火电厂热力系统计算分析课件.ppt

1、1火电厂热力系统计算分析参考教材：火电厂热力系统计算分析李勤道编.2一、等效热降法概述o等效热降理论是一种新的热工理论。o在六十年代后期，它首先由原苏联库兹涅佐夫提出，并在七十年代，由西安交通大学林万超教授发展、成熟，形成了完善的理论体系。.3等效热降法o基于热力学的热功转换原理，考虑到设备质量、热力系统结构和参数的特点，经过严密地理论推演，导出几个热力分析参量，用以研究热工转换及能量利用程度的一种方法。o各种实际热力系统，在系统和参数确定后，这些参量也就随之确定，并可通过一定公式计算，成为一次性参数给出。o对热力设备和系统进行分析时，就是用这些参数直接分析和计算。.4用途：o整体热力系统的计

2、算o热力系统的局部定量分析，不需要全盘重新热力系统的局部定量分析，不需要全盘重新计算就能查明系统变化的经济性，它只研究计算就能查明系统变化的经济性，它只研究与系统改变有关的那些部分，并用给出的一与系统改变有关的那些部分，并用给出的一次性参量进行局部定量，确定变化的经济效次性参量进行局部定量，确定变化的经济效果。果。n这种方法经实践应用颇为简便。.5二、等效热降法实际计算步骤o一热力参数的整理o1定义：把热力系统中繁多的热力参数整理为三类q ：n:给水在加热器中的焓升，按加热器编号有 1 2 3 o对每一个加热器来说，加热器出口水焓该加热器入口水焓为.6nq:蒸汽在加热器中的放热量，按加热器编号

3、有 q1 q2 qj 以及其它汽源的放热量 qfj 等；n:疏水在加热器中的放热量，按加热器编号有1、2 3。j.72 不同加热器的参数计算o把加热器分成两类：n疏水放流式加热器，它们属面式加热器，其疏水方式为逐级自流者n汇集式加热器，它们是指混合式加热器或带疏水泵的面式加热器，其疏水汇集于本加热器的进口或出口.8o根据加热器的类型不同，其加热器的、q、的计算规定也各不同。自流式汇集式（混合式和疏水泵）.9疏水放流式加热器三参数的计算o与汇集式相同基准.10汇集式三参数的计算o这样规定的特点：将加热蒸汽与疏水在加热器中的放热，过度地放到加热器的入口。o这样的虚构处理，并不影响加热器的热平衡和物

4、质平衡，却人为地造成了加热器进、出口工质相等的条件，可简化计算。.11系统的各种附加成份的处理o如轴封蒸汽的利用、抽气加热器、轴封加热器、泵的焓升以及外部热源的利用等，分别归并入相应的加热器内，一律不再单独分系统计算。.12写出下图的q .13.14.15二、抽汽等效热降和抽汽效率的计算o 什么是等效热降o对于纯凝汽式汽轮机，1kg 新蒸汽的做功就等于它的焓降.16对有回热抽汽的汽轮机o1kg 新蒸汽做功.17o显然，这个作功不是1kg 新蒸汽的简单热降，它比纯凝汽新蒸汽热降 H h0hn小。但是，它与纯凝汽式轮机中的 H 又类似，它们都是 1kg 新汽的实际作功。为了有别于纯凝汽热降 H，故

5、称这个作功为等效热降。o等效的数量含意，它是指回热抽汽式汽轮机1kg 新蒸汽的作功，等效于kg 新蒸汽直达o冷凝器的热降。等效热降的名字便由此而来。.18基础知识：o效率功/吸热量o要研究系统内一个因素的变化引起的电厂效率的变化，就需研究功与吸热量的变化，在此过程中，应尽量保持一个量多数是功不变，这样可以简化过程。o推导等效热降.19抽汽等效热降和抽汽效率o纯热量q（即无工质带入系统）的进入系统，为了研究效率的变化，需保证吸热量（仅发生在锅炉内）不变，就是要使进入锅炉的给水温度不变，来研究做功量的变化.20o原来用于加热3加热器的热量来自抽热放热o由于有纯热量q的进入，为了保证给水温度的不变，

