雪慕冰汽轮机原理及运行(十五) 第 五 章 供热式汽轮机

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1、1 汽轮机原理及运行（十五）雪慕冰第第 五五 章章 供热式汽轮机供热式汽轮机v第第 一一 节节 背压式汽轮机背压式汽轮机v第第 二二 节节 一次调节抽汽式汽轮机一次调节抽汽式汽轮机v第第 三三 节节 两次调节抽汽式汽轮机两次调节抽汽式汽轮机2 能同时对外能同时对外供电供电、供热供热的汽轮机称为的汽轮机称为供热式汽轮机供热式汽轮机（或（或者称热电联产汽轮机）。安装有供热式汽轮机的电厂称为者称热电联产汽轮机）。安装有供热式汽轮机的电厂称为热热电厂电厂。供热式汽轮机有。供热式汽轮机有背压式汽轮机背压式汽轮机和和调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机两两大类：大类： 背压式汽轮机背压式汽轮机排汽压力（背压）

2、高于一个大气压力。排汽压力（背压）高于一个大气压力。 调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机是将在汽轮机内作过功的蒸汽从某个是将在汽轮机内作过功的蒸汽从某个中间级后抽出来供给热用户。根据热用户对用汽参数的不同中间级后抽出来供给热用户。根据热用户对用汽参数的不同要求，调节抽汽式汽轮机可要求，调节抽汽式汽轮机可 以是单抽汽的，也可以是双以是单抽汽的，也可以是双抽汽的。抽汽的。 供热式汽轮机的供热式汽轮机的一般有两种，即一般有两种，即工业用汽工业用汽和和采采暖用汽暖用汽两种不同的参数。工业用汽的压力一般为两种不同的参数。工业用汽的压力一般为 0.8 1.3 0.8 1.3 Mpa (8 13 ata )

3、Mpa (8 13 ata ) ；采暖用汽压力一般为；采暖用汽压力一般为0.05 0.12Mpa 0.05 0.12Mpa （0.5 1.2 a t a )0.5 1.2 a t a )。3第第 一一 节节 背压式汽轮机背压式汽轮机 v背压式汽轮机的特点背压式汽轮机的特点v背压机热电负荷之间的关系背压机热电负荷之间的关系v背压机的工况图背压机的工况图4一一 背压式汽轮机的特点背压式汽轮机的特点1.1.背压式汽轮机的任务是背压式汽轮机的任务是供热供热，同时，同时发电发电。2.2.背压机没有回热抽汽，也没有凝汽器。排汽全部送到热用户。因此，其背压机没有回热抽汽，也没有凝汽器。排汽全部送到热用户。因

4、此，其热经济性是最好热经济性是最好的。的。3.3.背压机背压机排汽参数高排汽参数高，整机理想焓降小整机理想焓降小。都采用喷嘴调节。调节级形式多。都采用喷嘴调节。调节级形式多为双列级。为双列级。4.4.由于整机理想焓降小，对于同功率大小的凝汽式汽轮机来说，背压机的由于整机理想焓降小，对于同功率大小的凝汽式汽轮机来说，背压机的流量大流量大，相应各级通流部分的，相应各级通流部分的几何尺寸就大，叶高长、部分进汽度大。几何尺寸就大，叶高长、部分进汽度大。5.5.背压机的初参数一般不会很高，多为中参数。排汽压力要根据热负荷的背压机的初参数一般不会很高，多为中参数。排汽压力要根据热负荷的性质而定。性质而定。

5、工业用汽工业用汽，压力一般为，压力一般为0.8 1.3 M p a0.8 1.3 M p a；采暖用汽采暖用汽，一般为，一般为0.12 0 .25Mpa0.12 0 .25Mpa。5 图图5-1为背压式汽轮机装置示意图。新蒸汽进入背压机为背压式汽轮机装置示意图。新蒸汽进入背压机1膨胀作功后，排膨胀作功后，排汽送到汽送到热用户热用户4。由于无回热抽汽，进汽量等于排汽量。由于无回热抽汽，进汽量等于排汽量。所以，当热负荷增大时，进汽量增大，发电功率增大；反之亦然。这就是说，所以，当热负荷增大时，进汽量增大，发电功率增大；反之亦然。这就是说，背背压机的发电功率要受供热量大小的限制，不能同时满足热、电两

