热能与动力机械基础第四章热力发电与核电.ppt
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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。表中
2、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)系统简图 b
3、)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。通常只有大型火力发电厂并且压力
4、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-背压式汽轮机;4-热用户;5-凝结水泵;6-发电
5、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
6、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-
7、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
8、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
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