第12講第四章發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)

第四章

發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)-4教 師：陳海平郵 箱：辦公室：F8312022年10月26日星期三1第六節(jié)發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的計(jì)算常識(shí)：

機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算：即回?zé)嵯到y(tǒng)熱力計(jì)算，是全廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算的基礎(chǔ)和核心全廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算計(jì)算邊界：二者既有聯(lián)系又有區(qū)別2022年10月26日星期三2一、計(jì)算目的2022年10月26日星期三3機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算目的① 確定某工況時(shí)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和各部分的汽水流量② 根據(jù)最大工況時(shí)的各項(xiàng)汽水流量，選擇有關(guān)的輔助設(shè)備及汽水管道③ 確定某些工況下汽輪機(jī)的功率或新汽耗量④ 新機(jī)組本體熱力系統(tǒng)定型設(shè)計(jì)全廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算目的① 確定發(fā)電廠某一運(yùn)行工況下各部分的汽水流量及其運(yùn)行參數(shù)② 確定某一工況下的發(fā)電量、供熱量及其全廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)③ 根據(jù)最大負(fù)荷工況的計(jì)算結(jié)果，來(lái)選擇鍋爐、熱力輔助設(shè)備、各種汽水管道及其附件等3.計(jì)算方法：定功率計(jì)算和定流量計(jì)算4.應(yīng)用場(chǎng)合①

論證發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的新方案②

新型汽輪機(jī)本體的定型設(shè)計(jì)③

采用非標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)電廠④

擴(kuò)建電廠設(shè)計(jì)時(shí)，新舊系統(tǒng)共用的熱力系統(tǒng)⑤

運(yùn)行電廠對(duì)原有熱力系統(tǒng)作較大改進(jìn)⑥分析研究發(fā)電廠熱力設(shè)備的某一特殊運(yùn)行方式，如高壓加熱器停運(yùn)后減少出力，增大推力軸承的應(yīng)力是否超過(guò)設(shè)計(jì)值等用于電廠設(shè)計(jì)用于電廠校核2022年10月26日星期三4其中ηh為加熱器效率，η′h為流入熱量中蒸汽焓的利用系數(shù)。為了在同一個(gè)熱力系統(tǒng)計(jì)算中采用相同的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)統(tǒng)一采用ηh或η′h，故熱平衡式的寫(xiě)法，在同一個(gè)熱力系統(tǒng)計(jì)算中也采用同一方式，一般情況下都采用加熱器效率ηh。二、計(jì)算的基本公式定功率計(jì)算：熱平衡方程式：

吸熱量=放熱量×ηhΣ流入熱量×η′h

=Σ流出熱量(2)汽輪機(jī)功率方程式：定流量計(jì)算：kJ/hkJ/kg2022年10月26日星期三5kg/h2022-10-266(3)質(zhì)量平衡方程式：(4)循環(huán)吸熱量方程式：kJ/hkJ/kg汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率ηi:2022-10-267主要計(jì)算內(nèi)容①加熱器熱平衡式→各段抽汽量（ΣDj或Σαj）②物質(zhì)平衡式→凝汽量（Dc或αc)③汽輪機(jī)功率方程式→Pe（定流量）或D0（定功率）三、計(jì)算方法2022年10月26日星期三8常規(guī)熱平衡方法常識(shí)：?是最基本的熱力系統(tǒng)分析計(jì)算方法?是一種單純的汽水流量平衡和能量平衡方法(重點(diǎn))?以單個(gè)加熱器為研究對(duì)象?逐級(jí)列出各個(gè)加熱器的汽水質(zhì)量平衡和能量平衡方程，得到各級(jí)加熱器的抽汽流量或抽汽系數(shù)?利用功率方程和循環(huán)吸熱量方程，求得系統(tǒng)或全廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、機(jī)組輸出功率或新蒸汽耗量等熱平衡方程的具體擬定方法①疏水自流式加熱器圖(a)第j號(hào)加熱器：②帶疏水泵加熱器組成的系統(tǒng)圖(b)第(z-1)號(hào)加熱器：圖(c)第z號(hào)加熱器：③疏水自流入熱井的系統(tǒng)圖(d)圖(e)2022年10月26日星期三9廣義冷源熱損失求解方法方法一：以凝汽器和末級(jí)加熱器為熱平衡對(duì)象kJ/hkJ/kg方法二：以整個(gè)回?zé)嵯到y(tǒng)(凝汽器和所有加熱器)為熱平衡對(duì)象通式：

