汽轮机热力系统

第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第一节概述热力系统是火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。它通过热力管道及阀门将各主、辅热力设备有机地联系起来，在各种工况下能安全、经济、连续地将燃料的能量转换成机械能最终转变为电能。用来反映火电厂热力系统的图，称热力系统图。热力系统图广泛用于、研究和运行管理中。以范围划分，热力系统可分为全厂和局部两类。发电厂全厂热力系统则是以汽轮机回热系统为核心，将锅炉、汽轮机和其他所有局部热力系统有机组合而成的。局部系统又可分主要热力设备的系统(如汽轮机本体、锅炉本体等)和各种局部功能系统(如主蒸汽系统、给水系统、主凝结水系统、回热系统、供热系统、抽空气系统和冷却水系统等)两种。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU按用途来划分，热力系统可分为原则性和全面性两类。原则性热力系统是一种原理性图，对机组而言，有汽轮机(或回热)的原则性热力系统，对全厂而言，有发电厂的原则性热力系统，它们主要用来反映在某一工况下系统的安全经济性；对不同功能的各种热力系统，有主蒸汽、给水、主凝结水等系统，其原则性热力系统则是用来反映该系统的主要特征及采用的主辅热力设备、系统型式。发电厂或汽轮机的原则性热力系统（图）是工质完成热力循环所必需的热力设备之间的线路图，因此它们作用是：(1)明能量转换和能量利用的过程，反映发电厂热功转换的技术完善程度。(2)作为定性发电厂热经济性的依据。(3)作为定量计算发电厂热经济指标的依据。在原则性热力系统图上可标出各处的工质参数，即可进行热力系统计算。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUN100-8.83/535型机组的原则性热力系统图原则性热力系统图在画法上的要求是：(1)只表明工质状态参数变化所必需的热力设备，相同的设备只画一个。(2)只画设备之间的主要联系的管道，备用设备和管道附件不画。(3)除个别与热经济性有关的阀门如定压除氧器的压力调节阀外，所有其他阀门均不画。d=3.69kg/(kW*h)�No.1�No.2�No.5�No.3�No.4�No.6�No.7�(b)�q=9254kJ/(kW*h)�SG�第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU全面性热力系统(图)全面性热力系统图是实际热力系统的反映，它包括不同运行工况下的所有系统，以反映该系统的安全可靠性、经济性和灵活性。不言而喻，全面性热力系统图是施工和运行的主要依据。对不同范围的热力系统，都有其相应的原则性和全面性热力系统图。如回热的原则性和全面性热力系统图，主蒸汽的原则性和全面性热力系统图等。发电厂原则性热力系统只涉及电厂的能量转换及热量利用的过程，并没有反映发电厂的能量是怎样操作的。实际上电厂能量转换不仅要考虑任一设备或管道事故、检修时，不影响主机乃至整个电厂的工作，必须装设相应的备用设备或管路，还要考虑启动、低负荷运行、正常工况或变工况运行、事故以及停止等各种操作方式。根据这些运行方式变化的需要，应设作用各不相同的管道及其附件。这就构成了发电厂全面性热力系统。它是用规定的符号，表明全厂性的所有热力设备及其汽水管道的总系统图。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU发电厂全面性热力系统图应明确地反映电厂的各种工况及事故、检修时的运行方式。它是按设备的实际数量(包括运行的和备用的全部主、辅热力设备及其系统)来绘制，并标明一切必须的连接管路及其附件。通过它，可了解全厂热力设备的配置情况，各种运行工况时的切换方式，既考虑热力系统中设备或管道及其附件的顺序连接，也考虑同类设备或管道及其附件的平行连线。N100-8.83/535型机组的全面性热力系统图No.4�No.2�No1�No.3����������No.5�No.6�No.7�SG�6�7�������������1�2�3�4�5�7�6�(a)�G�第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU发电厂全面性热力系统图的作用：根据发电厂全面性热力系统图，汇总主、辅热力设备、各类管子(不同管材、不同公称压力、管径和壁厚)及其附件的数量和规格，提出订货用清单，并据以进行主厂房布置和各类管道的施工设计，是发电厂设计、施工和运行工作中非常重要的一项技术资料。总的说来，在设计中全面性热力系统会影响投资和钢材的耗量，在施工中会影响施工的工作量和施工周期；在运行中会影响热力系统的运行调度的灵活性、可靠性和经济性，以及到各种运行方式的切换及备用设备投入的可能性。这些影响的程度是各不相同，有的是决定性影响。为了使发电厂全面性热力系统更清晰，不致于过于复杂，对属于锅炉、汽轮机设备本身的管道(如锅炉本体的汽水管道、汽轮机本体的疏水管道、给水泵轴密封水等)和一些次要的管道(如工业水系统)一般不表示，或予以适当简化(如热力辅助设备的空气管道系统、锅炉定期排污系统等)，而另行绘制这些局部系统的全面性热力系统。