国产600MW凝汽式机组全厂原则性热力系统设计.doc

山东建筑大学课程设计说明书 题 目： 国产600MW凝汽式机组全厂 原则性热力系统设计 课 程：热力发电厂课程设计 院 （部）：热能工程学院 专 业：热能与动力工程 班级：热动104班 学生姓名：刘玉洋 学号：2010031363 指导教师：杨冬 完成日期：2013.12.27 摘要本热力发电厂课程设计旨在确定不同负荷工况下各部分汽水流量及其参数、发电量、供热量及全厂性的热经济指标，由此衡量热力设备的完善性，热力系统的合理性以及运行的安全性和全厂的经济性。在完成设计任务时主要使用迭代法进行汽水流量的求解，通过不断的迭代变量的新旧值来逐步减弱误差，其间采用弗留格尔公式不断校正级组的汽水参数，以达到修正蒸汽的气态膨胀曲线的目的。在每次迭代计算中亦多次使用了物质平衡及热平衡方程式。最终确定出给定600MW凝汽式机组在设计工况（110%）及变工况（83%）条件运行时的汽轮机进气量及各级汽水流量。本设计是针对热力发电厂课程在理论学习后的一次综合性的训练，并通过设计使所学的热力发电系统相关理论知识得到加深巩固，同时对“通过迭代以逐步逼近真实值”这一逻辑方式有了一定了解，并使学生能够熟练使用迭代法解决问题。更锻炼提高了运算、制图、计算机编程等基本技能。关键词：凝汽式机组 600MW 汽水流量 热经济指标 二、计算任务1三、计算原始资料1四、额定工况热系统计算3（一） 全厂汽水平衡3（二） 汽轮机进汽参数计算4（三） 辅助计算5（四） 各级加热器汽进出水参数计算6（五） 高压加热器组及除氧器抽汽系数计算7（六）除氧器抽汽系数计算8（七） 低压加热器组抽汽系数计算8（八） 凝气系数计算11（九）汽轮机内功计算12（十） 汽轮机内效率、热经济指标、汽水流量计算13五、设计工况（110%）热系统计算14（一） 原始工况计算14（二）汽轮机初始通流量计算14（三）初步计算16（四） 第一次迭代的预备计算16（五） 第一次迭代计算17（六） 汽水流量计算23（七） 第二次迭代计算24（八） 第三次迭代计算25（九）汽轮机内效率、热经济指标计算266.反平衡校核28六、变工况（83%）热系统计算29（一） 原始工况计算29（二） 汽轮机初始通流量计算29（三）初步计算30（四） 第一次迭代的预备计算30（五）第一次迭代计算31（六）第二次迭代计算31（七） 第三次迭代32（八） 汽轮机内效率、热经济指标计算346.反平衡校核357.小结378、参考文献37一、课程设计的目的及意义热力发电厂课程设计是在学习热力发电厂课程后的一次综合性联系，旨在进一步加深及巩固所学习的热力发电厂相关知识并掌握热力发电系统全面性计算和局部性分析的初步方法。同时培养学生查阅、使用国家有关设计标准、规范，进行实际工程设计，合理选择和分析数据的能力；锻炼提高运算、制图、计算机编程等基本技能；增强工程概念，培养学生对工程技术问题的严肃、认真和负责的态度。二、计算任务1 根据给定的热力系统数据，在hs图上汇出蒸汽汽态膨胀线并绘制电厂能流图。2 计算设计工况（110%）下的汽轮机进汽量D0，热力系统各汽水流量Dj。3 计算变工况 （83%）下的汽轮机进汽量D0，热力系统各汽水流量Dj。4 计算机组和全厂的热经济性指标（机组汽耗量、机组热耗量、机组热耗率、机组汽耗率、绝对电耗率、全厂标准煤耗量、全厂标准煤耗率、全厂热耗率、全厂热效率）。三、计算原始资料1.汽轮机形式及参数（1）机组形式：亚临界、一次中间再热、四缸四排气、单轴、凝汽式机组。（2）额定功率：Pe=600MW。（3）主蒸汽初参数（主汽阀前）：P0=16.7Mpa，t0=537。（4）再热蒸汽参数（进汽阀前）： 热段：Prh=3.234Mpa，trh=537 冷段：Prh=3.56Mpa，trh=315。（5）汽轮机排气压力Pc=4.4/5.39KPa，排气比焓hc=2333.8KJ/kg。2.回热加热系统参数（1）机组各级回热抽汽参数 项目单位H1H2H3H4（除氧器）H5H6H7H8抽气压力PjMpa5.8943.5931.6120.74470.30500.1300.06970.022抽气温度tj380.9316.9429.1323.6223.2137.888.561.0抽气焓hjKJ/kg3132.930163317.73108.22912.92749.52649.52491.1加热器上端差t-1.700-2.82.82.82.8加热器下端差t15.55.55.5-5.55.55.55.5水侧压力pwMpa20.1320.1320.130.70741.7241.7241.7241.724抽汽管道压损pj%33355555表3-1 机组各级回热抽汽参数 （2）最终给水温度：tfw=274.1。