热动专业毕业设计--- 220MW火电机组热力系统初步设计.doc

学号：103090607 毕 业 设 计 课 题 220mw火电机组热力系统初步设计 设 计 人 系 部 动力工程系 专业名称 火电厂集控运行 指导教师 评 阅 人 2011年12月20 日摘 要热力系统是火电厂的主要系统之一，是用汽、水管道将火电厂热力设备（如锅炉、汽轮机、水泵、热交换器）按一定顺序连接起来组成的整体。为保证运行的安全、经济和灵活，火电厂热力系统通常由若干个相互作用、协调工作、并具有不同功能的子系统组成，主要有蒸汽中间再热系统、给水回热系统、旁路系统和疏水系统等。文章通过分析220mw火电机组的热力系统，计算各级加热器的抽汽份额、抽汽作功不足系数、汽轮机功率校核，计算汽轮机热耗量、热耗率、锅炉负荷、机组热效率、全厂热效率、全长热耗率、发点标准煤耗量等，进行经济性分析。关键词：220mw火电机组、热力系统、经济性、标准煤耗率前言尽管新能源及其利用技术在不断研究和开发中，我国电力工业在今后相当长的一段时间内仍将以燃煤的火力发电为主。火力发电厂既是产能大户，又是耗能大户。本文主要针对220mw火电机组热力系统进行初步设计，对其热力系统进行计算、经济分析及热力系统的主要设备和辅助设备的选择及辅助系统的选择。一、 原则性热力系统的拟定（一） 回热加热器系统在回热加热系统中，回热系统为“三高、四低、一滑压除氧”，三台高压加热器和低压加热器h5内设有蒸汽冷却段，（二） 疏水方式1.高压加热器的疏水 正常运行时，各高压加热器疏水经疏水调节阀逐级自流入除氧器。2.低压加热器的疏水 正常运行时，h5、h6逐级自流入h7；设两台疏水泵，一台布置在h7的疏水管道上，一台布置在h8的输水管道上，h7、h8的疏水分别用两台疏水泵送回各自的出口主凝结水管道。系统设有两台轴封加热器sg1和sg2，分别位于低压加热器h8的前、后，以接收汽轮机的轴封漏气，轴封加热器sg1的疏水自流入h8低加，轴封加热器sg2的疏水直接自流入凝汽器热水井。 （三）锅炉给水泵的连接每台机组装设两台容量50%的电动给水泵，一台正常运行，一台备用。电动给水泵的前置泵与电动给水泵通过液力联轴器同轴连接。每台前置泵吸水管上各装设一个手动闸阀和一个粗滤网，滤网可分离在检修期间可能积聚在给水箱和给水管道内的焊渣、铁屑，从而保护水泵。在前置泵吸水管上还装有泄压阀，防止给水泵备用期间，给水前置泵进口阀门关闭时，进水管可能由于备用给水泵止回阀的泄露而超压。泄压阀出口接管进入一个敞开的漏斗，以便运行人员的监视，若有泄漏，运行人员将从泄漏阀出口发现。每台给水泵进口安装一个细滤网，保护水泵的安全运行，其出口管道上各装设一只止回阀、一套流量测量装置和一只电动闸阀。给水泵的平衡水管接至细滤网之前的给水泵入口管道上。（四）锅炉排污利用系统及补充水系统为保证锅炉的炉水品质，在汽包锅炉的炉水中要加入某些化学药品，使随给水进入锅炉的结垢物质生成水渣或呈溶解状态，或生成悬浮细粒呈分散状态，这些杂质留在炉水中，随着运行时间的增长，炉水中含盐量超过允许值，这不仅使蒸汽带盐，影响蒸汽品质，还可能造成炉管堵塞，影响锅炉的安全运行。为获得洁净蒸汽，在汽包锅炉运行中，把一部分含盐浓度较大的炉水、悬浮物和水渣通过排污排出，同时补入同量纯净的水，使炉水中的含盐量在一定的范围内。锅炉排污又分为连续排污和定期排污。本文选的是单级排污利用系统，回收蒸汽进入除氧器。