△Qc=Σ流入熱量-返回鍋爐熱量2022年10月26日星期三102.矩陣分析法不同型式加熱器的抽汽放熱量qj、疏水放熱量γj、給水焓升τj對(duì)于疏水放流式加熱器：匯集式加熱器：2022年10月26日星期三11整理后的各級(jí)加熱器熱平衡方程式(圖4-48)2022年10月26日星期三12寫(xiě)成矩陣方程為：發(fā)電廠熱力系統(tǒng)汽水分布狀態(tài)通用方程簡(jiǎn)記為：A·X=TX

=

A-1·T2022年10月26日星期三13知識(shí)點(diǎn)：A、X、T分別稱為系數(shù)矩陣、未知數(shù)矩陣和常數(shù)矩陣A中元素aij(i為行，j為列)的填寫(xiě)規(guī)則?

i＜j，aij=0?

i=j，aij

=qi?i＞j時(shí)有兩種情況：i級(jí)加熱器接收j級(jí)加熱器的疏水，aij=γi；否則ai2022年10月26日星期三142022年10月26日星期三15矩陣方程特點(diǎn)①

方程結(jié)構(gòu)與熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，熱力系統(tǒng)一定，即可寫(xiě)出相應(yīng)的矩陣方程②

運(yùn)行方式、設(shè)備性能改變只改變方程中某些元素的數(shù)值常規(guī)的手工計(jì)算：本教材主要內(nèi)容①

定功率算法：以汽輪發(fā)電機(jī)組的輸出電功率Pe為定值，通過(guò)計(jì)算求得所需要的蒸汽量。設(shè)計(jì)和運(yùn)行部門(mén)采用較為普遍②

定流量算法：給定汽輪機(jī)進(jìn)汽量D0，通過(guò)計(jì)算求得汽輪發(fā)電機(jī)組的輸出電功率Pe。汽輪機(jī)制造廠多采用無(wú)論采用哪種計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果應(yīng)一致四、計(jì)算步驟2022年10月26日星期三16常識(shí)：① 矩陣法適合于計(jì)算機(jī)求解，對(duì)矩陣方程聯(lián)立求解，一次即可獲得(z+1)個(gè)未知數(shù)，為并聯(lián)法② 常規(guī)法用手工計(jì)算，計(jì)算次序是先“先外后內(nèi)”，再“從高到低”，為串聯(lián)法計(jì)算步驟：① 整理原始資料并作合理假定② 各級(jí)回?zé)岢槠康挠?jì)算③ 凝汽系數(shù)或新汽耗量的計(jì)算，或汽輪機(jī)功率計(jì)算④ 對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核⑤ 熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和各處汽水流量計(jì)算2022年10月26日星期三171.整理原始數(shù)據(jù)①根據(jù)汽輪機(jī)熱力特性原始數(shù)據(jù)，整理成計(jì)算所需的各處汽、水比焓值；畫(huà)出汽輪機(jī)蒸汽膨脹過(guò)程h-s圖或整理成熱力系統(tǒng)汽水參數(shù)表②根據(jù)鍋爐主要技術(shù)數(shù)據(jù)，整理成計(jì)算所需的各處汽、水比焓值，確定鍋爐熱效率和排污率等③確定給定工況下輔助熱力系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)④合理選擇及假定未給出的數(shù)據(jù)：新蒸汽壓損△p0：△p0=(3%～7%)p0再熱壓損△prh

：△prh≤10%prh，prh為高壓缸排汽壓力抽汽壓損△pj

：△pj=(3%～8%)pj出口端差θj及入口端差θj

：按照加熱器端差推薦值選取ηh=0.98～0.99，η′h=0.985～0.995，ηm=0.99左右，ηg=0.98～0.992022年10月26日星期三182.確定計(jì)算工況①凝汽式電廠：針對(duì)全廠電負(fù)荷或鍋爐蒸發(fā)量

汽輪機(jī)：通常以最大負(fù)荷、額定負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷、冷卻水溫升高至33℃時(shí)的夏季最大負(fù)荷、二閥全開(kāi)負(fù)荷、一閥全開(kāi)負(fù)荷等作為計(jì)算工況

