）经济最佳给水温度节能金属耗量,一、蒸汽再热的目的及其热经济性（一）再热的目的 提高蒸汽初压、降低排汽压力，使湿度增大，降低内效率，危及安全，蒸汽再热是保证汽轮机最终湿度在允许范围内有效措施。若再热参数选择合适，则再热是进一步提高初压和热经济性
13、的重要手段。核电主要为了安全（二）理想再热循环热经济性分析,1再热循环的热效率,第四节 蒸汽再热循环,Arh附加循环动力系数；wa/q0附加循环热效率再热循环热效率相对提高为rh：,当,则,当,则,当,则,理想再热循环经济性高于朗肯循环原因：提高平均吸热温度降低排汽湿度整个再热循环吸热平均温度是否能提高，取决于两个基本参数再热压力和再热温度再热压力不变化时：trh达到t0，没有再热效果trh到，再降则总平均吸热温度降低,存在一个最佳再热压力 需要技术经济比较,trhi,2.实际再热循环的内效率,反平衡算法：,1kg再热蒸汽：,1一次烟气再热温度(再热前温度）,最大值是取其一阶导数，并取其等于零
14、。即,二、最佳再热参数的选择（再热前后压力与温度）,等价卡诺循环的热效率：,最佳点：,需采用逐步逼近法来求得,2二次烟气再过热温度,三、具有蒸汽再热的回热循环,理想情况：再热式机组采用回热的方法可提高热经济性。与非再热式机组比较，采用回热时提高热经济性的幅度要小。在各级回热量不变的条件下，再热后各级回热的汽焓将会提高,各级回热抽汽系数减小，若维持功率不变，势必会使凝汽系数加大，故再热循环的动力系数Arrh小于回热循环的动力系数Ar，削弱回热效果,1再热对传热过程的影响 抽汽过热度越高，导致换热温差加大，额外用损er越大蒸汽冷却器,2再热回热循环的热效率 效率公式如表2-16,3再热回热循环的最
15、佳给水回热参数 最佳参数选择与分析回热循环时有相同的结果突变：抽汽再热后过热度增大，损失大；z大则突变右边移再热回热比无再热的最佳给水温度低z大，则最佳给水温度增大再热对回热分配的影响：给水温度（第一抽汽压力）HP抽汽口保证fw最佳，高排为二级抽汽，抽汽量加大，减小热再后抽汽损失再热后第一个抽汽压力,须强调指出，再热虽有削弱回热效果的一面，但再热式机组采用回热的热经济性（再热效率增加 回热效率增加，双重效应)仍高于无再热的回热机组。,1烟气再热（P69）优点：再热后的汽温可等于或接近于新汽温度 提高机组热经济性56 缺点:(1)压损prh大，降低机组热经济性（2）耐高温材料，增加投资（3）保护
16、再热器，须另设旁路系统，系统复杂,四、蒸汽再过热的方法,2蒸汽再热 优点：系统简单，可布置在汽轮机旁，压损prh小，再热系统耗钢材少、投资小，调节容易 缺点：再热后汽温trh较低 提高经济性2%-3%,一、热电联产的效益（一）热能消费的特点,我国热能消耗7060是120以下的低温热能,热能耗费的数量很大，品价较低，又常以高品位的一次能源来供应，故具有较大的节能潜力。,第五节 热电联产循环,（二）热电分别能量生产与热电联合能量生产的特点热电分产能量浪费严重，利用不合理，能量品位贬值严重热电联产实现能量的有效梯级利用，能源利用率高，节能 供热式汽轮机类型：单抽（C型）凝汽式汽轮机、双抽（CC型）凝
17、汽式汽轮机、背压式（B型）汽轮机或抽背式（CB型）汽轮机 对于抽汽式汽轮机，只有先发电后供热的供热汽流Dh才属热电联产，它的凝汽流Dc仍属于分产发电。,（三）热电联产的热量法（效率法）定性分析,图236 朗肯循环、供热循环的T-s图（a）朗肯循环的T-s图；（b）热点联产供热循环的Ts图,理想朗肯循环热效率t和实际朗肯循环热效率i为：,理想纯供热循环的热效率th及其实际循环热效率ih为：,（1）朗肯循环的t、i值均较低，其排汽虽有较大热量，但品位低，无法对外供热，冷源损失大，能源利用率低；（2）纯供热循环的th、ih均为1，无冷源损失；在满足用热参数的前提下，降低ph值，可提高wi值，使热化发
18、 电比Xh=（WhW）提高，提高经济性；给水回热循环的回热抽汽流也属于热电联产的性质；回热发电比 Xr=（WrW），提高Xr或者充分利用低压抽汽可提高热效率（3）抽汽凝汽式机组，其中供热汽流完全没有冷源热损失，它的ih仍为1。凝汽汽流仍有冷源热损失，该凝汽流的ic小于1，比相同循环参数、同容量的凝汽式汽轮机（即代替电厂的汽轮机）的绝对内效率i还要低，即 ici（4）ici的原因为：节流导致的不可逆热损失。非设计工况的效率要降低。初参数低于代替电站的凝汽式机组。供水条件比凝汽式电厂的差，使其热经济性有所降低。,热电联产必须满足两项要求：（1）热电厂内必须有联产电能和热能两种能量。（2）由热电厂向众多热用户集中供热，并保证用热质量和数量热电联产优点：（1）节约能源。（2）减轻大气污染，改善环境。（3）提高供热质量，改善劳动条件；（4）其他经济效益。,
