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300MW机组全面性热力系统的设计与分析.doc
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1、摘 要本设计中,通过学习节能理论拟定原则性热力系统;采用常规热平衡计算方法进行热经济性分析;在安全、可靠及力求降低电厂投资的前提下,进行辅助设备及管道的选择;最终拟定出全面性热力系统并绘制出各局部及全厂的全面性热力系统图。本次设计,理论基础坚实,数据来源真实可靠,可作为其它电厂热机部分设计的参考。Abstract:In this design, the principle thermal power system is worked out by means of studying the save energy theory; adopting thermal equilibrium com
2、putational method to carry on the thermal economy analyses; being living the security and dependability and doing my best to cut down the electric power plant investment, carrying on auxiliary equipment and the pipes selection; finally working out the overall heating power system and drawing out the
3、 overall thermal power plant diagram. Because theory base is solid, the data source is real and dependable, the design may be the reference to the else thermal power plants as designing the heat engine section.关键词:原则性热力系统 热经济性分析 辅助设备选择 管道计算 全面性热力系统Keyword: Principle thermal power system Thermal econ
4、omy analysis Auxiliary equipment selection Pipes calculation Overall thermal power system 前 言近10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300MW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,而且已逐渐成为我国火力发电的主力机型。故在众多的毕业设计题目中,我选择了热力发电厂300MW机组的设计这个题目来结束在学校的最后学习机会。 本次设计是以我国已采用的300MW机组的实践经验为基础进行编写的,共三章。第一章主要是原则性热力系统,;第二章主要是原则性热力
5、系统的计算。第三章全面性热力系统的选择。总之,通过本次设计,加深了对所学知识的理解,使所学知识系统化。通过对300MW机组热力系统的全面性认识和特点分析,掌握了其热力系统的主要设备组成、形式等相关情况,培养了利用计算机绘图的能力。通过设计与计算,加深对系统的了解,培养实际动手操作的能力,能更好地把所学知识结合到电厂实际的热力系统中去。最后,由于编写人员水平有限,加之时间仓促,疏漏和不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正。目 录前 言2目 录3第1章 原则性热力系统41.1 概 述41.2 回热系统41.3 除氧器及其管道系统71.4 补充水系统91.5 锅炉排污及其利用系统10第2章 原则性热
6、力系统的计算11第3章 发电厂全面性热力系统233.1概 述233.2 主蒸汽系统233.3 再热机组的旁路系统273.4 主凝结水系统293.5 给水系统303.6 疏水系统313.7 回热抽汽系统333.8 补充水系统333.9 锅炉排污利用系统34总 结36致 谢37参考文献38第1章 原则性热力系统1.1 概 述 发电厂原则性热力系统表明工质流过时状态参数的各种必须热力设备及设备之间的主要联系。原则性热力系统实质上表明了工质的能量转换及热量利用的过程,反映了热工转换过程的技术完善程度和热经济性高低1.2 回热系统回热作为一个最普遍、对提高机组和全厂热经济性最有效的手段,被当今所有火电厂
7、的汽轮机所采用。回热系统既是汽轮机热力系统的基础,也是电厂热力系统的核心,它对机组和电厂的热经济性起着决定性的作用。回热原则性热力系统的实际选择(设计或拟定),是继蒸汽参数、机组类型后有一个影响机组热经济性的重要方面,它们三者共同决定着机组实际的、以q为标志的热经济性。但任何实际系统地选择,必须妥善处理热经济和安全可靠及投资之间的矛盾,一般应通过技术经济比较来进行合理选择。影响回热原则性热力系统设计的几个主要问题 当回热的基本参数z、(p)、()确定后,设计回热原则性热力系统的主要问题是:选择回热加热器类型、面式加热器端差和疏水收集方式,以及抽汽过热度利用方式和抽汽管压降等。它们都影响到回热过
