热能与动力工程专业毕业论文--反动式汽轮机回热系统设计

目录中文摘要1ABSTRACT11前言211研究背景212本文主要内容313哈尔滨第三电厂600MW机组简介32回热系统简述及其热经济性421给水回热系统简述422给水回热过程的热经济性423影响回热过程的热经济性因素53机组回热系统的热平衡计算731计算的目的及基本公式732计算的原理及步骤833根据已知条件进行热力计算834各汽水流量绝对值计算174高压加热器简介及课题介绍1741高压加热器的作用1742加热器的分类1843加热器工作原理1844高压加热器的结构特点1845加热器的工作流程2046加热器的端差205高压加热器的热力设计2251加热器传热计算的理论基础2252加热器主要技术参数的选定及计算步骤2253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30N6001667/537/537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ABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFPRODUCTIONANDENHANCEMENTOFPEOPLESLIVINGSTANDARDS,URGENTNEEDMOREENERGY,ESPECIALLYTHEELECTRICITYSUPPLY,ANDCOALFIREDPOWERISANIMPORTANTPARTOFPOWERPRODUCTIONCURRENTLYFIREPOWERAIRCREWPOSITIVEHIGHPARAMETER,LARGECAPACITYDIRECTIONDEVELOPMENT,IMPROVETHEEFFICIENCYOFPOWERPLANTS,ECONOMIC,ANDRELIABILITYHASBECOMETHEURGENTNEEDTOADDRESSTHENEWTOPICWATERHEATINGSYSTEMASPOWERPLANTSTOTHEHEATINGSYSTEMOFPOWERPLANTCORE,ITTHEHOTECONOMICPLAYSADECISIVEROLENOWWIDELYUSEDTOPOWERTHERMALSTEAMEXTRACTIONFORHEATINGBOILERWATERSUPPLY,INORDERTOIMPROVETHEAVERAGETEMPERATURE,REDUCECOLLECTOROFHEATTRAPPINGIRREVERSIBLELOSSANDREDUCEEXHAUSTSTEAMPARAMETERS,MAKESTEAMCANMAXIMIZETHESTEAMTURBINEEXPANDINGPOWERINCOLDSOURCE,REDUCELOSSSOINLANGKENCYCLEBACKONTHEBASISOFTHERMALCIRCULATION,IMPROVECIRCULATIONEFFICIENCYANDTHERMALEFFICIENCYHIGHPRESSUREHEATERWASUTILIZEDINTHESTEAMTURBINEALREADYDONEWITHINTHESTEAMFORHEATINGPARTWATERREACTIVE,INORDERTOREDUCEEXHAUSTSTEAMINTHEHEATLOSSCONDENSER,THEREBYIMPROVINGCIRCULATIONTHERMALEFFICIENCYTHEREFORE,THESTUDYOFTHESTEAMEXTRACTIONSYSTEMANDTOHEATTHEDESIGNOFHIGHPRESSUREHEATERTOIMPROVETHEPOWERPLANTINTHETHERMALEFFICIENCYISOFGREATTHEORETICALANDPRACTICALSIGNIFICANCETHISTOPICALREADYREPAIRENGINEERINGTHERMODYNAMICS,INPRINCIPLE,THERMALPOWERPLANTS,STEAMTURBINE,ONTHEBASISOFCOURSESUCHASACOMBINATIONOF600MWUNITOFHARBINTHIRDPOWERPLANT,THETHERMALSYSTEMTOCHECKANDTHERMALEQUILIBRIUMCALCULATION,POWERHIGHPRESSUREHEATER6,INORDERTOIMPROVETHEDESIGNOFLEARNEDOFTHEORETICALKNOWLEDGECOMPREHENSIVEABILITYFOROURFUTURE,INPRACTICALWORKTOLAYTHENECESSARYPOWERBASEDKEYWORDTURBINEREGENERATIVESYSTEMHIGHPRESSUREHEATERHEATECONOMY600MWUNIT1前言11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。12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。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。13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。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21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。22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。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。23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；锅炉最佳给水温度回WJHOPFWT热加热级数Z。三者紧密联系，互有影响。231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为I001CCIFWQH123021ZCWWWZWZQQHHQA式中，为汽轮机凝汽份额，为单位质量排汽在表示单位质量排气在凝汽CCQ器中的放热量，、为抽汽在各加热器中的放热量，为主1Q23Z0H蒸汽比焓，、分别分别表示单位质量给水或凝结水0WHWHWZ在各级加热器中的焓升，KJKG。使为最大的回热分配为最佳回热分配，即按照下列条件对求极值II，10IWH2IW,0IWZHA232最佳给水温度回热循环汽轮机的绝对内效率为最大值时对应的给水温度称为热力学上的最佳给水温度。随着给水温度的的提高，一方面，与之对应的回热抽汽压力随之增加。这样，抽汽在汽轮机中做功减少，做功不足系数增加。另一方面，随着给水温度的提高，工质在锅炉中的吸热量将会减少，汽轮机热耗率以及绝对电耗率也会受双重影响，反之亦然。因此，理论上存在着最佳给水温度。单级回热汽轮机的绝对内效率达到最大值时回热的给水温度为（其中为新蒸汽压力下的饱和水温度，为凝汽器压力下的饱和OPFWT2SCTTSOCT水温度），此温度为回热的最佳给水温度。多级抽汽回热循环的最佳给水温度与回热级数、回热加热在各级之间的分配有关。按焓降分配法，最佳给水温度的焓值为10ZWOPFWCCZHHH经济上的最佳给水温度与整个装置的综合技术经济性有关。给水温度的提高，将使锅炉设备投资增加，或使锅炉排烟温度升高从而降低了锅炉效率。因此，经济上最有利的给水温度的确定，应在保证系统简单、工作可靠、回热的收益足以补偿和超过设备费用的增加时，才是合理的。实际给水温度要低于FWT理论上的最佳值，通常可以取为。OPFWTOPFWFWT0657T（）233给水回热加热级数当给水温度一定时，随着回热级数Z的增加冷源损失将减小，汽轮机绝对内效率将增加。I由热量法可知，随着回热级数的增加，能更充分地利用较低压抽汽，从而使回热抽汽做功增加，动力系数增加，因此回热循环的效率也提高了。RA当给水温度一定时，回热加热的级数Z越多，循环热效率越高。但是随着加热级数的增多，回热循环效率的增加值逐渐减少。在选择回热加热级数时，应该考虑到每增加一级加热器就要增加设备投资费用，所增加的费用应当从节约燃料的收益中得到补偿。