加热器反动式汽轮机回热系统毕业设计修改版

华中科技大学文华学院

题目 N600-16.67/537/537反动式汽轮机热力系统

热平衡计算、 6号高压加热器设计学生姓名 陈正 学号 090204011101学 部 (系) : 机电学部

专业年级: 09级热能与动力工程指导教师刘华堂 职称副教授

2013年5月 15 日

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目 录

中文摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

Abstract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1. 1研究背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1. 2本文主要内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1. 3哈尔滨第三电厂600MW机组简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2. 回热系统简述及其热经济性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2. 1给水回热系统简述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2.2给水回热过程的热经济性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2.3影响回热过程的热经济性因素. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

3.机组回热系统的热平衡计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3. 1计算的目的及基本公式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3.2计算的原理及步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

3.3根据已知条件进行热力计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

3.4各汽水流量绝对值计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

4.高压加热器简介及课题介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

4. 1高压加热器的作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

4.2加热器的分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.3加热器工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

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4.4高压加热器的结构特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.5加热器的工作流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

4.6加热器的端差. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

5.高压加热器的热力设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

5. 1加热器传热计算的理论基础. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

5.2加热器主要技术参数的选定及计算步骤. . . . . . . . . . . . . . . . .22

5. 3编写加热器传热计算程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

结论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

致谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

附录一 近似热力过程曲线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

附录二 高压加热器剖面图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

附录三 600MW机组系统结构性示意图. . . . . . . . . . . . . . . .30

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中文摘要

随着生产的发展和人民生活的提高迫切需要更多的能源尤其是电力的供应而火力发电则是电力生产的重要组成部分。目前火力发电机组正向高参数、大容量方向发展提高发电厂的效率、经济性、可靠性就成为人们迫切需要解决的新课题。给水回热系统作为发电厂热力系统的核心它对电厂的热经济性起着决定性的作用。

目前发电厂普遍采用了回热抽汽来加热锅炉给水 以提高吸热的平均温度减少吸热的不可逆损失同时降低排汽参数使蒸汽能够最大限度地在汽轮机中膨胀做功减少冷源损失。于是在朗肯循环基础上采用回热循环提高循环效率和热经济性。高压加热器是利用在汽轮机内已作过一部分功的蒸汽来加热给水以减少排汽在凝汽器中的热损失从而提高循环热效率。因此研究回热抽汽系统以及高压加热器的设计对提高电厂的热经济性具有重大的理论和实践意义。

本课题在已修工程热力学、汽轮机原理、热力发电厂等课程的基础上结合哈尔滨第三电厂600MW机组对其回热系统进行热平衡计算功率校核及6号高压加热器的设计以提高所学理论知识的综合运用能力为我们将来从事电厂实际工作打下必要地基础。

关键词 汽轮机 回热系统 高压加热器 热经济性 600MW机组

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Abstract

With the development of production and enhancement ofpeople's living standards,urgent need more energy,especially theelectricity supply,and coal-fired power is an important part of powerproduction.Currently firepower aircrew positive high parameter,large capacity direction development, improve the efficiency of powerplants,economic,and reliability has become the urgent need toaddress the new topic.Water heating system as power plants to theheating system of power plant core, it the hot economic plays adecisive role

Now widely used to power thermal steam extraction for heatingboiler water supply, in order to improve the average temperature,reduce collector of heat-trapping irreversible loss;And reduceexhaust steam parameters,make steam can maximize the steamturbine expanding power in cold source,reduce loss.So in lang Kencycle back on the basis of thermal circulation, improve circulationefficiency and thermal efficiency.High-pressure heater was utilizedin the steam turbine already done within the steam for heating partwater reactive, in order to reduce exhaust steam in the heat losscondenser, thereby improving circulation thermal efficiency.

