开题报告U形管高压加热器结构设计和热力计算.docx

毕业设计（论文）开题报告

课 题 名 称： U形管高压加热器结构设计和热力计算

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。
在火力发电厂生产过程中，除了锅炉、汽轮机、发电机三大主机起着主导作用以外，还有着各种辅助设备对电厂的运行可靠行和经济性也起着非常重要的作用。
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。
回热循环是提高电厂效率的措施之一，现代大型热电厂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，而回热加热系是该系统的核心。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。它可以提高电厂热效率，节省燃料，并有助于机组安全运行。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
在回热系统中，高压加热器是接在高压给水泵之后的加热给水的表面式加热器。高压加热器一般由筒体、管板、U形管束和隔板等主要部件组成，筒体的右侧是加热器水室。它采用半球形，小开孔的结构形式。水室内有一分流隔板，将进出水隔开。给水是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出水口处离开加热器，加热蒸汽由入口进入筒体，进过蒸汽冷却段，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。
高压加热器是汽轮机最重要的辅助设备之一，如果发生故障，高压加热器一旦停运，给水只能通过旁路管道进入锅炉，这就会大大降低进入锅炉的给水温度，从而增加燃料耗量，增加发电成本，降低经济性。进入锅炉的给水温度降低，水在锅炉中的吸热量增加，相对于炉膛内热负荷的蒸发量就减少，蒸汽在锅炉过热器中被加热度提高，引起过热蒸汽温度过高，过热器可能被烧坏，威胁锅炉安全。高压加热器停运，没有抽汽进入高压加热器，这部分蒸汽就继续在汽轮机内流通，造成汽轮机缸体与转子间的膨胀差增大，威胁汽轮机安全。因此电厂在高压加热器停运时往往降低发电负荷约为10%～15%。由此可见，高压加热器是汽轮机车间热力系统中不可缺少的环节，如果运行中发生故障或操作失误，都会影响安全经济发电，甚至损坏设备和造成人身事故。
以哈尔滨第三电厂600MW亚临界压力、一次中间再热、单轴、反动式、四缸四排汽机组为例。该机组回热系统由三台高压加热器、一台除氧器和4台低压加热器组成。汽轮机的主凝结水由凝结水泵送出，依次流过轴封加热器、4台低压加热器，进入除氧器。然后由气动给水泵升压，经三级高压加热器加热，最终给水温度达到274.1℃ ，进入锅炉。其中高压加热器采用卧式布置，三段式U形管结构，疏水方式为逐级自流，水室则采用半球型封头。
表1 高加回热系统抽汽参数
项目
单位
H1
H2
H3
抽气压力P’j
Mpa
5.894
3.593
1.612
抽气温度tj
℃
380.9
316.9
429.1
抽气焓hj
KJ/kg
3132.9
3016
3317.7
加热器上端差δt
℃
-1.7
0
0
加热器下端差δt1
℃
5.5
5.5
5.5
水侧压力pw
Mpa
20.13
20.13
20.13
抽汽管道压损Δpj
%
3
3
3
图2 U形管式高压加热器的结构示意图
由于高加的设计制造较为成熟，通过文献查阅，资料的整理分析，参考既有600MW 高压加热器的具体技术参数及高加给水设计标准。600MW机组回热系统高压加热器一般采用卧式双流程U 形管结构，分为三段，即过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段。水室设计采用半球形封头，疏水方式为逐级自流。
壳体是钢板焊接构件，材料SA516Gr70。为保证其焊缝质量，焊缝都经100%无损检测。壳体和水室是焊接连接。为了便于壳体的拆移，还安装了牵引吊耳及壳体滚轮，并使其在运行时能自由膨胀。壳体组件还包括蒸汽接管、疏水接管、安全阀接管等。
水室由半球形封头（材料SA516Gr70）和管板（材料20MnMo）组成，管板钻有孔，以便插入U 形管。水室组件还包括给水进口接管、出口接管、排气接管和引导水流按规定动的分隔板以及带密封垫圈的人孔盖、人孔座等。
图3 球形封头水室结构示意图
根据汽轮机的系统热平衡图数据，先计算传热量，校核抽气需要量，对于三段式的U形管高压加热器，先计算各分段的传热面积，最终求出传热总面积。按照给水流量和选定的流速，管子的直径及壁厚，计算管子根数及行程数，并按照上述预估的总面积计算管子的平均长度，然后初步布置传热面，安排管板上管控和水室内径。根据上述布置的结构，计算各段的传热面积，如何原预估面积基本符合，即为布置合理；如果有所差别，则重新布置管子等结构，直至计算域预估面积基本符合为止
大量资料与理论知识的学习，了解高压加热器技术知识，完成初步准备；文献的大量阅读，查阅具体设计标准，获得设计依据和了解设计流程；根据原始数据开始具体的设计：高压加热器采取卧式布置，双流程，三段式结构，疏水方式为逐级自流；水室采用球形封头；U形管采用采用SA-556Gr.C2，壳体是钢板焊接构件，材料采用SA516Gr70；使用AutoCAD绘制系统及主要装置设计图纸；Office软件撰写论文。
Office软件编辑论文，AutoCAD绘制设计图，设计技术标准
第1-2周，毕业实习，撰写开题报告
第3-4周，按需查资料，编写论文
第5-6周，提出计算方法，基础数据
第7-8周，确定设计参数
第9-10周，确定最终数据
第11-12周，绘制装配图及零件图
第13-16周，毕业论文的撰写，整理，完善
第17周，提交毕业报告和论文。
主要为以下内容
一． 目录
二． 摘要
三． 绪论（研究背景，研究现状及发展）
四． 正文
五． 结论和展望（总结，工作展望）
六． 参考文献
七． 致谢
八． 附录
[1] ．．蔡锡琮．高压给水加热器［Ｍ］．北京：水利电力出版社，1995．
[2] 叶涛．热力发电厂（第四版）．中国电力出版社 2012
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[4] 杨世铭．传热学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，1987．
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[6] 虞佶．660MW超超临界机组高压加热器优化设计研究 上海交通大学， 2012
[7] 毛申允，许天民 给水加热设备 上海电站辅助厂 ，1995
[8] 何雨花，张华，杨书英．高压加热器热力计算及强度结构设计，2006
[9] 傅敏．高压加热器的结构及运行 华能上系石洞口第二电厂， 1995
[10] 于海波，刘方中，国金莲．浅谈卧式U管高加几个重点部位 哈尔滨哈锅锅炉容器工程有限责任公司，2006
[11] 表面式给水加热器标准 第四版热交换学会， 1984
[12] JB/T 4717-92 U形管式换热器型式与基本参数 中华人民共和国行业标准， 1992
[13] JB-T8190-1999 高压加热器技术条件. 中华人民共和国行业标准 ，1999
[14] JB-T5862-1991 汽轮机表面式给水加热器性能试验规程 中华人民共和国行业标准， 1991

指导教师意见：
开题报告已经按计划完成前期文献调研和基础知识的学习，并且针对拟开展的设计工作提出可行的方案。基础资料准备较充分，技术路线合理，目标明确，600MW凝汽式发电机组高压加热器设计的总体思路具有可行性。不足之处是设计计算和设备选型方面的资料准备还不完善，在此后的工作中作为重点突破。同意开题。

指导教师： 邓剑
2014 年 3 月 1 日

毕业设计（论文）指导小组意见 ：

审核人：
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