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1、概述,第一节 热力发电常用循环,第二节 热力系统,第三节 热经济性指标,第四节 新型热力循环/能源系统,第五节 核能发电原理及系统,第六节 核电的经济性与安全性、可靠性,第四章 热力发电与核电,概述,以煤、石油、天然气等化石燃料及铀等核燃料作为能源的发电，均称为热力发电。对于用核燃料的发电，常称为核能发电，简称核电。 图4-1 表示了蒸汽动力的热力发电的生产过程和所需的主要设备。 热力发电厂通常按照蒸汽参数（即蒸汽的压力和温度）来分类。电厂容量的单位是兆瓦（MW）。蒸汽参数较低的电厂，其容量一般较小，而蒸汽参数高的电厂，容量则较大。,今将我国热电厂采用的蒸汽参数和相应的电厂容量归纳成表4-1。
2、表中的数据仅是提供一个参考值,不是一种严格的分类标准。 插图4-1及4-2是两张热电厂的全景照片，由此可看到煤场、锅炉房等各工作场所。 本章将阐述现代热力发电的几种影响电厂热经济性的常用循环,多种新型热力循环和新发展的能源系统,电厂的热力系统和热电厂的热经济性以及极有发展前景的核发电.,表41 我国热电厂按蒸汽参数的分类,插图4-1 热力发电厂,插图4-2 热力发电厂,第一节 热力发电常用循环,一回热循环 图4-2是只从汽轮机中间抽一次汽来回热加热的蒸汽动力装置示意图。 具有一次抽汽的蒸汽动力回热循环热效率计算式（其中忽略水泵功耗）为 （4-1）,图4-2 具有一次抽汽的回热循环装置示意图 a
3、)系统简图 b)回热循环图 1-给水泵；2-锅炉；3-过热器；4-汽轮机；5-发电机；6-冷凝器； 7-凝结水泵；8-加热器。,式中，为抽汽份额，可由下式求得 （4-2） 回热循环的热效率必大于朗肯循环，抽汽回热的级数常用的是2-4级。 二、再热循环 再热循环及其装置表示在图4-3。通过分析，可求得理想的再热循环的热效率为 （4-3）,图4-3 再热循环装置示意图 a)系统简图 b)再热循环图 1-凝结水泵；2-锅炉；3-过热器；4-再热器；5-高压汽轮机； 6-低压汽轮机；7-发电机；8-冷凝器,再热的目的主要在于增加乏汽干度，以便在一定的初温限度下能够采用更高的初压力，从而提高循环热效率。
4、 通常只有大型火力发电厂并且压力在13MPa以上时采用。而采用再热循环的发电厂同时也采用回热循环。 三、热电联产循环 将电厂中为了实现热变为功所必须放出的热量的部分或全部用来供给热用户的需要，从而形成既产热又产电的热电联产循环，或叫热电循环。,热电厂的热电联产循环有背压式汽轮机热电联产和抽汽式汽轮机热电联产两种，分别如图4-4和图4-5所示。 对于背压式汽轮机，在承担基本负荷的情况下比较合适。 抽汽式汽轮机热电联产的应用更为普遍。 热电联产既供热又供电，常用两个指标来确定其经济性： （1）热电厂的燃料利用系数（旧称为总热效率）,图4-4 背压式热电厂汽水系统简图 1-锅炉；2-过热器；3-背压
5、式汽轮机；4-热用户；5-凝结水泵；6-发电机,图4-5 抽汽式热电厂汽水系统简图 1-锅炉；2-过热器；3-抽汽式汽轮机；4-发电机；5-冷凝器； 6-凝结水泵；7-热用户；8-加热器；9-给水泵,（4-4） （2）热电比 （4-5） 热电厂的燃料利用系数年平均应大于45%；单机容量5-20万千瓦以下热电机组，热电比平均应大于50%。 插图4-3及插图4-4分别是在燃气轮机发电的条件下，进行热电联供和热电/冷联供系统图。,插图4-3,插图4-4,四、燃气蒸汽联合循环 不补燃的余热锅炉型的燃气蒸汽联合循环， 如图4-6所示。目前这种联合循环使用的是液体燃料或天然气（也可为焦炉煤气）。 其供电效