8、程的佣损E,因而最终将影响机组的内效率或热耗率q。回热加热器是利用气轮机抽汽加热进入锅炉的给水,从而提高热力循环效率的换热设备。1.2.1回热加热器的类型选择a 混合式加热器:这种加热器由于加热蒸汽和给水之间没有传热端差,可以将给水加热到加热蒸汽压力下的饱和温度,因此热经济性好,并且结构简单,造价低,便于汇集不同温度的疏水。但混合式加热器所组成的回热系统复杂,这是因为每个混合式加热器后都要设置给水泵,才能将给水送入下一级压力更高的加热器中,为保证系统的确安全性还要设置备用水泵和容积大并有足够高度的给水箱。同时给水泵台数增加后,厂用电消耗也增加。b 表面式加热器:由于端差的存在,表面式加热器的经
9、济性较混合式加热器差,并且端差愈大,其热经济性愈差。但表面式加热器所组成的回热系统简单,所需设置的水泵少,节省厂用电,安全可靠。现代电厂实际应用的回热加热系统中,只有除氧器作为一台混式加热气器,其余加热器均为表面式加热器。1.1(a)混合式加热器1.1 (b )表面式加热器1.2.2 表面式加热器的疏水连接方式a 水逐级自流的疏水连接方式:这种疏水系统最为简单、可靠,但经济性差。采用疏水泵的疏水连接方式:这种系统经济性较高,这是由于疏水水管水温度,经济性较好。1.2 ( a )疏水自流连接方式1.2 (b) 外置式疏水冷却器的连接方式; 1.2(c)内置式疏水冷却器的连接方式; 1.2(d)疏
10、水泵的连接方式1.2.3 蒸汽冷却器的类型由于再热使再热后的回热抽汽过热度和焓值都有较大的提高,使再热后的各级回热加热器中的汽水换热温差增大,导致焓增变大,从而消弱了回热效果。装设蒸汽冷却器就能利用这部分抽汽的过热显热,来提高对应加热器的出口水温或整个回热系统的出口水温,从而减少传热温差,减少不可逆传热损失,提高系统的热经济性。蒸汽冷却器有内置式和外置式。内置式蒸汽冷却器与加热器本体合成一体可节约钢材和投资,但只提高本级出口水温,回热的热经济性较小。为避免过热蒸汽冷却段产生凝结水,要求离开它的蒸汽仍有1520的过热度。外置式蒸汽冷却器,具有独立的加热器壳体,虽然钢材及投资较大,但因布置灵活,既
11、可降低本级加热器的端差,又能直接提高给水温度,降低机组热耗,从而获得更高的热经济性。300MW机组高压加热器采用这种型式。本设计为300MW机组,因此采用外置式蒸汽冷却器。1.2.4合理设置蒸汽冷却器设置蒸汽冷却器可以降低加热器的出口端差。一般降低加热器出口端差1可以降低系统的热耗率约0.842.1kJ/(Kw.h)。其中以最后一台加热器设置蒸汽冷却器的效果最为明显,因为它直接影响给水温度。但是,蒸汽冷却器的设置是有条件的。条件是机组在额定工况时,回热抽汽的过热度大于等于83且抽汽的压力大于等于1.034MPa,同时蒸汽离开过热段时 尚有大于42富余过热度,而蒸汽在过热段内的流动阻力有小于等于
12、0.034MP a ,另外在设计时加热器所取的给水端差在01.7,能满足上述这些条件,则加热器设置蒸汽冷却段是合理的。因为1、2、3号高压加热器的抽汽压力大于1.034MPa,而5、6、7号低压加热器抽汽压力小于1.034MPa。因此本设计的1、2、3号高压加热器有蒸汽冷却段,5、6、7号低压加热器没有蒸汽冷却段。1.2.5 设置疏水冷却器或疏水冷却段 在回热系统中的加热器中设置疏水冷却段或单独设立外置式疏水冷却器,将疏水冷却,以减少对下一级抽汽的“排挤”,以及降低本机加热器的入口端差,也可避免疏水在管道中的汽化。 因此本设计的加热器都有疏水冷却器。1.3 除氧器及其管道系统给水除氧的任务:当
13、水与空气接触时,就会有一部分气体溶解到水中去。给水系统溶解于水中的气体主要来源有两个:一是补充水带进;二是处于真空状态下的热力设备(凝汽器和部分低压加热器等)及管道附件不严密漏进了空气。给水中溶解气体会带来以下危害:腐蚀热力设备及管道,降低其工作可靠性与使用寿命。阻碍传热,降低热力设备的热经济性。除氧的方法:分化学除氧法和物理除氧法化学除氧法:化学除氧法只能彻底除去水中的氧。而不能除去其他气体同时生成的氧化物将增加给水中可溶性盐类的含量。且药剂价格昂贵。所以只有在要求彻底除氧的亚临界及以上参数的电厂,才作为一种辅助的除氧手段。物理除氧法用的最广泛的是热力除氧。这种方法成本低,不但能除去水中溶解
14、的氧气,还可除去水中溶解的其他不凝结气体,且没有任何残留物质。因此本设计采用物理除氧器。1.3.1除氧器在热力系统中的连接除氧器 的连接方式有定压连接方式和滑压连接方式,在定压连接方式中又分为单独定压连接和前置定压连接两种方式 1.3(a)单独定压连接方式 1.3 (b)前置定压连接方式1.3.2除氧的方法给水除氧的方法有化学除氧和物理除氧两种。化学除氧法是利用某些易与氧发生化学反应的化学试剂,使之与水中溶解的氧发生化学反应,生成对金属不产生腐蚀的物质而达到除氧的目的。化学除氧法只能彻底除去水中的氧,而不能除去其他气体,同时生成的氧化物将增加给水中可溶性盐类的含量,且药剂价格昂贵。所以只有在要