同时还要尽量避免发电厂的热力系统过于复杂，以保证运行的可靠性。因此，小机组一般13级，大机组79级。3机组回热系统的热平衡计算31计算的目的及基本公式311计算的目的机组原则性热力系统计算，是发电厂原则性热力系统计算的基础和核心。计算的目的是确定汽轮机组在某一工况下的热经济指标和各部分汽水流量；根据以上计算结果选择有关的辅助设备和汽水管道；确定某些工况下汽轮机的功率或新汽耗量；原则性热力系统计算有“定功率计算”和“定流量计算”两种。对负荷已给定情况下的计算，称为“定功率计算”，其结果为给定功率下汽轮机新汽耗量、各抽汽量及热经济指标。当给定汽轮机进汽量情况下，进行热力系统计算，称为“定流量计算”，其结果是求得给定流量下汽轮发电机组的功率及其热经济性指标。本次计算采用的是定功率计算。312计算的基本公式要对回热系统进行计算，必须已知计算工况下机组的类型、容量、初终参数、回热参数、再热参数及供热抽汽参数、回热系统的连接方式，机组的相对内效率，机械效率和发电机效率等。0DRIMG具体计算的三个基本理论公式（1）加热器热平衡式吸热量放热量或流入热量流出热量通过热平衡式可求出抽气量JD2汽轮机物质平衡式DD或C0ZJ1CZJ1通过物质平衡式可求出凝气流量C（3）汽轮机功率方程式3600PEDIWMG0IMG其中DHDQDHI0RHZJD1CHQHI0RHZJ1C通过功率计算式可求出汽轮机新汽耗量，在此基础上进一步计算出机0组的热经济性指标。32计算方法和步骤321计算方法回热系统计算方法有多种，有传统的常规计算法、等效热降法、循环函数法以及矩阵法等。但常规计算法是最基本的一种方法，掌握这种方法有助于更好地理解和掌握其他方法。322计算步骤（1）整理原始资料根据已给定的资料，通过查表、查图合理选择有关数据并列出计算所需的参数表。（2）回热抽气量计算对凝气式机组按由高到底进行回热抽汽量D或抽汽系数的计算。JJ（3）物质平衡式计算由物质平衡式可计算出凝汽流量D或凝气系数或新汽耗量CC0（4）计算结果较核利用物质平衡式或汽轮机功率方程式进行校核，误差范围1233根据已知条件进行热力计算设计题目600MW汽轮机组回热系统热平衡计算设计题目为模仿我国哈尔滨汽轮机厂生产600MW汽轮机组，进行热平衡计算、加热器热力设计。目的在于让学生受一次工程训练。给定条件型号N6001667/537/537汽轮机（反动式）全名亚临界压力、一次中间再热、单轴、反动式、四缸四排汽汽轮机主要技术参数（参考书P22之表71）额度功率600MW冷却水温度20排汽压力00049MPA给水温度2726工作转速3000R/MIN；控制系统DEH通流级数57级高压部分（1调节级10反动级中压部分29级低压部分（27）（27）331高压缸（1调节级10反动级）主蒸汽压力P1667MPA0主蒸汽温度T537主蒸汽初焓值33944KJ/KG0H主蒸汽流量D1783T/H高压缸排汽压力P3522MPAGP高压缸排汽温度T312高压缸排汽焓值H30104KJ/KGGP高压缸排汽流量D147459T/H（去中压缸部分）332中压缸29级再热蒸汽压力P3205MPA0Z再热蒸汽温度T537Z再热蒸汽初焓值H35369KJ/KG0Z再热蒸汽流量D147459T/HZ中压缸排汽压力P07813MPAZP中压缸排汽温度T333Z中压缸排汽焓值H31266KJ/KGZP中压缸排汽流量D139325T/H（去低压缸部分）Z333低压缸（27）（27）级进汽压力P07813MPA0D进汽温度T333进汽初焓值H31266KJ/KG0D进汽流量D139325T/H低压缸排汽压力P00049MPADP低压缸排汽焓值H2333KJ/KG低压缸排汽流量D107135T/H（去凝汽器）DP334回热系统共8段抽汽分别在高压缸第8级后（对8号高压加热器）高压缸第11级后（即高压缸排汽，对7号高压加热器）中压缸第16级后（对6号高压加热器）中压缸第20级后（即中压缸排汽，用于除氧器、小汽轮机）低压缸A/B第22、24、25、26级后（分别对4、3、2、1号高压加热器）335热力系统图（下页）336机组回热计算参数列表该机采用大气式除氧器，除氧器压力为07574MPA，对应的饱和水温度1682。