1第三节第三节 发电厂原则性热力系统计算发电厂原则性热力系统计算一、计算背景及目的一、计算背景及目的二、计算所需原始资料二、计算所需原始资料三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤发电厂原则性热力系统二2计算背景：计算背景： （1）论证发电厂原则性热力系统的新方案；）论证发电厂原则性热力系统的新方案；（2）新型汽轮机本体的定型设计；）新型汽轮机本体的定型设计；（3）设计电厂采用非标准设计；）设计电厂采用非标准设计；（4）扩建电厂设计时，新旧设备共用的热力系统；）扩建电厂设计时，新旧设备共用的热力系统；（5）运行电厂对原有热力系统作较大改进；）运行电厂对原有热力系统作较大改进；（6）分析研究发电厂热力设备的某一特殊运行方式）分析研究发电厂热力设备的某一特殊运行方式一、计算背景及目的一、计算背景及目的发电厂原则性热力系统二3计算目的：计算目的： 确定电厂在不同负荷工况下各部分汽水流量及其参数、确定电厂在不同负荷工况下各部分汽水流量及其参数、发电量、供热量及其全厂热经济指标，由此衡量热力设备发电量、供热量及其全厂热经济指标，由此衡量热力设备的完善性，热力系统的合理性，运行的安全性和全厂的经的完善性，热力系统的合理性，运行的安全性和全厂的经济性。济性。 对于凝汽式发电厂，一般计算最大电负荷和平均电负对于凝汽式发电厂，一般计算最大电负荷和平均电负荷两种工况，若夏季电负荷较高、而供水条件恶化，还需荷两种工况，若夏季电负荷较高、而供水条件恶化，还需计算夏季工况。计算夏季工况。 对于仅有全年工艺热负荷的热电厂，一般计算电热负荷对于仅有全年工艺热负荷的热电厂，一般计算电热负荷均为最大和电负荷最大、平均热负荷的工况。对于采暖热均为最大和电负荷最大、平均热负荷的工况。对于采暖热负荷的热电厂，还应计算采暖热负荷为零的夏季工况。负荷的热电厂，还应计算采暖热负荷为零的夏季工况。一、计算背景及目的一、计算背景及目的发电厂原则性热力系统二4（1）计算条件下发电厂原则性热力系统图）计算条件下发电厂原则性热力系统图（2）给定的电厂计算工况：）给定的电厂计算工况： 对凝汽式电厂是指全厂电负荷或锅炉蒸发量。对凝汽式电厂是指全厂电负荷或锅炉蒸发量。 汽轮机通常以最大负荷、额定负荷、经济负荷、冷却汽轮机通常以最大负荷、额定负荷、经济负荷、冷却水温升高至水温升高至33时的夏季最大负荷、二阀全开负荷、一阀时的夏季最大负荷、二阀全开负荷、一阀全开负荷等作为计算工况。全开负荷等作为计算工况。 锅炉则以额定蒸发量锅炉则以额定蒸发量D Db b、90%D90%Db b 、70%D70%Db b 、50%D50%Db b等作为等作为计算工况。计算工况。 对于热电厂是指全厂电负荷、热负荷或锅炉蒸发量。对于热电厂是指全厂电负荷、热负荷或锅炉蒸发量。二、计算所需原始资料二、计算所需原始资料发电厂原则性热力系统二5（3 3）汽轮机、锅炉及热力系统主要技术数据：）汽轮机、锅炉及热力系统主要技术数据： 汽轮机、锅炉类型、容量；汽轮机、锅炉类型、容量； 汽轮机初终参数、再热参数；汽轮机初终参数、再热参数； 机组相对内效率、机械效率和发电效率机组相对内效率、机械效率和发电效率 锅炉过热器出口参数、再热参数、汽包压力、给水锅炉过热器出口参数、再热参数、汽包压力、给水温度、锅炉效率和排污率温度、锅炉效率和排污率 热力系统各回热抽汽参数、各级回热加热器进出水热力系统各回热抽汽参数、各级回热加热器进出水参数及疏水参数、加热器效率参数及疏水参数、加热器效率 轴封系统有关数据轴封系统有关数据二、计算所需原始资料二、计算所需原始资料发电厂原则性热力系统二6（4 