600MW凝汽式机组全厂原则性热力系统计算.doc

华北电力大学《热力发电厂》课程设计

《热力发电厂》课程设计

题目：国产600MW凝汽式机组全厂原则性热力系统设计计算

指导教师：李惊涛
专 业: 热能与动力工程
班 级：热能09
学 号：1091
姓 名：

能源动力与机械工程学院
目 录
一、课程设计的目的 2
二、计算任务 2
三、计算原始资料 2
3.1汽轮机形式及参数 2
3.2回热加热系统参数 2
3.3锅炉型式及参数 3
3.4其他数据 3
3.5 简化条件 4
四、热系统计算 4
4.1汽水平衡计算 4
4.2汽轮机进汽参数计算 4
4.3 辅助计算 5
4.4各级加热器进、出水参数计算 6
4.5高压加热器组及除氧器抽汽系数计算 6
4.6除氧器抽汽系数计算 7
4.7低压加热器组抽汽系数计算 8
4.8汽轮机排汽量计算与校核 9
4.9汽轮机内功计算 10
4.10汽轮机发电机组热经济性指标计算 11
4.11全厂热经济性指标计算 12
五、反平衡校核 13
六、参考资料 15
附图（汽态膨胀过程线） 15

一、课程设计的目的
热力发电厂课程设计的主要目的是要确定在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，运行的安全性和全厂的经济性。是学生在学习热力发电厂课程后的一次综合性的训练，是本课程的重要环节。通过课程设计是学生进一步巩固、加深所学的理论知识并有所扩展；学习并掌握热力系统全面性计算和局部性分析的初步方法；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h—s图上汇出蒸汽的汽态膨胀线；
2.计算额定功率下的汽轮机进汽量D0，热力系统各汽水流量Dj；
3.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
3.1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、凝汽式汽轮机。
（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：P’rh=3.56Mpa，t’rh=315℃。
（5）汽轮机排气压力Pc=4.4/5.39kPa，排气比焓hc=2333.8kJ/kg。
3.2回热加热系统参数
（1）机组各级回热抽汽参数； 表3-1
项目
单位
H1
H2
H3
H4
（除氧器）
H5
H6
H7
H8
抽气压力P’j
MPa
5.894
3.593
1.612
0.7447
0.3050
0.130
0.0697
0.022
抽气温度tj
℃
380.9
316.9
429.1
323.6
223.2
137.8
88.5
61.0
抽气焓hj
kJ/kg
3132.9
3016
3317.7
3108.2
2912.9
2749.5
2649.5
2491.1
加热器上端差δt
℃
-2.0
0
0
--
3.0
3.0
3.0
3.0
加热器下端差δt1
℃
5.3
5.3
--
5.3
5.3
5.3
5.3
5.3
水侧压力pw
MPa
20.13
20.13
20.13
0.7074
1.724
1.724
1.724
1.724
抽汽管道压损Δpj
%
3
3
3
5
5
5
5
5

（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。
3.3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%。
3.4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见表3-2；
表3-2
漏汽点代号
A
B
K
L1
N1
M1
L
N
漏汽量，kg/h
620
267
7410
3027
89
564
3437
101
漏汽系数
0.0003353
0.0001444
0.004008
0.001637
4.814×10-5
0.0003050
0.001859
5.463×10-5
漏汽点比焓
3394.4
3394.4
3536.6
3328.1
3328.1
3328.1
3016
3016

漏汽点代号
M
R
P
T
S
J
W
漏汽量kg/h
639
190
896
660
1412
30245
687
漏汽系数
0.0003456
0.0001027
0.0004846
0.0003570
0.0007637
0.01636
0.0003716
漏汽点比焓
3016
3108.2
3108.2
2716.2
2716.2
3016.15
2337.8
（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见表3-3；
表3-3
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/h
30000
10000
20000
35000
55000
离开系统的介质比焓
3394.4
1760.3
3108.2
3108.2
724.7
返回系统的介质比焓
83.7
83.7
83.7
687
724.7
（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0.07。
3.5 简化条件
（1）忽略加热器和抽汽管道散热损失；
（2）忽略凝结水泵的焓升。

四、热系统计算
4.1汽水平衡计算
（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3-3。将进、出系统的各流量用相对量α表示。由于计算前汽轮机进汽量D0为未知，故预选D0　＝1849085 kg/h进行计算，最后校核。
全厂工质渗漏系数
αL　＝ＤＬ／Ｄ０＝30000／1849085＝0.01622
锅炉排污系数
αbl =D bl/D0=10000/1849085=0.005408
其余各量经计算为
厂用汽系数αpｌ＝0.01082 ，减温水系数αsp=0.02974，暖风器疏水系数αnf=0.01893
由全厂物质平衡可知补水率αma=αｐｌ+αL+αbl=0.03245
（2）给水系数αfw
如图4-1，1点物质平衡αb=α0+αL=1.01622
2点物质平衡αfw=αb+αbl－αsp=1.01622+0.005408-0.02974=0.9919
（3）各小汽流量系数
见表格3-2