EDT根据给水温度，可得高压加热器给水出口温度276FWT7H2726，且除氧器出口水温，根据等温升（等比焓升）8WT40WT分配原则得、高压加热器给水出口水温6H7取1991。同样可以选取高压加热器的给水出口水温。772406WT2618183WT由于凝汽器的压力为00049MPA，其对应的饱和温度为32538，根据等比温升分配原则可以依次得出低压加热器的给水出口水温，1234H、表31600MW凝气式汽轮机加热器汽水参数加热器号抽气压力EPMA抽气比焓HKJG抽气管压损EP加热器工作压力EMA饱和水温度ET饱和水比焓EHKJG出口端差,T给水出口水温2W给水出口比焓2HKJG1H0024525054500233634265528606254820063926365006078633688628835350530132827546601251106344575281035434540335329316503186135556992013355613DH079733125650757416827114016827511615883316741526199185230199185617352230104463361240610404024061042856483118445422269118071527051165337计算回热抽汽系数及凝汽系数采用相对量方法进行计算18号高压加热器的计算887DWEWHH788887/165402093WEDDWEWHHH（）8061DH8的疏水系数06127号高压加热器H7的计算76D7787DDWWWHHH6877/D10425/09610851345（）00844H7的疏水系数00610084401454787D再热蒸汽系数100610084408546RH136号高压加热器H6的计算因为除氧器出口水进入六号高压加热器，而水是不可压缩流体，所以进入六号高加的给水焓值可以按除氧器出口水焓值计算，即由热平衡得667665DDWWWHHH576/DD81/098148712362（）003322H6的疏水系数0145400332201786676D4除氧器HD的计算因为进入除氧器的轴封蒸汽量很少，所以可以忽略轴封抽汽，由除氧物质平衡可知除氧器的进水系数C415D6由能量平衡546454DDWWWHHH554/DD7163/0981762457254）00523除氧器的HD进水系数100523017860769144561CD4561CD54号低压加热器H4的计算直接由H4的热平衡可得4443344DWCWCDHH076915409823700402H4的疏水系数为004024D63号低压加热器H3的计算同理，有3343432DDWWCWHHH23/DC0769150/9804573743（）002626H3的疏水系数D3004020026260066464D372号低压加热器H2的计算32421DWWCWHHH24132/DC0769508/0964372171（）002914H2的疏水系数D22D300291400664600956（8）1号低压加热器H1的计算为了计算方便，将1号低压加热器与SG轴封加热器和凝汽器进行整体分析，并忽略轴封抽汽。由热井的物质平衡式，可得214CDC。（1）能量平衡。（2）412CWDCHH由（1）得06635421CD1代入（2）式125054009562771066351136207691425481002936（9）凝汽系数C的计算与物质平衡校核由热井的物质平衡式计算C06635002936063414由汽轮机通流部分物质平衡来计算CC181J10029360029140026260040200523003322008440061063414两者计算结果相同，表明以上计算完全正确。