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU构成全面性热力系统的所有主辅设备和局部系统，都是为了完成电厂的发电任务的。其中任何设备或系统发生事故，将会在不同程度上影响整个电厂的运行或经济性，甚至可能中断生产，因此，在拟定全面性热力系统时必须符合和满足下列要求：（1）保证电厂安全可靠运行；（2）保证电厂运行方便灵活，便于各种运行工况下的切换；（3）各种管路系统及其布置力求简明；（4）建造费用和运行费用符合经济要求；（5）便于扩建。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU一般发电厂全面性热力系统由下列各局部系统组成：主蒸汽和再热蒸汽系统、旁路系统、回热加热(即回热抽汽及其疏水、空气管路)系统、除氧给水系统(包括减温水系统)、主凝结水系统、补充水系统、供热系统、厂内循环水系统、锅炉启动系统等。须指出，我国火电200MW及以上机组已全采用计算机进行安全监视，在CRT屏幕显示的正是这些局部系统的全面性热力系统，并据以监视、操作乃至诊断，是非常重要而又实用的。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第二节主蒸汽系统第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU高压缸过热的解决 增加高压缸的流量 反向汽流冷却在高压缸排汽逆止阀处并联设置反向流阀门，在主汽门后的主汽管上设一通气阀。正常运行时，反向流阀和通气阀都处于关闭状态。在机组启动、冲转、升速过程和甩负荷停机过程中，依靠反向流阀，通气阀建立一股小流量的反向蒸汽流过高压缸，以防止高压缸过热。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三节旁路系统旁路系统是中间再热单元机组热力系统的重要组成系统之一，它是指高参数蒸汽不进入汽轮机，而是经过与汽轮机并联的减温减压器，进入再热器或直接排至凝汽器的蒸汽连接系统。主蒸汽绕过汽轮机高压缸的，称为高压旁路（Ⅰ级旁路）；再热后蒸汽绕过汽轮机中、低压缸的，称为低压旁路（Ⅱ级旁路）主蒸汽绕过整个汽轮机而直接进入凝汽器的，称为整机旁路（Ⅲ级旁路，大旁路）第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU旁路系统的作用保护再热器，防止锅炉超压回收工质和热量，降低噪声协调启动参数和流量、缩短启动时间，减少汽轮机的寿命损耗甩负荷时锅炉能维持热备用状态系统描述最好采用启动速度快的直流炉或控制循环汽包炉。当采用汽包炉时，空冷机组宜采用高、中压缸联合启动或中压缸启动方式。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU朗肯循环热效率低的主要原因是循环吸热过程的平均温度较低，致使烟气与工质之间的换热温差较大，相应作功能力损失较大。由于降低平均放热温度受到环境温度的限制，所以提高蒸汽动力循环热效率的根本途径是提高工质吸热过程的平均温度，前述的提高蒸汽初参数就是通过提高蒸汽吸热过程平均温度来达到提高循环效率的。分析蒸汽动力循环的吸热过程，可以发现水的吸热过程是整个吸热过程中温度最低的部分，若能予以改进，即可较大提高整个吸热过程的平均温度。对给水进行回热加热就是这样提出的，它是利用已在汽轮机做过功的蒸汽，在给水回热加器放热，加热给水，以减少液态区低温工质的吸热，因而第四节给水回热系统第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU提高循环的平均吸热温度，使循环热效率提高。由于加热蒸汽在汽轮机中做过功后在加热器中所释放的热量又通过给水再返回锅炉，因而称为回热。采用回热加热可以使汽轮机装置效率提高10%～12%，因此目前在所有电厂的汽轮机装置中均采用了给水回热加热系统。回热加热提高装置效率与前面论述的抽汽供热有本质的区别，前者提高经济性的实质是减少冷源损失，而后者提高经济性的实质是合理利用冷源损失。回热使D0、d0增加先以单级混合式加热器的回热系统来分析，单级回热系统如图所示。当汽轮机电功率一定的条件下，有回热时根据汽轮机的功率方程可写为第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU式中、为抽汽量和排汽量，kg/h；为抽汽作功不足系数，它是1kg抽汽减少的焓降与整机焓降之比。汽耗率第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUhfwh’cαc,hch1α1h01kghfwhmh’cp0h11kgh0ThcPc(1-α1)kgS第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU以两级混合式加热器的回热系统来分析：说明：(1)现代有回热的凝汽式汽轮机约为1.25，当多级回热时，它可用来预先估计汽耗量：(2)有再热，多级回热加热时第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU式中的在再热的前后的计算是不同的，再热前再热后，以两级回热系统的再热机组来分析：(3)汽耗率又可写为，式中中的内功。