热力发电厂课程设计
1.1 设计目的
1. 学习电厂热力系统规划、设计的一般途径和方案论证、优选的原则
2. 学习全面性热力系统计算和发电厂主要热经济指标计算的内容、方法
3. 提高计算机绘图、制表、数据处理的能力 1.2 原始资料
西安 某地区新建热电工程的热负荷包括：
1）工业生产用汽负荷； 2）冬季厂房采暖用汽负荷。
西安 地区采暖期 101 天，室外采暖计算温度 –5℃，采暖期室外平均温度 1.0℃，工业用汽
和采暖用汽热负荷参数均为 0.8MPa 、230℃。通过调查统计得到的近期工业热负荷和采暖热 负荷如下表所示：
1.3 计算原始资料
（1）锅炉效率根据锅炉类别可取下述数值：
锅炉类别 链条炉
煤粉炉
沸腾炉
旋风炉
循环流化床锅炉
锅炉效率 0.72～0.85 0.85～0.90 0.65～
0.70
0.85 0.85～ 0.90
（2）汽轮机相对内效率、机械效率及发电机效率的常见数值如下：
汽轮机额定功率 750～ 6000 12000 ～ 25000 5000 汽轮机相对内效率 0.7～0.8 0.75～ 0.85 0.85～0.87
汽轮机机械效率
0.95～0.98 0.97～ 0.99 ～ 0.99
发电机效率
0.93～0.96
0.96～ 0.97
0.98～0.985
3）热电厂内管道效率，取为 0.96。
4）各种热交换器效率，包括高、低压加热器、除氧器，一般取 0.96～0.98。
5）热交换器端温差，取3～7℃。
2%
6）锅炉排污率，一般不超过下列数值：
以化学除盐水或蒸馏水为补给水的供热式电厂
以化学软化水为补给水的供热式电厂5%
7）厂内汽水损失，取锅炉蒸发量的3%。
8）主汽门至调节汽门间的压降损失，取蒸汽初压的3%～7%。
9）各种抽汽管道的压降，一般取该级抽汽压力的4%～8%。
10）生水水温，一般取5～20℃。
11）进入凝汽器的蒸汽干度，取0.88～0.95。
12）凝汽器出口凝结水温度，可近似取凝汽器压力下的饱和水温度。
2、原则性热力系统
2.1 设计热负荷和年持续热负荷曲线
根据各个用户的用汽参数和汽机供汽参数，逐一将用户负荷折算到热电厂供汽出口，见
表2-1 。用户处工业用汽符合总量：采暖期最大为175 t/h, 折算汇总到电厂出口处为166.65 t/h 。
2-1
折算到热电厂出口的工业热负荷，再乘以0.9 的折算系数，得到热电厂设计工业热负荷，再按供热比焓和回水比焓（回水率为零，补水比焓62.8 kJ/kg）计算出供热量，见表2-2。根据设计热负荷，绘制采暖负荷持续曲线和年热负荷持续曲线图，见图2-1 、图2-2。
表2-2 热电厂设计热负荷
2%
图2-1 采暖热负荷持续曲线图
图2-2 年热负荷持续曲线图
2.2 装机方案的拟定
根据热电厂设计热负荷和建厂条件，热电厂最终规模是50MW 以下，由于采暖热负荷占整个热负荷比重一般，所以不建热水网。采暖用汽和工业用汽同管输送，因此拟定以下装机方案：（见图2-3 ）
2× CC12-4.9/0.98/0.17 型双抽汽供热式次高压汽轮机发电机组；1× B12-4.9/
0.98 型背压供热式次高压汽轮机发电机组；3× 75 t/h 次高压循环流化床锅炉。本方案设有
三台锅炉，三台汽轮机，主蒸汽系统采用母管制。背压机组（B12 机组）的排汽，一部分作为 1 号高加的加热用汽，另一部分作为供热汽源。抽汽机组CC12 有 3 级非调整抽汽和 2 级调整抽汽，其中第 1 级调整抽汽和第 1 级非调整抽汽共用一个抽汽口，第 2 级调整抽汽和第 2 级非调整抽汽共用一个抽汽口，第 1 级调整抽汽做为供热抽汽，第 2 级调整抽汽做为补充水加热蒸汽。除氧器加热用汽量是第 2 级非调整抽汽，除氧器定压运行。该系统配置减温减压器，保留或新建调峰锅炉，机组供热不足部分先由锅炉的新蒸汽减温减压后提供，再由尖峰锅炉提供。减温减压器所用的减温水来自给水泵出口。系统设连排扩容器，扩容蒸汽进入除氧器。功热蒸汽的凝结水不回收，补充水（生水）由CC12 机组的第 2 级调整抽汽加热后，去化水车间，再去除氧器。
390
D b=18399.069 5.4p 450t 3312.9h
4.9p 435t 3282.85h
定进气量92 t/h ，最大进气量104.4
t/h ，第一级调整抽汽量30 ~ 50 t/h ，
第二级调整抽汽量
D oj=107..08
D L=151..6790
.87.97
3汽水损失
D OB=1
5
.