6、负荷的要求压机的发电功率要受供热量大小的限制，不能同时满足热、电两负荷的要求。因此，背压机常常和凝汽式汽轮机因此，背压机常常和凝汽式汽轮机并列运行并列运行（如图（如图4-1所示）。凝汽机所示）。凝汽机2承担承担电负荷的变化，以满足电负荷的要求。电负荷的变化，以满足电负荷的要求。 另外，当背压机出故障或者另外，当背压机出故障或者 需要检修时，由减温减压需要检修时，由减温减压 器器3向热用户供汽。向热用户供汽。 图图5-16对背压机进行变工况计算后，可绘制出它的对背压机进行变工况计算后，可绘制出它的汽耗特性曲线汽耗特性曲线，如图，如图52中中b线所示。为了便于比较，在图中同时给出了功率和参数相同的

7、凝汽机线所示。为了便于比较，在图中同时给出了功率和参数相同的凝汽机汽耗特性曲线汽耗特性曲线c。从图可见，背压机的从图可见，背压机的汽耗微增率汽耗微增率（b线的斜率）比凝汽机的大。这是因线的斜率）比凝汽机的大。这是因为背压机的背压高，为背压机的背压高，整机理想焓降小，所以要整机理想焓降小，所以要发出相同功率，则所需蒸发出相同功率，则所需蒸汽流量就大。从而，背压汽流量就大。从而，背压机的机的空载汽耗量空载汽耗量也比凝汽也比凝汽机的大。机的大。图图527第第 二二 节节 一次调节抽汽式汽轮机一次调节抽汽式汽轮机v一次调节抽汽式汽轮机的工作原理一次调节抽汽式汽轮机的工作原理v一次调节抽汽式汽轮机的工况

8、图一次调节抽汽式汽轮机的工况图 8 调节抽汽式汽轮机同时发电和对外供热，调节抽汽式汽轮机同时发电和对外供热，并能在较大范并能在较大范围内同时满足热、电两负荷的要求围内同时满足热、电两负荷的要求。也就是说，当发电功率。也就是说，当发电功率不变时，供热抽汽量可以在所在范围内任意变动；当供热量不变时，供热抽汽量可以在所在范围内任意变动；当供热量不变时，发电功率可以在所在范围内任意变动。根据热负荷不变时，发电功率可以在所在范围内任意变动。根据热负荷的要求，调节抽汽式汽轮机可以向外提供一种或者两种的要求，调节抽汽式汽轮机可以向外提供一种或者两种的蒸汽，并且，的蒸汽，并且，供汽参数和流量大供汽参数和流量大

9、小可以控制。因此，小可以控制。因此，调节抽汽式汽轮机调节抽汽式汽轮机得到了广泛地应用。得到了广泛地应用。图图5- 39 图图5- 35- 3为一次调节抽汽式汽轮机的为一次调节抽汽式汽轮机的工作原理工作原理和和热力过程曲线热力过程曲线示意示意图。它由高压部分和低压部分所组成。从锅炉出来的蒸汽（参数图。它由高压部分和低压部分所组成。从锅炉出来的蒸汽（参数为为 、 ），经主汽阀、调节阀先在高压缸膨胀作功作功之后，分为两），经主汽阀、调节阀先在高压缸膨胀作功作功之后，分为两股：一股蒸汽股：一股蒸汽 从高压缸抽出送到热用户；另一股蒸汽从高压缸抽出送到热用户；另一股蒸汽 经低压调节经低压调节阀阀5 5进入

10、低压缸继续膨胀作功，作功后的乏汽最后排入凝汽器（压力进入低压缸继续膨胀作功，作功后的乏汽最后排入凝汽器（压力为为 ）。）。一次调节抽汽式汽轮机有高、低压两个调节阀（有的机组的低压调节装置是一次调节抽汽式汽轮机有高、低压两个调节阀（有的机组的低压调节装置是），由机组本身的调节系统的），由机组本身的调节系统的和和控制，以同时满足外控制，以同时满足外界不同热、电负荷的要求。也就是说，一次调节抽汽式汽轮机的控制系统，界不同热、电负荷的要求。也就是说，一次调节抽汽式汽轮机的控制系统，可使可使，或者，或者，。0p0tepeDcD10 对于一次调节抽汽式汽轮机，其对于一次调节抽汽式汽轮机，其流量流量和和功率