发电厂在机组运行过程中，必须对汽水损失进入补充。对于凝汽式电厂，化学处理后的水通常进入凝汽器。机组的补充水来自化学处理水，由气动调节阀自动控制进入补充水箱。机组启动时，通过补充水泵向凝汽器补水、锅炉上水、启动期间水泵密封用水及管路充水工作。正常运行时，开启补充水泵的旁路阀，停运补充水泵，依靠补充水箱与凝汽器之间的压差进行自流补水。（五）给水回热级数和各级回热抽汽参数列于表1-1. 表1-1项目单位回热抽汽参数12345678排汽抽汽压力3.752.471.220.8350.4280.2510.1480.04570.0052抽汽温度36531245640331725520299x=0.945（六）回热加热器的形式与连接回热加热器是利用汽轮机抽汽加热锅炉的给水，从而提高热力循环效率的换热设备。本文的8个加热器均选用表面式加热器。高压加热器三台高压加热器均为立式加热器，布置在零米平台。一号高压加热器的加热蒸汽来自高压缸的一段抽汽，汽机侧装设一个气动止回阀，高压侧装设一个电动阀。二号高压加热器的加热蒸汽从再热冷段气动止回阀后与高压旁路连通管上接出。至高加的供汽管道上另装设一个气动止回阀，防止高加满水倒入再热蒸汽系统，止回阀前紧接一个电动阀，便于解列隔离和汽机进水保护。三号高压加热器的加热蒸汽来自中压缸的三段抽汽，汽机侧装设一个气动止回阀，高压侧装设一个电动阀。低压加热器四台低压加热器均为立式加热器。五号低压加热器的加热蒸汽来自中压缸的五段抽汽，汽机侧装设一个气动止回阀，靠加热器侧装设一个电动阀。六号低压加热器的加热蒸汽来自中压缸的六段抽汽，汽机侧装设一个气动止回阀，靠加热器侧装设一个电动阀。七号加热器的加热蒸汽来自低压缸的七段抽汽，汽机侧装设一个气动止回阀，靠加热器侧装设一个电动阀。八号加热器的加热蒸汽来自低压缸的八段抽汽，汽机侧装设一个气动阀，靠加热器侧装设一个电动阀。二、 原则性热力系统的热力计算1. 在h-s图上作汽轮机热力过程线，并列出汽、水参数。2.锅炉连续排污利用系统的计算取排污扩容器的压力为0.9，连续排污利用系统的汽水参数见附录表1，锅炉连续排污利用系统的汽水参数见附录表2。锅炉的蒸发量由 ，得，则，即，（表示各项汽水流量相对于汽机汽耗量的份额）汽水损失，即锅炉的排污量，即锅炉给水量，即扩容器产生的扩容蒸汽份额 扩容器的物质平衡式 扩容器的热平衡式 两式联立求解得 = 未扩容的排污水份额 = 化学补充水份额 （3）各级加热器的计算1)h1的计算热平衡式 = 2）h2的计算热平衡式 = 3）h3的计算 已知给水泵的进口压力出口压力,给水泵内的平均比容，给水泵的效率，则进入h3的给水焓热平衡式 = 4）h4的计算物质平衡式 则 = = 热平衡式 5）h5的计算热平衡式 = 6）h6的计算热平衡式 = 7）h7的计算热平衡式 = 8) h8的计算 sg-2的热平衡式 = 热平衡式 = 9）凝汽份额的计算 （4）汽轮机汽耗量及各段抽汽量的计算1）抽汽作功不足系数的计算 3545-3040=505 3435-2430+505=1510 各级抽汽份额及其做功不足系数的乘积列于表32）汽轮机的汽耗量及各段抽汽量的计算机组无回热纯凝汽工况时的汽耗量 机组有回热时的汽耗量 各段抽汽量见表3，其他各项汽水流量见表4。表33 表4项 目份额流量全厂汽水损失锅炉排污扩容蒸汽浓缩排污水化学补充水锅炉蒸发量再热蒸汽量锅炉给水量5）汽轮机功率校核 误差在允许的范围内，计算结果正确。