6、必须减少抽汽放热量，就等于有一部分蒸汽被节约了，从而返回汽轮机可以做功.21o假设这个纯热量 q 进入3 加热器中，正好使3 的抽汽节约 1kg,这1kg 蒸汽称为排挤抽汽。o这个被排挤的抽汽中有一部分作功到汽轮机的出口，另一部分作功到后面各抽汽口再被抽出用以加热给水。.22o由于3 加热器抽汽减少 1kg，在仅有热量加入而无工质加入时，其疏水也相减少 1kg，因而使2 加热器由于疏水带入的热量减少这个减少的热量应由2 段抽汽来补偿，其补偿量为xv2=q2*1.23o排挤抽汽继续向后流动的份额只有（1-a 23）了。这部分蒸汽膨胀作功并凝结后，产生相同数量的水返回1 加热器。1 加热器为了加热

7、这部分水，因而抽汽量应增加1kg1-a 23汇集式加热器，不引起疏水量变化.24o由于在1 和2 加热器中增加了抽汽份额，并产生了作功不足，故3 加热器排挤 1kg 抽汽返回汽轮机的作功等于这个作功称为抽汽的等效热降，并用符号 Hj 表示。.25o抽汽等效热降 Hi，在抽汽减少情况下表示 1kg 排挤抽汽作功的增加值；o反之，抽汽量增加时，则表示作功的减少值。o显然，它考虑了比该抽汽压力更低的抽汽量的变化。.26o抽汽效率j，如同一般效率概念一样，是作功与加入热量之比。o如排挤 1kg 抽汽，需要加入的热量为 qj，而排挤 1kg 抽汽获得的功为 Hj。o抽汽效率为：.271-1多抽a 23那

8、进入汇集式加热器的工质会不会引起数量的不平衡呢？少1-a 23由于进入1.的疏水量没有变，所以1-a 23抽汽都进入凝汽器多1-a 23.28抽汽等效热降 Hj 的计算o计算抽汽等效热降从冷凝器开始较易确定。o假定1获得热量 q1，恰使其抽汽减少 1kg，则该排挤蒸汽返回汽轮机中继续作功，其等效热降等于它的实际热降。即.29o2如获得热量 q2，恰使抽汽减少 1kg。这时进入1 中的疏水也将相应减少 1kg，因而疏水在1中的放热量将减少1。为了补偿这个加热不足，1加热器抽汽将增加余下的排挤抽汽（1-a 12）将直达冷凝器。因此，第二段抽汽的等效热降等于.30o3 如获得热量 q3，恰使其抽汽减

9、少 1kg。该排挤抽汽的一部分将作功到冷凝器，另一部分将作功1 和2 抽汽口后被抽出，用以加热 1kg 增添的凝结水。3 汇集式加热器排挤 1kg 抽汽，经过不同途径最终都将变为凝结水并汇集于凝汽器，使主凝结水增添了 1kg。因而 2 加热器的抽汽将增加。.31o同理，增添的 1kg 主凝结水，也将流过1 加热器。同时2 加热器增加的抽汽份额 a 23，其疏水将在1 中放出热量 a 23，因此，1 加热器的抽汽将增加由此，第三段抽汽的等效热降.32同理：.33.34通式：o如果 j 为汇集式加热器，则 Ar 均以 r 代之。o如果 j 为疏水放流式加热器，则从j以下直到（包括）汇集式加热器用r

10、代替 Ar n而在汇集加热器以下，无论是汇集式或疏水放流式加热器，则一律以r代替 Ar。计算不方便.35抽汽效率：.36等效热降之间的关系o（一）疏水放流式加热器与其后相邻加热器之间的等效热降关系o其后相邻加热器是疏水放流式.37oj 一 1 为疏水放流式加热器，.38j-1为汇集式.39o由此得出，疏水放流式加热器与其后相邻加热器（不论其型式如何）之间的等效热降关系的通式为.40o它的物理意义是，排挤 j 段抽汽 1kg，从 j 到 j-1 的做功为 hj-hj-1，这1kg 排挤抽汽到j-1处只有 kg 继续往后o流动膨胀，而该处1kg 排挤抽汽的等效热降为1kg 蒸汽的做功为 Hj-1o

