熱力發(fā)電廠課程設計

660MW凝汽式發(fā)電機組全廠原則性熱力系統(tǒng)的設計學院：交通學院專業(yè)：熱能與動力工程姓名：學號：指導教師：李生山2015年12月

目錄TOC\o"1-3"\h\u139131.引言 1128781.1設計目的 15101.2設計原始資料 127391.2.1汽輪機形式及參數 14971.2.2鍋爐型式及參數： 2158891.2.3回熱系統(tǒng) 2251741.2.4其它小汽水流量參數 2289431.3設計說明書中所包括的內容 25072原則性熱力系統(tǒng) 3186562.1發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的組成 3134142.2發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的擬定內容 3270492.3發(fā)電廠的型式及規(guī)劃容量的確定 3309902.4主機的選擇 3146602.4.1汽輪機的選擇 3311372.4.2鍋爐的選擇 343482.5輔助熱力系統(tǒng) 3284912.5.1廠用輔助熱力系統(tǒng) 377232.5.2廢熱及工質的回收利用 3203082.5.3補水問題 4289092.6發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)的擬定 4249793.全廠原則性熱力系統(tǒng)的計算 5289953.1計算原始數據 5142073.1.1汽輪機型式及參數 5302893.1.2鍋爐型式及參數 5289193.1.3回熱系統(tǒng)及其參數 5226953.2熱力計算過程 6255733.2.1整理原始數據 6244963.2.2計算汽輪機各級抽汽系數和凝汽系數 898393.2.3汽輪機汽耗的計算及流量校核 13111973.2.4熱經濟性指標計算 15141753.2.5110%工況經濟指標 1723764管道計算 1978874.1管道類別和材料 19162224.1.2主蒸汽管道材料及應力計算 19290454.1.3其它管道材料和應力計算 19149334.2管道規(guī)范 20130484.2.1公稱直徑 20156724.2.2其他管道的公稱直徑及實際流速 20143834.3壁厚的計算 21224164.3.1直管壁厚計算 21I級旁路系統(tǒng)減溫減壓后進入鍋爐再熱器，以防止再熱器超溫或燒壞。由再熱器加熱出來的再熱蒸汽又繞過汽輪機的中、低壓缸，經Ⅱ級旁路減溫減壓后排入凝汽器，經低壓旁路減溫減壓后的蒸汽，在進入凝汽器之前，壓力和溫度仍很高，為保證凝汽器的安全運行，在凝汽器頸部裝有膨脹擴容式減溫減壓裝置。本設計電廠660MW汽輪機選用高、低壓二級旁路系統(tǒng)，它由高壓旁路控制閥、高壓旁路減溫水調節(jié)閥、低壓旁路控制閥、低壓旁路減溫水調節(jié)閥、液控站組成。旁路容量為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的16%。由于減壓減溫都在同一閥體內完成，故不另設減溫器。該系統(tǒng)有下列優(yōu)點：（1）旁路的控制系統(tǒng)既能與汽輪機的DEH配合工作，也能脫離DEH單獨工作。（2）旁路系統(tǒng)管理方便，在計算機屏幕監(jiān)視器是可以看到旁路裝置的運行情況，便于操作。