热电厂热经济性指标分析实证研究.docx

摘 要热电联产集中供热具有明显地节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是治理大气污染和提高能源综合利用率的重要手段之一。本文结合大唐黑龙江省鸡西热电厂生产运行的实际问题分析，对热电厂热经济运行进行了以下的分析和研究。 （1）阐述热电联产原则性热力系统拟定，主设备性能的优选。（2）对不供热机组联合运行热负荷的分配，热力计算及经济指标的计算。 （3）根据计算比较热量法与(火用)方法在热力系统分析计算上的差别。 （4）针对日益增长的热负荷需求，结合热电厂生产运行的实际问题进行具体分析计算，得出如何做好经济指标分析的结论。关键词：热电联产；热经济性指标；热负荷；热分摊比；经济运行；原则性热力系统AbstractHeat and electricity cogeneration and concentrated heat supply can realize.The project of has the synthetic of saving energy,environmental protection,improving the quality of heating and increasing electricity servicing.It's one of the important measure for the city to deal with the air pollution and enhancing the energy's synthetic utilization ratio.And it's also the basal establishment of commonweal to improve citizen's living level,which just accords to our county' s sustainable development strategy.This paper provides the analysis and study of economic operation of heat power plan,which combines with problems indwelled in practical production.The followings are the main contents：1. The paper conducts the distribution of heat load, thermodynamical calculation and economic index calculation for the union operation of various heating units.2. This article analyses and studies the factors that affect the economic index of the heat power plan， and gives out the approaches and measures which achieve better benefit in practice.3. Thermal power plant to run economic analysis and decision-making；Thermal power plant and set of assessment of economic and technical indicators.4. Heat load for the growing needs of Dalian Thermal Power Plant to run a specific analysis of the actual question, how do draw conclusions of the analysis of economic indicators.Key words：Heat