第五章熱力發電廠6/20/20251動力工程－汽輪機第一節熱力發電廠概述利用熱能動力裝置來生產電能的工廠，稱為熱力發電廠或火力發電廠。鑒于熱力發電廠的產品（電能或熱能）是無法儲存的，這就迫使發電廠只能是隨產隨銷，并需做到產銷之間的嚴格協調，否則就難以保證產品的質量。為此，要求發電廠的生產必須具有高度的安全性、可靠性和機動性，而這些正是發電廠生產的主要特點。由于朗肯循環中平均吸熱溫度非常低，以致進一步提高其循環熱效率受到很大的限制。為了大大提高蒸汽動力裝置的熱經濟性，現代熱力發電廠都不直接應用這種循環，而是廣泛采用結構上復雜得多的回熱循環和再熱循環。6/20/20252動力工程－汽輪機第二節再熱循環再熱循環的提出

如上所述，提高蒸汽的初壓力，可以提高朗肯循環的熱效率，但如果蒸汽的初溫度不能同時提高，則蒸汽在汽輪機內膨脹終了時的干度降低，影響汽輪機的安全運行。因此，為了提高蒸汽的初壓又不致使乏氣的干度過低，常采用蒸汽中間再過熱的方法。6/20/20253動力工程－汽輪機如圖所示,新蒸汽在高壓汽輪機中膨脹作功到某一中間壓力以后,全部抽出導入鍋爐中的再熱器，吸收煙氣放出的熱量，然后再導入低壓汽輪機繼續膨脹作功到終壓力，這種循環稱為蒸汽再熱循環，簡稱再熱循環。6/20/20254動力工程－汽輪機一次再熱循環在T-s圖中的表示如圖所示?？梢钥闯觯羝浿虚g再過熱以后，其乏汽的干度明顯地提高了。再熱循環的吸熱平均溫度將高于基本的朗肯循環，使整個再熱循環的熱效率有所提高。6/20/20255動力工程－汽輪機再熱循環的熱效率為再熱循環的熱效率分析

工質在一次再熱循環中吸收的總熱量為

對外放熱量為

6/20/20256動力工程－汽輪機再熱的目的主要在于增加蒸汽的干度，以便在初溫限制下可以采用更高的初壓力，從而提高循環熱效率。中間再熱最佳壓力的確定需要根據給定的條件進行全面的經濟技術分析確定，一般在蒸汽初壓力的20％～30％之間。通常一次再熱可使熱效率提高2％～3.5％。由于實現再熱循環的實際設備和管路都比較復雜，投資費用也很大，一般只有大型火力發電廠且蒸汽壓力在13MPa以上時才采用。采用再熱循環后，汽耗率降低，可減輕凝結水泵、給水泵、循環水泵以及凝汽器的負擔。6/20/20257動力工程－汽輪機第三節回熱循環回熱循環問題的提出

朗肯循環的平均吸熱溫度不高，主要是水的預熱過程溫度太低，實際上是鍋爐給水的溫度太低。為了消除或減少水的預熱階段吸熱溫度過低的不利影響，提出了回熱循環。給水回熱的目的，是提高給水加熱段的平均吸熱溫度，從而提高循環效率。6/20/20258動力工程－汽輪機一、極限回熱循環蒸汽邊膨脹，邊加熱給水，把給水加熱到飽和溫度。極限回熱循環要求無窮多級的給水回熱，這在實踐中具有不可逾越的障礙。目前發電廠所實際采用的回熱循環，都只有有限級數的抽汽，因為抽汽回熱級數太多，會使設備過于復雜和龐大，結果得不償失。6/20/20259動力工程－汽輪機

如圖示，以飽和水作為工質的朗肯循環1-2`-3-4-5-1不同于卡諾循環的之處在于4-5段對液體的加熱過程。若利用正在膨脹中的蒸汽對液體加熱，則該循環具有與卡諾循環相同的熱效率。循環1-2-3-4-5-1