11、功率可用下式来表示：可用下式来表示： ( 5 - 3 ) ( 5 - 4 )其中，其中， -分别为机组的进汽量、抽汽量、凝汽量；分别为机组的进汽量、抽汽量、凝汽量； -分别为机组的功率、高、低缸功率。分别为机组的功率、高、低缸功率。用图用图53中的符号，中的符号，则高则高 、低缸功率和整机的功率为、低缸功率和整机的功率为 （ 5 5 ）或或 者者 = （ 5 5 a ） 由式（由式（55）可见，当供汽量一定时，可通过调节进汽量而得到不同的电功率。）可见，当供汽量一定时，可通过调节进汽量而得到不同的电功率。也就是说，也就是说，一次调节抽汽式汽轮机在一定范围内，可同时满足热、电两负荷一次调节抽汽式

12、汽轮机在一定范围内，可同时满足热、电两负荷的需要的需要。ceDDD011iiiPPPceDDD、0111iiiPPP、ititiHGHDP0013600itcitciHGHDP360036000itHDiP3600itcHD36000itHD3600)(0iteHDDiP36000itHD3600iteHDieiPP11二二 一次调节抽汽式汽轮机的工况图一次调节抽汽式汽轮机的工况图 一次调节抽汽式汽轮机的一次调节抽汽式汽轮机的进汽量进汽量、调节、调节抽汽量抽汽量和和功率功率三者之间的关三者之间的关系曲线称为一次调节抽汽式汽轮机的工况图，如图系曲线称为一次调节抽汽式汽轮机的工况图，如图54的形式

13、：的形式：1.纯凝汽工况线：纯凝汽工况线： 当机组抽汽量当机组抽汽量 = 0时，机组的功率与流量的关系曲线时，机组的功率与流量的关系曲线称为纯凝汽工况线。这时，机组的功率为：称为纯凝汽工况线。这时，机组的功率为： （ 5 6 ） 根据假设，上式的根据假设，上式的 为一常数。显然，功率为一常数。显然，功率 与流量与流量 呈直线关系，如图呈直线关系，如图54中的中的0 a 线所示。该线就是纯凝汽工况线，其斜率为线所示。该线就是纯凝汽工况线，其斜率为 。图。图中线段中线段oo 表示机组有效功率为零时的表示机组有效功率为零时的空载汽耗量空载汽耗量 ， 点所对应的点所对应的功率为额定功率。功率为额定功率

14、。iP003600DBHDcitcBiP0DeDitcHd3600nlDa12图图5-4 一次调节抽汽式汽轮机的简化工况图一次调节抽汽式汽轮机的简化工况图132.纯背压工况线纯背压工况线 当低压缸流量当低压缸流量 = 0时，机组的功率与流量的关系曲线称为纯背压工况线。时，机组的功率与流量的关系曲线称为纯背压工况线。这时，机组相当于一台这时，机组相当于一台背压式汽轮机背压式汽轮机，用汽量等于进汽量，机组的功率为：，用汽量等于进汽量，机组的功率为： （ 5 7 ） 纯背压工况线的其斜率纯背压工况线的其斜率 。其空载汽耗量。其空载汽耗量 （线（线 段）比凝汽工段）比凝汽工况的大。况的大。 在实际运行

15、中，纯背压工况是不可能实现的。为了冷却低压缸，必需要有在实际运行中，纯背压工况是不可能实现的。为了冷却低压缸，必需要有一个最小流量一个最小流量 通过低压缸。因此汽轮机所发出的功率要增大，即通过低压缸。因此汽轮机所发出的功率要增大，即 （ 58 ） 其中，其中， 为低压缸通过最小流量时所发出的功率。由于为一常数，所以，为低压缸通过最小流量时所发出的功率。由于为一常数，所以，在这种工况下机组的功率与流量的关系曲线应与线平行，如图在这种工况下机组的功率与流量的关系曲线应与线平行，如图54的的 线线所示，称为所示，称为实际背压工况线实际背压工况线（。cD003600DBHDPbitibdcd1nlDm