（6）热经济指标计算1）汽轮机热耗量 2）汽轮机组热耗率 3）锅炉热负荷 4）各种效率管道效率 机组热效率 全厂热效率 5）全厂热耗率 6)发电标准煤耗率 三、系统的运行分析和经济性分析除氧系统除氧器是台混合式加热器，除氧器和除氧水箱均为卧式，布置在20米平台，能保证给水泵的前置泵有足够的静水头。加热蒸汽自汽机中压缸4段抽汽引来。至除氧器的抽气管道，靠近汽机侧装设一个气动止回阀合一个电动阀，在除氧器入口处还加装一个普通止回阀。装设电动阀和串联两个气动止回阀的作用，是为了防止汽机超速和进水。除氧方法为物理除氧，用的最广泛的是热力除氧，它是以亨利定律和道尔顿定律作为理论基础的。这种方法成本低，不当但能除去水中溶解的氧气，还可以除去水中溶解的其他不凝结气体，且没有其他任何残留物质。因此除核电站外所有火电厂都无例外的用它。在机组启停过程中，负荷小于15%-20%bmcr时，除氧器定压运行，借助辅助蒸汽将除氧器压力维持在0.147mpa。当四段抽汽压力满足要求时，切换至四抽汽供除氧器汽源，进入滑压运行阶段。正常运行时用主机四抽汽维持除氧器滑压运行。在事故或停机情况下，负荷下降至20%bmcr时，汽源由四抽汽切为辅助汽源带，维持0.147mpa定压运行。除氧器水位的调节主要通过除氧器上水阀来完成，并设有水位连锁和保护装置。给水系统给水系统是指从除氧器出口到省煤器入口的全部设备及其管道系统。给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器进一步加热后达到锅炉给水的要求，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉的给水。此外，给水系统还向锅炉过热器的一、二级减温器、再热器减温器以及汽轮机高压旁路装置的减温器提供高压减温水，用于调节上述设备的出口蒸汽温度。机组的给水系统主要包括两台50%容量的电动给水泵及其前置泵，#1、#2、#3号高压加热器、阀门、滤网等设备及相应管道。水泵汽轮机的重要辅助设备，它将旋转机械能转变为给水的压力能和动能，向锅炉提供要求压力下的给水。为提高除氧器在滑压运行时的经济性，同时又确保给水泵的运行安全，通常在给水泵前加设一台低速前置泵，与给水泵串联运行。由于前置泵的工作转速较低，所需的泵进口倒灌高度（即汽蚀裕量）较小，从而降低了除氧器的安装高度，节省了主厂房的建设费用；给水经前置泵升压后，其出水压头高于给水泵所需的有限汽蚀余量和在小流量下的附加汽化压头，能有效地防止给水泵的汽蚀。辅助蒸汽系统 辅助蒸汽的作用是保证机组在各种运行工况下，为各用汽项目提供参数、数量符合要求的蒸汽。辅助蒸汽系统有三个汽源： （1) 启动汽源：启动汽源管道；对于新建电厂的第一台机组，要设置启动锅炉用锅炉新蒸汽来满足机组的启停和厂区用汽。对于扩建电厂，可利用老厂锅炉的过热蒸汽作为启动和低负荷汽源。 (2) 全场辅助蒸汽的备用汽源：1号机组再热冷锻；再热冷锻供汽汽源可接至高压旁路之后，这样在机组启动、低负荷及机组甩负荷工况下，只要旁路系统投入，且其蒸汽参数能满足用汽要求时，就能供应辅助蒸汽。当旁路系统切除，再热冷段蒸汽能满足要求时，由高压缸排汽提供辅助蒸汽。该供汽管道上装有止回阀，防止辅助蒸汽倒流入汽轮机。