就是極限回熱循環。6/20/202510動力工程－汽輪機二、多級抽汽回熱循環多級回熱循環的工作原理

從汽輪機中間抽出部分已作過功但壓力尚不太低的少量蒸汽來加熱進入鍋爐之前的低溫給水。這種方法稱為給水回熱。有給水回熱的蒸汽循環稱為蒸汽回熱循環，在現代蒸汽動力循環中普遍采用，可以有效地提高循環熱效率。6/20/202511動力工程－汽輪機回熱循環的分析抽汽只有對外作功，沒有冷源損失，如果不計散熱損失，抽汽部分的熱效率相當于100%。由此，作為各部分綜合而成的抽汽回熱循環，其熱效率必將高于單純的朗肯循環的熱效率。6/20/202512動力工程－汽輪機三、給水溫度和回熱級數對抽汽回熱循環熱效率的影響采用一次回熱，經濟性的提高最明顯，采用二次回熱，經濟性提高的較少，采用三次回熱，經濟性提高的就更少了。增加回熱級數意味著回熱系統設備投資費用大為增加，因此回熱級數不宜過多，否則反而會提高發電成本。一般中小機組采用4～6級，大機組6～8級。不同級數的抽汽回熱循環，其最有利的給水溫度是不同的，回熱級數愈多時理論上最有利的給水溫度愈高。一般說來，實際最有利的給水溫度，大致為鍋爐壓力下飽和溫度的68～77％。6/20/202513動力工程－汽輪機四、抽汽回熱的其它效果鍋爐受熱面可以減少一些汽輪機前面幾級的流量增大，后面幾級的流量減少，對汽輪機有利。凝汽器換熱面積可以減少應用回熱，對機組有利無弊?，F代電廠無一例外都采用回熱循環6/20/202514動力工程－汽輪機第四節熱電聯產循環進一步利用低品味的熱量。一般凝汽式機組排汽溫度只有26～33℃。因溫度太低而沒有利用價值。所謂熱電聯產循環，就是既發電又供熱的動力循環。熱電聯產循環分為兩種類型：一種是采用背壓式汽輪機的熱電聯產循環，另一種是采用抽汽式汽輪機的熱電聯產循環。6/20/202515動力工程－汽輪機采用背壓式汽輪機熱電聯產循環如右圖是采用背壓式汽輪機熱電聯產循環系統示意圖，其中背壓式汽輪機的排汽壓力高于0.1Mpa。它的排汽不通過冷凝器，而是直接供給熱用戶，排汽壓力根據用戶需要而定。其主要缺點是供電供熱彼此互相牽制，不能同時獨立地滿足熱負荷與電負荷變化的需要。6/20/202516動力工程－汽輪機采用抽汽式汽輪機的熱電聯產循環右圖是采用抽汽式汽輪機的熱電聯產循環系統示意圖。采用抽汽式汽輪機供熱，可以自動調節熱、電供應比例，以滿足不同用戶的需要。6/20/202517動力工程－汽輪機熱電聯產循環經濟性分析(以背壓式機組為例)熱電聯產循環的熱效率

t

熱電聯產循環由于排汽壓力的提高，使得其循環熱效率低于朗肯循環的熱效率。熱量利用系數K

在熱電聯產循環中，工質所吸收的熱量除一部分用于作功外，同時還向熱用戶供熱，因此，評價熱電聯供循環的熱經濟性指標除熱效率

t外，還有熱量利用系數K。對背壓式熱電聯產循環，理論上K將達到1，但實際上由于各種損失及泄漏，K值只有0.85左右。熱電聯供循環的熱經濟性應該用K和

t

兩個指標來衡量。6/20/202518動力工程－汽輪機供熱電能生產率

愈大意味著供熱汽流在汽輪發電機組中所發出的電能愈多。

綜上所述，欲全面、確切地評價熱電聯產循環的熱經濟性，應同時給出t和k，或者同時給出k和。6/20/202519動力工程－汽輪機第五節凝汽式發電廠的各項能量損失鍋爐設備中的能量損失q2、q3、q4、q5、q6管道的散熱損失管道效率，反映管道的散熱損失。汽輪機中的能量損失冷源損失發電機中的能量損失發電廠的總效率，目前，現代化的大型凝汽式發電廠的總效率接近40％，但是個別設備比較陳舊的的電廠，效率還不到24％。主要是因為冷源損失太大。6/20/202520動力工程－汽輪機第六節凝汽式發電廠的主要技術經濟指標發電廠的技術經濟指標，是衡量本廠技術裝備好壞以及管理水平高低的標志。6/20/202521動力工程－汽輪機一、發電廠的總效率發電廠發出的電能與同一時期內所消耗的燃料總能量之比。本式與前面的式子在本質上是一致的。但前者僅對單一機組適用，本式則可適用裝有若干臺機組的大、中型發電廠。6/20/202522動力工程－汽輪機二、煤耗率發電煤耗率發電廠每發出1度電（1kW.h電能）所需要的煤耗量。供電煤耗率發電廠對外每輸出1度電（1kW.h電能）所需要的煤耗量發電標準煤耗率6/20/202523動力工程－汽輪機三、廠用電率發電廠的廠用電量（）占同期內該廠總發電量（）的百分比一般凝汽式發電廠，此值多半在5～10％的范圍內。6/20/202524動力工程－汽輪機四、裝機容量年利用小時數火力發電廠的全年發電量與全廠所裝有的汽輪發電機組的總容量（簡稱“裝機容量”）之比值代表該廠全部機組在全年內平均的工作小時數，稱為該廠裝機容量的年利用小時數。6/20/202525動力工程－汽輪機五、汽輪發電機組的熱耗率汽輪發電機組每生產1kW.h電能所消耗的熱量，稱為該汽輪發電機組的熱耗率該指標是表明機組總的生產質量的一項技術經濟指標。給水溫度，回熱系統的運行等會影響該指標。6/20/202526動力工程－汽輪機第七節發電廠的熱力系統下列幾個主要組成部分燃料運輸與供應系統煤粉制備系統燃料燃燒系統除灰與除塵系統熱力系統（俗稱“汽水系統”）－主要系統化學水處理系統電氣系統熱工控制系統6/20/202527動力工程－汽輪機一、發電廠的原則性熱力過程6/20/202528動力工程－汽輪機二、全面性熱力系統圖的概念6/20/202529動力工程－汽輪機第八節發電廠的輸煤、除灰和供水系統概述6/20/202530動力工程－汽輪機一、發電廠的輸煤系統燃煤發電廠的燃料運輸與供應系統。輸煤系統必須具有較高的機械化程度，否則很難保證可靠地供應燃料，改善勞動條件和降低發電廠的生產成本。6/20/202531動