6、率已达到50-52，远高于其它形式的发电设备，并能成为承担基本负荷的大功率的独立电厂。 燃气蒸汽联合循环有四种基本方式： 不补燃的余热锅炉型方案。 有补燃的余热锅炉型方案，如图4-7所示。可增大联合循环的单机功率。,图4-6 不补燃的余热锅炉型方案 1-压气机 2-燃烧室 3-燃气透平 4-余热锅炉 5-蒸汽透平 6-发电机 7-凝汽器 8-给水加热器,图4-7 有补燃的余热锅炉型方案 1-压气机 2-燃烧室 3-燃气透平 4-余热锅炉 5-蒸汽透平 6-发电机 7-凝汽器 8-给水加热器,增压锅炉型方案，如图4-8所示。 加热锅炉给水型方案，如图4-9所示。仅在用燃气轮机来改造和扩建原有蒸汽
7、轮机电站时才会应用。 图4-10为上述燃气蒸汽联合循环前三种基本方式的T-S图。 燃气蒸汽联合循环实质上是把燃气轮机的“布雷顿循环”与蒸汽轮机的 “朗肯循环”组合为一个循环系统。图4-10中的1-2-3-4-1为燃气轮机的实际循环过程，6-7-8-9-10-6为蒸汽轮机的实际循环过程。,图4-8 增压型锅炉方案 1-压气机 2-燃气透平 3-增压锅炉 4-蒸汽透平 5-发电机 6-凝汽器 7-给水加热器 8-排气换热器,图4-9 加热锅炉给水型方案 1-压气机；2-燃烧室；3-燃气透平；4-蒸汽锅炉；5-汽轮机；6-发电机；7-凝汽器；8-水泵；9-热水余热锅炉,图4-10 三种燃气-蒸汽联合
8、循环方案的T-S图,第二节 热力系统,一发电厂原则性热力系统 热力系统是热力发电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。 以范围划分，热力系统可分为全厂和局部两类。 局部的系统又可分主要热力设备（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、抽空气系统和冷却系统等）两种。,全厂热力系统则是以汽轮机回热系统为中心，将汽轮机、锅炉和其他所有局部热力系统有机组合而成的。 按用途来划分，热力系统可分为原则性和全面性两类。 热力系统图广泛用于设计研究和运行管理。 原则性热力系统图是一种原理性图。对机组和全厂而言，如汽轮机（或回热）的原则性热力系统、发电
9、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热经济性（一般都说明设计工况或其他特殊工况下的热经济性）；,对不同功能的各种热力系统，如主蒸汽、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。 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，以此全面显示出该系统的安全可靠性、经济性和灵活性。 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。,图4-11为国产N300-16.18/550/550型再热式汽轮机配1000/16.77/555型直流锅炉的发电厂原则性热力系
10、统图。 建设火力发电厂时，必须拟订出一个合理的原则性热力系统，并进行热力系统的计算。 发电厂的原则性热力系统计算是针对全厂的，故也可简称为全厂热力系统计算。,图4-11国产N300-16.18/550/550型机组发电厂原则性热力系统 p-压力 t-温度,通过发电厂的原则性热力系统计算，可确定电厂在某一运行方式时各部分汽水流量和参数及该工况下全厂的热经济指标，并以最大负荷工况时计算结果，作为选择锅炉、热力辅助设备和管道的依据。 发电厂原则性热力系统计算的基本方法是，对系统中换热设备建立物质平衡式和热平衡式，逐个地按“由外到内”，再“从高到低”的顺序进行计算。,例4-1某汽轮发电机组的回热加热系
11、统如图4- 12 所示。今已知该机组的功率Pe=6000kW，汽轮机进口的蒸汽焓ho=3305.1kJ/kg，机械效率m=0.99，发电机效率g=0.98，锅炉效率b=0.85，管道效率p=0.98，试求各级抽汽份额，机组汽耗量D0 和汽耗率d0、机组热耗率q0和绝对电效率e、全厂热效率cp和标准煤耗率 （计算中可不计散热损失和不考虑在泵中的焓升）。,图4-12 三级回热加热系统 1-高压加热器 2-给水泵 3-除氧器 4-疏水泵 5-低压加热器 6-凝结水泵 7-冷凝器,解： 高压加热器热平衡式为 则汽轮机的第一级抽汽份额为 除氧器热平衡式为 而,设则进入除氧器的凝结水 的焓 则得汽轮机的第