当有回热时，是1kg进汽在汽轮机有不同的计算。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(4)在无回热时1kg蒸汽焓降为，有回热时，因有作功不足，使，因此在参数相同时，有回热的汽耗率大于无回热的汽耗率。(5)有回热的供热式汽轮机的汽耗量可写为第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU回热使提高以循环初终参数相同的朗肯循环和单级混合式加热器回热循环为例加以分析，如图所示，并不计抽汽压损和加热器的散热损失。hfwh’cαc,hch1α1h01kg第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU若多级回热回热循环效率提高的越多。当级数一定时，A的大小取决于回热抽汽参数。即回热效率的提高取决于回热抽汽的参数。，它表示回热循环作功的份额，A越大，第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUA达到最大时，达到最大。由于回热使提高，因此机组热耗率的有关热经济指标得到改善，如下降，并使发电厂提高，标准煤耗率发电厂普遍采用回热，或同时具有再热和回热。降低。所以现代的非再热机组给水回热基本参数对热经济性的影响混合式回热加热器系统的表达式第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUτ1τ2hw2№2№1h1α1h2α2h’cαc,hch0hw1第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU可推理，对于Z级混合式加热器系统的以后推导回热级数z时，要用到式。以上各式中抽汽比焓h，蒸汽放热量q，加热焓升的单位均为kJ/kg。、、三参数的关系1．回热分配分析非再热的理想回热循环，即全部采用混合式加热器，其端差为零，无散热损失，并忽略新汽、各级回热抽汽的压损和泵功的影响，该系统如图所示。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUh0h’ch1αz-1qb0hz-1h’bτ1h0αc,hchw21kgh2hzqcαzqzqz-1q1q2△h1△hz-1τ2τz-1τzhwz-1hwzτb0hfw=hw1第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU该循环以内功计的实际循环效率当循环参数一定时，求时，与无关，也为常数第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU故其通式为：上式称为循环函数分配法(由我国学者马芳礼提出)。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU若进一步简化，忽略某些次要因素，可得出某些近似的最佳焓升分配通式。(1)焓降分配法如蒸汽参数不高，忽略随的变化，即qz′=0，简化为它是将每一级加热器内水的焓升，取前一级至本级的的蒸汽在汽轮机中的焓降，简称为“焓降分配法”，是原苏联学者雷日金提出的，有的书称为雷日金法。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(2)平均分配法若再忽略各加热器间蒸汽凝结放热量qj的微小差异，即q1=q2=…=qz，则式可简化为kJ/kg它是将每一回热加热器中水的焓升取为相等来分配的，即美国J.K.Salisbury推导的方法，又简称为“平均分配法”或“等焓升分配法”。(3)几何级数分配法还有一种按几何分配回热的方法，其结果为：一般m=1.01—1.04。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU不同回热分配的热经济性效果略有差异，当蒸汽参数不高时，数值上差别不大。表所示为国产中、高参数50MW机组不同回热分配方法时的的值。须指出的是：加热器的焓升分配的目的是为了求得各抽汽压力，进而确定回热加热器抽汽口。最佳焓升分配是为确定各级最佳抽汽压力以达到效率最大值。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU2．最佳给水温度随着回热级数z的增加，不断提高，是递增函数关系。而给水温度的提高，对的影响是双重的，即有利与不利的影响同时存在，因而有最佳给水温度。对应的循环效率为最大，即。a.如图，给水温度一定时，随z的增加而升高。b.如图，回热级数一定时，随的增加而先升高后降低。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU回热级数、给水温度和回热的热经济性�EMBEDEquation.3���z=1μ,%B42130.40.60.81.0.80A.6.4.20.2.02/33/4z/(z+1)1/2z/(z+1)3/42/3Ψ=Δηiz/Δηi∞1/2Ζ=∞_1224387393.unknown第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU3．