16、in)(cDmin)(iPmin0)(ibPDBiPdc143.等抽汽量工况线等抽汽量工况线当抽汽量当抽汽量 为不同常数时，机组的功率与流量的一组关系曲为不同常数时，机组的功率与流量的一组关系曲线称为等抽汽量工况线。由于抽汽量的存在，机组的功率为：线称为等抽汽量工况线。由于抽汽量的存在，机组的功率为： =式中式中 为由于抽汽量为由于抽汽量没通过低压缸而少发的功率没通过低压缸而少发的功率，当抽汽量一，当抽汽量一定时，定时， 也为定值。这时，机组的功率与流量的关系曲线应也为定值。这时，机组的功率与流量的关系曲线应是一组是一组平行于平行于0 线的曲线线的曲线，如图，如图54中的中的 线等所示。很线等

17、所示。很显然，当抽汽量显然，当抽汽量 = 0 时，时， 也为零，其工况线就是纯凝也为零，其工况线就是纯凝汽量工况线。图汽量工况线。图54中的中的 线为最大抽汽量工况线，线为最大抽汽量工况线，即即 ， 的大小决定于设计条件。若在设计时，最的大小决定于设计条件。若在设计时，最大抽汽量只能在最大进汽量时抽出。大抽汽量只能在最大进汽量时抽出。eD36000itiHDP3600iteHDiecPDB0iePiePaeeeDiePeemaxeeDD maxeD154.等凝汽量工况线等凝汽量工况线 当通过低压缸流量当通过低压缸流量 为为不同常数不同常数时，机组的功率与流量的一时，机组的功率与流量的一组关系曲

18、线称为等凝汽量工况线。这时候，机组的功率为：组关系曲线称为等凝汽量工况线。这时候，机组的功率为： （5 10 ） 当当 = 0 时，则时，则 ，即，即 为线（纯背压工况线）。为线（纯背压工况线）。所以，在不同的所以，在不同的 下就可以得到一组平行下就可以得到一组平行 的的 线。线。上述的各线所围成的一块封闭面积，即为一次调节抽汽式汽轮机上述的各线所围成的一块封闭面积，即为一次调节抽汽式汽轮机的可能工作区，区内任意一点都代表一种工况。因此，在工的可能工作区，区内任意一点都代表一种工况。因此，在工作区内，只要知道四个参数（作区内，只要知道四个参数（ 、 、 、 ）中的任意两个，）中的任意两个，就可

19、以通过查工况图而求得另外两个量。就可以通过查工况图而求得另外两个量。cDiP36000itHD3600itcHDibPDB0cDiP0DBbcdcdcD0DeDcDiP16第第 三三 节节 两次调节抽汽式汽轮机两次调节抽汽式汽轮机 v两次调节抽汽式汽轮机的工作原理两次调节抽汽式汽轮机的工作原理v两次调节抽汽式汽轮机的工况图（略）两次调节抽汽式汽轮机的工况图（略）17一一 两次调节抽汽式汽轮机的工作原理两次调节抽汽式汽轮机的工作原理 两次调节抽汽式汽轮机的两次调节抽汽式汽轮机的热力系统简图热力系统简图和和热力过程曲线热力过程曲线如图如图55所示。其工作原理和一次调节抽汽式汽轮机大体相同。汽轮所示

20、。其工作原理和一次调节抽汽式汽轮机大体相同。汽轮机由高、中低三部分所组成。机由高、中低三部分所组成。 三部分都具有各自的配汽机构，能同时向外供应两种不同参数的三部分都具有各自的配汽机构，能同时向外供应两种不同参数的抽汽。抽汽。 如果不考回热抽汽，则机组如果不考回热抽汽，则机组总的功率总的功率和和蒸汽流量蒸汽流量的基本关系为：的基本关系为： ( 5 -1 ) ( 5 - 12 )其中，其中， -分别为总进汽量和一、二次抽汽量及凝汽量；分别为总进汽量和一、二次抽汽量及凝汽量； -分别为整机和高、中、低压缸的功率。分别为整机和高、中、低压缸的功率。 ceeDDDD210111111iiiiPPPPceeDDDD、210111111iiiiPPPP、18图55两 次 调 节 抽 汽式汽轮机热力系统和热力过程曲线二二 两次调节抽汽式汽轮机的工况图（略）两次调节抽汽式汽轮机的工况图（略）