鍋爐：從額定蒸發(fā)量Db、90%Db、70%Db、50%Db等蒸發(fā)量作為計(jì)算工況②熱電廠：指全廠的電負(fù)荷、熱負(fù)荷等也有不同電、熱負(fù)荷或鍋爐蒸發(fā)量作為計(jì)算工況2022年10月26日星期三193.回?zé)岢槠坑?jì)算●2022年10月26日星期三204.物質(zhì)平衡和機(jī)組輸出功率計(jì)算①質(zhì)量平衡式：計(jì)算凝汽量Dc、凝汽系數(shù)αc或新蒸汽耗量D0②功率方程式：計(jì)算汽輪發(fā)電機(jī)組輸出功率物質(zhì)平衡和機(jī)組輸出功率計(jì)算①計(jì)算誤差校核：利用質(zhì)量平衡方程式或功率方程式進(jìn)行計(jì)算誤差的校核，滿足工程上允許的1%～2%以下誤差范圍即可②假設(shè)數(shù)據(jù)校核：通過(guò)反復(fù)迭代至更準(zhǔn)確的程度物質(zhì)平衡和機(jī)組輸出功率計(jì)算①計(jì)算機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、鍋爐熱效率、管道熱效率②計(jì)算全廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：全廠發(fā)電和供電熱效率、煤耗率、熱耗率等五、全廠熱力計(jì)算和機(jī)組熱力計(jì)算的異同2022年10月26日星期三21共同點(diǎn)①計(jì)算的實(shí)質(zhì)都是聯(lián)立求解多元一次線性方程組②計(jì)算原理和基本方程式是相同的③既可用汽水流量的絕對(duì)量來(lái)計(jì)算，也可以采用以1kg相對(duì)量為基準(zhǔn)④二者的計(jì)算步驟相近不同點(diǎn)⑤計(jì)算范圍和要求不同。⑥小流量的汽耗量處理方式不同。⑦計(jì)算內(nèi)容有所不同⑧某些項(xiàng)目的物理概念不同注意點(diǎn)：發(fā)生變化幾個(gè)物理概念主要是汽水質(zhì)量流量汽輪機(jī)的汽耗量：D′0=

D0+Dsg鍋爐蒸發(fā)量：

Db=

D′0+Dl全廠補(bǔ)充水量：Dma=D′bl+Dl全廠給水量：

Dfw=

Db+

Dbl=

D′0+Dl+D′bl+Df=

D′0+Df+Dma全廠原則性熱力系統(tǒng)汽輪機(jī)熱耗計(jì)算式(4-56)機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)汽輪機(jī)熱耗(循環(huán)吸熱量)計(jì)算式(4-40)2022年10月26日星期三22六、熱耗率的修正和非額定工況的計(jì)算2022年10月26日星期三23熱耗率的修正

依據(jù)汽輪機(jī)制造廠家提供的主蒸汽壓力及溫度、再熱蒸汽溫度、冷卻水溫度、各級(jí)回?zé)峒訜崞鞯钠畢?shù)修正曲線等，計(jì)算某參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值的總汽耗量，以修正新蒸汽流量

根據(jù)修正后的新蒸汽流量，再查廠家提供的新蒸汽流量與給水溫度、汽耗率、熱耗率曲線，即可求得某些參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值工況下的機(jī)組熱耗率，據(jù)此來(lái)計(jì)算全廠熱耗率等熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)2022年10月26日星期三242.非額定工況全廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算確定汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率：與蒸汽流量(未知)或各級(jí)組的前后壓力有關(guān)?

調(diào)節(jié)級(jí)：根據(jù)蒸汽流量或壓力降來(lái)確定?

中間各非調(diào)節(jié)級(jí)：很大負(fù)荷變化范圍內(nèi)不隨工況改變?

尾部各級(jí)：根據(jù)壓力降求出確定未知的蒸汽流量?

初次計(jì)算：近似工況汽態(tài)線確定流量?