11、该式的意义在于从低加向高加计算，计算完H1，再计算H2，可以利用相邻的关系简化计算.41（二）汇集式加热器之间的等效热降关系.42o它的物理意义是，汇集加热器j的 1kg 排挤抽汽返回汽轮机作功到更低汇集加热器 m 时，它仍具有等效热降 Hm。而从 j 到 m 的焓降 hj hm，应减去 j 到 m 之间因抽汽份额增加而减少的作功，才o是排挤抽汽在 j 到 m 的作功.43.44新蒸汽等效热降的计算o1kg 新蒸汽的实际做功，即新蒸汽的等效热降为把锅炉视为汇集式加热器即可.45o毛等效热降：由于这样的计算没有考虑轴封蒸汽的渗漏及利用、加热器的散热、抽气器耗汽及泵功能量消耗等辅助成份的作功损耗o

12、如果扣除这些附加成份的作功损失，则称为净等效热降。.46其实o全部抽汽等效热降和抽汽效率，是一些完全确定的数值和物理含意相当确切的参量。它们以一次性参数供给，不必经常计算，成为分析热力系统的重要参数。o新机组的这些参数，最好由制造厂提供。o运行多年或参数有变化的机组，可通过热力试验给予确定。.47o其物理意义是：等效热降 Hi 是 1kg 抽汽流从NOj 处返回汽轮机的真实作功能力，它标志汽轮机各抽汽口蒸汽的能级或能位高低。o Hj 愈大，它所处的能级就愈高，汽流的作功能力也就愈大.48o抽汽效率表示任意热量加到汽轮机的回热系统NO j 处时，该热量在汽轮机中转变为功的程度或份额。o在新蒸汽部

13、位的效率最大，而冷凝器的最小，等于零。.49等效热降应用的基本规则o一、纯热量进、出热力系统由于该热量从加热器 j 和 j-1 之间进、出系统，热量利用或失损在能级 j 上，故新蒸汽等效热降的增、减量为.50o=(-)/-不用记忆，只需重新代入即可.51o如给水泵的焓升，除氧器排气余热的回收利用，以及热力设备和管道的散热等均属无工质携带的内部热源。它们进系统是一个内部纯热量的利用问题，出系统则是纯热量损失问题。.52.53二、蒸汽携带热量进、出系统对于进系统情况，可把热量 afhf，分为纯热量 a f(h f一 hj）和带工质热量 afhj 来计算.54o对于出系统情况，为了保持系统工质的平衡

14、，必须从凝汽器补入相同数量的化学水。显然，这时主凝结水量不变，因而不会引起各抽汽量的变化，故出系统的蒸汽系直达凝汽器的汽流，故损失做功为.55三、热水携带热量从主凝结水或给水管路进、出系统o纯热量o带工质的热量，正好与混合点凝结水焓值同，因此 afkg 热水恰好顶替 afkg 主凝结水。为了保持系统工质的平衡，这时进入凝汽器的化学补水相应减少 af。显然，它使加热器中流过的主凝结水减少，因而多做功：.56.57四、热水带热量从疏水管路进、出系统o纯热量o带工质的热量沿疏水线逐级自流，在加热器放出热量 多作功o当该热水进入汇集加热器后，正好顶替主凝结水，为了保持系统工质平衡，这时进入冷凝器的化学

