热力发电厂课程设计孙磊.doc

孙磊： 热力发电厂课程设计 - 1 热力发电厂课程设计热力发电厂课程设计 绪论绪论 1 1 设计目的设计目的： 1. 掌握整个热力发电厂的原则性热力系统的热力计算（热经济指标的计算方法） ； 2. 熟悉热力发电厂的全面性热力系统图主要内容及设计要求； 3. 在已知数据的基础上设计并绘制发电厂原则性热力系统图； 4. 计算原则性热力系统： 要求额定工况的下热力计算，计算额定工况下的热经济指标，各处的汽水 流量、抽汽量、疏水量、凝结水量的大小； 5. 设计热力发电厂的全面性热力系统 1) 对部分局部热力系统分析说明： A. 主蒸汽及旁路系统，再热蒸汽及旁路系统； B. 给水系统； C. 高压、低压回热抽汽及除氧系统的说明； D. 主凝结水系统； E. 抽真空系统； F. 锅炉的排污系统； G. 厂用汽系统； H. 全厂的疏、放水系统； I. 发电机的冷却水系统； 2) 设计及绘制发电厂的全面性热力系统 3) 完成全面性热力系统的答辩； 6编制热力发电厂课程设计说明书。 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 2 主机的选择主机的选择 1 汽轮机的选择 （1） 汽轮机型式：（由课程设计任务书及电厂型式确定） 凝汽式机组N300-16.17/538/538 （2） 单机容量选择：300MW 2 锅炉的选择 （1）锅炉型式及容量：（根据锅炉是汽轮机的匹配选择） DG-1000/16.67-1强制循环汽包炉 锅炉额定蒸发量为 1000t/h. （2）锅炉参数： 锅炉过热器出口额定蒸汽压力宜为汽轮机额定进汽压力的 105%，过热器出口 额定蒸汽温度宜比汽轮机进汽温度高 5。冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再 热蒸汽管道额定工况下的压力降，分别为汽轮机额定工况高压缸排汽压力的 2%、4.0%、2.0%，再热器出口额定蒸汽温度宜比汽轮机中压缸额定进汽温度高 5。 原则性热力系统原则性热力系统: : 凝汽式发电厂的热力系统由锅炉本体汽水系统、汽轮机本体热水系统、机炉间的 连接管道系统和全厂公用汽水系统四部分组成。锅炉本体汽水系统主要包括锅炉本体 的汽水循环系统，主蒸汽及再热蒸汽（一、二次蒸汽）的减温水系统、给水调节控制 回路，及锅炉排污水和疏放水系统等。汽轮机本体热力系统主要包括汽轮机面式回热 加热器（不含除氧器）系统、凝汽系统、汽封系统、本体疏放水系统。机炉间的连接 系统主要包括主蒸汽系统，低、高温再热蒸汽系统和给水系统（包括除氧器）等。再 热式机组还有旁路系统。全厂公用汽水系统主要包括机炉特殊需要的用汽、启动用汽、 燃油加热、采暖供汽、生水和软化水加热系统、烟气脱硫的烟气蒸汽加热系统等。新 建电厂还有启动锅炉向公用蒸汽部分供汽的系统。 因此，发电厂原则性热力系统主要由锅炉、汽轮机和以下各局部热力系统组成： 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 3 一、二次蒸汽系统，给水回热加热和除氧器系统，补充水引入系统，轴封汽及其他废 热回收（汽包炉连排扩容回收，冷却发电机的热量回收）系统，辅助蒸汽系统。 发电厂机组型号为：N300-16.17/538/538，为国产机组，配东方锅炉厂生产的 DG- 1000/16.67-1 型强制循环汽包锅炉及国产 QSFN-300-2 水-氢-氢冷发电机。机组汽轮机 为单轴三缸两排汽、一次中间再热、8 级不调整抽汽。回热系统为“三高、四低、一除 氧” ，除氧器采用滑压运行，七级回热加热器均设置了疏水冷却器，以充分利用本机疏 水热量来加热本级主凝结水。三级高压加热器分别都设置内置式蒸汽冷却器。为保证 安全性三台高压加热器的疏水均采用逐级自流至除氧器，四台低压加热器的疏水逐级 自流至凝汽器。补充水从凝汽器补入，除氧器采用第 4 段抽汽。