回热级数z根据平均分配法的简化条件，q、均为定值，第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU式中的，当循环参数一定时，M为定值，当时，由图可知其基本规律为：(1)是Z的递增函数，又是收敛函数。即随Z的增加，回热循环的热经济性不断提高，但提高的幅度却是递减的。绘成曲线如图曲线所示。Z与、的关系第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(2)一定时，回热的热经济性也是随Z的增加而提高，其增长率也是递减的。(3)Z一定时，有其对应值，它是随着Z的增加而提高。(4)图中各曲线最高处附近的斜率缓慢，即任一回热级数时，实际给水温度若与理论上的稍有偏差，对回热的热经济性影响不大。实际上给水回热加热级数，不仅不可能是无限的，而且是很有限的。给水温度提高到多少才能使热经济性为最好，还与Z、有关，可以说是以最佳回热分配为基础的对应值。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU不同回热分配方法的时的给水焓的表达式是不同的。按几何级数分配法可写为：虽然采用回热加热会提高热经济性，节约燃料，但需增加金属耗量及其投资，并与机组容量有关，要通过综合的技术经济比较来确定，称为经济上最佳给水温度。按平均分配法可写为：按焓降分配法可写为：第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU再热机组和供热机组回热的特点再热凝汽机组回热加热的特点1．再热削弱了回热的效果图为单级再热时，再热对回热经济性的影响b.用不可逆损失来分析：再热后蒸汽的过热度比非再热机组大，用过热度大的蒸汽加热给水，使加热器回热的效率减少，因此在整个给水加热范围内汽轮机装置效率的相对提高都低于非再热机组。a.利用循环效率相对变化量的表达式；第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU再热回热效率相对提高的特点是：抽汽从“冷”蒸汽转到“热”蒸汽时，效率曲线突然下降。由图可看出：有再热的回热循环效率相对提高小于无再热的。另外一个特点是曲线在中间再热压力处是断开的，并有两个最大值—“冷”蒸汽处和再热后中压缸某一抽汽处。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(b)一次再热汽轮机的膨胀过程线 再热对回热经济性的影响������������������������������������������%�����i�10�5�hc���hopfw������hopfw��������hbo�hfw�kg/h�第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU须强调指出，再热虽有消弱回热效果的一面，但再热机组采用回热的热经济性，仍高于再热无回热的机组。因此，现代国内外大容量机组均采用再热和回热。2.再热机组的焓升分配的特点是：(1)采用“冷”蒸汽作为一级回热抽汽，并加大该级的焓升分配。该级加热器的给水焓升，通常可取为再热后第一级抽汽所对应的加热器给水焓升的1.3～1.5倍，甚至更大，平均为1.5～1.8倍。(2)再热后各级的焓升分配仍用最佳焓升分配方法求得，如平均分配法、焓升分配法、几何分配法等。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(3)再热机组高压缸是否有抽汽口，取决于最终给水温度(对应最高一级抽汽压力)。国产大容量再热机组的高压缸都有一个抽汽口，以保证给水温度的最佳。为简化汽轮机结构，降低成本通常都利用高压缸排汽作为一级回热抽汽，以减少一级抽汽口。(4)再热机组为了提高其热经济性，在热力系统上的特点是：增加蒸汽冷却器以利用其过热度，特别是利用再热后的抽汽时有的还装有外置蒸汽冷却器。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU供热机组回热加热的特点供热汽轮机的特点是供热抽汽压力是按热用户的要求而定的，当有回热时其特点是供热抽汽口也作为回热抽汽口，并以供热抽汽压力为界线将回热加热分段，在各段之间仍可用焓升最佳分配的方法来求各加热器的焓升。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU经济上最有利的给水温度热力学上最佳给水温度反映了汽轮机装置的热耗最小，是以发电厂节约燃料为前提的。但采用回热还伴有附加热耗。因此在经济上最有利的给水温度是由年计算费用最小来确定的，它低于热力学最佳给水温度。一方面：回热加热设备由于有管路、附件、辅助泵、自动控制设备以及检查和测量仪器仪表，增加了金属消耗和输送水的能量消耗，增加了附加场地和相应的投资。由于回热加热使给水量和蒸汽量增加，就增大了锅炉蒸发受热面和过热器的受热面。省煤器的受热面由于给水量增大和温度降低而增大。为了降低排烟温度要增加空气预热器的面积。