二次計(jì)算：以初次計(jì)算流量確定汽態(tài)線必要時(shí)：進(jìn)行汽輪機(jī)變工況熱力計(jì)算或者熱力試驗(yàn)來(lái)確定蒸汽流量2022年10月26日星期三25第七節(jié)原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算舉例一、機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算示例：P1382022年10月26日星期三26

依據(jù)如圖4-51所示的N300-16.65/537/537型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)，采用常規(guī)熱平衡方法，在下列已知條件下，求300MW亞臨界參數(shù)、

雙缸雙排汽、凝汽式機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下的機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。設(shè)計(jì)工況下的已知條件：Pe=300MW，ηm=0.99，ηg=0.985N300-16.65/537/537型機(jī)組回汽及軸封汽參數(shù)思考①汽輪機(jī)排汽和末一級(jí)抽汽均為濕蒸汽，如何求它們的焓值？②漏汽引入第四級(jí)加熱器和軸加的原則是什么？2022年10月26日星期三27解題步驟：整理原始數(shù)據(jù)①

根據(jù)已知循環(huán)參數(shù)和△p0、△prh、pc在h-s圖上畫(huà)出汽輪機(jī)蒸汽膨脹過(guò)程線，如圖4-52所示，得到主蒸汽比焓h0、各級(jí)抽汽比焓hj及排汽比焓hc，以及再熱蒸汽吸熱量qrh也可以根據(jù)p、t查水蒸氣性質(zhì)表或計(jì)算得出上述焓值思考：加熱器水側(cè)壓力如何選擇？加熱器疏水焓如何確定？2022年10月26日星期三28②根據(jù)水蒸氣性質(zhì)表或計(jì)算查得各級(jí)加熱器出口水比焓及有關(guān)疏水比焓②匯總獲得的計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)于表4-142022年10月26日星期三292.各級(jí)回?zé)岢槠禂?shù)的計(jì)算：采用相對(duì)量(1)H1高壓加熱器：取αfw=1.0，H1的熱平衡方程式為：H1的疏水系數(shù)為：αs1=α1=0.074925為什么？2022年10月26日星期三30(2)H2高壓加熱器：H2的熱平衡方程式為：H2的疏水系數(shù)為：αs2=αs1+α2=0.074925+0.082307=0.15723再熱蒸汽系數(shù)為：αrh=1-α1-α2=1-0.074925-0.082307=0.84為什么？2022年10月26日星期三31(3)H3高壓加熱器2022年10月26日星32給水泵的出入口壓力如何確定？先計(jì)算給水泵的焓升：H3的熱平衡方程式為：H3的疏水系數(shù)為：αs3=αs2+α3=0.157232+0.04028=0.197512為什么？期三(4)H4除氧器(HD)注意點(diǎn)：除氧器熱平衡方程為：2022年10月26日星期三33(5)H5低壓加熱器：熱平衡方程式為：H5的疏水系數(shù)為：αs5=α5=0.041246(6)H6低壓加熱器：熱平衡方程式為：H6的疏水系數(shù)為：αs6=αs5+α6=0.041246+0.041246=0.0625042022年10月26日星期三34(7)H7低壓加熱器：熱平衡方程式為：H7的疏水系數(shù)為：αs7=αs6+α7=0.062504+0.033853=0.0963572022年10月26日星期三35(8)H8低壓加熱器： 將H8與SG作為一個(gè)整體考慮，采用如圖4-53所示的熱平衡范圍來(lái)列出其質(zhì)量平衡和熱平衡方程質(zhì)量平衡方程為：熱平衡方程式為：2022年10月26日星期三363.凝汽系數(shù)的計(jì)算與質(zhì)量平衡校核由前述熱井處的質(zhì)量平衡方程可得：由汽輪機(jī)通流部分的質(zhì)量平衡來(lái)計(jì)算凝汽系數(shù)αc得：兩者計(jì)算結(jié)果相同，表明以上計(jì)算正確2022年10月26日星期三374.新蒸汽量D0的計(jì)算及功率校核根據(jù)抽汽做功不足多耗新汽的公式來(lái)計(jì)算D0Yj為各級(jí)抽汽做功不足系數(shù)，如何理解之？(1)Dc0的計(jì)算t/h2022年10月26日星期三38(2)D0的計(jì)算：αjhj、αjYj和Dj的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表4-152022年10月26日星期三39抽汽做功不足的汽耗增加系數(shù)β為：汽輪機(jī)的新蒸汽耗量為：D

