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1、热力发电厂,主讲教师 孟召军 副教授 mzj5000 13804035823,发电厂全面热力系统 Overall Heat Flow Diagram of Power Plant,第一节 发电厂全面性热力系统的概念 Concept of Overall Heat Flow Diagram of Power Plant,热力系统按用途分为： 原则性热力系统图：只涉及电厂的能量转换及热量利用的过程。 全面性热力系统图：明确的反映了电厂的各种工况及事故、检修时的运行方式，是按设备的实际数量来绘制的，并标明一切必须的连接管及附件。,发电厂全面性热力系统由下列局部系统组成： 主蒸汽和再热蒸汽系统、旁路系
2、统、回热系统、除氧给水系统、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。,热力发电厂,发电厂热力系统,全面性热力系统的用途,1、全面性热力系统标明一切必需的连接管路和管路上的一切附件，因而反映了全厂热力设备的配置情况和各种运行工况的切换方式，是发电厂运行操作的依据。 2、发电厂全面性热力系统简单或复杂，对设计而言，直接影响到投资的多少和钢材的耗用量；对施工而言，直接影响到施工工作量的大小和施工期限的长短；对运行而言，直接影响到运行调度的灵活性、可靠性和经济性，工质损失的多少和散热损失的大小；对检修而言，直接影响到各种切换的可能性及备用设备投入的可能性。 3、在发电厂设计时
3、，可以根据拟定的全面性热力系统图，编制全厂汽水设备总表，计算管子的直径和壁厚，提出管制件的定货清单。,主蒸汽与再热蒸汽系统,1、范围 锅炉供给汽轮机蒸汽的管道，蒸汽管间的连通母管，通往用新汽设备的蒸汽支管等称为主蒸汽管道系统。如果是再热式机组，还有汽轮机高压缸排汽口至再热器入口的再热冷段管道，再热器出口至汽轮机中压缸入口的再热热段管道。,2、特点 输送工质流量大，参数高，用的金属材料质量高，对发电厂运行的安全性、可靠性、经济性影响大。,3、基本要求 系统简单，工作安全可靠；运行调度灵活，能进行各种切换，便于维修、安装和扩建；投资费用少，运行费用低。,主蒸汽系统的型式,单母管制系统（集中母管制系
4、统） 切换母管制系统 单元制系统,单元制主蒸汽管道系统是指一台锅炉配一台汽轮机的管道系统(包括再热蒸汽管道)，组成独立单元，各单元间无横向联系，用汽设备的蒸汽支管由各单元主蒸汽管引出。,1、单元制,（1）优点：该系统具有简单，管道短，阀门及附件少，相应的管内工质压力损失小，运行操作少，检修工作量少，投资省，散热损失小，便于实现集中控制，再加上采用优质合金钢材，系统本身的事故可能性小，安全可靠性相对较高，如果发生事故只限于一个单元范围内等优点。 （2）缺点：不具备调度灵活条件，负荷变动时对锅炉燃烧调整要求高，单元系统内任何一个主要设备或附件发生事故，都会导致整个单元系统停止运行，机炉必须同时进行
5、检修等。 （3）使用范围：根据DL 5000-94火力发电厂设计技术规程中规定，对装有高压凝汽式机组的发电厂，可采用单元制系统。对装有中间再热凝汽式机组或中间再热供热式机组的发电厂，也应采用单元制系统。,1、单元制,每台锅炉与它对应的汽轮机组成一个单元，正常时机炉组成单元运行，各单元间还装有切换母管，每个单元与母管连接处，另装一段联络管和三个切换阀，当需要时切换运行，这样的主蒸汽管道系统称为切换母管制系统。,2、切换母管制主蒸汽管道系统,（1）优点：可切换运行，电厂机炉台数较多时可充分利用锅炉的富裕容量，具有较高的运行灵活性，有足够的运行可靠性，各锅炉间的负荷可进行最佳负荷分配。 （2）缺点：