因而锅炉的的金属消耗量和造价由于给水温度的提高而提高。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU（由于给水温度的变化，经济的排烟温度t变化为，温度提高10℃时，锅炉效率大约降低0.14%。）一般给水采用回热，新蒸汽和给水管道直径和造价也增加，给水泵耗功增加。由于给水温度提高，燃料量减小，还使制粉系统、燃料和除尘设备、烟气净化设备的投资降低。另一方面：当功率一定时，采用回热加热，增加了新蒸汽量和给水量，因此汽轮机高压缸的叶片高度增加，汽轮机相对内效率提高。而低压缸的通流量减小，低压缸尺寸减小，结构简单，减少了排汽损失并使汽轮机设计的极限功率提高。凝汽设备和冷却水系统均减小。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU综合考虑，一般都会使总投资增大。所以，回热加热的级数不宜太多，设计给水温度应低于热力学上的最佳值。经济上最有利的给水温度应结合回热级数的选择同时进行。根据初参数，单元机组功率，燃料价格，可研究几个抽汽级的方案(如6～8级或7～9级)。用上述的方法，先求出不同级数的热力学最佳的给水温度，这是经济上最有利的给水温度的极限值(对应各不同的级数下)。随后对不同级数的方案降低给水温度，求经济上最佳给水温度，再来进行比较，以确定最佳的抽汽级数。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU回热加热器的类型及结构特点回热加热器的类型按加热器中汽水介质传热方式的不同，加热器可分为混合式(接触式)和表面式。由于表面式加热器水侧承受压力的不同，又可分为低压加热器和高压加热器，它们以除氧器作为分界，抽汽压力高于除氧器压力的称高压加热器，位于给水泵和省煤器之间，它们的水侧压力比锅炉压力还要高。抽汽压力低于除氧器压力的称低压加热器，位于凝结水泵和给水泵之间，水侧压力承受凝结水泵出口压力。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(a)混合式加热器系统混合式加热器由于汽水直接接触传热，能把水加热到加热器压力下的饱和温度，其端差为零，热经济性高。它没有金属受热面，构造简单，在金属消耗、制造、投资以及汇集各种汽、水流并能除去水中气体等方面都优于表面式加热器，这是它的优点。但混合式加热器所组成的系统有严重的缺点，这就是每台加热器均要配水泵，以便把水从低压打入高压加热器，为了工作可靠还要有备用泵。为了防止水泵的汽蚀影响锅炉供水，每台水泵之上要有一定的高度，并设有一定容量的储水箱。这使得混合式加热器系统和厂房布置复杂化，投资增加，电厂安全可靠性降低。所以，混合式加热器在回热系统中只采用一级，作为除氧器用。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(b)表面式加热器系统表面式加热器与混合式加热器相比，虽有端差，热经济性低，金属消耗量大，造价高，加热器本身工作可靠性低等缺点。但由表面式加热器组成的系统比较简单，只需配一台水泵，可以使水流过一串加热器，工作可靠。因此表面式加热器在电厂中应用广泛，作为高压和低压加热器用。表面式加热器的另一个缺点是它有蒸汽的凝结水(称为疏水)，会带来工质和热量的损失。因此，在系统的连接上要考虑疏水热量的利用，不同的利用方法，经济效果不同，这就增加了系统的复杂性。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU根据技术经济全面综合比较，绝大多数电厂都选用了热经济性较差的面式加热器组成回热系统，只有除氧器采用混合式，以满足给水除氧的要求。如上所述除氧器后必须有给水泵，这就将其前后的面式加热器依水侧压力分成低压加热器(承受凝给水泵压力)和高压加热器(承受给水泵压力)两组加热器。为了提高回热系统的热经济性，国外某些大机组的低压加热器，部分(在真空下工作)或全部采用混合式。利用布置高差形成的重力压头，低压水流能自动落入压力稍高的下一个加热器，从而可减少水泵的台数。真空下工作的低压加热器采用混合式加热器不仅经济效益显著，同时还能保证低压加热器免遭氧腐蚀，使汽轮机叶片结铜垢减少。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(b)全部低压加热器为混合式的系统pcp7p6p5p4p3p2p1第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU前苏联K－800－240－5型汽轮机带有部分混合式低压加热器的热力系统№6№5№7№8№4№3№2SG1SG22C8c7№1653412第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU面式加热器的结构特点表面式加热器按其布置的方式分为立式和卧式两种，卧式换热效果好，热经济性高于立式(在同样凝结放热条件下，由于橫管面上积存的凝结水膜薄，单根橫管放热系数为竖管的1.7倍)，结构上易于布置蒸汽过热段和疏水冷却段，布置上可利用放置的高低来解决低负荷时疏水逐级自流压差减小的问题等，所以一般大容量机组的低压和部分高压加热器多采用卧式。