and electricity cogeneration，thermo-economic index，heat load，heat distribution ratio，economic operation，the heat system of principle 目 录第一章 绪 论11.1 热电联产概述11.2 热电联产在我国体现的优越性：11.3 本文设计的主要内容及任务：2第二章 热电联产的主要设备及热力系统拟定32.1 锅炉的类型32.1.1 锅炉的容量和参数32.1.2 锅炉蒸汽参数对锅炉形式、受热面布置的影响42.1.3 锅炉的总体布置72.1.4 循环流化床锅炉技术及发展92.2 供热式汽轮机组的类型132.2.1 供热式汽轮机组的型式132.2.2 供热式汽轮机的特点142.2.3 供热式机组机型选择142.2.4 背压式汽轮机的类型及特点142.2.5 抽汽式汽轮机主要参数的选择152.2.6凝汽采暖两用机组162.3 原则性热力系统的拟定及计算172.3.1 发电厂原则性热力系统的作用与组成172.3.2 编制发电厂原则性热力系统的主要步骤：172.3.3 热电厂原则性热力系统计算192.3.4原则性热力系统计算实例20第三章 热力发电厂热经济性评价273.1 评价热力发电厂热经济性的两种基本分析方法273.2 热电联产的概念273.3 热电联产的类型283.4 热电联产的主要形式：283.5 热电厂总热耗量的分配及主要热经济指标303.5.1 热电厂总热耗量的分配：303.5.2 热电厂主要热经济指标：313.6 热电联产热经济性的计算分析353.7计算总结42第四章 总结与展望43致谢辞44参考文献45第一章 绪 论1.1 热电联产概述随着经济的发展和技术的进步，电与热能在生活中的作用越来越重要。据统计，我国发电能耗占总能耗的1/3以上。2004年，全国燃煤火电机组已达到3.4亿千瓦以上。按年运行6000h，发电煤耗400g/(kw·h)，全国需耗标煤8.16亿吨，如果发电效率提高1，将少耗标煤8160万吨，减少粉尘排放量83万吨，减少排放量13.3万吨。这对于改善环境将起到显著作用。热电联产是根据能源梯级利用原理，先将煤、天然气等一次能源发电，再将发电后的余热用于供热的先进能源利用形式。热电联产与热电分产相比有如下优点：节约能源；减轻大气污染，改善环境质量；增加电力供应；节约城市用地；提高供热质量；便于综合利用；改善城市形象；减少安全事故等。我国政府很重视发展热电联产。1997年制定的中国21世纪议程和中华人民共和国节约能源法。2000年制定的中华人民共和国大气污染防治法等法规，都明确鼓励发展热电联产。2004年国务院已经将热电联产作为重点领域和重点工程。1.2 热电联产在我国体现的优越性：(1) 节能北京第一热电厂从1973年开始至今，年发电煤耗均在300克/千瓦·时以下，最好的1986年曾达261克/千瓦·时，供热标煤耗为3637公斤/吉焦。多数热电厂的供电标煤耗可在360克/千瓦·时以下。分散小锅炉供热的标准煤耗率为5562.1公斤/吉焦，20万千瓦凝汽机组的发电标准煤耗率为350克/千瓦·时因而热电厂能有效的节约能源。(2) 改善环境质量分散供热小锅炉一般是单台容量小，烟囱低，除尘效果差，有的小锅炉甚至无正规的除尘设备。而热电厂的锅炉容量大，热效率高，烟囱高，除尘效率高。一般可在90以上，最近几年推广使用的循环流化床电站锅炉还可以在锅炉内脱硫，更有利于环境保护。由于热电联产节省大量燃料，锅炉容量大，热效率高，除尘效果好并能高空排放，故能有效地改善环境质量。(3) 缓和当地电力紧张以前由于多种原因造成电力工业的发展赶不上国民经济的发展，长时期大范围的形成电力紧张的局面。近年来才得到缓和，热电联产的地建设有效的缓和了当地电力紧张的被动情况，有的热电厂已形成当地的重要电源点。热电厂都建在热负荷中心，区域热电厂的上网电量也在就近消化，而电力系统的大型电站则要远距离输电，由热电厂供电减少的线路损失也是可观的经济效益。(4) 提高供热质量，发展生产，改善人民生活分散小锅炉房由于设备条件限制和煤质变化，不易保证供热质量，压力和温度的波动会影响工艺生产。