（3）正常汽源：四段抽汽；当负荷大于70%-85%时，利用汽轮机与辅助蒸汽联箱压力相一致的抽汽供辅助蒸汽，并且在抽汽供汽管与辅助蒸汽联箱之间不设减压阀，在辅助蒸汽联箱所要求的一定压力范围内，滑压运行，从而减少了压力损失，提高机组运行的热经济性。接入辅助蒸汽联箱的抽汽管道上也装有止回阀。辅助蒸汽系统的运行机组启动时，首先投入启动锅炉或老厂来汽，向辅助蒸汽系统供汽，并根据用汽需要，加大启动锅炉的负荷。当再热冷段蒸汽压力达到要求时，改由再热冷段蒸汽供汽，逐步减少启动锅炉的供汽量。当抽汽压力满足各用汽设备要求时，切换由抽汽汽源供汽。机组正常运行时，辅助蒸汽系统由汽轮机抽汽供汽。机组甩负荷时，可由高压旁路后的蒸汽供汽，当旁路不能投入时，由相邻机组正常辅助蒸汽汽源供汽。旁路系统旁路系统是指锅炉所产生的蒸汽部分或全部汽轮机或再热器，通过减温减压设备直接排入凝汽器的系统。为了便于机组启停、事故处理及特殊要求的运行方式，解决低负何运行时机炉特性不匹配的矛盾，基本上均设有旁路系统。旁路系统主要有以下三方面的作用。（1）保护再热器。在汽轮机启动或甩负荷工况下，经旁路系统把新蒸汽减温减压后送入再热器，防止再热器干烧，起到保护再热器的作用。(2) 改善启动条件，加快启动速度，延长汽轮机寿命。(3) 回收工质、热量和消除噪音。在汽轮机突然甩负荷（全部或部分）时，旁路快开，回收工质至凝汽器，改变此时锅炉运行的稳定性，减少甚至避免安全阀动作。旁路系统系统运行（1）机组启动机组启动状态是根据机、炉的停运时间和汽轮机缸壁温度划分的，一般分为冷态、温态、热态、极热态。（2）正常运行机组正常运行中，旁路系统应处于热备用状态，以便需要及时投用。主蒸汽系统按汽轮机的负荷，提供参数符合要求的蒸汽，根据汽轮机负荷的变化，由高压缸的调节汽阀控制进汽量，中压缸的调节汽阀全开，不调节进汽量。中压缸的进汽量随高压缸排汽量而定。（3）故障甩负荷汽轮机带厂用电或空载运行、停机不停炉的情况下，锅炉维持最低稳燃负荷运行，一般只维持0.5-1h，在故障排除后立即向汽轮机供汽。这两种情况下，应尽快投入旁路系统，排放多余蒸汽，协调机炉运行，同时可避免锅炉安全阀的动作。（4）停机不论是采用滑参数停机还是正常停机方式，为了使汽轮机温差、胀差不超限，应严格控制主、再热蒸汽的温将率在允许值以内。采用滑参数停机时，还应注意主蒸汽要有不小于50的过热度。在机组停运时，通常锅炉的蒸发量大于汽轮机的汽耗量，投入旁路系统，将多余蒸汽排入凝汽器，可以协调机、炉停运，并回收工质。凝结水系统凝结水系统主要功能是为除氧器及给水系统提供凝结水，并完成凝结水的低压段回热，同时为低压缸排汽、三级减温减压器、辅助蒸汽、低压旁路等提供减温水以及为给水泵提供密封水。每台机组的凝结水系统设置凝结水储水箱、两台凝结水泵、两台轴封加热器、四台低压加热器。两台容量为100%的凝结水泵，一台正常运行，一台备用。凝结水从凝汽器热井水箱引出一根管道，用t形三通分别接至两台凝结水泵的进口，在各泵的进口管上各装有电动闸阀和一个带法兰的锥形滤网。闸阀用于水泵检修隔离，滤网可防止热井中可能积存的残渣进入泵内，滤网上装有压差开关，当滤网受堵压降达到预定值时，向集控室发出报警信号。在二台凝结水泵的出水管道上均装有止回阀和电动阀，闸阀上装有行程开关，便于控制和检查阀门的开闭状态，止回阀防止凝结水倒流。设有四台低压加热器，及5、6、7、8号低加，均为立式(表面式)加热器，7、8号低压加热器为合体布置，采用大旁路系统，安装在凝汽器的喉部；5、6号低压加热器采用小旁路系统。