（3）旁路系統(tǒng)控制能適應機組變壓運行和定壓運行的要求。例如，旁路閥的開啟，既能采用蒸汽壓力達到設定啟動值開啟，也能根據變壓運行工況的壓力曲線，是閥門開啟的整定值與壓力曲線保持一定的關系。在熱備用的狀態(tài)下，旁路處于關閉狀態(tài)。當主氣壓力波動，升壓率大于設定速率時，高壓旁路閥開啟調節(jié)，防止壓力大幅度波動；當再熱器壓力瞬間超過正常壓力過多時，低壓旁路閥開啟調節(jié)再熱器壓力。（4）旁路閥采用液壓控制，開、閉的速度分成快慢兩極。在機組甩負荷氣壓急劇上升超過整定值時，旁路系統(tǒng)在2到3秒內到達全開，正常工況旁路采用慢速調節(jié)，6到8秒全開。（5）改善機組啟動特性及汽機沖轉過程中調節(jié)和穩(wěn)定蒸汽參數。汽輪機啟動時，氣缸內壁直接與高溫蒸汽接觸，蒸汽溫度上升較快。由于汽缸壁較厚，傳熱到外壁需經較長時間，汽缸內、外壁容易出現較大的溫差。當汽機冷態(tài)啟動時，汽缸壁溫較低，而鍋爐來的過熱蒸汽溫度很高，導致鍋爐蒸汽溫度與汽機汽缸金屬溫度不協調，容易引起汽輪機汽缸及其他部件熱應力過大，減少機組使用壽命。故在機組啟動期間，除監(jiān)視汽缸內、外壁溫差外，還必須控制好金屬溫度的升降速度，才能保證汽缸的安全。一般來講，機組在啟動過程中，升負荷率由汽輪機進氣調節(jié)閥控制，而鍋爐蒸汽溫度與汽機汽缸金屬溫度不協調則由鍋爐的特性決定，機組啟動時間的長短取決于鍋爐達到汽輪機沖轉要求的過熱蒸汽參數和再熱蒸汽參數的時間，而鍋爐升溫、升壓速度取決于鍋爐啟動疏水和疏汽系統(tǒng)，通過調整這些系統(tǒng)中的閥門來協調鍋爐蒸汽的溫度、壓力和流量。汽機旁路系統(tǒng)正是為達到此目的而設計的，它可提高鍋爐升溫、升壓速度，使鍋爐蒸汽參數（溫(6)停機不停爐功能。汽機旁路系統(tǒng)的設置使因電器故障，機組電負荷，鍋爐單獨運行成為可能。當系統(tǒng)電器故障，發(fā)電機開關跳閘，汽機主汽門關閉時，旁路系統(tǒng)投入，使鍋爐能保持在某一穩(wěn)定負荷而不必停機，這一穩(wěn)定負荷取決于旁路系統(tǒng)的容量。另外，在整機啟動過程中，往往由于輔助系統(tǒng)出故障，迫使鍋爐熄火停爐，使正常啟動過程被延誤。這種情況下，汽機旁路系統(tǒng)的作用會明顯發(fā)揮，此時使用旁路系統(tǒng)而不必停機，待故障消除后，可迅速使汽機進行沖轉，帶負荷，大大縮短機組總啟動時間，回收工質，保護再熱器。調峰機組夜間停機后，投入旁路系統(tǒng)，鍋爐穩(wěn)定在不投油最低穩(wěn)燃負荷運行，汽輪機可在最短時間內啟動。汽機旁路系統(tǒng)的作用不是千篇一律的，而是取決于各汽輪機制造廠生產的汽輪機的啟動特點、結構特點以及鍋爐燃料特性和電網結構。（7）壓力控制?？刂浦髡羝驮贌嵴羝鑹毫?，高旁閥設有定位控制，定壓控制和跟蹤滑壓控制，以適應機組各種啟動該狀態(tài)（冷、熱、溫、極熱態(tài)）和運行方式（定壓運行和滑壓運行）。（8）溫度控制。高低旁噴水減溫閥過高，低旁出口溫度設定信號，自動控制進入高低旁閥的噴水量，以控制再熱冷段蒸汽溫度及不使進入凝汽器的蒸汽溫度過高，并實現不同蒸汽流量時的變參數調節(jié)。5.3給水系統(tǒng)給水系統(tǒng)是發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的重要主管道之一，對發(fā)電廠的安全、經濟、靈活運行至關重要。結合機組的形式，我們選擇了單元至系統(tǒng)。