居民采暖的小锅炉，一般为间断供热，供热时间短，温度低，热电厂集体供热为连续运行，稳定可靠供热质量高。(5) 为灰渣综合利用创造了有利条件分散供热时灰渣不好集中利用，热电联产则为灰渣综合利用创造了有利条件。(6) 节约宝贵的城建占地工业企业中的锅炉房连同煤场、渣场要占用比较大的面积，对上海、天津这样的老工业城市，有的连扩建一台锅炉的地方都很紧张，因而想尽快实现热电联产集中供热，原来的锅炉房和煤场、灰场可移做他用以扩大再生产。1.3 本文设计的主要内容及任务：根据我国能源利用现状及燃料供应以煤为主的特点，了解热电联产具有明显的节能和环保效益，是实现可持续发展的重要手段和措施。利用热量法和(火用)方法在能量的数量和质量上对热电联产进行分析计算，为供热机组“以热定电”运行提供依据，得出热电联产最佳负荷分配方法。阐述热电联产原则性热力系统拟定，主设备性能的优选，使供热机组达到热尽其用的目的。 第二章 热电联产的主要设备及热力系统拟定热电厂的主要设备有锅炉、汽轮机、发电机，特别是锅炉和供热机组的类型和参数优选最为重要。2.1 锅炉的类型锅炉是将燃料的化学能转变为热能的设备。燃料化学能转变成热能的方式是通过化学反应燃烧来完成的。燃烧的方式主要有分层燃烧和悬浮燃烧，悬浮燃烧又有喷燃式和流化床（沸腾床）两种。根据燃烧方式分类，有链条炉（层燃式）、煤粉炉、旋风炉（喷燃）及循环流化床锅炉。链条炉适合燃烧优质的煤种，而煤粉炉及循环流化床锅炉则适合燃用劣质的煤种，特别是循环流化床锅炉，不仅可燃烧劣质煤，而且煤种适应性广；还可以进行炉内脱硫，达到清洁燃烧，减少及的排放量，是目前热电厂建设的首选炉型。锅炉将燃料的化学能转变成能做功的蒸汽热能，需要将锅炉烟气的热能传递给工质水蒸汽，锅炉中的工质汽、水为了更好地吸收烟气的热量，有不同的运行方式自然循环、强制循环和直流锅炉等。2.1.1 锅炉的容量和参数下表列出了我国锅炉的容量和参数的系列表2.1 我国锅炉的容量和参数的系列参数容量（t/h）备注蒸汽压力（g）/MPa蒸汽温度/C给水温度/C0.588饱和200.1 0.2 0.4 0.7 1 1.5 2 30.784饱和200.1 0.2 0.4 0.7 1 1.5 2 3 41.27饱和25030035050（100）1.5 2 3 4 6.5 10 15 2020以上未定（1.586）3503751006.5 10 15 2020以上未定2.454004201006.5 10 15 2020以上未定3.8345017235 65 75 （130） 130 （240）9.80510215230540220 41013.72540/540240670200000kw555/555400125000kw16.66555/5553201000300000kw540/5401980600000kw我国习惯上称蒸汽压力在1.27Mpa及以下的锅炉为低参数锅炉，2.453.83Mpa的锅炉为中参数锅炉，9.8Mpa的锅炉为高参数锅炉。13.72Mpa为超高参数锅炉，16.66Mpa为亚临界参数锅炉，22.05Mpa以上为超临界参数锅炉。由上表可看出，小容量锅炉一般采用低参数，中小锅炉采用中高参数，容量更大的锅炉采用超高参数、亚临界参数，甚至采用超临界参数。2.1.2 锅炉蒸汽参数对锅炉形式、受热面布置的影响锅炉的形式从汽水流动的情况来分，可以分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉三种。自然循环锅炉中汽水主要靠水和蒸汽密度的差别而循环流动，锅炉工作压力愈低，这个差别愈大，循环比较可靠。在锅炉为高、超高参数锅炉时，只要适当的设计锅炉的循环回路，汽水循环还是很可靠的，甚至在锅炉采用亚临界参数时，虽然汽包中压力已达18.13Mpa左右，水和蒸汽密度差别已比较小，只要很好的掌握炉内辐射传热的分布规律，合理的设计循环系统，就可以制成自然循环的形式，不过在参数高时，汽包壁要设计的很厚，在制造上很困难，汽包也很重，运输、安装都很困难。