=D

β=712.0038×1.288481=917.403368

t/h0

c02022年10月26日星期三40(3)

功率校核1kg新蒸汽比內(nèi)功wi為：汽輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率為：計(jì)算誤差：誤差非常小，在工程允許范圍內(nèi)，表明上述計(jì)算正確2022年10月26日星期三415.機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算(1)汽輪機(jī)絕對(duì)內(nèi)效率ηi單位工質(zhì)的循環(huán)吸熱量，亦即1kg新蒸汽的熱耗量為：kJ/kg汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電內(nèi)效率ηe汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗率q0kJ/(kW?h)汽輪發(fā)電機(jī)組的汽耗率d0kg/(kW?h)2022年10月26日星期三42二、發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)計(jì)算示例2022年10月26日星期三43

N1000-26.25/600/600型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)如圖4-54所示，采用常規(guī)熱平衡方法，在下列已知條件下，求1000MW超超臨界參數(shù)、單軸、四缸四排汽、雙背壓、反動(dòng)凝汽式機(jī)組在閥門(mén)全開(kāi)工況下的全廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。閥門(mén)全開(kāi)工況下的已知條件如下：1.

鍋爐型式和參數(shù)2022年10月26日星期三442.汽輪機(jī)型式和參數(shù)●回?zé)嵯到y(tǒng)為“三高四低一除氧”組成，H1～H3號(hào)高壓加熱器及H5低壓加熱器均設(shè)置有蒸汽冷卻段和疏水冷卻段，H6低壓加熱器帶疏水泵，H7、H8低壓加熱器無(wú)疏水冷卻段，但疏水進(jìn)入一個(gè)疏水冷卻器DC，各加熱器的端差見(jiàn)表4-16所示。2022年10月26日星期三45VWO工況下回?zé)嵯到y(tǒng)計(jì)算點(diǎn)汽水參數(shù)（表4-17）2022年10月26日星期三463.小汽水流量軸封蒸汽量及其參數(shù)如表4-18所示，全廠汽水損失Dl=0.01Db2022年10月26日星期三474.其它有關(guān)數(shù)據(jù)：計(jì)算工況下●5.新蒸汽、再熱蒸汽計(jì)算點(diǎn)參數(shù)2022年10月26日星期三482022年10月26日星期三49解：原始數(shù)據(jù)的整理:如表4-17～表4-19全廠物質(zhì)平衡汽輪機(jī)總汽耗量：D"0=D0鍋爐蒸發(fā)量：Db=

D"0+Dl

=D0+0.01DbDb=1.0101D0Dfw=Db=1.0101D0Dma=Dl=0.01Db=0.010101D0鍋爐給水量：補(bǔ)充水量：3.計(jì)算汽輪機(jī)各級(jí)抽汽流量Dj：熱平衡與質(zhì)量平衡(1)由高壓加熱器H1熱平衡計(jì)算D1(2)由高壓加熱器H2熱平衡計(jì)算D22022年10月26日星期三50再熱蒸汽流量Drh的計(jì)算(3)由高壓加熱器H3熱平衡計(jì)算D32022年10月26日星期三51(4)由除氧器H4熱平衡計(jì)算D4計(jì)算工況下再熱減溫水量為0，除氧器出口水量(給水泵出口水量)為：第四段抽汽D4包括除氧器加熱用蒸汽D′4和小汽輪機(jī)用蒸汽Dlt兩部分2022年10月26日星期三52(5)由低壓加熱器H5熱平衡計(jì)算D5(6)由低壓加熱器H6熱平衡計(jì)算D6聯(lián)立式(5)和(6)得D5=0.044507

D0，D6=0.048469

D02022年10月26日星期三53(7)由低壓加熱器H7熱平衡計(jì)算D7(8)由H8、DC、SG和熱井構(gòu)成一個(gè)整體的熱平衡計(jì)算D82022年10月26日星期三544.凝汽流量Dc的計(jì)算與校核熱井質(zhì)量平衡來(lái)計(jì)算凝汽流量Dc，質(zhì)量平衡方程為：汽輪機(jī)質(zhì)量平衡來(lái)校核凝汽流量，質(zhì)量平衡方程為：結(jié)論：誤差很小，滿足工程要求2022年10