4）给定工况下辅助热力系统的有关数据：）给定工况下辅助热力系统的有关数据： 化学补充水温、暖风器、厂内采暖、生水加热器等耗化学补充水温、暖风器、厂内采暖、生水加热器等耗汽量及其参数，驱动给水泵和风机的小汽轮机的耗汽量及汽量及其参数，驱动给水泵和风机的小汽轮机的耗汽量及其参数（或小汽轮机的功率、相对内效率、进出口蒸汽参其参数（或小汽轮机的功率、相对内效率、进出口蒸汽参数和给水泵、风机的效率等），厂用汽水损失，锅炉连续数和给水泵、风机的效率等），厂用汽水损失，锅炉连续排污扩容器及其冷却器的参数、效率。排污扩容器及其冷却器的参数、效率。 对供采暖的热电厂还应有热水网温度调节图、热负荷对供采暖的热电厂还应有热水网温度调节图、热负荷与室外温度关系图（或给定工况下热网加热器进出口水温）与室外温度关系图（或给定工况下热网加热器进出口水温）、热网加热器效率、热网效率。、热网加热器效率、热网效率。二、计算所需原始资料二、计算所需原始资料发电厂原则性热力系统二7三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤（1）与机组原则性热力计算共同点）与机组原则性热力计算共同点 联立求解多元一次线性方程组；联立求解多元一次线性方程组； 计算原理和基本方程式是相同的；计算原理和基本方程式是相同的； 均可用汽水流量的绝对量也均可用相对量来计算；均可用汽水流量的绝对量也均可用相对量来计算； 两者计算的步骤类似。两者计算的步骤类似。（2）与机组原则性热力计算区别）与机组原则性热力计算区别 计算范围和要求不同计算范围和要求不同 全厂原则性热力系统是包括了锅炉、管道和汽轮机在全厂原则性热力系统是包括了锅炉、管道和汽轮机在内的全厂范围计算，需合理选取锅炉效率、厂用电率，最内的全厂范围计算，需合理选取锅炉效率、厂用电率，最终求得的为全厂热经济指标终求得的为全厂热经济指标发电厂原则性热力系统二8三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤（2）与机组原则性热力计算区别）与机组原则性热力计算区别 小流量蒸汽量的选取小流量蒸汽量的选取 射汽抽气器汽耗量射汽抽气器汽耗量D Dejej=0.5%D=0.5%D0 0 轴封冷却器汽耗量轴封冷却器汽耗量D Dsgsg=2%D=2%D0 0 全厂性汽水损失全厂性汽水损失D Dl l=1.5%-3.5%D=1.5%-3.5%Db b 锅炉连续排污量锅炉连续排污量D Dblbl=1%-5%D=1%-5%Db b 上述蒸汽流量须折算为以上述蒸汽流量须折算为以D0D0（汽轮机进汽量）为基准（汽轮机进汽量）为基准的份额，前三项按取自新汽管道考虑。的份额，前三项按取自新汽管道考虑。 计算顺序计算顺序 先先“由外到内由外到内”，即从供热设备，即从供热设备( (蒸汽交换器、热网加蒸汽交换器、热网加热器热器) )，水处理设备，水处理设备( (包括蒸发器包括蒸发器) )，锅炉连续排污扩容器，锅炉连续排污扩容器开始进行计算，而后计算机组开始进行计算，而后计算机组“内部的内部的”回热系统，仍是回热系统，仍是“从高到低从高到低”的顺序进行计算的顺序进行计算发电厂原则性热力系统二9三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤（2）与机组原则性热力计算区别）与机组原则性热力计算区别 某些物理概念某些物理概念 1 1）汽轮机汽耗：不仅只包括参与做功的蒸汽量）汽轮机汽耗：不仅只包括参与做功的蒸汽量D D0 0，还，还包括与汽轮机运行有关的非做功汽耗，如门杆漏汽包括与汽轮机运行有关的非做功汽耗，如门杆漏汽D