（3）给水泵出口压力：Pu=20.13Mpa，给水泵效率：83%。（4）除氧器至给水泵高差：21.6m。（5）小汽机排汽压力：Pc=6.27kPa。小汽机排气焓：2422.6KJ/kg。3.锅炉型式及参数（1）锅炉形式：英国三井2027-17.3/541/541。（2）额定蒸发量：Db：2027t/h。（3）额定过热蒸汽压力Pb=17.3Mpa。额定再热蒸汽压力：3.734Mpa。（4）额定过热蒸汽温度：541。额定再热蒸汽温度541。（5）汽包压力：Pdu：18.44Mpa（6）锅炉热效率：92.5%4.其他数据（1）汽轮机进汽节流损失4%，中压缸进汽节流损失2%。（2）轴封加热器压力Pt：98Kpa，疏水比焓：415kJ/kg。（3）机组各门杆漏汽、轴封漏气等小汽流量及参数 漏汽点代号ABKL1N1M1LN漏汽量，kg/h62026774103027895643437101漏汽系数0.00033530.00014440.0040080.0016374.814×10-50.00030500.0018595.463×10-5漏汽点比焓3394.43394.43536.63328.13328.13328.130163016漏汽点代号MRPTSJW漏汽量kg/h639190896660141230245687漏汽系数0.00034560.00010270.0004840.0003570.00076370.016360.000371漏汽点比焓30163108.22716.22716.22716.23016.152337.8表3-2 机组各门杆漏汽、轴封漏气等小汽流量及参数 （4） 锅炉暖风器耗气、过热器减温水等全厂性汽水流量及参数 名称全厂工质渗漏锅炉排污厂用汽暖风器过热器减温水汽水量，kg/h3000010000200003500055000离开系统的介质比焓3394.41760.33108.23108.2724.7返回系统的介质比焓83.783.783.7687724.7（5）汽轮机机械效率：98.5%。发电机效率：99%（6）补充水温度：20。（7）厂用电率0.075. 计算简化条件（1）忽略加热器和抽汽管道散热损失；（2）忽略凝结水泵比焓升。四、额定工况热系统计算（一） 全厂汽水平衡 1、全厂补水率 全厂汽水平衡如图4-1所示，各汽水流量见表3-1.将各汽水流量用相对表示。由于计算前汽轮机进汽量D0为未知，故预选D01849090 kg/h进行计算，最后校核。全厂工质渗漏系数L3000018490900.01632锅炉排污系数bl =D bl/D0=10000/1849090=0.005411其余各量经计算为厂用汽系数p0.01082 ，减温水系数sp=0.02974，暖风器疏水系数nf=0.01893由全厂物质平衡可知补水率ma=+L+bl=0.03246 2 .给水系数fw 如图4-1，1点物质平衡b=b+L=1.01632 2点物质平衡fw=b+bsp=1.01632+0.005408-0.02974=0.9919 3. 各小汽流量系数 见表格3-2中。（二） 汽轮机进汽参数计算 1、主汽参数 由主汽门前压力p0 =16.7Mpa ,温度t0 =537 ，查水蒸汽焓熵图，得主汽比焓3393.564 kJ/kg.。 主汽门后压力p0 =16.7(1 - p1 ) ，ho =ho 由压力与焓值反查焓熵图得主汽门后温t0 =534.5 。 2、再热蒸汽参数 由再热冷段prh=3.56Mpa, trh=315,查水蒸汽焓hrh=3013.626 kJ/kg 中联门前压力prh=3.234Mp,温度 trh=537 ， 查焓熵图，得水蒸汽比焓hrh=3535.38212kJ/kg。 中联门后再热汽压prh =p0(1- p2)3.169Mpa,由hrh=hrh ,查焓熵图，得中联门后再热汽温trh =536.7。