其優(yōu)缺點與單元至主蒸汽系統(tǒng)相同。因其系統(tǒng)簡單、投資省，適用于中間再熱凝氣式發(fā)電廠。5.3.1給水泵的選擇基于變速給水泵的如下優(yōu)點：①節(jié)約廠用電；②簡化鍋爐給水操作臺；③易實現給水全程調節(jié)；④能適應機組滑壓運行和調峰需要；⑤提高機組的安全可靠性；⑥便于給水泵的啟動。另外基于汽動泵的主要優(yōu)點：①安全可靠；②節(jié)省投資；③運行經濟；④增加供電；⑤便于調節(jié)；⑥容量不受限制。因此，選用汽動調速給水泵。（兩臺氣動調整給水泵正常運行，一臺電動給水泵備用。）5.3.2給水系統(tǒng)的全面性熱力系統(tǒng)300MW機組的給水系統(tǒng)，為半容量泵組，即兩臺變容量啟動泵為經常運行，其前置泵為與與之不同軸串聯連接方式：一臺半容量電動定速泵為備用泵，并與其前置泵為同軸串聯方式。設計時考慮了既可用電動泵啟動，也可用汽動泵啟用。高壓給水經3個高壓加熱器加熱后進入鍋爐省煤器，高壓給水旁路采用高旁路系統(tǒng)。當任何一個高壓加熱器故障解列時，3個高加都必須同時解列，給水走旁路。3臺臥式高壓加熱器給水方式為單流程大旁路方式，其進口設一電動三通閥，出口為快速電動閥，當任何一個高壓加熱器裂解時，這兩個閥門同時動作，切除三個高壓加熱器并投入旁路運行，為防止高壓加熱器超壓，其汽、水側均設有彈簧式安全閥。汽動給水泵采用小汽輪機帶動，小汽輪機有兩個主氣門，其氣源分別引自汽輪機的第四段抽氣和新蒸汽，并能自動內切換。兩臺氣動泵運行時，當給水量約為278t/h（機組負荷約為32%額定負荷）時，四段抽氣已不能滿足給水泵功率要求，自動內切換為新蒸汽，隨負荷自動切換，四段抽氣量逐漸減少，新蒸汽量相應的逐漸增加，直到給水量約為150t/h時為止，即完全切換為新蒸汽。若單泵運行，可維持給水量為600t/h，此時高低壓蒸汽同時進氣。5.3.3給水系統(tǒng)的運行給水泵組實驗合格后，即處于正常備用階段。啟動前給水泵系統(tǒng)應灌水排氣，投入密封水系統(tǒng)。暖泵入口水溫低于0.147MP下飽和溫度110℃，應啟動給水循環(huán)泵。當入口溫度為120℃以上，泵體與水溫差在20-30℃，泵殼上、下水溫差在20-25℃，泵暖結束。電動給水泵啟動時，停用啟動循環(huán)泵。各給水泵滿足啟動要求后，應依次啟動電動給水泵的前置泵和電動給水泵。電動給水泵運行一段時間后，鍋爐點火低壓階段，應使給水泵出口壓力、流量、轉速均較低。流量與泵轉速成正比，給水閥門前后壓差大，閥門稍開，流量劇烈變化，易使泵超載，要特別注意。當負荷逐漸升至30%左右，可再啟動一臺氣動給水泵。先啟動與汽動泵匹配的前置泵，給水通過主泵出口再循環(huán)管回至給水箱。前置泵運轉正常后，手動開啟給水泵小。汽輪機的高壓主氣門，氣動泵投運。其出口給水壓力在到達給水母管中給水壓力之前，仍有再循環(huán)管送回給給水箱，然后氣動泵開始向母管送水，逐漸增加氣動泵的流量，同時減少電動泵的流量至其額定值的30%，才將給水泵汽輪機轉速切換到自動控制，由煤水比信號直接控制轉速。電動給水泵仍繼續(xù)運行直至汽輪僅負荷大于50%，第二臺氣動泵投入運行時為止。當汽輪機負荷增加，第四級回熱抽氣壓力流量可以直接驅動小汽輪機時，它的低壓主汽門自動打開，逐步切換為四段抽汽，同時高壓主汽門逐漸關小，直至完全關閉。至于高壓加熱器根據啟動運行情況，確定投運時間，由程控啟動。正常運行時，要求兩臺汽動給水泵組和三臺高壓加熱器全部投運。小汽輪機轉速投入自動調節(jié)，電動泵自動備用。