Dlvlv，射，射汽抽气器汽耗量汽抽气器汽耗量D Dejej，轴封汽耗量，轴封汽耗量D Dsgsg 汽轮机汽耗量汽轮机汽耗量 锅炉蒸发量锅炉蒸发量 全厂补水量全厂补水量 全厂给水量全厂给水量 发电厂原则性热力系统二10三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤发电厂原则性热力系统二11三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤（2）与机组原则性热力计算区别：）与机组原则性热力计算区别： 某些物理概念某些物理概念 2 2）汽轮机热耗：由于全厂物质平衡的变化和辅助热力）汽轮机热耗：由于全厂物质平衡的变化和辅助热力系统引入汽轮机回热系统时带有热量，汽轮机热耗也发生系统引入汽轮机回热系统时带有热量，汽轮机热耗也发生变化。变化。 机组计算：机组计算： 全厂计算：全厂计算： 发电厂原则性热力系统二12三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤（3）计算步骤）计算步骤 整理原始资料，编制汽水参数表整理原始资料，编制汽水参数表 新汽压损新汽压损pp0 0=(3%-7%)p=(3%-7%)p0 0，大容量机组取，大容量机组取5%5% 再热蒸汽压损再热蒸汽压损pprhrh10%p10%prh,Irh,I 各级回热抽汽管道压损各级回热抽汽管道压损ppj j=(3%-8%)p=(3%-8%)pj j 各抽汽比焓、疏水比焓、排汽比焓、主凝结水比焓各抽汽比焓、疏水比焓、排汽比焓、主凝结水比焓 加热器出入口端差、加热器出口水比焓、疏水冷却器加热器出入口端差、加热器出口水比焓、疏水冷却器出口水比焓出口水比焓 发电厂原则性热力系统二13三、计算方法与步骤三、计算方法与步骤（3）计算步骤）计算步骤 整理原始资料，编制汽水参数表整理原始资料，编制汽水参数表 若未给定锅炉效率，可参考同参数、同容量、燃用煤若未给定锅炉效率，可参考同参数、同容量、燃用煤种相同的同类锅炉效率选取种相同的同类锅炉效率选取 锅炉连排压力视扩容蒸汽引至何级加热器而定，若引锅炉连排压力视扩容蒸汽引至何级加热器而定，若引至除氧器，需考虑除氧器滑压或定压运行方式而定，并至除氧器，需考虑除氧器滑压或定压运行方式而定，并选取合适压损选取合适压损 按先按先“由外到内由外到内”，再，再“从高到低从高到低”顺序计算顺序计算 汽轮机汽耗、热耗、锅炉热负荷及管道效率计算汽轮机汽耗、热耗、锅炉热负荷及管道效率计算 全厂热经济指标计算全厂热经济指标计算 发电厂原则性热力系统二14例题：超临界800MW一次中间再热凝汽式汽轮机发电厂原则性热力系统计算已知：发电厂原则性热力系统图第四节第四节 发电厂原则性热力系统计算举例发电厂原则性热力系统计算举例发电厂原则性热力系统二15一一 汽轮机型式和参数汽轮机型式和参数 俄罗斯800MW超临界机组为单轴、五缸（高中低压缸均为分流）、六排汽、一次再热、凝汽式汽轮发电机组，配直流锅炉。汽轮机的具体型式和参数如下表所示：发电厂原则性热力系统二16二锅炉型式和参数二锅炉型式和参数原煤低位发热量ql=15660kJ/kg，根据煤质条件装有暖风器，用汽轮机的第五段抽汽来加热空气，进出口空气温度分别为1、50，室外气温为5。暖风器的疏水经膨胀箱E，其扩容蒸汽引至7号低压加热器，疏水引至主凝汽器出口。发电厂原则性热力系统二17三三 回热系统及其参数回热系统及其参数该机组回热系统采用八级回热（三高四低一除氧），末两级低压加热器为接触式低压加热器。