[科普中国]-热动力系统

定义

热力学系统，又称“热力系”，有时亦简称“系统”。为一定的分界面所包围，或与外部其他物体、或在内部不同部分彼此起着热能和机械功相互传递作用的物质系统。是从某一实际系统中人为地提取出来的研究对象及其涉及范围。 在热力学中，根据分析具体的能量 和质量交换问题的需要，通常均取一定量的工质连同将其包围起来的分界面一起作为热力系统，有时也可从空间内单独分割出某部分工质作为研究对象。凡在分界面(即“边 界”) 以外的其他所有物体统称为 “外界”或“环境”。按与外界不发生或发生物质的交换，有闭口系统和开口系统两类; 按在绝热条件下是否与外界发生功量传递或物质交换，有绝热系统和孤立系统两类；按其内部的组成情况以及集态是否均 匀，有单元系统、多元系统、单相系统、复相系统等。热力系统必须具备一个有限的宏观尺度范围，它的分界面既可为真实的、固定的，也可为虚设的、移动的。热力系统的选择，是对任何研究对象进行正确的热力学分析的必要前提。尚未明确选定热力系统之前，势难对质量、力、热、功等问题进行任何有意义的分析。1

组成凝汽式蒸汽动力装置的热力系统由锅炉本体汽水系统、汽轮机热力系统、机炉间连接的管道系统和全厂公用汽水系统四部分组成。供热式电厂还需增加热网加热站系统。

锅炉本体汽水系统包括锅炉本体的汽水循环系统、给水调节控制回路、过热和再热蒸汽调温水系统及排污水和疏放水系统等。其系统连接和要求由锅炉制造厂提供。

汽轮机热力系统主要由汽轮机回热系统、凝汽系统、汽封汽系统、本体疏水系统等相关设备和相应连接管道组成。中间再热机组一般还设置有与汽轮机并联的蒸汽减压减温管路系统，称为汽轮机旁路系统。

机炉间的连接管道系统包括：主蒸汽、低温再热蒸汽(冷段)、高温再热蒸汽(热段)和主给水等管道系统。每个系统由管道、阀门、以及排汽、疏放水等辅助管道与附件组成。管道直径选择和其布置必须保证设备间压力降值不大于允许值，管道对设备的推力及管道自身应力应在允许范围之内。

全厂公用汽水系统主要包括机炉特殊需要的用汽、起动用汽以及燃油加热和采暖用汽等有关设备及系统。新建电厂为解决起动用汽，常设置起动锅炉向公用蒸汽系统供汽。2

热动力系统图根据电厂热力循环的特征，将热力部分主辅设备及其管道附件等按生产流程连接成一个整体的线路图。在设计、施工和运行中，热力系统图都有很大作用，按不同应用目的和编制方法可将热力系统图区别为原则性热力系统图、全厂性热力系统图和分部性热力系统图，它们所表达的内容重点各不相同。

原则性热力系统图主要反映工作介质完成热力循环所必须流经的主要热力设备间的相互联系和能量转换过程。附图为中国制造的600 MW机组的原则性热力系统图。原则性热力系统图主要用来计算生产流程各主要部位的介质流量和参数，并进行热力经济指标的计算，借以选定热力系统各主辅设备并确定系统的热经济性和能量利用的完善程度。制造厂提供的在不同负荷时的热平衡图就是根据原则性热力系统进行计算的。2

全厂性热力系统图根据原则性热力系统所规定的原则和内容及给定的各种运行工况条件，拟定全厂各有关辅助系统工作介质的状况变化和热量利用状况，用以全面表示火电厂主要和辅助热力设备的连接方式及工作流程全貌，反映各种工况 (包括事故、检修)下的运行方式。全厂性热力系统图即常用的汽水管道流程图 (flow diagram)，可据以编制热力设备汇总表和管道及其附件的汇总表，也是管道系统设计和主厂房布置的依据，对施工也有重要的指导作用。

分部性热力系统图大型机组的全厂性热力系统相当庞杂，又均采用单元制，故常按照不同的功能和需要，将全厂性热力系统分解为表示局部汽、水系统和设备、管道的分部热力系统图，亦称子系统图。一般分解为汽轮机本体;主蒸汽、再热蒸汽、高低压旁路;抽汽;凝结水;给水;疏水等系统图。在分部热力系统图中，要求详细表示出有关机械设备和管道的连接，标注管道、操作部件和安全保护装置的具体规范，并按运行监控的需要加注该分部系统内的全部检测仪表(压力、温度等)，这种分部系统图又称为管道和仪表图 (pipingand instrumentation diagram，P&ID)。

技术关键热动力系统应根据火力发电厂给定的运行方式进行优化设计，作为选配各种主要辅助机械和设备的容量、参数、台数，以及汽水管道的管径、阀门的型式和数量等的依据，以求取得在给定运行方式下的最佳匹配，达到较好的经济性、运行可靠性和灵活性以及应付事故或异常工况的能力。供热式电厂还须根据热力负荷的性质和特点，选择供热方案和载热介质，确定供热设备和供热系统。

热动力系统仿真以相似原理、信息技术、控制技术、系统技术及其应用领域的专业知识为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具的现代仿真技术，在仿真概念的内涵和外延上，都发生了很大的变化。在应用领域上，已从军用走向民用，从工程走向非工程。3

热动力系统是仿真技术应用的一个十分重要的领域。现代热动力装置及其系统十分复杂，各项技术指标要求十分严格，运行不但要求经济，而且要求高度可靠。技术发展的要求和热力系统动态学的多学科性，使热力系统动态学成为一门新兴学科。

电力生产的特点是过程连续，与国计民生紧密相关，机组运行要求高度安全可靠。从60年代末开始，美、英、法、口等国首先在核电系统，然后在火电系统，逐步开发了脱离现场的、针对某种机组的培训用仿真设备。随着电站控制水平的提高，采用仿真器培训运行人员和管理人员愈发显示出优越性，是仿真技术在电站推广应用得最好的一个方面。

计算机技术和仿真技术的进步，促进了仿真技术在电站的广泛应用，在电站的研究、设计、制造、调试、控制、运行、故障预测、技术改造、管理和人员培训教育都可应用仿真技术。4