6、阀门多、管道长、系统复杂，管道本身事故可能性大。 （3）使用范围：根据DI5000-94中规定，对装有高压供热式机组的发电厂和中、小型发电厂，因参数不高、阀门管道投资相对较少，采用切换母管制系统。,2、切换母管制主蒸汽管道系统,发电厂所有锅炉生产的蒸汽都送到集中母管中，再由集中母管把蒸汽引到各汽轮机和辅助用汽设备去的蒸汽管道系统，称为集中母管制主蒸汽管道系统。,3、集中母管制主蒸汽管道系统,（1）分段阀的作用：单母管上装有分段阀，一般分为两个以上区段。分段阀采用两个串联的关断阀，其作用是当系统局部发生故障或局部检修时，用分段阀隔开，同时也便于分段阀本身检修，其它部分仍可正常运行。正常运行时分段
7、阀是打开的，单母管处于运行状态。 （2）特点：系统比较简单，布置方便。但是与切换母管制相比，其运行调度不灵活，缺乏机动性。当母管分段检修或与母管相连的任意一阀门发生事故时，与该段母管相连的锅炉和汽轮机都要停止运行。 （3）使用范围：这种系统只有在锅炉和汽轮机的单位容量和台数不配合或装有备用锅炉已建成的热电厂中采用，以后建电厂不再采用。,3、集中母管制主蒸汽管道系统,根据DL 50002000中规定，对第一台新设计的汽轮机组，其主蒸汽、再热蒸汽等管道的管径及管路根数，应经优化计算确定。但因生产大口径无缝钢管困难，又要节约进口钢管资金，国产机组发电厂中主蒸汽管道多采用双管系统，于是在两管中出现汽温
8、偏差和压损问题，为提高热经济性，保证安全性，必须将汽温偏差和压损控制在允许范围内。,主蒸汽管道系统设计中的问题,主蒸汽和再热蒸汽管道压损过大，会降低汽轮机的出力，降低机组的热经济性。作自动主汽门全关试验时，阀座前后压差过大，使自动主汽门不能重新迅速开启，导致再热器安全门动作，降低机组出力，造成工质和热量损失。所以主蒸汽和再热蒸汽管道压损要在规定的范围内。 进入汽轮机左右两侧高、中压主汽门蒸汽温度偏差超出允许值，汽缸等高温部件出现受热不均，引起汽缸扭曲变形，甚至摩擦轴封，造成高温部分产生较大的热应力，威胁汽轮机安全运行。国际电工协会规定的最大允许温度偏差：持久性的为15，瞬时性的为42。,1、压
9、损和汽温偏差的限定,（1）采用双管(再热机组双管制主蒸汽管道系统) 随着机组容量不断增大，蒸汽参数也越来越高，为了避免采用厚管壁大直径的主蒸汽管和再热蒸汽管，减少对价格昂贵进口耐热合金钢的要求，还要降低管道压损，我国目前主蒸汽管多采用双管系统(如125MW、200MW机组)，再热蒸汽管也采用双管系统(如200MW机组)。有的机组在靠近主汽门两侧主蒸汽管之间加装联络管(如200MW机组)，以减少两侧汽温偏差，并保证一个自动主汽门作全关试验时压损在允许范围内。,2、降低压损和汽温偏差措施,能源动力,双管主蒸汽管道系统示意图,主蒸汽和再热蒸汽管采用单管或部分采用单管，在这段管中混温好，保证供给左右两
10、侧蒸汽温度偏差最小。到自动主蒸汽门或中压联合汽门前又分叉为两根，在一个自动主汽门作全关试验时，压损小。如国产300MW、600MW机组，如图(b)(c)(d)所示。,（2）采用单根蒸汽管系统,为使进入汽轮机左右两侧蒸汽温度偏差在规定范围内，进入之前要充分混合，可采用两进两出蒸汽管的四通混合联箱，如意大利进口的125MW机组。也可采用球形五通，进汽管两根，出汽管三根，其中一根管与旁路相连，汽温偏差可控制在10以内，如从意大利引进的300MW机组。 （4）减少自动主汽门作关闭试验时的压损 当机组带负荷运行时，一个自动主汽门作全关试验，此时通过正在工作的自动主汽门和管道的流量是正常的两倍，压损不大于
11、8，在此流量下从锅炉至自动主汽门管道压损不大于6，这样在带负荷运行条件下，作其中一个自动主汽门全关试验，两侧的总压损在14左右，仍小于设计为15额定压力值，自动主汽门可以重新迅速开启。,（3）采用混温装置,（5）采用最少的管制件 在保证运行安全可靠、经济的条件下，尽量减少管制件，以降低局部阻力损失。如主蒸汽管道上的流量测量孔板改用喷嘴或文丘里管。主蒸汽管上也可不装关断阀。,2、降低压损和汽温偏差措施,一、旁路系统的组成,再热式机组的旁路系统,旁路系统是再热机组启、停、事故情况下的一种调节和保护系统。,1、保护再热器 机组正常运行时，高压缸的排汽通过再热器将蒸汽再热的同时冷却了再热器。但在锅炉点