额定工况时抽汽参数如表所示： K-800-240-5型机组额定工况时回热抽汽参数发电厂原则性热力系统二18四四 汽封系统及其参数汽封系统及其参数（一）主机汽封及其参数主机汽封系统如图所示，其参数如表所示。主机汽封用汽还有： ，K-800-240-5型机组汽封系统的参数发电厂原则性热力系统二19K-800-240-5型机组汽封系统发电厂原则性热力系统二20（二）小汽机汽封、给水泵密封水及其参数小汽机汽封、给水泵密封水及其参数 小汽机汽封系统、给水泵密封水系统如图所示，其参数如表所示。K-800-240-5型机组汽封系统的参数 发电厂原则性热力系统二21K-800-240-5型机组的小汽机汽封，给水泵密封水系统发电厂原则性热力系统二22五五 其它参数的选取其它参数的选取 各抽汽管压损5%8%；工质损失l=0.015；假设分别集中在第三、六级抽汽管上，取l3=0.007，l6=0.008；补充水经软化处理引入主凝汽器，其水温为40；主机的机械效率m=0.994，发电机效率g=0.99，小汽机的机械效率 =0.99 ，给水泵效率fp=0.83；各加热器的效率见以下具体计算。发电厂原则性热力系统二23六六 额定工况下各项热经济指标的详细求解过程额定工况下各项热经济指标的详细求解过程（一） 整理原始资料取新汽压损p0=3%，故： p0=(1p0) p0=(10.03)23.5=22.8MPa， t0=537, h0=3323kJ/kg。再热蒸汽压损prh=14%，再热后进入中压缸的压力 prh=3.34MPa，trh=540，则， hrh=3543kJ/kg。 中压缸排汽至低压缸连通管压损plpc=2%，在焓熵图上作该机组的汽态线，如图所示。该机组各计算点的汽水参数如表所示。发电厂原则性热力系统二24K-800-240-5型机组的汽态线发电厂原则性热力系统二25K-800-240-5型机组各计算点的汽水参数a考虑在给水泵中加热；b忽略在混合处加热；c考虑SC3蒸汽冷却； d考虑出口蒸汽速度损失发电厂原则性热力系统二26（二）计算汽轮机各级抽汽系数计算汽轮机各级抽汽系数j和凝汽系数和凝汽系数 c 1 高压加热器组的计算 高压加热器组系统如图所示，图中标明各处汽水符号 K-800-240-5型机组高压加热器组系统发电厂原则性热力系统二27由H1、H2、H3的热平衡求1、2、3 发电厂原则性热力系统二28进入H3凝结段的蒸汽温度、焓、压力记为 1.90 =1.86MPa = + tw1= 10 + 270 = 280由 、 值查得 =2982kJ/kg 故在H3的凝结热量 进入H3的抽汽系数 为： 发电厂原则性热力系统二29第三级抽汽还供小汽机用汽，已知水泵效率fp, 小汽机机械效率 ，其汽耗系数 为：故第三级抽汽系数 发电厂原则性热力系统二30 2 除氧器除氧器H4的计算的计算 该机组除氧器系统及其汽水符号如图所示 g12, hg12lv, hlv(1+2+r3); hw3dp4HD4, h4c4, hw5ejddtdDTTPfw, hw4FPh4h4K-800-240-5型机组的除氧器系统发电厂原则性热力系统二31可知除氧器排汽d中引至主机汽封的为 ， 引至小汽机汽封的为 ，则d为 除氧器的物质平衡式为： 代入各值得 （1） 除氧器的热平衡式为： （2） 代入各值，将(1)式代入(2)，解得 发电厂原则性热力系统二323 低压加热器低压加热器H5的计算的计算低压加热器组热力系统见图K-800-240-5型低压加热器组系统发电厂原则性热力系统二33暖风器用汽Da取自第四段抽汽，其抽汽系数为a。为求暖风器热耗Qa，需先估算汽轮机纯凝汽运行时的汽耗Dco、锅炉热负荷Qb及其煤耗量Bcp。