强制循环锅炉主要是借循环系统中的循环泵使汽水循环，在可以采用自然循环锅炉的参数领域都可以采用强制循环，由于它的循环不是靠汽和水的密度差，因此在锅炉工作压力高于18.13Mpa，甚至接近19.6 Mpa时仍可采用这种循环形式的锅炉，参数再高则由于汽水不容易或不可能用汽包来分离，就只有采用直流锅炉。直流锅炉中的工质水、汽混合物是由于给水泵的压力而流动的，因此称为直流锅炉。它只有互相连接的受热面，从省煤器到过热器没有保证汽水分离的汽包。当锅炉工作压力接近或超过临界压力时，只有采用直流锅炉，当锅炉工作压力低于临界压力时，由于直流锅炉可以省去沉重而难于制造的汽包，有时采用直流锅炉也是经济的，它的缺点是给水质量要求较高，对自动控制系统的要求也较高，给水泵消耗能量较大，因此一般只有在锅炉参数为高压或超高压时才开始采用。锅炉的蒸汽参数除了对锅炉形式选择有决定性影响以外，还对锅炉受热面的布置有影响。锅炉给水在进入锅炉后吸收热量，最后成为过热蒸汽，给水在锅炉中所吸收的总热量根据热力学分析可以分为预热热、汽化热与过热热三部分。锅炉的给水温度、蒸汽参数不同，这三部分热量的比例也不同。压力愈高，汽化热愈小，预热热、过热热则相应增大。对于超高参数再热锅炉来说，除过热热之外，还有再热热（即再过热热量）。这几部分热量比例的变化会对锅炉受热面的布置有很大影响。表2.2 不同参数的锅炉预热热、汽化热、和过热热的分配比例蒸汽压力/at给水温度/C过热温度/C再热温度/C预热热汽化热过热热再热热1350一一23.976.116100375一16.169.514.439172450一13.66620.4100215540一18.851.729.5140240570一21.243.335.414024055555517.936.728.616.8由上表可看出，由低压到中压，由中压到高压，预热热与过热热所占的比例是增大的，而汽化热则是减小的。对于低参数小容量锅炉来说，受热面中以蒸发受热面为主，在这种锅炉中水冷壁、对流受热面基本是蒸发受热面，只在尾部装有面积不大的铸铁省煤器以预热给水（吸收预热热），同时使烟气通过它时得到进一步冷却，减少排烟损失，提高锅炉效率。对于中参数锅炉来说，预热热与过热热所占比例增大，汽化热所占比例减小，因此过热器受热面与省煤器受热面增加，同时由于采用了煤粉燃烧，尾部还增加了空气预热器，在炉腔中装设了很多水冷壁，炉膛中水冷壁吸热很多，它所吸收的热量基本上已满足汽化热的要求，因此除了在炉膛出口有几排凝渣管之外，和低压锅炉相比，不再需要更多的对流蒸发受热面，这样，中压锅炉一般具有下图的形式： 图2.1 中参数锅炉受热面积的布置对于高参数锅炉来说，预热热与过热热所占比例更大些，汽化热所占比例更小些，由于汽化热减少，不必把炉膛里的水冷壁都做成蒸发受热面，同时，由于蒸汽温度高些，为了得到足够的温压，有必要将一部分过热器受热面移入炉膛，如顶棚过热器，炉膛出口代替凝渣管簇的屏式过热器，下图所示为高参数锅炉的受热面的布置。图2.2 高参数锅炉受热面的布置对于超高参数带有再热的锅炉，由于汽化热所占比例进一步减小，过热热、再热热增大，有必要把更多的过热器受热面放入炉膛中，炉膛中除了在高压锅炉中就有了的出口屏式过热器及顶棚过热器之外，又在炉膛上部前侧装设了前屏式过热器，在水平烟道的后面和垂直烟道的最上面布置了再热受热面，过热受热面和再热受热面进一步向前移入炉膛，同时也向后扩张到原来（中高参数时）放省煤器的部位。对于压临界参数锅炉来说没有相变，也没有汽化潜热存在，但是在锅炉设计中仍习惯用省煤器，过热器等名称，不过它们之间已无明显的界限。2.1.3 锅炉的总体布置锅炉的总体布置也就是锅炉炉膛中的辐射受热面与对流烟道和其中各种对流受热面的总布置，既与锅炉的参数、容量有关，也和锅炉所用的燃料性质等因素有关，由于具体条件不同，会产生很多不同的总布置方案。其中最常见的是倒U型方案。这个方案虽然站的面积稍大，但布置受热面比较方便，检修尾部受热面也比较方便，送风机、引风机、除尘设备都可放在地面上，由于它有这些优点，采用的较多，如图：图2.3 倒U型方案倒L型方案与倒U型方案很相近，只是取消了水平烟道，尾部受热面和前面炉膛一样，采用完全悬吊的结构，节省材料。