給水流量由煤水比信號直接控制小汽輪機轉速進行調節(jié)，主給水管上電動閘閥全開，其旁路氣動調節(jié)閥全關。停運時，隨著主機負荷的逐步降低，兩臺氣動泵維持低負荷并列運行。當主機負荷低于額定負荷40%時，小汽輪機自動開啟高壓主汽門，由新汽驅動。當主機負荷低于30%時，投入給水再循環(huán)，并逐漸停用一臺氣動泵。當主機負荷低于25%時，可停用高壓加熱器，在停用過程中注意給水溫降率不大于3℃/min.根據運行情況，啟動電動給水泵，停運氣動泵，由電動泵維持鍋爐的最小給水流量直至停止給水。5.4回熱抽汽系統(tǒng)本機組有八級不調整回熱抽汽，作為三臺高壓加熱器、一臺滑壓除氧器和四臺低壓加熱器的加熱蒸汽，另有一臺軸封冷卻器。凝結水全部精處理，串聯在中壓凝結水泵出口，無凝結水升壓泵。三臺高壓加熱器H1,H2,H3均設有內置式蒸汽冷卻段和疏水冷卻段。高壓加熱器組疏水逐級自流至滑壓除氧器H4,H5也設有內置式蒸汽冷卻段，H5,H6,H7,H8均設置疏水冷卻段，其疏水逐級自流至凝汽器。第1~8段抽汽管道沿蒸汽流向先裝1個逆止閥，后裝上一個電動閘閥，要求靠近汽輪機抽汽口(第2段抽氣管道上的閥門靠近冷再熱蒸汽管道).逆止閥的主要作用是防止汽輪機進水和甩負荷時回熱抽汽管中蒸汽倒流如汽輪機。在汽輪機抽汽口到逆止閥門之間的抽汽管道低位點和電動閥到加熱器之間管道低位點各裝設一個輸水閥，以便疏水到凝汽器，防止汽輪機進水。在第4段抽汽總管是靠近汽輪機處裝設兩個逆止閥和一個電動閥，另在去除氧器、輔助蒸汽聯箱和給水泵汽輪機的蒸汽管道處各再設一個電動閘閥和一個逆止閥。這是因為除氧器是一個容積很大的混合式加熱器，一旦汽輪機的抽汽壓力突降，除氧器給水箱內飽和水迅速汽化產生大量蒸汽，若倒流入抽氣管內將引起汽輪機超速。輔助蒸汽聯箱及給泵汽輪機都有外部起源（非汽輪機抽氣），他們都有可能導入汽輪機，所以加裝上述止閥門可防止汽輪機由上述原因引起超速。所有的抽氣管道設的疏水閥在機組負荷低于15%額定負荷時能自動開啟。除氧器可滑壓運行，滑壓范圍0.141~0.705Mpa。啟動時，有輔助蒸汽聯箱供氣，并非維持除氧器壓力。隨負荷增加，當第四段抽氣壓力大于0.132Mpa時，自動切換至第四段抽氣；當機組降負荷，第四段抽氣壓力降至0.141Mpa時，自動切換到輔助蒸汽。停機時，由輔助蒸汽供汽，并維持除氧器壓力為0.141Mpa。驅動給水泵汽輪機的汽源有兩路，一路來自蒸汽（高壓汽源），另一路為第四段抽氣（低壓氣源），而主蒸汽作為啟動和備用汽源。兩路供汽可單獨供汽或同時供汽，切換過程在機內完成。雙泵運行時，主機負荷在40%額定負荷以上時，給水泵汽輪機由低壓氣源單獨供汽；主機負荷低于40%時，低壓氣源已不能滿足要求，高壓汽源與低壓汽源同時供汽，隨著主機負荷進一步降低，高壓氣源供汽量逐漸增加，低壓氣源供汽量逐漸減少直到由高壓起源單獨供汽。啟動升負荷過程則此相反，主機負荷升至40%時，高壓汽源退出，由低壓汽源單獨供汽。單泵運行時，由低壓汽源供汽，泵容量不低于60%鍋爐額定水量。此外，及水泵汽輪機還接有輔助蒸汽供汽調試用汽。給水泵汽輪機排汽接入主機凝器內。及水泵汽輪機蒸汽管道低位點設有疏水閥，在給水泵汽輪機啟動時疏水至主機凝汽器。5.5除氧系統(tǒng)在凝器機中，經過初步除氧的主凝結水進入除氧器深度除氧，除氧用加熱汽源為汽機四段抽氣，備用蒸汽采自輔汽聯箱。在沸騰管系統(tǒng)運行時易產生水擊和振動，可設置1臺除氧給水循環(huán)泵，以便機組啟動前使除氧水箱中的化學除鹽水能均勻迅速的加熱除氧。