4.2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-θp1 )=16.032MPa ，ho’ =ho 由压力与焓值反查焓熵图得主汽门后温t0’ =534.2℃。
（2）再热蒸汽参数
由再热冷段prh’=3.56MPa, trh’=315℃,查水蒸汽焓hrh’=3017.38 kJ/kg．
中联门前蒸汽压力prh=3.234MPa,温度 trh=537℃ ，
查焓熵图，得水蒸汽比焓hrh=3537.00165kJ/kg。
中联门后再热蒸汽压力prh’’ =p0(1- θp2)＝3.169MPa,由hrh=hrh’’ ,查焓熵图，得中联门后再热汽温trh’’ =536.7℃。

4.3 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：表4-1
项目
B
N
N1
T
R
∑
汽（水）量，kg/h
267
89
101
660
190
1307
漏汽系数 αi
0.0001444
4.813x10-5
5.463x10-5
0.000357
0.0001028
0.0007069
漏气点比hi ,kJ/kg
3394.4
3328.1
3016
2716.2
3108.2

总焓 αi hi
0.49020
0.16021
0.16476
0.96963
0.31946
2.10946
平均比焓hsg kJ/kg
2.10422/0.0007069=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：

P
M
M1
∑
漏汽量Gi ,kg/h
896
639
564
2099
漏汽系数 αi
0.0004846
0.0003456
0.0003051
0.001135
漏汽点比焓hi,kJ/kg
3108.2
3016
3328.1

总焓αihi
1.50632
1.04239
1.01526
3.5639
平均比焓 hjy
3.5639/0.001135 =3139.2

(3)凝汽器平均排汽压力计算
由ps1 =4.4kPa,查水蒸汽性质表，得ts1 =30.668℃
由ps2 = 5.39kPa,查水蒸汽性质表，得ts2 =34. 348℃
凝汽器平均温度ts＝0.5（30.618 +34.218 ）= 32.508 ℃
查水蒸汽性质表，得凝汽器平均压力 Ps=4.8882kPa，将所得数据与表3-1一起，以各个抽起点为节点，在h-s图上绘制出汽态膨胀线。（见附图）
(4)原始数据整理及汽态线绘制
整理原始资料,计算完数据记入表4-3中：
表4-3 600MW机组回热系统计算点汽水参数[额定工况]
项目
单位
各计算点
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
SG
抽
汽
参
数
抽汽压力Pj
Mpa
5.894
3.593
1.612
0.7447
0.3050
0.130
0.0697
0.022
--
抽汽温度tj
℃
380.9
316.9
429.1
323.6
233.2
137.8
88.5
61.0

抽汽焓hj
kJ/kg
3132.9
3016
3317.7
3108.2
2972.9
2749.5
2649.5
2491.1
2976.5
加
热
器
水
温
水
焓
出口水温twj
℃
274.400
242.274
199.895
165.214
129.886
102.324
85.2900
57.988
32.76
疏水焓hdwj
kJ/kg
1075.50
883.400
723.300
544.724
466.100
394.700
281.500
161.9
415
出口水焓hwj
kJ/kg
1203.6
1050.89
860.000
709.6000
559.339
443.900
372.880
253.600
138.7
进口水焓hwj+1
kJ/kg
1050.89
860.000
709.6000
559.339
443.900
372.880
253.600
138.7
136.3

4.4各级加热器进、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；
ΔP1----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
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tw1=274.4℃，查得H1出水比焓hw,1=1203.6kJ/kg。
由t’w,1=242.3℃，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。
4.5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α1
高压加热器H1的抽气系数
高压加热器H1的疏水系数αd,1：
（2）由高压加热器H2热平衡计算α2、αrh
高压加热器H2的抽汽系数α2：

高压加热器H2的疏水系数αd,2：
再热器流量系数αrh：

（3）由高压加热器H3热平衡计算α3
高压加热器和H3的抽汽系数α3：
高压加热器H3的疏水系数αd,3：

4.6除氧器抽汽系数计算
除氧器出水流量系数αc,4：

抽汽系数α4：
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αc,5是未知，但可由下式算出：

4.7低压加热器组抽汽系数计算
（1）低压加热器H5热平衡计算α5
低压加热器H5出水系数αc,5：如图4-3所示

低压加热器H5抽汽系数α5：

低压加热器H5疏水系数
（2）低压加热器H6热平衡计算α6
低压加热器H6抽汽系数

低压加热器H6疏水系数αd,6：
（3）由低压加热器H7热平衡计算α7
低压加热器H7的抽汽系数α7：

低压加热器H7的疏水系数αd,7：
（4）由低压加热器H8热平衡计算α8
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∑αsg,i和进汽平均焓值hsg的计算见表4-2。
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α8：