（三） 辅助计算 1、轴封加热器计算 用加权平均法计算轴封加热器的平均进汽焓hsg，详细计算如下表41：项目BNN1TR汽（水）量，kg/h267891016601901307漏汽系数 i0.00014444.813x10-55.463x10-50.0003570.00010280.0007069漏气点比hi ,kJ/kg3394.43328.130162716.23108.2总焓 i hi0.490200.160210.164760.969630.319462.10946平均比焓hsg kJ/kg2.10422/0.0007069=2976.5 2、均压箱计算 用加权平均法计算均压箱平均蒸汽比焓hjy，详细计算如下表4-2：PMM1漏汽量Gi ,kg/h8966395642099漏汽系数 i0.00048460.00034560.00030510.001135漏汽点比焓hi,kJ/kg3108.230163328.1总焓ihi1.506321.042391.015263.5639平均比焓 hjy3.5639/0.001135 =3139.2 3、凝汽器平均排汽压力计算 由pc1 =4.4kpa,查水蒸汽性质表，得tc1 =30.618 由pc2 = 5.39kpa,查水蒸汽性质表，得tc2 =34. 218 凝汽器平均温度tc0.5 *（30.618 +34.218 ）= 32.418 查水蒸汽性质表，得凝汽器平均压力 =4.8737kpa，将所得数据与表4-3一起，以各个抽起点为节点，在h-s图上绘制出汽态膨胀线。（四） 各级加热器汽进出水参数计算 首先计算高压加热器H1 加热器压力P1： 式中 P1-第一抽汽口压力； P1-抽汽管道相对压损 由，查水蒸汽性质表得加热器饱和温度， H1出口温度： 式中 -加热器上端差。 H1疏水温度td,1 式中 -加热器下端差， -进水温度，其值从高压加热器H2的上端差计算得到。 已知加热器水侧压力Pw=20.13Mpa， 由tw,1=274.1，查得H1出水比焓hw,1=1202.5KJ/kg。 由tw,1=274.3，查得H1进水比焓hw,2=1050.9KJ/kg。 由td,1=247.8，查得H1疏水比焓hd,1=1075.2KJ/kg。至此高压加热器H1进、出口汽水参数已全部算出，同理可依次计算其余加热器各进出口汽水参数。将计算结果列于表4-3中。项目单位H1H2H3H4H5H6H7H8气侧抽气压力pjMPa5.8943.59311.6120.74470.3050.130.06970.022抽气比焓hjkj/kg3132.930163317.73108.22972.92749.52649.52491.1抽气管道压损%33555555加热器压pjMPa5.7173.4851.5310.70750.29020.12360.06630.0209汽侧压力下饱和温度ts272.4242.3199.3165.4132.4105.788.561水侧水侧压力pwMPa20.1320.1320.130.70741.7241.7241.7241.724加热器上端差-1.70002.82.82.82.8出水温度tw,j274.1242.3199.3165.4129.6102.985.758.2出水比焓hw,jkj/kg1202.11050.9857.3699.3545.7432.5360.5245.1进水温度tw,j242.3199.3168.6129.6102.985.758.232.76进水比焓hw,jkj/kg1050.9857.3724.7545.7432.5360.5245.1138.7加热器下端差5.55.55.55.55.55.55.5疏水温度td,j247.8204.8174.1165.4108.491.263.738.26疏水比焓hd,jkj/kg1075.4874.9737.5699.3454.8382.5267161.9表4-3（五） 高压加热器组及除氧器抽汽系数计算 1.由高压加热器H1热平衡计算1 高压加热器H1的抽气系数 高压加热器H1的疏水系数d,1： 2.由高压加热器H2热平衡计算2、rh 高压加热器H2的抽汽系数2： 高压加热器H2的疏水系数d,2： 再热器流量系数rh： 3由高压加热器H3热平衡计算3 高压加热器和H3的抽汽系数3： （六） 高压加热器H3的疏水系数d,3： （六）除氧器抽汽系数计算 除氧器出水流量系数c,4： 抽汽系数4： 除氧器物质平衡与热平衡见图4-3，由于除氧器为混合式加热器，进水量c,5是未知，但可由下式算出：（七） 低压加热器组抽汽系数计算 1、低压加热器H5热平衡计算5 低压加热器H5出水系数c,5： 如图4-3所示 低压加热器H5抽汽系数5： 低压加热器H5疏水系数 2. 