除氧器設有啟動循環(huán)泵SP,供啟動制水時加熱水箱內的儲水，經1.5~2h加熱到100度以上開始除氧。加熱期間啟動循環(huán)連續(xù)運行，以保證均勻加熱，此時成為大氣壓力式除氧器。當機組負荷至20%額定負荷時，即自動開啟四級抽氣閥同時自動關閉備汽源的進氣閥，除氧器自行投入滑壓運行方式。簡稱為定一滑運行方式，滑壓范圍為20%~100%額定負荷。路進入除氧器，不會因為加熱器事故而影響整個機組的正常運行。每臺加熱器都設置一個旁路。5.6加熱器疏水系統(tǒng)回熱加熱器疏水系統(tǒng)是回收加熱器內抽汽的凝結水即疏水，保持加熱器中水位在正常范圍內，防止汽輪機進水。高壓加熱器疏水系統(tǒng)高加疏水在大于30%—ECR工況運行時，采用熱經濟性較高的逐級自流的方式疏至除氧器，高加水位由電動疏水調節(jié)閥自動調節(jié)。機組啟動時，在啟動初期，高壓加熱器疏水通過各臺高壓加熱器的汽側放水直接排至地溝。低負荷時，3號高加（抽汽壓力最低者）疏水疏入5號低加（低加中抽汽壓力最高者），因為低負荷時間短，經濟性不明顯，同時如果流入5號低加，對其熱沖擊較大，易發(fā)生振動，故設置一根30%流量的低負荷疏水管至汽機本體疏水擴容器1（即加熱器事故疏水擴容器），以保證低負荷疏水的暢通。又考慮到高壓加熱器為臥式布置，其水位允許波動小，如果調節(jié)閥故障，采用手動旁路控制水位較難操作，易使汽水混合物進入疏水冷卻段甚至輸水管造成汽、水兩相共存引起振動，故疏水調節(jié)閥都不設手動旁路，如果調節(jié)閥任一臺出現故障，便解列所有高壓加熱器。每臺高加的事故疏水都單獨接入汽機本體疏水擴容器1，每根管道上設有兩道電動閥，能迅速全關和全開，從而保證事故疏水能迅速排走以防汽機進水。低壓加熱器疏水系統(tǒng)正常運行時，各低壓加熱器的疏水用疏水調節(jié)閥逐級自流入低壓加熱器H8，再經過調節(jié)閥直接排入凝汽器。每臺低加都設有單獨的事故疏水管路至汽機本體疏水擴容器1，管路上都設有能快速啟閉的電動閘閥。5.7主凝結水系統(tǒng)5.7.1設置兩臺容量為100%的凝結水泵，一臺正常運行，一臺備用，運行泵故障時連鎖啟動備用泵。5.7.2低壓加熱器設置主凝結水旁路，當某臺加熱器故障解裂或停運時，凝結水通過旁路進入除氧器，不會因為加熱器事故而影響整個機組的正常運行。每臺加熱器都設置一個旁路。5.7.3設置凝結水最小流量再循環(huán)，可以使凝結水泵在啟動或低負荷時不發(fā)生汽蝕，同時保證軸封加熱器有足夠的凝結水量流過，使軸封汽能完全凝結子下來，以維持軸封加熱器中的微負壓狀態(tài)，主軸封加熱器后的主凝結水管道上設有返回凝結器的凝結水最小流量再循環(huán)管道。5.7.4在凝結器熱水井底部、最后一臺低壓加熱器的出口凝結水管道上，除氧器水箱底部都接有排地溝的支管，以便機組投運前，沖洗凝結水管道時，將不合格的凝結水排入地溝。5.8全廠公用汽水系統(tǒng)單元式機組，為保證機組安全可靠啟停，以及在低負荷或異常工況下提供必要的汽源，同時能向發(fā)電廠有關輔助車間提供生產加熱用汽，設有全廠公用的輔助蒸汽系統(tǒng)。本設計660MW機組的輔助蒸汽系統(tǒng)，全廠設置一條輔助蒸汽母管，每臺機組設置一個壓力為的輔助蒸汽聯箱。各臺機組的輔助蒸汽聯箱互為備用。聯箱上有安全閥以防超壓。為減少啟動供汽損失，提高其經濟性，當機組負荷達到約30%時，汽輪機高壓缸排氣參數1.168MPa、，第四段抽汽壓力達0.265MPa，輔助汽源由啟動鍋爐供汽切換到汽輪機高壓缸排汽、除氧器加熱蒸汽切換到四段抽汽。