但立式占地面积小，便于安装和检修．为中、小机组和部分大机组广泛采用。表面式加热器的管束有直管、U形管、螺旋管、蛇形管等不同形式。根据管束与加热器筒体的连接方式的不同，表面式加热器又可分为有管板的水室结构和没有管板的联箱结构。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU如图所示，面式加热器分水侧(管侧)和汽侧(壳侧)两部分。水侧由受热面管束的管内部分和水室(或分配、汇集联箱)所组成。水侧承受与之相连的凝结水泵或给水泵的压力。汽侧由加热器外壳及管束外表间的空间构成。汽侧通过抽汽管与汽轮机回热抽汽口相连，承受相应抽汽的压力，故汽侧压力大大低于水侧。加热蒸汽进入汽侧后．在导流板引导下成S形均匀流经全部管束外表面进行放热，最后冷凝成凝结水由加热器底部排出。 管板－U形管束立式加热器结构简图1进水室；2管板；3出水室；4U型黄铜管束；5蒸汽导向板；6抽汽进汽口；7、8主凝结水进、出口；9空气抽出管；10玻璃水位计；11疏水引出口第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU该加热蒸汽凝结水称为疏水，以区别于汽轮机排汽形成的主凝结水。汽侧不能凝结的空气应由加热器内排出，以免增大传热热阻、降低热经济性。U形管板式加热器的结构简单，外形尺寸小，管束管径较粗，水阻小，管子损坏后易堵塞。缺点是管板厚，厚管板与薄管壁的连接工艺要求高，对温度变化敏感，运行操作要求严格。故此类型加热器多用于低压加热器，或中、小型机组的高压加热器。我国引进美国FOSTERWHEELER公司的技术，大部分高压加热器仍采用这种类型。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU联箱结构加热器，西方国家多采用立式或卧式的联箱折形管式，前苏联采用立式分配、汇集导管螺旋管式。它们的优点是，管束膨胀柔软性好，避免了管束与厚管板连接的工艺难点。对温度变化不敏感，局部热应力小、安全可靠性高。缺点是外形尺寸大，管束水阻较大，管子损坏后堵管较困难等。这类加热器适用于大机组的高压加热器。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU联箱－折形管束立式高压加热器(带内置过热蒸汽冷却段和疏水冷却段)1－给水入口联箱；2－正常水位；3－上级流水入口；4－给水出口联箱；5－凝结段；6－人孔；7－安全阀接口；8－过热蒸汽冷却段；9－蒸汽入口；10－疏水入口；11－疏水冷却段；12－放水口第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU混合式低压加热器结构特点为使水在加热时能与蒸汽充分接触，进入混合式加热器的水应在蒸汽空间播散成较大面积。一般采用淋水盘的细流式，或压力喷雾的水滴式，或水膜式等。这样，水最后可被加热到接近蒸汽压力下的饱和温度。若需要满足热除氧加热到饱和温度的要求，可加上鼓泡装置(利用在水中引入比加热器压力高的疏水或其他汽源)。采用重力式的混合式低压加热器．其加热水出口可不设集水室。而对于后接中继水泵的混合式低压加热器，为保证泵的可靠运行，应设一定容积的集水室。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(a)混合式加热器机构示意图(b)凝结水细流加热示意图(a)、(b)ЦΚΤИ设计的卧式混合式加热器结构示意图1－外壳2－多孔淋水盘组3－凝结水入口4－凝结水出口5－汽气混合物引出口；6－事故时凝结水到CP2进口联箱的引出口；7－加热蒸汽进口；8－事故时凝结水往凝汽器的引出口；A－汽气混合物出口；B－凝结水出口(示意)；C－加热蒸汽入口；D－凝结水出口第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUBΤИ设计立式低压加热器的结构示意图1－加热蒸汽入口；2－凝结水出口；3－轴封来汽；4－除氧器余气；5－三号加热器和热网加热器的余气；6－热网加热器来疏水；7－三号加热器疏水；8－排在凝汽器的事故溢水管；9－凝结水出口；10—来自电动、气动给水泵轴封的水；11—逆止门的排水；12—汽气混合物出口；13—水联箱；14—配水管；15—淋水盘；16—水平隔板；17—逆止门；18—平衡管第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU面式加热器的连接系统面式加热器有两个基本特点，一是加热器有出口端差θ（加热器压力下的饱和水温度与出口水温度之差），即水的出口温度低于加热器压力下的饱和水温度。而且θ越大热经济性下降的越多。另外一个特点是面式加热器有疏水的回收和利用问题。因此对于面式加热器的不同的连接方式就反映在疏水的方式上和如何降低加热器的端差上。疏水逐级自流的系统利用相邻加热器的汽侧压差，使疏水逐级自流的方式收集。这种系统可以用于高压加热器，也可以用于低压加热器，如图中的A和B。高压加热器一般采用疏水逐级自流入除氧器。