低压加热器H6热平衡计算6 低压加热器H6抽汽系数低压加热器H6疏水系数d,6： 3. 由低压加热器H7热平衡计算7 低压加热器H7的抽汽系数7：低压加热器H7的疏水系数d,7：4. 由低压加热器H8热平衡计算8 由于低压加热器H8的进水焓hsg，疏水焓h8,d为未知，故先计算轴封加热器SG,由于SG的热平衡，得到轴封加热器的出水比焓hw,sg： 式中，轴封加热器进汽系数sg,i和进汽平均焓值hsg的计算见辅助计算部分。由pw,sg=1.724Mpa,hw,sg=138.7KJ/kg,反查焓熵图得轴封加热器出口水温tw,sg=32.76。低压加热器H8疏水温度td,8：由p8=0.0209Mpa, td,8=38.26查得低压加热器H8疏水比焓hd,8=160.27KJ/kg.低压加热器H8抽汽系数8：低压加热器H8疏水系数d,8：（八） 凝气系数计算 1、小汽机抽汽系数xj： 2、由凝汽器的质量平衡计算cc=c,5-d,8-sg-xj-w-ma=0.7592-0.1216-0.007069-0.03787-0.0003716-0.03244=0.56636 3、由汽轮机汽侧平衡校核cH4抽汽口抽汽系数和，4：各加热器抽汽系数和j： 轴封漏气系数和sg,k：凝汽系数c： 该值与凝汽器质量平衡计算得到的凝汽系数c相等，凝汽系数计算正确。（九）汽轮机内功计算 1、凝汽流做功wc式中-再热蒸汽吸热量： 2、抽汽流做功wa,j1kg第一级抽汽做功wa,1：。1kg第二级抽汽做功wa,2：。1kg 第三级抽汽做功wa,3：。同理可算出其余48级1kg抽汽做功量列于表4-4中H1H2H3H4H5H6H7H81kg抽汽做功（kJ/kg）260.664377.564597.62807.121002.41165.81265.81424.2各级抽汽量（kg/h）135131.51501467183779270.564607407726268456434表4-4抽汽流总内功wa,j： 3、附加功量wsg,k附加做功量wsg,k是指各小汽流量做功之和： 4、汽轮机内功wi（十） 汽轮机内效率、热经济指标、汽水流量计算汽轮机比热耗q0: 汽机绝对内效率：汽轮机绝对电效率e：汽轮机热耗率q：汽轮机汽耗率d：汽轮机进汽量：式中汽轮机额定电功率，=600MW。校核：汽轮机进汽=1849090，与初选值误差远小于1%，计算无误。给水流量Gfw：凝结水泵流量GCP：凝汽量DC: 各级抽汽量Dj已列于表4-4中。五、设计工况（110%）热系统计算 （一） 原始工况计算 变工况前的汽轮机进气量、热力系统中个点汽水流量和热经济指标的计算过程详见额定工况热系统计算，主要计算结果汇总于下表4-5项目单位H1H2H3H4H5H6H7H8气侧抽气压力pjMPa5.8943.59311.6120.74470.3050.130.06970.022抽气比焓hjkj/kg3132.930163317.73108.22972.92749.52649.52491.1抽气管道压损%33555555加热器压pjMPa5.7173.4851.5310.70750.29020.12360.06630.0209汽侧压力下饱和温度ts272.4242.3199.3165.4132.4105.788.561水侧水侧压力pwMPa20.1320.1320.130.70741.7241.7241.7241.724加热器上端差-1.70002.82.82.82.8出水温度tw,j274.1242.3199.3165.4129.6102.985.758.2出水比焓hw,jkj/kg1202.11050.9857.3699.3545.7432.5360.5245.1进水温度tw,j242.3199.3168.6129.6102.985.758.232.76进水比焓hw,jkj/kg1050.9857.3724.7545.7432.5360.5245.1138.7加热器下端差5.55.55.55.55.55.55.5疏水温度td,j247.8204.8174.1165.4108.491.263.738.26疏水比焓hd,jkj/kg1075.4874.9737.5699.3454.8382.5267161.9表4-5 （二）汽轮机初始通流量计算根据额定工况的各级汽轮机抽气量计算结果及门杆漏气量、轴封漏气量列于见表4-6，以备迭代计算。再计算各级通流量。