例如国产220t/h高参数锅炉采用这种布置方案时，比采用倒U型布置方案节省钢材约250t，耐火材料约200t。不过它的尾部受热面检修困难，在采用管式空气预热器时，因为不好悬吊，不宜采用这种方案，如图：图2.4 倒L型方案U型布置时，燃烧器布置在炉膛顶部，煤粉管道、空气管道也都要一直连到这样的高度，不够合理，锅炉结构也复杂，采用的比较少。如图：图2.4 U型方案塔式布置适用于灰分较多的燃料，烟气在对流受热面中不改变流动方向，因此烟气中的飞灰不会因离心力而集中，因而不会引起局部受热面集中的磨损，但现在锅炉很高，尤其是空气预热器、除尘器、送吸风机置于炉顶时，锅炉高达七八十米或近百米，锅炉的支架支撑很困难，因此只有在燃料中灰分很多时采用，有时为了减少支架的重量，把空气预热器、除尘器、送吸风机仍放于地面上，结果就与倒U型方案相似。如图：图2.5 塔型方案 图2.6 改良塔型方案在燃油时，由于可以把炉膛容积相对的缩小，又可以省去或简化凝渣管簇，可以把锅炉布置成箱形方案，这种方案一般只用于燃油或天然气锅炉。如图：图2.7 箱型方案2.1.4 循环流化床锅炉技术及发展我国电力目前仍以燃用煤炭为主，并在今后相当长的时期内仍然保持这种状况。作为一个地域广阔的燃煤大国，我国电力燃煤的含硫量分布很不均匀，其中约有50为中、高硫煤，燃煤发电时排放的等有害气体对环境造成的污染日趋加重。2004年，我国燃煤机组容量达kw，年排放1400万吨，600万吨，严重破坏人类赖以生存的环境，这也成为制约电力工业及国民经济可持续发展的重要问题之一。此外，我国很多地区的煤种属于高灰分、低挥发分煤，在采用煤粉炉时，常出现燃烧不稳甚至灭火放炮等问题，有的煤种灰熔点低，炉膛内易出现挂焦，尾部烟气严重积灰等问题，影响锅炉安全经济运行。循环流化床锅炉由于效率高，污染低，煤种适应性好，负荷调整范围大，造价相对便宜等优点，成为目前最为实用的煤清洁燃烧技术之一，得到了较快发展，与煤粉相比其排放的减少8090。A、循环流化床锅炉的原理循环流化床燃烧是近四十年来发展起来的新型燃烧技术，是对传统层燃烧和喷燃式煤粉炉燃烧的一个重大革新。利用这种燃烧技术的循环流化床锅炉，其燃烧特性介于层燃炉和煤粉炉之间，既不像煤粉炉那样要把燃煤磨成细粉吹进炉膛呈悬浮态下燃烧，也不像层燃炉那样把燃煤铺在炉排上燃烧，而是把燃煤破碎成小颗粒，送进床层中呈流化态燃烧，床层中积存有大量呈炽热状态的惰性物料（如灰分、砂粒等），在鼓风压头的作用下呈流化状态，加入的燃料只占床料的很少一部分，床层温度保持在固定碳的着火温度和灰渣开始变形温度之间，一般为850950，由于床料提供了大量的热量，燃料的着火条件好，气固混合均匀，床中热质交换强烈。燃尽后的灰渣从炉膛底部排渣口排出，烟气中携带的未燃尽的飞灰通过炉膛后部设置的飞灰分离器，被分离出来，经返料器送入炉膛内循环燃烧，这样使得飞灰含碳量大为降低，提高了锅炉的燃烧效率。通过向燃料或炉内添加脱硫剂的方式能脱除燃煤中85以上的硫分，降低了锅炉尾部烟道的腐蚀，减少建设地区的的排放量，减轻烟气对大气环境的污染。同时，由于炉膛燃烧温度低，也减少了的生成，减少了有害气体的排放。B、基本设备循环流化床锅炉包括本体设备和辅助系统两部分。循环流化床的本体部分包括炉膛及布风装置、循环灰分离器、回料阀、尾部受热面竖井烟道和外置式循环灰换热器，其中炉膛由膜式水冷壁构成，底部为布风板。炉膛下部锥段用耐火防磨材料覆盖，并依燃烧工艺要求开二次风口，循环灰回灰口、排底渣口以及启动点火油燃烧器等孔口。上部直段炉膛四壁为水冷壁受热面。炉膛出口和循环灰分离器相连，分离出口则与布置过热器、省煤器及空气预热器等对流受热面的尾部竖井相连。为平衡炉膛换热量，可在炉膛上部或灰循环回路中另行布置部分受热面，炉膛本体不设置底渣冷却处理系统。为了提高燃烧效率，有时采用飞灰再循环技术，将尾部除尘器收集的飞灰送回到炉膛底部复燃。炉膛出口处、分离器及回料系统内壁面也大都覆盖耐火防磨材料。锅炉本体多采用钢架悬吊和支撑相结合的方式固定。除因燃烧工艺要求，在部分受热面的布置上有所差异外，循环流化床锅炉汽水系统的工作原理及功能与常规煤粉炉相同。