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(a)高压加热器疏水逐级自流到除氧器疏水逐级自流系统(b)低压加热器疏水逐级自流到凝汽器第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU1.疏水自流系统的热经济性由于疏水的热量利用到压力低的加热器，抵消了部分低压抽汽量，即排挤了部分低压抽汽，使得低压抽汽量减少，回热抽汽作功量减少，凝汽作功量增大，因而使回热系统热经济性降低。若疏水抵消的抽汽压力越低，热经济性下降的越多。而在图(b)的疏水自流到凝汽器的系统，热经济性是最低的，因为它还增加了疏水凝汽器的附加冷源损失。2.采用疏水泵的热经济性为了改善热经济性，低压加热器疏水自流方式可用以下措施改善热经济性：最后一级疏水到热井，如图(b)中的B，或用疏水泵将疏水打入该加热器出口主凝结水管中如图(b)的C。将疏水引入凝汽器的热井中，完全避免了疏水带来的附加冷源损失，使热经济性提高。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU采用疏水泵的方式收集疏水到主凝结水管中，利用疏水的热量加热本级出口水，使水温提高，相当于该级的出口端差减小，故提高了热经济性。用疏水泵收集疏水虽然热经济性提高，但使系统复杂，投资增大，且需用转动机械，既消耗厂用电又易汽蚀，使可靠性降低，维护工作量大。因此，一般大、中型机组可能在最后一级低压加热器(末级)，或相邻的次末级低压加热器上采用，以减少大量疏水直接流入凝汽器增加冷源损失，且可防止它们进入热井影响凝结水泵正常工作。疏水最后汇集于热井比流入凝汽器的热经济性略高，但它会稍微提高凝结水泵入口水温。当流入热井疏水量较多时，为了保证凝结水泵运行时不汽蚀，须校核该凝结水泵入口的净正水头高度是否能够满足要求。虽然疏水逐级自流方式的热经济性最差，但由于系统简单可靠、投资小、不需附加运行费用、维护工作量小而被广泛采用。几乎所有高压加热器，绝大部分低压加热器都采用疏水逐级自流方式。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU带疏水冷却器的系统图是带疏水冷却器的系统，疏水冷却器的作用是降低疏水的温度，如图(b)所示，疏水由饱和焓hj′降至hdwj，本级抽汽量的热利用也增加，1kg抽汽放热量由（hj－h’j）增加到(hj－hdwj)，减少了疏水对下一级抽汽的排挤作用使热经济性有所改善。若用不可逆损失的大小来分析(c)：有疏水冷却器时，进入下一级的疏水焓由hj′下降到hdwj，由于疏水温度降低，到下一级加热器去的节流的熵增△s减少，不可逆损失减少。疏水冷却器出口温度冷却到什么温度，一般用它的进口端差表示，即疏水冷却器出口水温与其进口水温之差，又称下端差。疏水冷却器系统无转动设备，运行可靠，不耗厂用电，系统也简单。但要有水－水换热设备，使投资增加，广泛用于大机组中。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU疏水冷却器系统(a)带内置疏水冷却器的系统(b)带外置疏水冷却器的系统(c)疏水冷却器对j＋1级发生压降的影响�����a���Pj-1Dj-1�b�PjDj�1���a�Pj+1Dj+1����2���hj���(b)�hdwj��hj���h�hdwj�s���s���s�����P=Pj-Pj+1�Pj+1�Pj�r=0�(c)�第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU带蒸汽冷却器的系统设置蒸汽冷却器的目的是为了利用过热度的热量，提高加热器的出口水温，减小加热器出口端差(内置蒸汽冷却器)或直接将过热度的热量用来加热锅炉给水(外置蒸汽冷却器)，因而可以提高热经济性。1．蒸汽冷却器的类型蒸汽冷却器有内置式和外置式两种。内置式蒸汽冷却器(即过热蒸汽冷却段)与加热器本体(蒸汽凝结部分)合成一体可节约钢材和投资，但只提高本级出口水温，回热经济性提高较小。外置式蒸汽冷却器具有独立的加热器外壳，虽然钢材及投资较大，但因能灵活设在不同位置，既可降低本级加热器的端差，又能直接提高给水温度，降低机组热耗，从而可获得更高的热经济性。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU(a)面式加热器的汽水连接方式(b)t－A图 带内置式蒸汽冷却段和疏水冷却段的面式加热器���������t,�����2��t�j��t����sj��t�wj��t�wj+1��A,m�2��h�j��h�d�wj��t�sj��h����j��h�wj��h�wj+1��t�sj�����������������������������������������第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU2．外置式蒸汽冷却器的连接方式外置式蒸汽冷却器的蒸汽进出，简单明了，其水侧连接方式较为复杂，视主机回热级数、蒸汽冷却器的个数和与主水流的连接关系而异，主要有主水流并联、串联两种方式，如图所示。如只设单级外置式蒸汽冷却器，恒设在再热后即中压缸的第一个抽汽口，又有并联与串联连接方式的不同，如图(a)(b)所示。