给水泵设有两台汽动 式调整泵，一台电动式备用泵；汽动式给水泵由凝汽式小汽轮机带动，其汽源来自 4 段抽汽，排汽进入主凝汽器。为保证锅炉的汽水品质，对凝结水需全部过程经过处理， 故设有凝结水除盐装置，及相应的升压泵。 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 4 5局部热力系统设计说明局部热力系统设计说明 5.1 主蒸汽、再热蒸汽系统 主蒸汽系统包括从锅炉过热器出口至汽轮机进口的主蒸汽管道，和通往各用新蒸汽 的支管。对于中间再热式机组还包括再热蒸汽系统，即从汽轮机高压缸排汽至锅炉再 热器入口的冷再热管道,和从再热器出口至汽轮机中压缸进口的热再热蒸汽管道。 5.1.1 主蒸汽系统的选择 主蒸汽系统型式主要是从可靠性、灵活性、经济性、方便性四个方面来进行分析 比较。 基于上述四个方面，300MW 的蒸汽中间再热式机组都是大容量机组，其工作参数 高的大直径新蒸汽管和热再热蒸汽管均为耐热合金钢管，价格昂贵，有的还要耗用大 量外汇来进口，此时单元制主蒸汽系统的管线短、阀门少、投资省等优点显得很重要。 单元式机组的控制系统是按单元设计制造的，各单元的情况不尽相同，而且同容量相 同蒸汽初参数的再热式机组的再热参数却相互间有差异,所以再热凝汽式机组应采用单 元制主蒸汽系统。 主蒸汽管道接法采用常规的“双管-单管-双管系统，整个管系不设电动主气阀， 以减少运行压损。但是炉侧总管上装有永久性供锅炉水压实验用的可卸的堵板阀。为 保证主蒸汽管系不超压，在主蒸汽管道锅炉侧设置了弹簧式安全阀和压力控制式释放 阀。再热蒸汽管道分为热段和冷段 2 部分，都采用“双单双”制接法，在靠锅炉 侧都设置永久性的供锅炉水压实验用的可卸阀芯式堵板阀。 本设计 300MW 汽轮机主蒸汽管道系统是从锅炉过热器出口联箱两侧各有一根引出 管，经斜三通后汇集成单管；到汽轮机处再经斜三通分成两根支管，分别接到汽轮机 两侧主汽阀。从主汽管接给水泵汽轮机新蒸汽管道、高压旁路管道及轴封供汽管道。 由于汽轮机自动主汽阀具有可靠的严密性，主蒸汽管道不再装设任何隔离汽阀，汽轮 机启动暖机、冲转及升速使用主汽阀内旁路阀及调节阀。在锅炉过热器出口的主蒸汽 管道是安装两只弹簧式安全阀和一只电磁泄压阀。设置电磁泄压阀的目的是为了避免 弹簧安全阀过于频繁动作，运行人员可以在控制室内操作。 主蒸汽管道设计有通畅的疏水系统。在锅炉过热器出口联箱两侧的主蒸汽管道上， 各连接有一路放气管（启动放气用） 、一只弹簧式安全阀和一只电磁安全阀。两个斜三 通之间的单管上，引出汽轮机高压旁路管道、去锅炉给水泵汽轮机的高压蒸汽管道和 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 5 至汽轮机轴封蒸汽系统的高压汽源管道。在靠近主汽门斜三通前设有疏水点。靠近主 气门前两侧的主蒸汽管道上，装设有疏水管和暖管用的疏水蒸汽管道。 5.1.3 主蒸汽、再热蒸汽系统的全面性热力系统及运行 A 用新汽支管的引出 （1）汽轮机加热装置用汽 本设计高、中压缸为双层缸，设有汽缸夹层加热装置、法兰螺栓蒸汽加热装置， 都用新汽加热，所用蒸汽应从电动主汽门之前的主汽管上引出，在主汽管暖管的同时， 汽缸夹层和法兰螺栓装置要同时暖管，其疏水引至第 8 级混合比回热加热器。 （2）辅助蒸汽用汽 在汽轮机冲转前就要投运的辅助蒸汽，也应从电动主汽门之前引出。辅助蒸汽用于： 汽轮机轴端汽封供汽以前，汽封系统也应暖管，一般在汽轮机冲转前 15min 左右 向轴封送汽。采用自密封汽封系统的机组，汽轮机启动时仍须辅助汽源。 锅炉启动时需加热蒸汽，以建立正常水循环，控制汽包上、下壁温差，缩短启动 时间，节约燃油，使锅炉点火后过热器、再热器有蒸汽冷却。 锅炉点火后用的燃油，需先用蒸汽加热。 机组起、停、甩负荷时，向除氧器供汽等等。 （3）小汽轮机用高压蒸汽源 机组主给水泵是由小汽轮机驱动的，正常运行时用主机的回热抽汽。