Therefore, the study of the steam extraction system and to heat thedesign of high pressure heater to improve the power plant in thethermal efficiency is of great theoretical and practical significance

This topic already repair engineering thermodynamics, inprinciple, thermal power plants,steam turbine,on the basis of coursesuch as a combination of 600 mw unit of Harbin third power plant,the thermal system to check and thermal equilibrium calculation,power high-pressure heater 6, in order to improve the design oflearned of theoretical knowledge comprehensive ability for our future,

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in practical work to lay the necessary power based

Keyword Turbine:Regenerative system High-pressure heaterheat economy 600MW Unit

1 前言

1. 1研究背景

近十多年来大容量、高参数、高效率的大型发电机组在我国日益普及 由于600MW火力发电机组具有容量大、参数高、能耗低、可靠性高、环境污染小等特点在我国电力工业发展规划中都把600MW机组的开发研究和推广应用作为一项重要的内容。 自1985年来全国已有100多台的600MW机组陆续地投入了电网运行它们已成为我国电力系统的主力机组。

建设火力发电厂的目的是把燃料的化学能转化为电能并由送变电设施把电能输送到各个用户。而当前我国电力需求大而能源供应紧张作为发电单位其任务已不再是简单地完成年度发电任务指标而是要从经济的角度出发用较少的燃料发出尽可能多的电能这就要求电厂在安全、可靠运行的前提即满足社会的需要又要对自身机组的性能有全面的了解不断提高机组效率降低能源消耗 以最少的投入获得最大的经济效益。

电厂的热力系统中为减少循环的冷源损失设法从汽轮机的某些中间级引出部分做过功的蒸汽用来加热锅炉的给水减少了排汽在凝汽器中的热损失使蒸汽的热量得到了充分的利用提高了整个循环的热效率。给水回热加热系统是提高火力发厂效率的重要措施之一现代大型热力发电厂几乎毫无例外的采用了回热循环。回热循环是由回热加热器、回热抽汽管道、水管道、疏水管道、疏水泵及管道附件组成的一个加热系统而回热加热器是该系统的核心。

1 .2本文的主要内容

本文以哈尔滨第三电厂600MW机组给水回热系统以及高压加热器为研究对象研究方向就是要保证机组的额定功率的条件下确定各级回热抽汽量的分配热经济性及高压加热器的技术参数的选择最大限度地提高机组效率。本文共分两大部分第一部分进行回热系统的热平衡计算;第二部分进行高压加热器的热力设计。

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第一部分评价发电厂热经济性主要有两种方法以热力学第一定律为基础的热量法热效率法 以热力学第二定律为基础的熵方法(做功能力损失法) 。

热量法是以燃料化学能从数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性一般用于热经济性定量分析。

熵方法是以燃料化学能的做功能力被利用的程度来评价电厂的热经济性一般用于电厂热经济性的定性分析。

第一定律分析法主要有热平衡法、循环函数法、等效热降法、矩阵法、偏微分理论的应用第二定律分析法主要是热经济学法。

第二部分以给水回热系统高压加热器为研究对象结合以前大容量机组高压加热器设计、运行中存在高故障率问题从高压加热器的安全、经济性出发研究回热循环系统主要参数的选择原则和热力计算特点探讨高压加热器设计结构、设计特点及其优化。通过哈尔滨第三电厂600MW机组高压加热器运行中汽侧水位存在的缺陷进行试验调整原因分析提出并现场进行水位测量系统的改造、完善和最佳水位调整 同时研究分析高压加热器切除对机组安全经济性的影响。

1 .3哈尔滨第三电厂600MW机组简介

该机组是哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界压力、一次中间再热、单轴、反动式、 四缸四排汽机组。该机组适用于大型电网中承担调峰负荷。

汽轮机采用喷嘴调节方式共有四组喷嘴组。进气阀是由两根主蒸汽管从运行层下部进入置于该机两侧的两个高压主汽调节联合阀由两侧各两个调节阀流出经过4根高压导汽管对称地进入高压缸喷嘴室。从汽轮机组机头向发电机看去高压缸各级为反动式布置。蒸汽经过4组喷嘴组进入调节级及10级高压压力级后有高压缸下部两侧排出经冷段再热管进入再热器。再热后的蒸汽由热段再热管送至机组两侧的中压主汽调节联合阀再经4根中压导汽管从中压缸中部进入双流程的中压缸。在中压缸中经过正反各9级反动式压力级后从中压缸两端上部4个排汽口排出合并成两根通气管分别进入A、 B低压缸。低压缸是双分流结构蒸汽从中部进入经正反各7级反动式压力级后从4个排气口向下排入2个凝汽器。