若设置两台外置蒸汽冷却器，多设在再热前、后的抽汽口(即高压缸排汽和中压缸第一个抽汽口)处，如国产第一台300MW机组即设在第2、3级回热抽汽口，并与主水汽并联连接方式(图c)。外置并联式和外置串联式蒸汽冷却器的效经济性改善程度．并无一定的规律可循，应通过的具体的热力计算才能定量确定。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUNo.1�No.3�No.2�(d)�(c)�(b)�(a)��������������������������������������������������������������第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU3．外置式蒸汽冷却器的应用串联连接方式的优点是外置式蒸汽冷却器的进水温度高，换热平均温差小，效益较显著，缺点是给水系统的阻力增大。并联连接方式的优点是给水系统的阻力较串联式的小．缺点是进蒸汽冷却器的给水温度较低，传热温差大，而且进入下一级加热器的主给水量减少，相应回热抽汽量减小，热经济性稍逊于串联式。并联式的给水分流系数对效经济的影响较大。国内机组一般采用单级串联系统，我国进口大机组，多采用内置式蒸汽冷却器。国内机组一般采用单级串联系统，我国进口大机组，多采用内置式蒸汽冷却器。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU实际回热系统的损失及回热系统的优化回热系统的损失具有回热抽汽的汽轮发电机组的热经济性除与蒸汽循环参数p0、t0、prh、trh、pc，及回热循环主要参数Z、τ、tfw有关外，还与回热系统有密切的关系，诸如上面提及的疏水收集方式，疏水冷却器、蒸汽冷却器的应用等，此外还与实际回热系统的损失有关，如下面要分析的四项损失：抽汽管道压降、面式加热器的端差、实际给水焓升分配等有关。抽汽管压降△pj，pj和pj′分别是汽轮机抽汽口压力和j级加热器内汽侧压力，△pj=pj－pj′，使该级抽汽利用时产生能量贬值，造成回热过程火用损△er增大，回热经济性下降。1．抽汽管道压降损失第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJUυtsjt’sjPj+1twj+1θP’jΔPjpj������������t��t,�����2��1��3��b��a��A�1�,m�2��b��P'�j��t'�sj��t�sj��3��2��1��t�wj����������t�wj+1��a���P'�j��1��t�sj��t,�����������2��1��a��b��A�1�,m�2��a��b��t�wj��2��t�wj+1�������第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU热量法从回热做功比Xr的变化来分析抽汽管压降对热经济性的影响当机组的内功量常数时，使高压抽汽量增加、低压抽汽量减小的因素，就会带来回热做功减小、使热经济性降低。对影响最大的是抽汽管的介质流速(或管径)和局部阻力(即装设的阀门多少和阀门类型等)。2．面式加热器的端差一般不加特别说明时，面式加热器端差都是指出口端差压力下的饱和水温与出口水温之间的差值)(加热器汽侧第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU整个回热系统的抽汽压降损失和端差损失，为各级回热加热器的压降损失与端差损失之和。3．加热器的散热损失加热器的散热损失可用加热器效率η表示，一般取η＝0.98～0.99。4．实际回热焓升分配损失前面讨论的理论上的最佳回热分配，实际的回热分配偏离理论上最佳回热分配导致热经济性降低，称为实际回热焓升分配损失。该损失大小与热力循环参数、回热参数、汽机相对内效率，以及回热级数和回热加热器的型式等有关。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU回热系统的优化给水回热的热经济性不仅与回热参数、、Z、τ、tfw与系统的连接方式及上述四项损失有关。图为7级回热加热的12种方案机组热耗率的比较，方案1是比较的基础，方案12为7级回热全为混合式加热器时，较方案1热耗率降低为最大，达74kJ/(kW·h)。有关，还回热的热经济性与回热参数、回热系统连接方式、ΔPj、θj等有关，并与汽轮机组的有关设计方案，参数密不可分，应综合统筹考虑进行优化，有上百个的方案，要通过计算机来进行优化。现代大型汽轮机，设计制造部门都是经过优化来确定的，不仅要考虑热经济(节能)性，而且还要考虑钢－煤比价或成本、可靠性和对环保的影响等因素。第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU第三章直接空冷汽轮机的热力系统XJU实际机组回热原则性热力系统举例q=8378.2kJ/(kw.h)SG2№7№6№8SG1№4№5№3№2№1���8������1�����2�����3�����4��CY�����7�����5�����6��SG��q=8335.6kJ/(kw.h)��SG3��国内机组一般采用单级串联系统，我国进口大机组，多采用内置式蒸汽冷却器。