辅助系统的性能直接影响循环流化床锅炉的可靠性和经济性。主要辅助系统为：风烟系统，锅炉采用平衡通风方式运行，特点是风机压头要求较高，一、二次风机的压头分别达18Kpa和12Kpa左右；煤制备系统，比常规制粉系统简单，一般需采用两级锤击式破碎机和防黏堵能力强的筛子，国内也采用环锤式破碎机；石灰石制备系统两级制备，第一级多为锤击式破碎机,第二级可用低速棒式磨或钢球磨；灰渣处理系统，从各灰斗收集的飞灰可用浓相气力输送方式至飞灰仓，底渣经冷渣器或水冷绞龙冷却后送至底渣仓；燃油点火启动系统，常采用床下热烟发生炉和床上燃烧器联合加热的方式，加热床料至煤的着火温度，设计燃油热功率相当于锅炉额定热功率的1530；热控系统，比煤粉炉热控系统多了床温、床压、排放等控制回路。C、循环流化床锅炉类型和结构特点循环流化床锅炉循环量的大小受燃烧粒度、燃烧成灰特性、燃烧室内风速、排灰系统的设置、分离器的分级分离效率、物料回送系统的性能、床料层厚度等诸多因素影响，同时也受回灰温度的制约。其中分离器的分级分离效率是首要因素，因此分离器是循环流化床锅炉的重要部件，锅炉结构与其有着直接的关系。分离器共有以下四种主要类型： 高温热旋风筒分离器其入口烟温在850左右，优点是技术成熟，锅炉燃烧效率高。缺点是体积庞大、密封和膨胀系统复杂、内衬厚、耐火材料及砌筑要求高、耐火材料用量大、费用高、启动时间长、运行中易出现故障。在燃用可燃性较强的煤种时，旋风筒内温度可能比炉膛温度更高，易引起旋风筒内超温而结焦等。这样就使得分离器内防磨材料磨损及启动热膨胀问题不易解决，分离器前后膨胀节是长期运行的隐患，分离器内运行结焦不易控制。上述问题经过试验和研究都已得到解决。如图：图2.8 高温热旋风筒分离器中、低温热旋风筒分离器分离器入口烟温在450550，可使旋风筒尺寸减小，内衬减薄，解决高温旋风筒分离器的一系列问题，但因炉膛采用塔式布置，炉膛上部布置有过热器和高温省煤器等，为减少磨损，设计烟速较低，循环灰浓度低，使得燃烧效率比较低。水（汽）冷旋风筒分离器水（汽）冷旋风筒分离器可吸收一部分热量，分离器内物料温度不会上升，甚至略有下降，并较好的解决了旋风筒防磨问题。但是该旋风筒制造工艺复杂、生产成本高、维修不方便，不能取消分离器入口、出口的膨胀节，给运行带来隐患。异形（方形）水冷分离器该分离器是四周用膜式水冷壁组成的方形分离器，但烟气入口段用水冷壁管弯制成圆弧形加速段，是一种非方非圆的结构。它解决了水（汽）冷旋风筒分离器制造成本高的问题，保留了高温水（汽）冷旋风筒分离器的所有优点，还取消了分离器入口、出口的膨胀节，彻底解决了膨胀、密封及分离器内结焦的问题。缺点是燃用低灰分煤时，回灰温度低，锅炉燃烧效率下降。如图：图2.9 异型（方形）水冷分离器以上四种分离器是目前循环流化床锅炉发展的主流，从技术先进性来看，异形（方形）水冷分离器技术具有明显的优势。在国内，四川锅炉厂、无锡锅炉厂、哈尔滨锅炉厂等都向中国专利拥有者清华大学购买了该技术。使用此四种分离器的循环流化床锅炉的技术见下表：表2.3 循环流化床锅炉的技术比较高温热旋风筒分离器中、低温热旋风筒分离器水（汽）冷旋风筒分离器异形（方形）水冷分离器点火方式耗油高，启动慢分离器分离效果好防磨不好，成本高分离效果好防磨效好，成本较低分离效果好，防磨好，成本低分离效果较好，防磨好，成本低整体性分离器前后有膨胀节，密封、膨胀性不好分离器前后有膨胀节，密封、膨胀性不好分离器前后有膨胀节，密封、膨胀性不好分离器与炉膛、尾部烟道成为一个整体，膨胀密封性好防磨材料耗量多、成本高炉膛内均有内衬，耗量多，成本高耗量少，成本低耗量少，成本低回料系统复杂简单复杂简单尾部烟道烟气速度高、有磨损烟气速度低、无磨损烟气速度高、有磨损烟气速度低、无磨损风系统风机多、系统复杂风机少、系统简单风机多、系统复杂风机少、系统简单煤种适应性烟煤和无烟煤不能通用对灰分大或成灰特性好的煤，需排循环灰煤种变化不能太大较广燃烧效率燃烧效率高中、低温分离，燃烧效率低燃烧效率高燃烧效率高，低负荷时有所下降2.2 供热式汽轮机组的类型2.2.1 供热式汽轮机组的型式现代热电厂中，由于电力和热力负荷种类及数量不同，热电厂中的主要供热设备汽轮机的形式有多种。