当加热器切除时，凝结水可从旁路运行。低压加热器采用疏水逐级自流的方式，并设有事故疏水。轴封系统汽轮机轴端密封装置有两个方面的功能，一是在汽轮机压力区段防止蒸汽外泄，确保进入汽轮机的全部蒸汽你都沿汽轮机的叶栅通道前进做功，提高汽轮机的效率；二是在真空区段，防止汽轮机外侧的空气向汽轮机内泄，保证汽轮机组有良好的真空，降低汽轮机的背压，提高汽轮机的做功能力。汽轮机的轴端密封采用自密封汽封系统。自密封汽封系统是指在机组正常运行时，由高、中压缸轴端汽封的漏汽经喷水减温后作为低压轴端汽封供汽的汽轮机汽封系统。在机组启动或低负荷运行阶段，汽封供汽由外来汽源提供。轴封系统的运行：1. 在盘车、冲转及低负荷阶段汽封供汽来自辅助汽源，供汽母管压力维持在0.124mpa。2. 机组负荷25%-60%trl此时再热冷段已能满足全部汽封供求，供汽由再热冷段提供，并自动维持供汽母管压力为0.127mpa。3. 负荷60%trl以上高、中压缸轴端漏入供汽母管的蒸汽量超过低压缸轴端汽封所需的供汽量。此时，蒸汽母管压力升至0.13mpa，所有供汽站的调节阀自动关闭，溢流站调节阀自动打开，将多余的蒸汽通过溢流控制站排至汽轮机侧8号低压加热器。若8号低压加热器事故或停运，可将多余蒸汽排入凝汽器。此时，汽封系统进入自密封状态，汽封母管压力维持在0.13mpa。4. 当机组甩负荷时若机组有符合温度要求的备用辅助汽源，汽封供汽母管压力降至0.124mpa，溢流调节阀关闭，汽封供汽由辅助汽源站供给。排污系统排污扩容系统采用单级排污利用系统，回收的蒸汽进入除氧器，扩容器内未汽化的排污水含盐量很大，工质已不能回收，但其温度仍在100以上，为充分利用这部分热量，流出排污扩容器后的排污水通过排污冷却器，加热化学补充水，当排污水温度降至50以下，排入地沟。扩容器的物质平衡式 扩容器的热平衡式 两式联立求解得到工质的回收率 =式中的分子为1kg排污水在扩容器内的放热量，取决于汽包的压力和扩容器的压力。分母为扩容器压力下1kg排污水的汽化潜热，在压力变化不大时，近似为常数。因此，当汽包压力一定时，值取决于扩容器的压力，越低，越大，一般=30%-50%。由此可见，当其他条件一定时，扩容器的压力越低，回收工质的数量越多，但能位的贬值越大。这是因为压力低的扩容蒸汽引入会热系统时，排挤的回热抽汽压力越低，使回热系统的做功比减小。在定功率情况下，回热的抽汽做功越少，使凝汽器的做功越大，导致额外的冷源损失越大，使机组的热经济性降低也越大。也就是说，回收工质并利用其“废热”的热经济性，并未体现在机组的热经济性上，而是放映在能提高全厂的热经济性，降低煤耗上。四、经济性分析（一）、影响发电厂热经济性的因素及提高热经济性的发展方向冷源损失和不可逆损失是影响发电厂热经济性的主要因素。要想提高发电厂热经济性就要从如何降低冷源损失和如何减少不可逆损失着手。从提高热力发电厂热力经济性总的趋势和途径来看，目前采用的技术和措施可包括以下6个方面。1 提高蒸汽的初参数以提高循环吸热过程的平均温度2 采用蒸汽中间再过热以提高循环吸热过程的平均温度3 降低蒸汽终参数以降低循环的平均放热温度4 采用给水回热5 有热负荷地区建设热电厂，采用热电联合生产6 采用燃气蒸汽联合循环（2） 、蒸汽参数对发电厂热经济性的影响分析 蒸汽参数通常就是我们所说的蒸汽的初压力和温度，以及汽轮机排汽压力。