隨機組負荷增加，除氧器滑壓運行（）。機組負荷增至額定負荷85%，四段抽汽參數達0.67MPa、，減溫器將溫度從338℃降到輔助汽溫度200℃時，輔助汽源即切換到四段抽汽。額定工況時，四段抽汽能供廠用蒸汽為50t/h。機組負荷超過30%，汽輪機軸封系統(tǒng)自行供汽（自密封汽封系統(tǒng)）。啟動鍋爐宜配臺，其容量不宜考慮裕量和主機沖轉調試用汽。因其利用率降低，有關系統(tǒng)應該力求簡單、可靠和運行操作簡便，其配套輔機也不宜過多配置。5.9主廠房內的冷卻系統(tǒng)5.9.1發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)汽輪發(fā)電機的冷卻介質可以是空氣、氫氣、水等。本設計的660MW機組配N660-3.232/538/538型發(fā)電機，其定子、轉子均采用水冷卻的雙水內冷卻式，定子和轉子的水冷系統(tǒng)為兩個獨立回路。定子水冷回路對水質要求嚴格：導電率≤2s/cm（20℃），pH值為，硬度≤5mol/L，定子水箱沖氮密封。水冷卻系統(tǒng)的冷水器、水冷泵和管道閥門附件等要用不銹鋼材料，或噴漆三氟氯乙烯的塑料膜。發(fā)電機的冷卻介質吸收各種損耗變成了熱能，應引至相應的面式冷卻器，再以循環(huán)水冷卻。5.9.2汽輪機車間內的循環(huán)系統(tǒng)汽輪機車間內的循環(huán)水系統(tǒng)包括凝結設備的冷卻用水，凝結器抽汽設備用冷卻水（一般為射水抽汽系統(tǒng)用水），真空泵冷卻用水，主機冷抽汽用水，發(fā)電機氫氣冷卻器、勵磁機空冷卻器冷卻用水，主給水泵的工作油、潤滑油冷卻器用水，電動給水泵電動機冷卻用水，小汽輪機冷油器用水等。為節(jié)約用水，沖灰用水多引自循環(huán)水系統(tǒng)。5.9.3工業(yè)水系統(tǒng)工業(yè)水系統(tǒng)的作用是向電廠輔助機械，的軸承及其冷油器、各類冷卻器等裝置連續(xù)不斷地供冷卻水、工業(yè)水應有可靠的水源，具有獨立的供、排水系統(tǒng)，不得與廠內消防水、沖灰水、生活用水等系統(tǒng)合并，并應考慮電廠擴建的要求。本設計中，由于單機容量為660MW，故采用單元制系統(tǒng)。工業(yè)水的原水取自循環(huán)水壓力母管，再凈化處理。預處理后的工業(yè)水進入工業(yè)調節(jié)水池，再經工業(yè)水泵升壓經工業(yè)水母管，輸送至各用水點。5.9.4全廠的疏水放水系統(tǒng)發(fā)電廠的疏水系統(tǒng)為疏泄和收集全廠各類汽水管道疏水的管路系統(tǒng)及其設備；放水系統(tǒng)是指為回收鍋爐汽包和各種水箱類（如除氧器給水箱等）的溢水，以及檢修設備時排放的水質合格的管路及設備的放水。實際上，放水和全廠疏水是統(tǒng)一考慮，總稱為發(fā)電廠的疏水系統(tǒng)。發(fā)電廠的疏水系統(tǒng)是發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)中不可缺少的一個統(tǒng)一系統(tǒng)，影響全廠的安全經濟運行。收集疏水、溢水放水，可減少工質損失和熱損失。若疏水不暢（如管徑偏?。?，存有積水，會引起管道水擊或振動，輕則損壞支吊架，重則造成管道爆破造成嚴重安全事故。若新汽帶水，會損壞葉片，引起機組振動，推力瓦燒毀乃至主軸彎曲、氣缸變形等嚴重破壞性事故。對疏水系統(tǒng)的一般要求（