小汽轮机的 汽源为双汽源自动内切换，所用另一高压汽源为新蒸汽。 （4）引至高压旁路系统 B.汽轮机本体疏水系统 汽轮机的高、中压缸自动主气门前后，各调速气门前后，汽缸及各个抽气管逆止 门前后，高压缸排气逆止门前后，高中压内外缸的疏水、高、中压导气管，以及高、 中压主汽管的最低点都设有疏水点。小气轮机的气管道上也设有疏水点。 所有疏水管、疏水门均有足够的内径，疏水管具有一定的坡度，以便疏水排放 流畅。每路疏水具有两只阀门，其中一只为动力驱动，有阀开关位置指示，并可在主 控室内操作。 本机组采用反向气流冷却，在高压缸排气逆止阀处并联设置反向流阀门，在主汽 门后管道上设置一通气阀。正常运行时，反向流阀和通气阀都处于关闭状态。机组启 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 6 动、冲转、升速过程和甩负荷停机过程中，依靠反向流阀，通气阀建立一股小流量的 反向蒸汽流过高压缸，以防止高压缸过热。 5.25.2 旁路系统旁路系统 旁路系统是蒸汽中间再热单元机组热力系统的重要组成部分，它是指高参数蒸汽 不进入汽轮机，而是经过与汽轮机并联的减温减压器，将降压减温后的蒸汽送入再热 器或低参数的蒸汽管道或直接排至凝气器的连接系统。旁路系统一般有三种旁路：新 汽绕过汽轮机高压缸流至冷再热蒸汽管道的称为高压旁路（级旁路） ，再热后蒸汽绕 过中、低压缸，直接引入凝汽器的称为低压旁路（级旁路） ，新汽绕过整个汽轮机而 直接引至凝汽器的称为大旁路（级旁路） 。 旁路系统采用高压旁路和整机旁路两级串联。高压旁路用以保护再热器，在机组启 动时用于暖管，此时蒸汽通过疏水管至凝气器。热态启动时，用以迅速提高再热气温 使接近中压缸温度，但是再热管段上向空排气门要打开。整机旁路用以在各种工况时 将剩余蒸汽排至凝气器。主蒸汽超压时，能自动动作而使主气阀不动作或者少动作， 起安全阀的作用。旁路管道与主蒸汽管道一样，也采用耐热合金钢材制造。 本设计机组采用两极串联旁路系统：由锅炉来的主蒸汽绕过汽轮机高压缸，经 I 级旁路系统减温减压后进入锅炉再热器，以防止再热器超温或烧坏。由再热器加热出 来的再热蒸汽又绕过汽轮机的中、低压缸，经级旁路减温减压后排入凝汽器，经低 压旁路减温减压后的蒸汽，在进入凝汽器之前，压力和温度仍很高，为保证凝汽器的 安全运行，在凝汽器颈部装有膨胀扩容式减压减温装置。 本设计电厂 300MW 汽轮机选用高、低压二级旁路系统，它由高压旁路控制阀、高 压旁路减温水调节阀、低压旁路控制阀、低压旁路减温水调节阀、液控站组成。旁路 容量为锅炉最大连续蒸发量的 16%。由于减压减温都在同一阀体内完成，故不另设减温 器。 5.35.3 给水系统给水系统 给水系统是发电厂热力系统的重要主管道之一，对发电厂的安全、经济、灵活运行 至关重要。结合机组的形式、容量和主蒸汽系统的形式，我们选择了单元制系统。其 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 7 优缺点与单元制主蒸汽系统相同。因其系统简单、投资省，适用于中间再热凝汽式发 电厂。 5.3.1 给水泵的选择 基于变速给水泵的如下优点：节约厂用电；简化锅炉给水操作台；易实现 给水全程调节；能适应机组滑压运行和调峰需要；提高机组的安全可靠性；便 于给水泵的启动。另外基于汽动泵的主要优点：安全可靠；节省投资；运行经 济；增加供电；便于调节；容量不受限制。 因此，选用汽动调速给水泵。 （两台汽动调整给水泵正常运行，一台电动给水泵备 用。 ） 5.3.2 给水系统的全面性热力系统 300MW 机组的给水系统全面性热力系统，为半容量泵组，即两台半容量汽动泵为经 常运行，其前置泵为与之不同轴串联连接方式；一台半容量电动定速泵为备用泵，并 与其前置泵为同轴串联方式。 设计时考虑了既可用电动泵启动，也可用汽动泵启动。