12、二级抽汽（用于除氧器加热除氧）份额为,低压加热器热平衡式为 而 故得汽轮机的第三级抽汽份额为,相应于汽轮机排汽的主凝结水份额为 因 为 和 混合而成，故由此可检验 的焓值为,此值和前面的假设值几乎相等，可以把 和 值作为计算结果进行后续的运算。 为进一步验证上述计算结果的正确性，可对汽轮机的作功情况进行核算。 汽轮机进汽1kg的实际焓降 （即实际作功量）,反平衡检验 因 说明上述计算正确。 由式（4-19）汽耗量D0为,汽耗率d0由式（4-23）可得 机组热耗率q0为,机组绝对电效率 由式（4-13）可得 全厂热效率 由式（4-14）可得 全厂发电标准煤耗率 由式（4-24）可得,二、发电厂全
13、面性热力系统 一般发电厂全面性热力系统由以下各局部系统组成：主蒸汽和再热蒸汽系统、回热加热系统、给水系统、除氧系统、旁路系统、供热系统等，今简述如下。 1主蒸汽和再热蒸汽系统 锅炉和汽轮机之间的蒸汽管道及母管与各设备的支管，称为发电厂的主蒸汽管道。 对于中间再热机组，有再热蒸汽管道。,发电厂的主蒸汽管道系统有单母管制、切换母管制和单元制系统如图4-13所示。现代大型火电机组都是单元制机组。 2回热加热系统 现代凝汽式汽轮发电机组都采用给水回热加热，见图4-11。 3给水系统 给水系统是指从除氧器给水箱下降管入口到省煤器进口之间的管道阀门和附件的总称。其中包括低压给水系统和高压给水系统，以给水泵
14、为界。,图413 发电厂的主蒸汽管道系统 （a）单母管制 (b)切换母管制 (c)单元制,要求给水系统在发电厂的任何运行形式下都能保证不间断地向锅炉供水。 1）单母管制系统 系统设有三根单母管，即给水泵入口侧的低压吸水母管、给水泵出口侧的压力母管和锅炉给水母管。 2）切换母管制系统 3）单元制系统 单元制系统适用于中间再热凝汽式或中间再热供热式机组的发电厂。,4除氧系统 水中的氧会造成金属的腐蚀，还会影响传热效果，降低传热效率，故必须有除氧系统来清除氧。 电厂所采用的除氧方法是热力除氧。 除氧器的结构型式有水膜式、淋水盘式和喷雾式几种型式。 根据除氧器压力大小又分为真空式、大气式和高压除氧器。
15、对于高参数的机组，一般采用高压除氧器。,5旁路系统 旁路系统是指高参数蒸汽不通过汽轮机的通流部分，而是经过与汽轮机并联的减温减压器，将降压减温后的蒸汽送到低一级的蒸汽管道或是与凝汽器连结的管道系统。 旁路系统的主要作用是：（1）保护再热器。（2）回收工质和热量，降低噪声。（3）加快启动速度，改善启动条件。 常见的旁路系统有：汽轮机级旁路，也称高压旁路；汽轮机级旁路，也称低压旁路；汽轮机级旁路，也称大旁路。,第三节 热经济性指标,一、凝汽式电厂热经济性指标 世界各国目前均用热量法制定了全厂的和汽轮发电机组的热经济指标。这些指标分为：热效率，能耗和能耗率三类。 一热效率 热效率（或热量利用率）的表
16、达式为： 凝汽式发电厂的能量转换过程可见图4-14。,图4-14 凝汽式电厂的能量转换,与上述每一过程相对应着的热力设备及其热效率有： 1.锅炉效率 （4-6） 2.主蒸汽管道效率p （4-7） 现代电厂的管道效率p=0.98-0.99。,3.汽轮机的绝对内效率i 对于凝汽式汽轮机，其能量平衡式为 （4-8） 则： （4-9） 或： （4-10） i对于蒸汽动力循环，称作循环的实际效率。对于汽轮机的实际内功率i而言，称作汽轮机的绝对内效率，简称i为汽轮机内效率。,4.机械传动效率m和发电机效率g （4-11） （4-12） 一般m=0.99，g=0.980.99 5.汽轮发电机组的绝对电效率e （4-13） 汽轮机的内效率i在e占主导地位。,6.凝汽式电厂热效率cp （4-14） cp是发