第一级组通流量D：D= D0 - DL1- DN1 - DM1 - DA - DB - D1=1848840-3027-89-564-620-267-134763=1709510 kg/h再热器通流量DrhDrh=D-DL-DN-DM-D2 +DA-DJ =1709510-3437-101-639-153197+620-30245=1522510 kg/h第二级组通流量DD=Drh+DJ-DK=1522510+30245-7410=1545340 kg/h第三级组通流量DD=D-D3=1545340-70870=1474470 kg/h第四级组通流量DD=D-D4-DR-DP=1474470-202254-190-896=1271130 kg/h第五级组通流量DD=D-D5=1271130-64650=1206480 kg/hD1D2D3D4D5D6D7D8抽气量，kg/h135131.51501467183779270.564607407726268456434漏汽点代号ABKL1N1M1LN漏汽量，kg/h62026774103027895643437101漏汽系数0.00033530.00014440.0040080.0016374.814×10-50.00030500.0018595.463×10-5漏汽点比焓3394.43394.43536.63328.13328.13328.130163016漏汽点代号MRPTSJW漏汽量kg/h639190896660141230245687漏汽系数0.00034560.00010270.0004840.0003570.00076370.016360.000371漏汽点比焓30163108.22716.22716.22716.23016.152337.8表4-6按照以上原则计算，得到18级的通流量，将所有各级计算结果列于表4-7序号ZR通流量（kg/h）170915915252381548073147427112709311207252116604711052631047939表4-7 （三）初步计算 根据P=110%*Pe 以及D01849090 kg/h的条件，利用表4-5及表4-5的数据按照额定工况的计算方式，进行全场原则性热力系统计算。初步计算出D0=2051592.248 kg/h 按照上述方法计算出各汽轮机组通流量，将相关结果列于表4-8序号ZR抽气系数0.07310.0810.0400.0430.0340.0330.0330.031抽气量（kg/h）149930.6798166581.215481896.2076487427.4254870661.8805745723.836167450.0017963610.76646通流量（kg/h）1694342.321516794.1051516794.1051434897.8971231557.8971160896.0171115172.181047722.179984111.4122表4-8（四） 第一次迭代的预备计算利用弗留格尔公式，借助级组通流量的改变进行计算求得抽气压力、加热器内测压力、及出口温度及疏水温度、抽气比焓等汽水参数。1、 抽汽压力与抽气比焓根据弗留格尔公式第一抽气口压力p1 式中 p1，0、D1，0原工况第一抽汽口的压力、通流量 P1、D1初步计算后第一抽气口的压力通流量第一抽汽口蒸汽比焓h1；其余各抽汽口压力和比焓可同理算出，将计算结果列于表4-9供第一次迭代项目单位H1H2H3H4H5H6H7H8气侧抽气压力pjMPa6.543.9871.7890.8260.3380.1440.0770.024抽气比焓hjkj/kg3184.8613036.0183290.7773127.9272983.1922767.6992662.1762499.112抽气管道压损%33555555加热器压pjMPa5.7173.4851.5310.70750.29020.12360.06630.0209汽侧压力下饱和温度ts272.4242.3199.3165.4132.4105.788.561水侧水侧压力pwMPa20.1320.1320.130.70741.7241.7241.7241.724加热器上端差-1.70002.82.82.82.8出水温度tw,j274.1242.3199.3165.4129.6102.985.758.2出水比焓hw,jkj/kg1202.11050.9857.3699.3545.7432.5360.5245.1进水温度tw,j242.3199.3168.6129.6102.985.758.232.76进水比焓hw,jkj/kg1050.9857.3724.7545.7432.5360.5245.1138.7加热器下端差5.55.55.55.55.55.55.5疏水温度td,j247.8204.8174.1165.4108.491.263.738.26疏水比焓hd,jkj/kg1075.4874.9737.5699.3454.8382.5267161.9表4-9（五） 