15、补给水将相应减少 因而获得作功；.58o对于出系统情况，显然，由于疏水输出系统，每千克疏水均损失做功。o 为了保持系统工质的平衡，必须从凝汽器补入相同数量的化学补水，该补水进入系统后，沿低压加热器逐级吸热并进入汇集加热 器 m，以补充疏水出系统损失的工质，因而损失做功：.59o五、关于再热.60抽汽再热系数:j 段 1kg 排挤抽汽通过再热器的份额o当再热冷段#c 排挤1kg 抽汽时，再热器通过的份额显然增加 1kg,即该排挤抽汽全部经过再热器.61o当#c+1 排挤 1kg 抽汽时，因有c/qc抽汽分配到 c 加热器中，故该排挤抽汽经过再热器只有（1c/qc）kg，因而c+1 段抽汽再热系数

16、：.62.63.64新汽再热系数的计算o1kg 新蒸汽在高压缸做功后到达到再热器的份额称为新蒸汽再热系数n新蒸汽毛再热系数：只考虑主循环系统n新蒸汽净再热系数：考虑有关辅助成份的影响.65锅炉为汇集式加热器：o再热o系数.66局部变动引起的再热蒸汽份额变化 zr 的计算o再热机组，某些局部变动将引起其再热蒸汽份额发生变化。对于纯热量q进、出系统，运用抽汽再热系数概念，可很容易求 zr，即.67o对于有工质的热量进、出系统，必须象计算 H 一样，分为纯热量和带工质的热量处理。o其中，纯热量部分引起的再热蒸汽份额变化，运用抽汽再热系数概念容易计算；而带工质部分，是 1kg 顶替 1kg，并直达再热

17、器。若蒸汽携带热量进、出系统,则进系统使再热蒸汽份额增加.68o出系统使再热蒸汽份额减少.69若热水携带热量进、出给水管路（则进系统使再热蒸汽份额增加.70o出系统使再热蒸汽份额减少.71若热水携带热量进、出疏水管路进系统使再热蒸汽份额增加.72.73六、补水地点引起的作功差异o前面论述携带工质的内、外热源用于系统、以及带工质的热量出系统的分析计算，均以补水进入冷凝器为基点。如果实际补水进入除氧器时，则前述诸计算公式都应增添一项补水地点引起的作功差异。.74由冷凝器补入改为从除氧器补入引起的作功差异定量分析，其值为o由于补水进入除氧器增加了除氧器用汽，因而新蒸汽作功减少了o但补水不进冷凝器，也

18、不沿低压加热器逐级吸热，故获得作功为.75o以200MW机组为例进行等效热降计算分析.76.77.78.79放流式1计算三参数.80汇集式.81放流式.82汇集式.83.84放流式.85.86o无疏水热量进入1低加.87.882计算抽汽等效热降和抽汽效率.893计算新蒸汽等效热降(1）新蒸汽毛等效热降 HM.904计算辅助成份的作功损失o计算新蒸汽等效热降时知，新蒸汽毛等效热降 HM 扣除热系统全部辅助成份的作功损失，就得到新蒸汽净等效热降。.91o给水泵消耗功，但又以热量形式回收利用于能级6，故按本章计算法则，给水泵损失功为.92供汽损失功回收利用到系统的功.93.94.95.96.975新

19、蒸汽净等效热降6 新蒸汽再热系数计算.98(2）新蒸汽毛再热系数 azrM计算o(3）新蒸汽净再热系数 a z r 计算o a z r=0.01112oazr=azrM-a z r=0.877756.997计算汽轮装置效率io等效热降的基本计算完成！o以后此类机组直接使用即可！.100o a z r=0.01112o a z r=a f 14+a zr(散热损失引起）.101火电厂热力系统局部定量计算分析o一、轴封汽的渗漏量的变化带来的经济影响n计算思路n（1）蒸汽出系统带来的作功损失n（2）回收利用到系统内带来的作功增加n两者之差即是！.102o调速汽门的门杆漏汽 afmo轴封 A 处漏汽