取由于回热而增大的汽耗系数=1.336，则汽轮机汽耗Do=1.336 1904130 =2544000 kg/h发电厂原则性热力系统二34已知燃煤低位热量ql=15660 kJ/kg，锅炉煤耗量Bcp为空气50、1时比热分别为1.0057、1.0028KJ/(kg)。取暖风器的空气过剩系数a =1.28，空气再循环系数 =0.158，理论空气量L0=5.5 kg/kg。由暖风器的热平衡式求其汽耗量Da、相应抽汽系数a。 解得： 发电厂原则性热力系统二35二号热网加热器BH2用汽也取自第五级抽汽，汽耗量为 、抽汽系数 。先计算热网加热器的热网水流量Gh，由下列热平衡式求：由二号热网加热器的热平衡式求 解得： 发电厂原则性热力系统二36由一号热网加热器BH1、热网疏水冷却器DBH的热平衡式求其汽耗量 ，进水焓 。 （3） （4） 式中 ，按其水压为0.15 MPa，水温80时求得的。联解式（3）、（4）求得DBH1=8070 kg/h，BH1第五级抽汽系数 发电厂原则性热力系统二374 低压加热器低压加热器H6的计算的计算H6热平衡为 (5)混合器M处物质热平衡式 ，其热平衡式为 将混合器物质平衡式及各值代入上式 (6)联解（5）、（6）式，消去 ,得r6 于是 发电厂原则性热力系统二385 低压加热器低压加热器H7及一号轴封冷却器及一号轴封冷却器SG1的计算的计算取暖风器疏水膨胀箱的蒸汽压力为0.1MPa，其饱和蒸汽、饱和水的比焓分别为 , ha = 417.5 kJ/kg。物质平衡式为 ，热平衡式为 将物质平衡式代入，解得 H7物质平衡式 0.70984=7+0.008+0.00285+c8 （7）H7热平衡式 0.70984363.1=72710+0.008326+0.002852675.7+c8（8） SG1热平衡式 （9） 联解（7）、（8）、（9）式，得7=0.03198，c8发电厂原则性热力系统二396 低压加热器低压加热器H8、二号轴封冷却器、二号轴封冷却器SG2的计算的计算H8物质平衡式 c8=0.66701=8+ （10）H8热平衡式 237.2 = （11）SG2热平衡式 代入各值 （12） 联解（10）、（11）、（12）式，得发电厂原则性热力系统二407 汽轮机凝汽系数汽轮机凝汽系数 c的计算及检验的计算及检验凝汽器的凝结水系数wc 式中 误差 是允许的。发电厂原则性热力系统二41（三）汽轮机汽耗（三）汽轮机汽耗D0计算及流量校核计算及流量校核汽轮机 的计算见表由功率平衡式求汽耗D0误差 是允许的。发电厂原则性热力系统二42发电厂原则性热力系统二43发电厂原则性热力系统二44以以D0=2551154kg/h为基准，计算各项汽水流量如表所示为基准，计算各项汽水流量如表所示发电厂原则性热力系统二45（四）热经济指标计算（四）热经济指标计算（1）汽轮机组热耗Q0（2）汽动给水泵功率 KW发电厂原则性热力系统二46（3）汽轮机产电功率 、热耗率qe、热效率 、汽轮发 电机组绝对电效率 Q0e=Q0QhQa = 6699.192 65 183.826 = 6450 GJ/h 式中暖风器热耗： GJ/h kJ/(kWh) 发电厂原则性热力系统二47（4）锅炉热负荷Qb（5）管道效率 注: 此处管道效率按俄罗斯的计算方法发电厂原则性热力系统二48（6）全厂（单元）热耗Qcp、热耗率qcp、净热效率 、全厂（单元）毛效率cp、净效率 Qcp=Qb/b全厂（单元）毛效率 式中，暖风器加热空气的热耗份额 采暖供热的热耗份额 如a=0, h=0，则cp=epb 发电厂原则性热力系统二