1
.7
0.8p 230t 2907h
2.41
1.17 h58.2823t534p9.
B12-4.9/0.98
o
c
2
= h58.2823t534p9.
× CC12-4.9/0.98/0.17
Dw=
2.99
Dw=0.0
减温水
h76.4122p500. 10.37=c D h709
D
TB
+D
TC
=
D Tj =200..079
236.8
1
D TB+D TC+D Tj=26547..2680
.
41
.73
=
467.0782h0h
408h 128.65h
D =1.2 ×
×注：
1.D 流量，单位t/h 。图中数据分
子为季最大负荷工况计算结果。
分母为非采暖季最小负荷工况计算结果。
2.h 焓，单位kj/kg ；t 温度，单位℃
3. p压力，单位MPa
4.采暖季3台汽机加减压减温器供汽并需外部小锅炉调峰，非采暖季最小负荷工况B12汽机停运。
生水
2693.11h
D2=4134..013
补充水
从化水车间来
518.84h
2.99 Dw=0.0
93.
2744.69h
2693.9h 711.76 h
+
D
D1
1B
C
减温水
518.84h
167h
433.67h
62.8h
30 t/h 。本方案的计算原则是，让B12尽量多供热负荷，CC12汽机第二级调整抽汽作热电厂补水加热用汽。
（二）原则性热力系统本方案原则性热力系统见图2-3。
（三）原则性热力系统计算
1. 参数级符号说明见表2-3
表2-3 参数及符号
名称符号单位名称符号单位
锅炉蒸发量D b th CC12 机组机电效率
mg,C2
锅炉排污量
D b1 th B12 汽机进汽量
D oB
th
排污扩容蒸汽量D f th B12 汽机高加用汽量D1B th 扩容器排污水量
D ps
th B12 汽机外供汽量
D TB
th
全厂汽水损失量D1 th CC12 汽机进汽量
D0C
th 锅炉给水量
D fw
th CC12 汽机高加用汽量
D1C
th
全厂补充水量
D ma
th C12 汽机高加用汽量D1 th 锅炉减温减压汽量
D 0j
th CC12 汽机外供汽量
D TC
th
减温减压后汽量D Tj th CC12 除氧器用汽量D2 th 减温减压喷水量D w th CC12 生水预热器用汽量D2s th 循环流化床锅炉效率
gl CC12 凝汽量
D c th
加热器换热效率
h CC12 低压加热器用汽量D3 th
476.54h
图2-3 B12-4.9/0.98 + 2×CC12-4.9/0.98/0.17 + 3×75 t/h 全厂原则性热力
系统图
2.3 汽轮机热力特性资料与原则性热力系统拟定及其计算
（一）机组热力特性资料
2. 计算条件计算工况：采暖期最大热负荷工况，此时对应汽轮机最大进气量和最大调整
供热抽汽量；
设锅炉排污量：D bl = 0.02 D b；汽水损失量：D1 = 0.03 D b；ηh = =0.98。各效率取值见表
h
2-4。
表2-4 主要效率取值
3. 锅炉减温减压供热系统热力计算公式
物质平衡方程
D 0 j
D
w
D
Tj （
a
）
能量平衡方程3282.85D 0 j
518.84 D w 2907D Tj （b）
把（a
）式带入（
b
）式得3282.85D 0 j
518.84D w 2907D Tj
解得
D
Tj 1.168D 0j （3-62）
D Tj
D
Tj
D
0j 1.168D 0j （3-63）
4. 方案一的计算
（1）锅炉汽水流量计算公式
1）锅炉蒸发量D b （D0C D0B D0j）/（1 0.03） 1.030928（D0 D0B D0j）
（3-64）
2)锅炉排污量D b1 0.02 D b 0.020619(D0 D0B D0 j)
（3-65）3）锅炉给水
量D fw D b D b1 1.051546(D0 D0B D0j)
（3-66）4）锅炉扩容排污系统计算
物质平衡方
程D b1 D f D ps
（a ）
能量平衡方程1179 0.98D b1 2693D f 467.08D
ps
（b）
把( a
)式带入(
b
)式得
D
f 0.0063757(D0 D0B D0j)
(3-
67)
D
ps
D
b1
D
f 0.0142428(
D
D
0B
D
0j) 3-68)
5）补充水量计算，若不考虑回水
D
ma (D TC D TB D Tj )
D L D ps
(D
TC
D
TB
D
Tj )
0.03 1.030928(
D 0C D 0B
D
0j )
(D