第一次迭代计算 1、汽水平衡计算（同额定工况） 全厂工质渗漏系数 L300002051592.2480.0146 锅炉排污系数 bl =D bl/D0=10000/2051592.248=0.0048 其余各量经计算为 厂用汽系数p0.0097 ， 减温水系数sp=0.0268， 暖风器疏水系数nf=0.01706 由全厂物质平衡可知补水率ma=+L+bl=0.04143锅炉给水系数 fw=b+bsp=1.01632+0.005408-0.02974=0.99262、汽轮机进气参数 由主汽门前压力p0 =16.7Mpa ,温度t0 =537 ，得主汽比焓3393.564 kJ/kg.。 主汽门后压力p0 =16.7(1 - p1 ) ，ho =ho t0 =534.5 。 由再热冷段prh=3.56Mpa, trh=315,查水蒸汽焓hrh=3013.626 kJ/kg 中联门前压力prh=3.234Mp,温度 trh=537 ， 查焓熵图，得水蒸汽比焓hrh=3535.38212kJ/kg。 中联门后再热汽压prh =p0(1- p2)3.169Mpa,由hrh=hrh ,得中联门后再热汽温trh =536.7。3、高压加热器组抽汽参数计算 （1）.由高压加热器H1热平衡计算1 高压加热器H1的抽气系数 高压加热器H1的疏水系数d,1： （2）.由高压加热器H2热平衡计算2、rh 高压加热器H2的抽汽系数2： 高压加热器H2的疏水系数d,2： 再热器流量系数rh： （3）由高压加热器H3热平衡计算3 高压加热器和H3的抽汽系数3：4、除氧器抽汽系数计算 除氧器出水流量系数c,4： 抽汽系数4： 除氧器物质平衡与热平衡见图4-3，由于除氧器为混合式加热器，进水量c,5是未知，但可由下式算出：5、低压加热器组抽汽系数计算 （1）低压加热器H5热平衡计算5 低压加热器H5出水系数c,5： 低压加热器H5抽汽系数5： 低压加热器H5疏水系数 （2）.低压加热器H6热平衡计算6 低压加热器H6抽汽系数低压加热器H6疏水系数d,6： （3） 由低压加热器H7热平衡计算7 低压加热器H7的抽汽系数7：低压加热器H7的疏水系数d,7： （4）由低压加热器H8热平衡计算8 由于低压加热器H8的进水焓hsg，疏水焓h8,d为未知，故先计算轴封加热器SG,由于SG的热平衡，得到轴封加热器的出水比焓hw,sg： 式中，轴封加热器进汽系数sg,i和进汽平均焓值hsg的计算见辅助计算部分。由pw,sg=1.724Mpa,hw,sg=138.7KJ/kg,反查焓熵图得轴封加热器出口水温tw,sg=32.76。低压加热器H8疏水温度td,8：由p8=0.0209Mpa, td,8=38.26查得低压加热器H8疏水比焓hd,8=160.27KJ/kg.低压加热器H8抽汽系数8：低压加热器H8疏水系数d,8：6、凝气系数计算 （1）小汽机抽汽系数xj： （2）由凝汽器的质量平衡计算 （3）由汽轮机汽侧平衡校核c H4抽汽口抽汽系数和，4： 各加热器抽汽系数和j： 轴封漏气系数和sg,k：凝汽系数c： 该值与凝汽器质量平衡计算得到的凝汽系数c相等，凝汽系数计算正确。7、汽轮机内功计算 （1）凝汽流做功wc式中-再热蒸汽吸热量： （2）抽汽流做功wa,j1kg第一级抽汽做功wa,1：。1kg第二级抽汽做功wa,2：。1kg 第三级抽汽做功wa,3：。同理可算出其余48级1kg抽汽做功量列于下表中H1H2H3H4H5H6H7H81kg抽汽做功（kJ/kg）209.539358.382604.20767.055911.791127.281232.801395.87抽汽流总内功wa,j： （3）附加功量wsg,k附加做功量wsg,k是指各小汽流量做功之和： （4）汽轮机内功wi（六） 汽水流量计算 汽轮机进气量D0 第一级抽气量D1 同理可计算第三级至第八级抽气量并计算各机组通流量，将相关数据汇总于表5-1序号ZR抽气系数0