该机组采用高压缸启动也可以用中压缸启动。

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汽轮机的高、 中压缸都是双层结构 内外缸都具有水平中分面。低压缸为三层结构外缸、 内缸A、 内缸B 由钢板焊接制成。

汽轮机高、 中低压转子均为有中心孔的整锻转子。

四台低压加热器为表面式 卧式布置三台高压加热器也均为表面式卧式布置。除氧器为滑压运行。凝结水精处理采用低压系统。

汽轮机共有8段用于回热系统加热的非调整抽汽分别置于高压缸第8级后用于8号高压加热器、第11级后高压缸排汽用于7号高压加热器、中压缸第16级后用于6号高压加热器、第20级后即中压缸排汽用于除氧器和给水泵小汽轮机以及低压缸A/B第22、 24、 25、 26级后分别用于4、

3、 2、 1号低压加热器。

2回热系统简述及其热经济性

2. 1给水回热系统简述

给水回热加热是指在汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽送入回热加热器对锅炉给水进行加热的过程与之相应的热力循环叫回热循环。

给水回热加热系统意义在于采用给水回热以后一方面 回热使汽轮机进入凝汽器的蒸汽量减少了。 由热量法可知汽轮机冷源损失降低了;另一方面 回热提高了锅炉的给水温度使工质在锅炉内的平均吸热温度提高使锅炉的传热温差降低。同时汽轮机抽汽加热给水的传热温差比水在锅炉中利用烟气所进行加热时的温差小得多 因而由熵分析法可知做功能力损失减少了。

由于给水温度的提高而使回热循环吸热过程平均温度提高理想循环热效率也增加了提高了电厂的热经济性。

2.2给水回热加热的热经济性

给水回热加热的热经济性主要是以回热循环汽轮机绝对内效率来衡量。在其他条件相同的情况下采用给水回热加热可以使汽轮机组的绝对内效率提高且回热抽汽动力系数愈大绝对内效率愈高。

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具有回热抽气的汽轮机每1kg新蒸汽所作的总内功由回热抽汽做内功和凝汽流做内功组成。由于抽汽做功后没有冷源热损失在总内功恒定的可比条件下抽汽做内功愈大凝汽流做内功愈小冷源损失愈小汽轮机绝对内效率增加的愈多。

对于多级回热循环压力较低的回热抽汽做功大于压力较高的回热抽汽做功大于压力较高的回热抽汽做功。因此尽可能利用低压回热抽汽将会获得更好的效益。

所以在蒸汽初、终参数相同的情况下采用回热循环的机组热经济性比朗肯循环机组热经济性有显著提高。

2.3影响回热过程的热经济性的因素

在采用回热循环的发电厂影响回热过程热经济性的主要因素有多级回热给水总焓升温升在各加热器间的加热分配hwj 锅炉最佳给水温度tfowp ;回热加热级数z。三者紧密联系 互有影响。

2.3. 1多级回热给水总焓升温升在各加热器间的加热分配

在汽轮机回热系统中各个加热器给水焓升大小对回热系统运行经济性产生很大的影响。因此在汽轮机热力系统设计过程中加热器给水焓升的选择一直是设计和运行部门普遍重视的一个问题。目前加热器给水焓升分配方法主要有平均分配、等焓降分配、几何级数分配、等效热降法以及循环函数法等这些方法由于各自的假定条件不同所得到的结果也不相同实际应用中尚没有一种人们普遍公认的加热器焓升分配方法。

同一回热系统中每个加热器的焓升分配差别较大各机组焓升分配并没有恪守某种规律而是以系统最高的经济效率为目标分配的。工程上一般采用了最简单的平均分配法平均分配法是各级加热器内水焓升相等的最佳回热分配法但还必须考虑到汽轮机本身的结构特点。

现有的几种比较成熟的加热器给水焓升分配方法均是在理想回热循环的基础上得到的即假定全部为混合式加热器、加热器端差为零、不计新蒸汽、抽汽压损和给水泵耗功、忽略加热器的散热损失。同时也不考虑中间再热及汽轮机轴封漏汽。则得到理想回热循环绝对内效率i为

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