为了在热电厂设计时正确选择供热式机组，进行热电厂热力系统和供热系统计算，确定热经济指标，以及在运行中合理安排供热机组的运行方式等，必须对供热机组的形式及动力特性有充分的了解。供热式汽轮机是一种同时承担供热和发电两项任务的汽轮机，主要有背压式（纯背压式B型机、 抽汽背压式CB型机）、调节抽汽式（一次调节抽汽式C型机、两次调节抽汽式CC型机）和凝汽采暖两用机组（NC型机）三种类型。提高汽轮机排气压力，由排汽向热用户直接供热或采用热交换器的方式向热用户供热，这种利用做过功的排汽进行供热的汽轮机，称为背压式汽轮机。从汽轮机某中间级抽出做过功的蒸汽，向外界热用户供热，减少进入凝汽器内的排汽量，这种利用中间抽汽供热方式的机组，称为抽汽式汽轮机组。抽汽式汽轮机是将汽轮机的某一级或两级抽汽供给热用户；其余的蒸汽和纯凝汽电厂一样回热和做功。凝汽采暖两用机组是在中压缸至低压缸的导汽管上设置了蝶阀，在采暖期以减少发电来增加对外供热，在非采暖期仍然为凝汽式机组。大型热电站用的供热式汽轮机，几乎都是一方面通过电网供电，一方面通过热网向热用户供热。为了完成供电和供热两项任务，供热式汽轮机必须在一定的装置系统中工作，才能获得满意的效果。2.2.2 供热式汽轮机的特点背压式汽轮机的排汽用来供热，排汽放出的热量不再是一项能量损失。机组的热耗率与热力系统的循环热效率和机组的相对内效率无关，而只决定于锅炉效率、管道效率、机械效率和发电机效率。蒸汽在汽轮机内的焓降只取决于蒸汽的初参数和终参数。背压式机组排汽压力和过热度根据有关资料确定后，其排汽量由总供热量决定。背压式机组的排汽状态和供热量以及回水参数确定后，其进汽量也就确定了。这时背压式机组能够发出的功率决定于进汽和排汽参数。进汽参数越高，其绝热焓降也越大，所发出的功率也越大。在对热电厂进行全面分析之后才能选择最佳进汽参数，国产背压机组312MW的进汽参数一般为3.434.9Mpa，温度为435。其背压因机而异，最低的为0.29 Mpa,最高的为3.63 Mpa。背压机组在运行中不得使排汽压力过多的低于额定压力，以防止末级叶片超负荷运行，致使设备损坏。在运行中背压式汽轮机是按照“以热定电”的运行方式，电能和热能不能单独调节，没有热负荷时，背压机不能单独运行。当用户要求增加热负荷时，必须多供给汽轮机蒸汽，这样发电量也要相应增加。当满足供热时，所差的电容量由电网补偿，因而增大了电网的备用容量。抽汽式机组克服了背压式机组供热的缺点，可同时满足热、电负荷两者随时变化的需要。抽汽从汽轮机的某中间级抽出送往热用户，蒸汽在热用户放热后，其凝结水又被部分或全部回收至电厂的疏水回收器中，再由水泵重新送往锅炉循环使用。如果在运行中热负荷增大时，汽轮机则根据热负荷的需要增大进汽量，满足外界热负荷增加的需要。汽轮机进汽量增加，电负荷亦相应增大，这时为维持电负荷不变，由中压调节汽阀控制进入汽轮机低压缸的进汽量，减少低压缸的负荷，而高压缸负荷相应增加时总发电量保持不变，使热电负荷达到了新的平衡。因此抽汽式汽轮机在热负荷不够稳定的热电厂中得到广泛采用。当外界热负荷变动时，可以同时调节供热用的抽汽量和汽轮机总的进汽量，以使发电量保持不变。2.2.3 供热式机组机型选择对于生产工艺热负荷等的全年性热负荷，一年四季变化不大，一般可选用背压式或抽汽式机组，具体以两种机型的节煤量为基础，再通过全面的技术经济比较确定。对于采暖、通风等的季节性热负荷，在全天中相对比较稳定而在全年中变化很大，只有采暖期才存在一般选用凝汽采暖两用机组或抽汽式机组，具体也是以两种机型的节煤量为基础，再通过全面的技术经济比较确定。当一台机组要同时承担全年性热负荷和季节性热负荷时，应装设抽汽式机组。2.2.4 背压式汽轮机的类型及特点背压式汽轮机的主要任务是在一定排汽参数下供应用户规定的蒸汽量，并能同时发出一定的电能。它与凝汽式汽轮机相比，没有凝汽设备。由于没有凝汽器中的冷却损失，所以在经济上是优越的。如图：图2.10 背压式汽轮机装置简图背压式汽轮机无法同时满足热、电两种负荷。