TC D TB D Tj ) 0.0451707(D 0C D 0B D 0 j )
（2） B12-4.9/0.98 热力系统计算公式
1）B12 机高加用汽量计算
高加用汽量可分为两部分， 一部分由 B12 汽轮机排气提供， 为 D 1B
，另一部分由
CC12第一 级抽汽提供，为 D 1C
。假定 B12 抽汽加热对应的给水量是 D oB
和 CC12一级抽
汽加热剩余 的给水量，则
高加能量平衡方程： 0.98 （2907 711.76） D 1B
1.051546 （719.67 518.84） D
0B
解得高加用汽
D 1B
0.0981632 D 0B
（3-70）
2）B12 机外供汽量 D TB D 0B D 1B 0.901837 D 0B （3-71）
3）B12 机发电功率
(3)
CC12-4.9/0.98//0.17 热力系统计算公式
1) CC12高加用汽量计算
高加能量平衡方程
0. 9 8 2 9 0 7 7 1 1D . 17C 6
7 1 9. 6 7 5 1 8. 8 4D 0C 1. 0D 5 10j 5 4 6
2）生水预热器用汽量计算
生水预热器的热平衡：计算时考虑 20%的化学水处理水量损失。
0.98 2744.69 476.54 D 2s 1.2 167.47 62.8 D ma
D 2s
0.056507 D TC D TB D Tj 0.002553 D 0C D 0B D 0j
（
3-74）
解得高加用汽量
D 1C 0.098163
D 0C
D
0j
3-73)
0.0142428(D 0C D 0B D 0j )
3-69)
P e,B
3282.85 2907 D 0B 0.857 / 3.6 79.868 D 0B
3-72)
3）低压加热器用汽量计算公式
低压热平衡：0.98 2693 433.07 D3= 407.68 128.65 D3 D c 低加用汽量: D3=0.144149D c
（3-75）
4）除氧器用汽量计算公式除氧器热平衡
0.98 2744.69 D 2 146.5 D bs 476.54 D 2s 711.76 D1C D1B 407.68 D 3 D c 2693.11D f
=518.84（ D fw +D w）
把式（3-69），（3-73），（3-70），（3-67），（3-74），（3-75）带入上式，并整理得
D 2=0.167563 D0C D0B D0j 0.032406 D 0j
（3-76）0.064476
D TC D TB D Tj 0.173413D c
5）CC12汽量平衡
D0C=D1C+D TC+D 2+D 2s+D3+D c 把式（3-73），式（3-74），式（3-75）带入上式，并整理得
Dc 0.753780 D 0C 0.175244 D 0B 0.309750 D 0 j 1.021937 D TC
0.008209（ D TB D Tj）
（3-77）6）CC12发电量计算公式
P e,C 0.829 [ 3282.85 2907 D1C D TC 3282.85 2744.69 D2 D 2s
+ 3282.85 2693.94 D3 （3282.85 2308.47）D C] /3.6
（3-78）整理上式得
P e, C 85.825852D TC 29.577843D0C 75.641244D0j 21.081845D0B 0.987569 D TB D Tj 225.867097D c
（3-79）或Dc 0.004427Pe,C 0.130952 D 0 C0.093337 D 0B0.379984D TC
0.334893 D 0 j 0.004372（ D TB D Tj）
（3-80）代入式
（3-77），并整理得
D0C= 0. 0 0 5P0e0,C4 0. 0D920B578 0D. 00j 28419
0. 7 2D5T C5 90 0. D0T0B4 D3 3T7j （）
3-81）
(4)方案一各部分实际用汽量计算
面推导出来汽机进汽量（D0）、凝汽量（D c）与发电功率（P e）和供汽量（D T）之间的关系，
现将
有关数据代入，可计算出方案一在采暖期最大负荷下汽机、锅炉等各部分实际用汽量。
计算结果列在表2-5 。表中各量的顺序就是计算结果。
表2-5 方案- 汽水流量计算结果汇总
（5）计算说明
1）B12 是背压机，经济性好，在采暖最大热负荷时，应首先维持B12在额定工况下运行，
因而可根据B12机的额定功率由式（3-79）计算出B12 所需进汽量；本题中采用“定流