现代的凝汽式发电厂均向高参数、大容量的方向发展。除了我们熟知的高压、超高压、亚临界压力、超临界压力机组以外，现在已经发展到超超临界压力机组。这充分说明机组参数对提高发电厂热经济性是十分有利的。1.蒸汽初参数对电厂热经济性的影响蒸汽初参数（温度和压力）变化时，会改变循环工质放热量和吸热量的比值，从而改变循环的热效率。首先假定初压力和排汽压力不变，当初温升高时，蒸汽在汽轮机中所做的功增加。当同时在凝汽器中的冷源损失也增加。当初温由升高到时，循环吸热过程平均温度升高到。由于吸热过程平均温度提高，加大了循环中吸热过程与放热过程的平均温差，从而使与之相应的等效卡诺循环热效率得到提高，即提高了蒸汽循环热效率。当蒸汽初温度和排汽压力不变时，提高初压力也可使整个吸热过程平均温度得到升高。但必须指出的是，提高初压和提高初温对工质吸热过程平均温度的影响是不完全相同的。提高初压从而提高循环吸热过程平均温度，这一结论只是在一定范围内才是正确的。这是因为：当提高初压力时水的汽化潜热在吸热过程总的吸热量中所占的比例减少了，而温度水平较低的给水加热段吸热过程的吸热量却相对增加了。因此，当蒸汽初压力提高到一定数值后，如再继续提高压力，水和蒸汽整个吸热过程的平均温度不是继续提高，而使开始下降。分析蒸汽初压力的变化对循环热效率的影响表明：只有当蒸汽压力提高到很高的某一数值（往往超过了工程应用的范围）后，循环热效率才不增反降，这一转折点取决于蒸汽的初温度。初温越高，这一极限压力值就越高。但就一般选定的初温度而言，这一转折压力都非常高，远远超过了现代汽轮机应用的压力范围，因此，在实际应用中仍可以说提高初压力可使循环热效率提高。不过初温越高，对提高初压力就越有利，一般同时提高初压和初温，在热力学上的经济效果才最大。2. 蒸汽终参数对电厂热经济性的影响降低终参数将使循环放热过程的平均温度显著降低，从而影响冷源损失和汽轮机的热功转换效率。在决定经济性的三个主要参数-初压力、初温度和排汽压力中，排气压力对经济性的最大。降低排汽压力是提高蒸汽动力设备热经济性的主要方法之一，因为降低将会升高，但降低对却是不利的。因为越低，排汽比体积越大，如由5kpa降至4kpa，将增加23%，在末级余速损失一定的条件下，就必须采用更长的末级叶片或多个排汽口，这将增加汽轮机成本。如果末级排汽面积一定，排汽余速损失则会增大，相应汽轮机相对内效率会降低较多。一般而言，随着降低，实际内功增加。当降至某一数值时，达到极限背压或极限真空，之后再继续降低，实际内功则不会增加反而减小，也不会增加。因此，只有在极限背压以上的条件下，才能认为降低汽轮机终参数可以提高。（三）、再热循环对电厂经济性的影响把在汽轮机高压缸做了一部分功的蒸汽引致锅炉再热器进行吸热，提高温度后再返回汽轮机中、低压缸继续做功的过程称为蒸汽中间再热。采用再热的初始目的是提高蒸汽初压时减小膨胀的终湿度，以保证汽轮机安全运行。但再热参数选择合适时，采用再热还可以提高机组的热经济性。如采用一次中间再热后，可以提高发电厂热经济性5%左右。但其他条件不变时，蒸汽再热后的温度越高，中间再热吸热过程的平均温度也越高，在热循环效率也就越高，所以从热经济性看，蒸汽再热后的温度越高越好。不过，提高蒸汽再热后的温度和提高蒸汽初温度一样，也要受到高温金属材料性能和价格的限制。因此，蒸汽再热后的温度一般也都限制在蒸汽初温度