338新汽量计算及功率校核根据抽汽做功不足多耗新汽的公式来计算D0DD/D/10C0C81JY1计算D0C35369301045265KJ/HRHQ7凝汽器的比内功为H0339445265233315879KJ/HICWRCD1031394952（KJ/H）0CGMICWPE3698501587632计算D0各级抽汽不足系数YJ如下082628YRHCQIW3184526379Y078527RHCI0YHHC/WIC331672333HHC/WIC312562333HHC/WIC293162333HHC/WIC275462333HHC/WIC26362333HHC/WIC250542333是,抽气做功不足汽耗增加系数为1/11/181JY00031880005560006970015160026110020600663005041/10194312412则汽轮机的新蒸汽量DD13949521241217314144T/H0C表32、和的计算数据JHJYJJJJHJYJ（T/H）JDJ0J0029361250541H735591H0108610003188150831002914226362768132019082Y0005562Y504542D00262632754637233630265530006973454673004024293164H1178514H0377400151646960340052353125651634695049925Y0026115Y905535D00332263316766110181061956600206575186008447301047H2540787H0785270066371461327006183118481902228082628Y005048Y105618D06341C2333C147936C107135C253789H019431730550（3）功率校核1KG新汽比内功（其中计算数据见上表）IWJHI0RHJCWQ81（）33944085465265（735597681372336117851163469110181254078190222147936）1306457KJ/KG据此,可得汽轮发电机功率为EPD0MG/360017305513064570990985/3600EPIW612418MW计算误差207E|P|10|61248|0误差非常小，在工程允许的范围内，表示上述计算正确339热经济性指标根据给水温度2726,给水压力1683MPA，查焓熵软件，可得给水比FWT焓119476042KJ/KG。FWH1KG新蒸汽的比热耗Q0H33944085465265119476042649587KJ/KG0QRHFW汽轮机绝对内效率493079IIOQ136457298汽轮发电机组绝对内效率E04930790990985480826IMG汽轮发电机组热耗率Q3600/E3600/048082674871159KJ/KWH汽轮发电机组汽耗率DQ/Q74871159/264958728258KJ/KWH034各汽水流量绝对值计算由求出各处，见表32JD0JJD4高压加热器简介及课题介绍41高压加热器的作用回热循环是提高火电厂效率的措施之一，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、回热抽气管道、水管道、疏水管道等组成的一个加热系统，而回热加热器是该系统的核心。高压加热器能否正常投入运行，对火力发电厂汽轮机组的经济性和出力有很大影响，随着火力发电机组向大容量、高参数发展，高压加热器承受的给水压力和温度相应提高，因此给水加热器的合理设计将严重影响机组的安全经济性，尤其高压加热器能否正常运行是给水设计温度的直接保证，从而对提高机组效率和保证出力存在直接的影响。42加热器的分类及国内机组对加热器的选用421分类加热器按照内部汽、水接触方式的不同，可分为混合式加热器与表面式加热器两类；按照受热面的布置方式，可分为立式和卧式两种。422选用全部由混合式加热器组成的回热系统较为复杂，因而导致回热系统运行安全性、可靠性低、系统投资大。一方面由于凝结水需要依靠水泵提高压力后才能进入比凝汽器压力高的混合式加热器内，在该加热器内凝结水被加热至该加热器压力下的饱和水温度，其压力也与加热器内蒸汽压力一致，欲使其在更高压力的混合式加热器内被加热，还得借助于水泵来重复该过程。另一方面为防止输送饱和水的水泵发生汽蚀，水泵应有正的吸入水头，需设置一水箱安装在适合高度，水箱还要具有一定的容量来确保负荷波动时运行的可靠性。如再考虑各级水泵的备用，则该回热系统的复杂性也就不难理解了。设备多、造价高、主厂房布置复杂、土建投资大、安全可靠性低使该系统的应用受到限制。目前我国300、600MW以上机组回热系统多采用表面式加热器中的卧式加热器。