20、被收集利用于加热器 j 中；o轴封 B 处漏汽 进入轴封加热器，加热主凝结水；o轴封 C 处漏汽 收集利用于加热器 1 中。.103.104.105二、厂用蒸汽引起的变化o如厂用汽份额 ac 0.05.106三、喷水减温系统o1、过热器喷水n给水泵出口分流n最高加热器出口分流无影响.107减温水来自给水泵出口的系统o由于喷水减温，分流量 a,不经过高压加热器，减少了 7、6 加热器的回热抽汽，作功增加.108再热器喷水o（一）喷水从高压加热器出口分流o喷水现吸收hzr-hfw 原吸收h0-hfw+hzr-hzl.109喷水从给水泵抽头分流o从给水泵抽头分流的减温水，再热器喷水份额为 aPs，由

21、于不经过高压加热器及其产生的汽流不流经汽轮机的高压缸，故少做功.110循环的吸热量下降.111四、加热器端差 To加热器端差是指加热蒸汽的饱和温度与加热器出口水温之差。.112注意：在计算中必须区别下面几种情况，分别采用不同的计算公式：o(1）流经加热器的水份额不是 1，而是 aH，则新蒸汽等效热降降低 H 的计算式为.113(2）当加热器如 j+1 有疏水冷却器时，加热器加 j 出现加热不足如图：.114(3）当加热器加 j+1 是汇集型加热器时，加热器j 出现加热不足 如图o这时加热不足 将使流过加热器 j 中的水份额 aH 发生变化，当端差或加热不足增大时为正.115(4）最后一个高压加

22、热器不仅有作功变化，而且还有循环吸热量变化。.116五、工质渗漏的作功能力损失o排污利用分析.117六、低压省煤器.118七抽气器系统o蒸汽抽气器所需要的蒸汽源，可以是新蒸汽，也可以是高压除氧器汽平衡管的蒸汽。n由于抽气器的耗汽，新蒸汽的作功能力将下降，机组的热经济性相应降低。使用新蒸汽汽源，由于其能位高，损失的作功能力就大。.119n使用除氧器汽平衡管的汽源，由于蒸汽的能位不是太高，相应的作功能力损失较小，与新蒸汽源相比，其经济性相对说来较高。n在定压除氧时，该汽源压力稳定，有利于抽气器的可靠工作。n所以大型机组多数采用这种汽源系统。.120o为了完善抽气器系统，减少损失，提高经济效益，通常

23、都装有抽气加热器，对抽气器排出的混合汽体进行余热回收利用。当然，冷却抽气器排汽也是维持多级抽气器正常工作所必需的条件。.121做功损失计算用新蒸汽作为抽气器汽源的系统.122用除氧器汽平衡管蒸汽作抽气器汽源o按等效热降应用法则分析。抽气器耗汽 ac可视为一个单独的闭合回路，即从冷凝器开始，份额为 ac的凝结水沿各低压加热器加热后，进入除氧器，在除氧器中继续加热，并汽化成饱和蒸汽，该蒸汽在抽气器中完成抽气任务后，排入抽气加热器中进行余热回收利用，其凝结水返回冷凝器继续循环。.123o损失作功:回收功.124o抽气器系统的作功损失为.125o这种定量分析方法，可以用来比较蒸汽抽气器与水力抽气器以及

24、机械真空泵的经济效益。o目前，不少电厂同时设有蒸汽抽气器和水力抽气器。这时，可将蒸汽抽气器系统的作功损失转换为电功，再与水力抽气器所耗电功相比较，从而确定它们的经济运行方案。.126八补充水系统o化学补水进入热系统的方式通常有两种。n将化学补水直接补入除氧器n从冷凝器补入。.127o当从冷凝器补入时，化学补水可以在冷凝器中实现初步除氧。当补水温度低于冷凝器排汽温度（一般除盐水温在 20 左右）且以喷雾状态进入冷凝器喉部，则可利用冷的补水回收利用一部分排汽废热，改善冷凝器的真空。o同时，由于补水流经低压加热器，利用低能位抽汽逐级进行加热，减少了高能位的抽气（与补入除氧器相比）。因而提高了装置的热