其基本的运行方式是：“以热定电”，电能并入电网，电负荷的变动由电网中并列运行的其它机组承担。热负荷缺少的供热蒸汽由锅炉减温减压后供给，此时热电厂的经济性要下降。如果需要将现有的中压电厂加以改造，可以设置背压式汽轮机，用它的排汽供给进汽压力较低的汽轮机使用。这种背压式汽轮机称为前置式汽轮机，其排汽压力要根据原有机组的参数选择。2.2.5 抽汽式汽轮机主要参数的选择A、设计流量的选择设计一次调节抽汽式汽轮机时，高压缸的设计流量可选为额定功率和额定抽汽量时总进汽量的1.2倍，对于二次调节抽汽式汽轮机中压缸的设计流量可选为额定功率、工业抽汽量为零而供暖抽汽量为最大时的总进汽量的7090。低压缸的设计流量是机组在额定功率，调节抽汽为零时通过低压缸流量的6080，因为这种工况不常遇到，故其设计流量选得较小些，以免在经常运行工况下，通流面积过大，使效率降低，但是为了带走因摩擦鼓风损失热量，低压缸最小流量应为低压缸设计流量的510。B、抽汽压力的选择一次调节抽汽压力应在满足外界热用户的要求下，尽量降低其压力值，这样抽汽的理想焓降较大，可以提高机组的发电量，改善其经济性。如将工业抽汽压力由11.2MPa降低到0.60.7MPa,供暖抽汽压力由0.120.25Mpa降低到0.050.25 Mpa，则可使机组的发电经济性显著提高。有些机组甚至采用两次供暖抽汽，高压供暖压力范围为0.060.25 Mpa。低压供暖压力范围为0.030.2 Mpa。根据不同需要采用两次供暖抽汽与采用一次供暖抽汽相比可降低燃料消耗量的34。2.2.6凝汽采暖两用机组凝汽采暖式机组是一种新型供热式机组，采用在凝汽式机组中低压缸的导汽管上安装蝶阀，在采暖期通过关小蝶阀，减少低压缸的进汽量，即减小电功率的方法来对外供热。是专为季节性采暖热负荷设计的。其示意图如下：图2.11 凝汽-采暖式机组热力系统示意图与抽汽式机组供季节性采暖热负荷相比具有以下特点：A、设备利用率高。由于凝汽采暖式机组按纯凝汽式机组设计，所以一年短时间的采暖期内，仅低压缸、低压加热器和发电机未达到设计能力。大部分时间内按纯凝汽工况运行，所有设备的利用率均可达到100，可收到最大的投资效益。相反，若采用抽汽式机组，供热工况下发电机虽达到设计能力。在一年的非供暖期内，锅炉、汽轮机包括进汽部分在内的高压部分、除氧器、给水泵、高压加热器等的能力没有得到发挥，这部分的投资总和远高于发动机。B、非采暖期（89个月）具有较高的热效率。凝汽采暖式机组的热耗仅比同容量的凝汽式机组高0.20.3，增高部分主要是由蝶阀的额外节流损失引起。相反，在非采暖期抽汽式机组的调节阀远没有开足，高压通流部分的负荷率低，变工况幅度大，总的热效率降低23。C、机组设计工作量小。与同容量同型式的凝汽式汽轮机本体上通用，且主辅机配套基本相同。D、凝汽采暖式机组可起到缓解电空调器引起的夏季用电高峰的作用。以东方汽轮机厂生产的NC300为例，冬季采暖期NC机组比额定功率少发电约28，夏季NC机组基本恢复铭牌功率，夏季比冬季发电量多，可起到缓解电空调引起的夏季用电高峰的作用。E、与凝汽式机组在电网中形成冬夏容量互补。以NC300与N300机组为例，冬季采暖期NC机组比额定功率少发电约28，此时N型机组处于冬季低背压下，与额定背压比可增加电功率约2。夏季NC机组基本恢复铭牌功率，而N型机组却因高背压少发电约3，从而形成冬夏容量互补。由此可减少电网中的补偿容量，理论上，当电网中的NC机组总容量达到电网容量的17时，两者冬夏容量可完全互补。总体上看，NC机在非采暖期比C型机热经济性高，但会使电网中的补偿容量增大，而在采暖期比C型机热经济性稍低，因为C型机采暖期属设计工况，NC机为非设计工况，低压缸通流量减小，鼓风摩擦损失增大。从全年来看，NC机供采暖热负荷具有较高的热经济性。2.3 原则性热力系统的拟定及计算2.3.1 发电厂原则性热力系统的作用与组成以规定的符号来表示工质按某种热力循环顺序流经的各种热力设备之间联系的线路图，称为发电厂的原则性热力系统。发电厂的原则性热力系统表明工质的能量转换及其热量利用的过程，它反映了发电厂能量的转换过程的技术完善程度和发电厂热经济性的好坏。由于原则性热力