43加热器工作原理加热蒸汽与给水分别由蒸汽入口和给水入口进入加热器内，通过金属管壁进行换热，通常水在管内流动，加热蒸汽在管外冲刷，蒸汽利用凝结时放出的汽化潜热来加热给水，最终吸热升温后的给水从水室上部给水出口离开加热器，放热后的蒸汽凝结下来成为加热器的疏水（为区别主凝结水而称之为疏水）由疏水出口流出。44高压加热器的结构特点高压加热器由壳体、管板、管束、和隔板等主要部件组成，在壳体内腔上部设置蒸汽凝结段，下部设置疏水冷却段，进、出水管顶端设置给水进口和给水出口。当过热蒸汽由进口进入壳体后即可将上部主螺管内的给水加热，蒸汽凝结为水后，凝结的热水又可将下部疏冷螺管内的部分给水加热，被利用后的凝结水经疏水出口被疏流出体外。图41是哈尔滨第三电厂高压加热器的结构示意图。由上图可以看出加热器由筒体、板管、U形管束和隔板等主要部件组成。给水由给水进口处进入水室下部，通过U形管束吸热升温后从水室上部给水出口处离开加热器。加热蒸汽由入口进入筒体，经过蒸汽冷却段、冷凝段、疏水冷却段后蒸汽由气态变为液态，最后由疏水出口流出。筒体的右侧是加热器水室。它采用半球形、小开口的形式。水室内有一分流隔板，将进出水隔开。分流隔板焊接在管板上，分流隔板靠近水侧与给水出水管的内套管相焊接，这样可以避免管、壳交接处的尖峰应力。水室上还有排气接管、安全阀座和化学清洗接头。高压加热器管束的壁厚很小，而管板却很厚，为了可靠地将他们连接起来，并保证在高温高压、工况变化时不发生泄漏，采用了焊接加爆胀的连接方法。胀管采用全爆胀方法，目地是消除管子与板管之间的间隙，这样既可以防止泄露、避免间隙内腐蚀加剧，又可以在运行中减少振动；而且，管子与管板之间的热传导性能也得到改善，管子与管板的温度较快地得到均匀。由于该机组的加热器管子采用碳钢材料，故爆胀之前在进水侧的管端套上不修钢套管，不锈钢套管在爆炸胀管的同时胀紧于管子内壁。过热蒸汽冷却段位于给水的下游出口段。他由包壳包围着的给水出口端给定长度的全部管段组成。过热蒸汽从套管进入本段，采用套管的目的就将高温蒸汽与入口接管座根部、壳体及管板隔开。过热段的包壳以该套管为中心，可以向四周自由膨胀。该段中配置了适当形式的个隔板，使蒸汽以给定的流速均匀地通过管子，达到良好的换热效果。蒸汽进口接管座下方，设有一块不锈钢防冲板，避免了蒸汽直接冲击管束。从过热段流出的蒸汽进入冷凝段。冷凝段主要是利用蒸汽凝结时放出汽化潜热来加热给水。一组隔板使蒸汽沿着加热器长度方向均匀地分布。它们在加热器的上部留出一定的蒸汽通道，让蒸汽均匀地自上而下流动，并逐渐凝结，蒸汽由气态变成液态。此时该组隔板主要起着支承和防振的功能。在加热器壳体的左侧（见上图所示的位置）用不锈钢板分割出一段独立的疏水扩容室，使上一级的疏水在这里扩容后再进入冷凝段，有效地避免了疏水对管束的冲击或振动。疏水冷却段位于给水进口流程侧（在上图所示卧式加热器的下方）。它采用内置式全流程虹吸式结构。其优点是结构简单、紧凑、可靠，需要的静压头小，凝结疏水不浸沐换热面、能利用全部换热面；设计时还选取较低流速，隔板开口面积相近，双进口虹吸口，对平均对数温度进行修正等，这样压力损失减小，避免汽化，保证良好的液态换热性能。它用包壳板把该流程的所有管子密封起来，并用一块较厚的端板将冷凝段与疏水冷却段隔开。端板的作用是，当蒸汽进入端板的管孔和管子外表面之间的间隙时，被凝结而形成水密封，以阻止蒸汽泄漏该段内。由上图还可以看出，疏水冷却段的入口4在正常疏水水位之下，这就使蒸汽无法进入疏水冷却段，而疏水则可以由这一加热器壳体的低部进入该段，然后由一段隔板引导向上流动。在此过程中，疏水进一步放热，温度降到饱和温度以下，最后从位于疏水冷却段顶部的壳体侧面疏水口19流出。这种疏水出口的设置，便于在运行前排放壳体内的气体。在该机组的回热系统中，6号高压加热器采用的是管板U形管表面式回热加热器。45加热器工作流程在该机组的回热系统中，6号高压加热器具有过热蒸汽冷却段和疏水冷却段。蒸汽首先进入过热蒸汽冷却段，在隔板的引导下曲折流动，把大部分过热度所含热量传递给主凝结水，到出口时，蒸汽已接近饱和状态，但还是有少量的过热度。然后流至冷却段，在隔板的引导下均匀地流向该段的各个部分，由下而上横向流过管束，放出汽化潜热后凝结成水，称为疏水；外来的上一级疏水经扩容后也进入冷凝段。