15、求彻底除氧的亚临界及以上参数的电厂,才作为一种辅助的除氧手段。这些电厂一般都采用联胺作药剂,因为它具有给水的彻底除氧和维持给水有较高的pH值(将联胺转化成氨)的双重作用,且除氧过程中不产生新的盐类。物理除氧法用得最广泛的是热力除氧。这种方法成本低,不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,且没有任何残留物质。因此除核电站外所有火电厂都无例外地用它。因此本设计采用物理除氧器。1.3.3除氧器的结构特点及类型1 ) 一般讲的除氧器包括除氧塔与给水箱,实际上除氧塔 才是除氧器本体。对除氧器结构的基本要求。给水除氧器应是混合式加热器:只有混合式加热器才能满足热除氧要求,将给水加热到
16、饱和温度。除氧器应有极大的汽水接触面积,且汽、水力求逆向流动。利用部分蒸汽及时、自动地将水中析出的气体携带出除氧器。应有强化深度除氧的结构措施。结构应耐腐蚀。2) 除氧器的类型及其选择除氧器的分类主要按结构和压力方式进行。 (1)按结构分类:以水在除氧器内的播散方式来区分结构时,除氧器的基本类型有淋水盘式和喷雾式两种。淋水盘式除氧器是通过多孔淋水盘将要除氧的水播散成嬉水流。淋水盘式除氧器在正常情况下除氧效果良好。但由于结构限制,对进水温度和负荷要求较为苛刻,适应能力较差。当进水温度低于70C及超负荷淋水盘形成溢流后,除氧效果恶化。另淋水盘的小孔易被水垢和腐蚀物堵塞,淋水盘安装要求严格。因此本设
17、计采用喷雾式后再串联一个淋水盘式。因为喷雾式除氧器通过喷嘴将需要除氧的水雾化,形成表面积很大的小水滴,可获得高达60-70 m3/(m2.h)的热负荷强度,即使进水温度较低也会立刻被加热到饱和温度,负荷适应性能好。但由于水滴表面张力比水膜大得多,不利于深度除氧,使纯喷雾式除氧器只能较好完成除氧初期的任务。为此所有喷雾式除氧器都在喷雾层后再串联一个淋水盘式,使水再分散成极薄的水膜减少表面张力,以完成深度除氧任务。(2)按压力分分为真空式、大气式和高压除氧器几种。在高压以上参数的机组,为简化系统,补充水一般是补入凝汽器的。为避免主凝结水管道和低压加热器的氧腐蚀,在凝汽器下部设置除氧装置,对凝结水和
18、补充水进行除氧,故凝汽器称为真空除氧器。大气式除氧器的工作压力略高于大气压力,以便于把水中离析出来的气体排入大气。这种除氧器常用于中、低压凝汽式电厂和中压热电厂。在高参数的大容量机组上,广泛采用高压除氧器,额定负荷下的工作压力约为0.58MPa,给水温度可加热至158-160C,含氧量小于7ug/L。其优点是:a、节省投资。高压除氧器再回热系统中可作为一台混合式加热器,从而减少高压加热器的数量。b、提高锅炉的安全可靠性当高压加热器因故停运时,可供给锅炉温度较高的给水,对锅炉的正常运行影响较小。c、除氧效果好。气体在水中的溶解度系数,随着温度的升高而减少。高压除氧器由于其压力高,对应的饱和水温度
19、高,使气体在水中的溶解度降低。d、可防止除氧器内“自生沸腾”现象。所谓除氧器的“自生沸腾”现象是指过量的热疏水进入除氧器,其汽化产生的蒸汽量以满足或超过除氧器的用汽需要,使除氧器内的给水不需要回热抽汽加热就能沸腾。中、低参数电厂采用一级除氧,采用大气式除氧器。而对于高参数的电厂,由于回热加热器数目较多,为保护低压加热器不遭氧腐蚀,都利用凝汽器作第一级辅助除氧,而给水除氧则采用高压除氧器。因此本设计采用高压除氧器。 1.4 补充水系统1.4.1补充水系统及凝汽器水位控制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,经流量孔板完成向凝汽器补水、锅炉上水、启
20、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。凝汽器热井水位由设置在凝汽器之前补充水管路上的调节阀装置控制,该装置设主、副两只调节阀。正常运行时,由热井水位信号通过主调节阀自动控制补充水量,以维持凝汽器水位。当水位低时,开大主调节阀;当水位继续下降,低水位信号报警时,在集控室快速开启旁路副阀,增加补充水量。当热井出现高水位时,关小调节阀;当水位继续升高时,开启轴封加热器前的高水位放水调节阀,凝结水通过凝结水泵、除盐装置、凝结水升压泵回到补充水箱。1.5 锅炉排污及其利用系统在高压发电厂中,为提排污利用系统的回收效果
21、,常采用依次串联的两级排污利用系统;在超高参数和压临界参数的发电厂中,为简化系统,常采用单级排污利用系统。锅炉连续排污不仅造成工质损失,而且还伴有热量损失。锅炉的连续排污损失几乎占全厂汽水损失的一半,并且随着机组容量的不断增加,排污水量越来越大。为了回收这部分工质,利用其热量,发电厂设置了连续排污利用系统。锅炉的连续排污利用系统一般由排污扩容器、排污水冷却器及其连接管道和阀门组成。在高压发电厂中,为提高排污利用系统的回收效果,常常用依次串联的两级排污利用系统;在超高参数和亚临界参数的发电厂中,为简化系统,常采用单级排污利用系统,如图所示。锅炉的连续排污水流出汽包后进入排污扩容器,在扩容器压力下
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