低压加热器H8疏水系数αd,8：
4.8汽轮机排汽量计算与校核
(1)小汽机抽汽系数αxj：

(2)由凝汽器的质量平衡计算αc
αc=αc,5-αd,8-sg-αxj-αw-αma=0.7592-0.1216-0.007069-0.03787-0.0003716-0.03244=0.56636
(3)由汽轮机汽侧平衡计算αc
H4抽汽口抽汽系数和α，4：

各加热器抽汽系数和∑αj：
轴封漏气系数和∑αsg,k：
凝汽系数αc：
该值与凝汽器质量平衡计算得到的凝汽系数αc相等，凝汽系数计算正确。

4.9汽轮机内功计算
（1）凝汽流做功wc

式中　　ｑｒｈ-------再热蒸汽吸热量：
(2)抽汽流做功∑wa,j
1kg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4~8级1kg抽汽做功量列于表4-4中
表4-4

H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
1kg抽汽做功（kJ/kg）
260.664
377.564
597.62
807.12
1002.4
1165.8
1265.8
1424.2
各级抽汽量（kg/h）
135131.5
150146
71837
79270.5
64607
40772
62684
56434
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

4.10汽轮机发电机组热经济性指标计算
汽轮机比热耗q0:
汽机绝对内效率　：
汽轮机绝对电效率ηe：
汽轮机热耗率q：
汽轮机汽耗率d：
汽轮机进汽量Ｄ０：
式中　　Ｐｅ――汽轮机额定电功率，Ｐｅ=600MW。
检验：汽轮机进汽Ｄ０=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。

4.11全厂热经济性指标计算
（1）锅炉参数计算
过热蒸汽参数：
由Pb=17.3Mpa，tb=541℃，查表得过热蒸汽出口比焓hb=3399.2kJ/kg。
再热蒸汽参数：
锅炉设计再热蒸汽出口压力pr=3.734Mpa，该压力已高于汽轮机排汽压力p’rh=3.5Mpa，故按照汽轮机侧参数，确定锅炉再热器出口压力Pr=3.234Mpa。由Pr=3.234Mpa和tr=541℃，查表得再热蒸汽出口比焓hr=3544.4kJ/kg。
再热器换热量qrh=hr-h2=3544.4—3013.625=530.8kJ/kg。
（2）锅炉有效热量q1：
（3）管道效率

（4）全厂热效率

（5）全厂发电标准煤耗率
系数
式中----暖风器吸热量，按下式计算：
相应于1kg标煤的输入量
发电标准煤耗率bs：
（6）全厂热耗率

（7）全厂供电标准煤耗率
式中ε----厂用电率。
五、反平衡校核
为检查计算结果正确性，以下做全厂反平衡校核计算。校核目标为汽轮机的内功wi。反平衡计算中的各量均相应于１ｋｇ汽轮机进汽。
（1）锅炉输入热量：q=q
（2）锅炉损失：
（3）排污损失：
式中hma——化学补充水比焓，hma=84kJ/kg。
（4）全厂工质渗漏损失
（5）厂用汽损失：
（6）凝汽流冷源损失：
（7）小汽机冷源损失：
（8）化学补充水冷源损失：
（9）低加Ｈ８疏水冷源损失：
（10）轴封加热器疏水冷源损失：

（11）Ｗ汽流冷源损失：

以上（6）—（11）项为凝汽器的直接冷源损失。
（12）暖风器损失：
（13）管道散热损失：

（14）轴封器散热损失：

损失之和∑Δq1：
汽轮机内功ｗｉ：

正反平衡相对误差：

计算无误。

六、参考资料
[1] 严家禄，王永青.工程热力学.北京：中国电力出版社，2006
[2] 杨世铭，陶文铨．传热学．北京：高等教育出版社，2006.8
[3] 孙为民，杨巧云.电厂汽轮机.北京：中国电力出版社，2005
[4] 叶江明.电厂锅炉原理及设备.北京：中国电力出版社，2007
[5] 叶涛.热力发电厂.北京：中国电力出版社，2006
[6] 黄新元.热力发电厂课程设计.北京：中国电力出版社，2004.9
[7] 严家禄，余晓福，王永青.水和水蒸气热力性质图表（第二版）.北京：高等教育出版社，2004.4
附图（汽态膨胀过程线）

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