积聚在壳体底部的疏水，经端板底部的吸水口进入输水冷却段，在一组隔板的引导下向上流动，最后在位于该段顶部壳体侧面的疏水管输出。与此同时，给水（主凝结水）由进口管在水室下部进入水室，然后经U形管束由上而下一次吸收疏水冷却段、凝结段、蒸汽冷却段的热量，最后在水室的上部出水管流出。46表面式加热器的端差对于无疏水冷却器的疏水温度为加热器筒体内蒸汽压力下的饱和温度，由于金属壁面热阻的存在，管内流动的水在吸热升温后的出口温度比疏水温度要低，它们的差值称之为端差（即加热器压力下饱和水温度与出口水温度之差，也称上端差）。表面式加热器的端差，有时也称之为上端差（出口端差）,若不特别注明，通常都是指加热器汽侧出口疏水温度（饱和温度）与水侧出口温度之差。如图所示，图中加热蒸汽以过热状态1进入加热器筒体，放热过程中温度下降、冷凝至汽侧压力下对应的饱和状态2，以疏水温度离开加热器，而给水或凝结水则以温度为JPDJT的状态点A进入加热器水侧，吸热升温后以温度为的状态点B点离开。/KJGWJT由于金属管壁传热热阻的存在以及结构布置的原因，普通的表面式回热加热器的比WJT要小，通常用代表加热器的端差。DJTDJWJT显然端差越小，热经济性就越好。可以从两方面来理解，一方面如加热器出口水温不变，端差减小意味着不需要原来那么高，回热抽气压力可以降低一些，WJTDJT回热抽气做功增加，热经济性变好；另一方面如加热蒸汽压力不变，不变，端RXDJT差减小意味着出口水温升高，其结果是减小了压力较高的回热抽气做功比而增加了WJT压力较低的回热抽气做功比，热经济性得到改善。例如一台大型机组全部高压加热器的端差降低1，机组热耗率就可降低约006。0加热器端差究竟选择多少为宜。上图还可以看出随着换热面积A的增加，是减小的，它们有如下的关系1PKAGCTE式中A金属换热面积，；2M水进、出口的温度差，；TK传热系数，2/KJHG水的流量，；水的比定压热容，PC/G因此，减少端差是以付出金属耗量和投资为代价的，我国某制造厂为节约成本，将端差增加1，金属换热面减少了4。各国根据自己的钢材、燃料比价的国情，2M通过技术经济比较确定相对合理的端差。我国加热器端差，一般当无过热蒸汽冷却段时，36；有过热蒸汽冷却段时，12。机组容量大减小的效益好，应选较小值。5高压加热器热力设计51加热器传热计算的理论基础通常用的加热器热计算的方法有两种平均温差法和传热单元数法。本文主要采用的是平均温差法。所谓平均温差法，是指在加热器换热过程中，蒸汽沿流程放出热量温度不断下降，给水沿流程吸热而温度上升，且蒸汽和给水间的温差沿流程是不断变化的。因此，当利用传热方程来计算整个传热面上的热流量时，必须使用整个传热面上的平均温差，在工程应用中通常使用的是对数平均温差。不论是顺流还是逆流，对数平均温差可统一用以下计算式表示MINAXILTTTTM式中，为平均对数温差；、分别为加热器中最大传热温MTMAXTIN2STT差和最小传热温差。计算出平均对数温差后可以建立传热方程式及热平衡方程，MKAT11TCQM22MQCT其中，不是独立变量，因为只要确定了蒸汽和给水的流动布置及进、出口T温度，就可以计算出来。因此，上述方程中共有8个变量，必须给定其中的MT五个变量才能进行计算。52加热器主要技术参数的选定及计算步骤由第三部分计算可知，流进6号高压加热器的水温度为1715,流量2TC，流出水温度为1991，加热蒸汽绝对压力为2498/MQKGS2T0C1588MPA，疏水出口温度1795P1（1）选定6号高压加热器热器的部分结构参数初步选定管程2，每管程有1500根管，总的管子根数为3000Z1NTN根管。管子的排列方式采用等边三角形排列，在垂直列上管子平均数为60根。选定管子外径D18MM，管子壁厚为2MM，内径1TN14MM。2D（2）求对数平均温差MT查水蒸汽物性参数表，1588MPA时，饱和蒸汽温度，故P201STC2010117152996MAX2STT0C19911795196IN1即对数平均温差2441MINAXILTTTTM2961L0（3）求换热量Q水的平均温度，查水蒸汽物性参数2T175918532M0C表得水的比热44393，故PC0KJG4948960636W22MQCT3491175710（4）蒸汽侧冷凝换热系数11定性温度为冷凝液膜平均温度，但壁温为未知，故用试算