高压给水经 3 个高压加热器 加热后进入锅炉省煤器，高加给水旁路采用大旁路系统。当任何一个高压加热器故障 时，3 个高加都必须同时解列，给水走旁路。三台卧式高压加热器的给水侧为单流程大 旁路方式，其进口设一电动三通阀，出口为快速电动闸阀，当任何一个高压加热器故 障解列时，这两个阀门同时动作切除三个高压加热器并投入旁路运行。为防止高压加 热器超压，其汽、水侧均设有弹簧式安全阀。 汽动给水泵采用小汽轮机带动，小汽轮机有两个自动主汽门，其汽源分别引自汽 轮机的第四段抽汽和新蒸汽，并能自动内切换。两台汽动泵运行时,当给水量约为 278t/h(机组负荷约为 32%额定负荷)时，四段抽汽已不能满足给水泵功率要求，自动内 切换为新蒸汽，随负荷继续降低，四段抽汽量逐渐减少，新蒸汽量相应地逐渐加大， 直到给水量约为 150t/h 时止，即完全切换为新蒸汽。若单泵运行,可维持给水量为 600t/h，此时高低压蒸汽同时进汽。 5.45.4 回热抽汽系统回热抽汽系统 本机组有八级不调整回热抽汽，作为三台高压加热器、一台滑压除氧器和四台低 压加热器的加热蒸汽，另有一台轴封冷却器。凝结水全部精处理，串联在中压凝结水 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 8 泵出口，无凝结水升压泵。三台高压加热器 H1、H2、H3 均设有内置式蒸汽冷却段和疏 水冷却段。高压加热器组疏水逐级自流至滑压除氧器 H4，H5 也设有内置式蒸汽冷却段， H5、H6、H7、H8 均设置疏水冷却段，其疏水逐级自流至凝汽器。 第 18 段抽汽管道沿蒸汽流向先装 1 个逆止阀，后装上一个电动闸阀，要求靠近 汽轮机抽汽口（第 2 段抽汽管道上的阀门靠近冷再热蒸汽管道 ） 。逆止阀的主要作用 是防止汽轮机进水和甩负荷时回热抽汽管中蒸汽倒流入汽轮机。 在汽轮机抽汽口到逆止阀门之间的抽汽管道低位点和电动阀到加热器之间管道低位 点各装设一个输水阀，以便疏水到凝汽器，防止汽轮机进水。 在第 4 段抽汽总管是靠近汽轮机处装设两个逆止阀和一个电动阀，另在去除氧器、 辅助蒸汽联箱和给水泵汽轮机的蒸汽管道是各再设 1 个电动闸阀和 1 个逆止阀。这是 因为除氧器是 1 个容积很大的混合式加热器，一旦汽轮机的抽汽压力突降，除氧器给 水箱内饱和水迅速汽化产生大量蒸汽，若倒流入抽汽管内将引起汽轮机超速。辅助蒸 汽联箱及给水泵汽轮机都有外部汽源（非汽轮机抽汽） ，他们都有可能倒入汽轮机，所 以加装上述逆止阀可防止汽轮机由上述原因引起超速。 所有的抽汽管道设的疏水阀在机组负荷低于 15%额定负荷时能自动开启。 除氧器可滑压运行，滑压范围是 0.1410.705MPa。启动时，由辅助蒸汽联箱供 汽，并维持除氧器压力为 0.132 MPa。随着负荷增加，当第四段抽汽压力大于 0.132 MPa 时，自动切换至第 4 段抽汽；当机组降负荷，第 4 段抽汽压力降至 0.141 MPa 时， 自动切换到辅助蒸汽。停机时，由辅助蒸汽供汽，并维持除氧器压力为 0.141 MPa。 5.55.5 除氧系统除氧系统 在凝汽器中，经过初步除氧的主凝结水进入除氧器深度除氧，除氧用加热汽源为汽 机四段抽汽，备用蒸汽采自辅汽联箱。再沸腾管系统运行时易产生水击和振动，可设 置 1 台除氧给水循环泵，以便机组启动前使除氧水箱中的化学除盐水能均匀迅速的加 热除氧。除氧器设有启动循环泵 SP,供启动制水时加热给水箱内的贮水,经 1.52h 加 热到 100以上开始除氧。加热期间启动循环泵连续运行,以保证均匀加热,此时成为大 气压力式除氧器。当机组升负荷至 20%额定负荷时，即自动开启四级抽汽阀同时自动关 闭备汽源的进汽阀，除氧器自行投入滑压运行方式。简称为定滑运行方式，滑压范 围为 20%100%额定负荷。 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 9 5.65.6 加热器疏水系统加热器疏水系统 回热加热器疏水系统是回收加热器内抽气的凝结水即疏水，保持加热器中水位在 正常范围内，防止汽轮机进水。 （1）高压加热器疏水系统 高加疏水在大于 30%T-ECR 工况运行时，采用热经济性较高的逐级自流的方式疏至 除氧器，高加水位由电动疏水调节阀自动调节。机组启动时，在启动初期，高压加热 器疏水通过各台高压加热器的汽侧放水直接排至地沟。 低负荷时， 3 号高加(抽汽压力最低者)疏水疏入 5 号低加(低加中抽汽压力最高者)， 因为低负荷时间短，经济性不明显，同时如果流入 5 号低加，对其热冲击较大，易发 生振动，故设置一根 30%流量的低负荷疏水管至汽机本体疏水扩容器 I(即加热器事故 疏水扩容器)，以保证低负荷疏水的通畅。又考虑到高压加热器为卧式布置，其水位允 许波动小，如果调节阀故障，采用手动旁路控制水位较难操作，易使汽水混合物进入 疏水冷却段甚至疏水管造成汽、水两相共存引起振动，故疏水调节阀都不设手动旁路， 如果调节阀任一台出现故障，便解列所有高压加热器。 每台高加的事故疏水都单独接入汽机本体疏水扩容器 I，每根管道上设有两道电动 阀，能迅速全关和全开，从而保证事故疏水能迅速排走以防汽机进水。 （2）低压加热器疏水系统 正常运行时，各低压加热器的疏水用疏水调节阀逐级自流入低压加热器 H8，再经 过调节阀直接排入凝汽器。 每台低加都设有单独的事故疏水管路至汽机本体疏水扩容器 I，管路上都设有能快 速启闭的电动闸阀。 5.75.7主凝结水系统主凝结水系统 5.7.1 设置两台容量为 100%的凝结水泵，一台正常运行，一台备用，运行泵故障时连 锁启动备用泵。 5.7.2 低压加热器设置主凝结水旁路，当某台加热器故障解裂或停运时，凝结水通过 旁路进入除氧器，不会因为加热器事故而影响整个机组的正常运行。每台加热 孙磊： 热力发电厂课程设计 - 10 器都设置一个旁路。 5.7.3 设置凝结水最小流量再循环，可以使凝结水泵在启动或低负荷时不发生汽蚀， 同时保证轴封加热器有足够的凝结水量流过，使轴封汽能完全凝结下来，以维 持轴封加热器中的微负压状态，在轴封加热器后的主凝结水管道上设有返回凝 汽器的凝结水最小流量再循环管道。 5.7.4 在凝汽器热水井底部、最后一台低压加热器的出口凝结水管道上，除氧器水箱 底部都接有排地沟的支管，以便在机组投运前，冲洗凝结水管道时，将不合格 的凝结水排入地沟。 5.85.8 全厂公用汽水系统全厂公用汽水系统 单元式机组,为保证机组安全可靠地启停，以及在低负荷或异常工况下提供必要的 汽源，同时能向电厂有关辅助车间提供生产加热用汽，设有全厂公用的辅助蒸汽系统。 本设计 300MW 机组的辅助蒸汽系统，全厂设置一条辅助蒸汽母管，每台机组设置一 个压力为 0.660.83MPa 的辅助蒸汽联箱。各台机组的辅助蒸汽联箱互为备用。联箱 上有安全阀以防超压。 为减少启动供汽损失，提高其经济性，当机组负荷达到约 30%时，汽轮机高压缸排 汽参数为 1.168MPa、229.4，第四段抽汽压力达 0.265MPa，辅助汽源由启动锅炉供 汽切换到汽轮机高压缸排汽、除氧器加热蒸汽切换到四段抽汽。随机组负荷增加，除 氧器滑压运行（0.1470.88MPa） 。机组负荷增至额定负荷 85%时，四段抽汽参数达 0.67MPa、355338，减温器将温度从 338降到辅助汽温度 200时，辅助汽源即 切换到四段抽汽。额定工况时，四段抽汽能供厂用蒸汽为 50t/h。机组负荷超过 30%， 汽轮机轴封系统自行供汽(自密封汽封系统)。启动锅炉宜配 12 台，其容量不宜考虑 裕量和主机冲转调试用汽。因其利用率低，有关系统应该力求简单、可靠和运行操作 简便，其配套辅机也不宜过多配置。 5.95.9 主厂房内的冷却水系统主厂房内的冷却水系统 5.9.1 发电机的冷却系统 汽轮发电机的冷却介质可以是空气、氢气、水等。本设计的 300MW 机组配 QFSN- 300-2 型发电机