25、经济性。o所以，现代化大型凝汽式机组采用化学深度除盐水作补充水时，其补水多数从冷凝器补入。.128补充水引入系统要求：应除氧；尽量减少补充水引入热力系统时引起的不可逆损失温差小的地方在哪里？.129o为便于调节水量，或除氧器（小机组）或凝汽器（大中机组）.130补充水的加热o利用电厂的废热（如锅炉连续排污）和汽轮机的回热抽汽进行加热是最有效的o汇入系统的地点不同，经济性不同.131o如果不计冷凝器真空变化，由于补水引起新蒸汽的作功变化，按热水进系统分析，得o就是说，化学补水进入冷凝器，在不计真空变化带来的好处时，不论其补水温度如何，均不会产生作功增益，但也不会产生作功损失。.132o补水从除氧

26、器补入的系统。由于补水引起蒸汽为作功变化，可以用等效热降原理，按热水进系统分析，得.133散热损失.134切除加热器及部分给水自动旁路短路o切除最后一个高压加热器：按照等效热降原理，这时，该加热器所需的全部抽汽热量将返回汽轮机作功，其电功率将增加.135或者：.136连续切除多个加热器（从 j 到 z）时，其电功率增长为.137o连续切除多个加热器（从 j 到 z）时，装置效率相对降低.138疏水冷却器o由于增设疏水冷却器，疏水冷却放出热量的利用场所和使用能级发生了变化。.139内置式蒸汽冷却器o采用蒸汽冷却器将使能级 j 上的蒸汽过热度热量 移到j1 能级上使用。其结果使 j 十 1 级得到

27、热量 Tj，作功增加；相反，j 级因送出热量，作功减少。因此，新蒸汽等效热降增值.140外置式串联蒸汽冷却器o它利用抽汽过热度加热回热终了的给水，借以提高给水的终温，以达到提高热经济性的目的.o其优点是抽汽过热度可跨越几个抽汽能级，利用于较高能位上o缺点是蒸汽冷却器的进口水温较高，过热度利用不完全，蒸汽冷却器出口的蒸汽仍具有相当程度的过热度，且给水温度愈高，这个缺点就愈突出。.141o由于蒸汽冷却器从 j 段抽汽带走热量，增加了 j 级的抽汽，损失作功。如果考虑蒸汽冷却器对抽汽产生的压损，使加热器 j 出口产生给水加热不足，损失作功。.142外置式并联蒸汽冷却器o它从加热器出口分流一部分水去蒸

28、汽冷却器，用以吸收抽汽过热度热量。由于蒸汽冷却器的进水温度相对降低，抽汽过热度能得到充分利用。被利用的过热度热量将根据它的品位高低和分流水量的大小，自动分配、利用于不同能级，顺利地实现了多级梯度开发利用，从而获得较好的热经济效果。.143.144.145蒸汽压损o抽汽压损是指加热器抽汽在加热器中，以及从抽汽口到加热器沿途管道上产生的压力损失的总和。抽汽压损无明显热量散失，是一种不明显热力损失。它使蒸汽的作功能力下降，热经济性降低。.146o抽汽压损（包括压损增加）将使加热器汽侧压力降低，因而加热器出口水温下降，出现给水加热不足 和疏水放热产生 的变化.147凝汽器过冷度o凝汽器在运行中由于各种原因凝结水温度有可能低于凝汽器压力所对应的饱和温度，这个差值，通常称为凝汽器的过冷度。过冷度将使冷源损失增大，损失作功能力，降低装置热经济性。.148o凝汽器过冷度的存在使#1加热器抽汽量增加，多耗热量，因而损失作功能力.149能级贬值o加热器水位过低运行，发生疏水冷却器未能充分发挥作用，疏水冷却不足，使热量由 j 转移到 j-1 中。o这时，该热量的数量没有变化，也没有出系统，不存在热量损失，但是，热量由高能级转入到低能级，发生了贬值，产生了作功能力损失。.150.151加热器逐级排气发生串汽.152o运行中倒换疏水系统的作功能力损失o再循环系统的作功能力损失.