12、火、汽轮机冲转前、停机不停炉、电网事故、甩负荷时自动主汽门或调节汽门处于关闭状态，这时汽轮机高压缸没有排汽，再热器也就得不到冷却，处于干烧状态，一般的耐热合金钢是不允许的。有了高压旁路新蒸汽就可经减温减压装置后通过再热蒸汽冷段管道进入再热器，冷却保护了再热器，然后由低压旁路经减温减压装置后排入凝汽器或由对空排汽阀排掉。,二、旁路系统的作用,汽轮机启动过程就是蒸汽向金属传递热量的复杂的热交换过程。为保证安全可靠的启动要求，必须严密监视各部金属温度，做到高、中压缸金属温度能均衡上升，严格控制转子和汽缸的相对膨胀(胀差)及轴承振动。 采用旁路系统后，通过改变新蒸汽流量，可以迅速地调整新汽温度和再热蒸
13、汽温度以满足汽缸温度的要求，改善启动条件，缩短启动时间，节省运行费用。 采用旁路系统，在启动过程中，通过调节作用，可使金属温度变化幅度小，减小了启动过程对寿命的影响，寿命损耗小了，就延长了汽轮机寿命。,2、协调启动参数和流量，缩短启动时间，延长汽轮机寿命,当汽轮发电机组或电网事故甩负荷，锅炉从满负荷一下子降到最低稳定负荷需要一定时间。这时如果将多余的蒸汽排入大气，不仅造成了工质损失，还会产生很大的噪声。装设了整机旁路或高、低压旁路系统，就可将多余的蒸汽回收到凝汽器，同时避免了噪声。还可做到停机不停炉，或带厂用电运行、汽轮机维持空转，一旦事故消除，锅炉可迅速重新投入运行，缩短了重新启动时间。,3
14、、回收工质和热量，降低噪声,4、减少安全门动作次数，延长使用寿命 因故障汽轮发电机组甩负荷时，通过旁路系统的瞬间将多余的蒸汽回收到凝汽器，这样就减少安全门起跳次数。减少安全门起跳次数就可延长其使用寿命。,1、两级串联旁路系统 （1）组成：两级串联旁路系统是由高压旁路和低压旁路组成，这种系统应用广泛。 （2）特点：高压旁路容量为锅炉额定蒸发量的3040，通汽量相对加大，对机组快速启动特别是热态启动更为有利。,三、旁路系统的型式,（3）三用阀旁路系统也属于两级串联旁路系统。,高压旁路阀具有启动调节阀、减温减压旁路阀和安全阀的三种功能，故称三用阀。,三用阀以较小的结构尺寸取代了电厂庞大的减温减压系统
15、及其设备，便于布置和检修。三用阀功能多，热控和调节系统要求高。液压控制耗功较大。由于是全容量旁路系统，管道尺寸大，设备费用高，维修工作量大。,2、两级并联旁路系统,两级并联旁路系统是由高压旁路和整机旁路组成。,高压旁路设计容量为锅炉额定蒸发量的10，其目的是保护再热器，机组启动时暖管，热态启动时利用再热器热段上的向空排汽阀对外排汽以提高二次汽温。整机旁路设计容量为锅炉额定蒸发量的20，其目的是将各种运行工况多余蒸汽排入凝汽器，锅炉超压时可减少安全阀动作或不动作。,3、三级旁路系统,（1）组成：三级旁路系统是由高压旁路、低压旁路和整机旁路(一级大旁路或称级旁路)组成。,（2）特点：该系统的优点是
16、能适应各种工况的调节，运行灵活性高，突降负荷或甩负荷时，能将大量的蒸汽迅速排往凝汽器，以免锅炉超压，安全门动作。,缺点是设备多，系统复杂，金属耗量大，布置困难，操作运行较复杂。此系统在引进前苏联200MW机组上采用。,（1）组成：锅炉来的新蒸汽，绕过汽轮机的高、中、低压缸，经一级大旁路减温减压后排入凝汽器中。,4、一级大(整机)旁路系统,（2）特点：优点是系统简单，金属耗量少，管道附件少，投资省，便于布置，方便操作。缺点是当机组启动或甩负荷时，再热器内没有蒸汽通过，得不到冷却，处于干烧状态。为保证安全，措施是再热器材料用奥氏体耐高温合金钢，布置在较低的烟温区，装置烟温调节保护，这样允许再热器短时间干烧。,三 回热抽汽及其疏水管道系统,一、回热抽汽管道系统,国产N200MW机组的回热抽汽管道系统,液动逆止阀,切换阀,电动截止阀,不设置逆止阀和截止阀,上海改进型N300MW机组的抽汽管道系统,气动逆止阀,电动隔离阀,不设逆止阀,1、组成：由疏水调节阀、截止阀、疏水冷却器、疏水泵、真空阀及其管道等组成。,二、回热加热