量”计算，即最大热负荷时，汽轮机进汽量取为汽轮机最大设计进汽量，且假定采暖期
CC12 机组提
供最大调整抽汽量，即D TC = 50 t/h ，以此计算各处汽水流量和发电量。是否合适要通过检验CC12汽机的最小凝汽量来确定。凝汽量检验24.39/208.8 = 0.1168；73.01/184 = 0.3968(最小负
荷)，大于CC12 最小凝汽量的要求。如果不满足要重新设定进汽量，再计算。
2)计算中还要进行汽量和电量校核，以检验及孙是否准确。
D0C=D1C+D TC+D 2+D 2s+D 3+D c
= 22.24 + 100 + 43.13 + 15.52 + 3.52 + 24.39 = 208.8 t/h 误差(12328-12000)/12000 = 2.7% 符合工程需要可见，汽量平衡，计算准确。
3)本方案的运行方式：在采暖期3 台汽机加锅炉新汽减温
减压后供给热负荷， 3 台锅炉
运行。采暖期最大符号工况，尖峰锅炉供汽60.93 t/h ；非采暖期最大及平均负荷工况，2台汽机 2 台锅炉运行，负荷不满；非采暖期最小负荷工况，B12 汽机停运，CC12 汽机及 2 台锅炉运行。本方案其他供热工况计算类同。典型工况热平衡结果已标注在全厂原则性热力系统图上，见图2-3。需系统调峰的供热负荷表示在年热负荷持续线图上，见图2-2 。
2.4 全厂热经济指标计算
计算时要用到相应的计算公式见( 3.35)至( 3-61)，这里只给出所用公式的编号。
本方案B12-4.9/0.98 + 2× CC12-4.9/0.98/0.17 + 3×130 t/h 调峰锅炉供热量Q TF D jf(h T-h ma)=60.93 103(2907 62.8) 10 6173.31GJ/h 热电厂最大供热量Q T(m) 905.99
173.31 732.68GJ/h 热电厂全年供热量(根据全年热负荷持续曲线图3-5)
Q a732.68 120 0.5 (732.68 379.73) (2424 120)
0.5 (307.14 182.82) (8760 2424)
=2921639
热电厂全年发电量：
设机组利用小时数为
H3 5500h
年发电量(式3-36)
p e a36000 5500 198000000 kW h
采暖期平均发电标准煤耗率(式3-38)
348.10 103(1 0.03) (3282.85 719.67) 190.26 103(2907 62.8) b d
d29300 36000 0.9 0.98
=0.406kg / (kW h)
非采暖期平均发电标注煤耗率（式 3-38）
196.4 103
(1 0.03) (3282.85 719.67) 78.85 103
(2907 62.8) b
d d
29300 24000 0.86 0.98 =0.496kg / (kW h)
年平均发电标准煤耗率(采暖期和非采暖期的加权平均)
0.406 36000 2424 0.496 (198000000 36000 2424)
198000000
=0.457kg / (kW h)
凝汽发电的厂用电率取 d 5.5% 供热的长用电率（ 3-52）
T
5.73 [1 2 （0.88 0.8）]
6.6468
T
6.6468 2921639 /198000000 0.0981
综合厂用电率（式 3-54） 0.055 0.098 0.153 ，即 15.3%。 平均供热标准煤(式 3-55)
s
b TP
34.12 / 0.88 0.98 6.0738 0.457 42.60kg /GJ 年耗标煤量(式 3-56)
B s a
0.315 198000000 6.0738 ******* 42.60 2921639 10 3
=206014t / a
a
年平均供电煤耗率(式 3-57) b a ep
0.457 / 1 0.055 0.483kg / kW.h 年节约标准煤量(式 3-58 )
34.12
B 0.41 5.73 42.60 2921639
0.55 0.98
0.41 0.457 1 0.055 198000000 10 3
=53643t / h
上式中 取 0.55 。 gl 年平均全厂热效率
a
0.0036 198000000 2921639 100% 60.21% cp
29.3 206015
年平均热电比
732.68 0.809
905.99
2921639 0.0036 189000000
100% 409.9%
b
ep
热化系数
图2-4 CC12-4.9/0.98/0.17 蒸汽膨胀h-s 图