反动式汽轮机回热系统毕业设计修改版

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1、华中科技大学文华学院 毕业设计（论文）题 目：N600-16.67/537/537反动式汽轮机热力系统热平衡计算、6号高压加热器设计学 生 姓 名： 正 学号：1学 部 (系): 机 电 学 部专 业 年 级: 09级热能与动力工程指 导 教 师： 华 堂 职 称：副 教 授2013 年 5月 15日37 / 38目 录中文摘要.1Abstract.11. 前言.21.1 研究背景.2 1.2 本文主要容.3 1.3 第三电厂600MW机组简介.32. 回热系统简述与其热经济性.42.1 给水回热系统简述.42.2 给水回热过程的热经济性.42.3 影响回热过程的热经济性因素.53. 机组回热

2、系统的热平衡计算.73.1 计算的目的与基本公式.73.2 计算的原理与步骤.83.3 根据已知条件进行热力计算.83.4 各汽水流量绝对值计算.174.高压加热器简介与课题介绍.174.1 高压加热器的作用.174.2 加热器的分类.184.3 加热器工作原理.184.4 高压加热器的结构特点.184.5 加热器的工作流程.20 4.6 加热器的端差.205.高压加热器的热力设计.225.1 加热器传热计算的理论基础.225.2 加热器主要技术参数的选定与计算步骤.22 5.3 编写加热器传热计算程序.26结论.26致.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

3、图.29附录三 600MW机组系统结构性示意图.30中文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已作过一

4、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与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，结合第三电厂600MW机组，对其回热系统进行热平衡计算，功率校核与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AbstractWith the development of production and enhancement of peoples livin

5、g standards, urgent need more energy, especially the electricity supply, and coal-fired power is an important part of power production. Currently firepower aircrew positive high parameter, large capacity direction development, improve the efficiency of power plants, economic, and reliability has bec

6、ome the urgent need to address the new topic. Water heating system as power plants to the heating system of power plant core, it the hot economic plays a decisive roleNow widely used to power thermal steam extraction for heating boiler water supply, in order to improve the average temperature, reduc

7、e collector of heat-trapping irreversible loss; And reduce exhaust steam parameters, make steam can maximize the steam turbine expanding power in cold source, reduce loss. So in lang Ken cycle back on the basis of thermal circulation, improve circulation efficiency and thermal efficiency. High-press

8、ure heater was utilized in the steam turbine already done within the steam for heating part water reactive, in order to reduce exhaust steam in the heat loss condenser, thereby improving circulation thermal efficiency. Therefore, the study of the steam extraction system and to heat the design of hig

9、h pressure heater to improve the power plant in the thermal efficiency is of great theoretical and practical significanceThis topic already repair engineering thermodynamics, in principle, thermal power plants, steam turbine, on the basis of course such as a combination of 600 mw unit of Harbin thir

10、d power plant, the thermal system to check and thermal equilibrium calculation, power high-pressure heater 6, in order to improve the design of learned of theoretical knowledge comprehensive ability for our future, in practical work to lay the necessary power basedKeywordTurbine: RegenerativesystemH

11、igh-pressure heater heat economy 600MW Unit1 前言1.1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与，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，作为发电单位，其任务已不再是简单地完成年

12、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、疏水泵与管道附件组成的一个加热系统

13、，而回热加热器是该系统的核心。1.2本文的主要容本文以第三电厂600MW机组给水回热系统以与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，热经济性与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

14、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、设计特点与其优化。通过第三电厂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。 1.3第三电厂600MW

15、机组简介该机组是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与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，

16、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，外缸都具有水平中分面。低压缸为三层结构（外缸、缸A、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

17、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），以与低压缸A/B第22、24、25、26级后（分别用于4、3、2、1号低压加热器）。2回热系统简述与其热经济性2.1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

18、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。2.2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效率来衡量。在其他条件一样的情况下，采用给水回热加热，可以使汽轮机组的绝对效率提高，且回热抽汽动力系数愈大，绝对效率愈高。具有回热抽气的汽轮机，每1kg新蒸汽所作的总功由回热抽汽做功和凝汽流做功组成。由于抽汽做功后没有冷源热损失，在总功恒定的可比条件下，抽汽做功愈大，凝汽流做功愈小，冷源损失愈小，汽轮机绝对效率增加的愈多。对于多级

19、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、终参数一样的情况下，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。2.3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;回热加热级数z。三者紧密联系， 互有影响。2.3.1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

20、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、等效热降法以与循环函数法等，这些方法由于各自的假定条件不同，所得到的结果也不一样，实际应用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

21、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与汽轮机轴封漏汽。则得到理想回热循环绝对效率为：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器中的放热量，、为抽汽在各加热器中的放热量，为主蒸汽比焓，、分别分别表示单位质量给水或凝结水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：，2.3.2最佳给水温度回热循环汽轮机的绝对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

22、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，汽轮机热耗率以与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

23、、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理论上的最佳值，通常可以取为。2.3.3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，汽轮机绝对效率将增加。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。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

24、保证运行的可靠性。因此，小机组一般1-3级，大机组7-9级。3 机组回热系统的热平衡计算3.1.计算的目的与基本公式3.1.1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、各抽汽量与热经济指标。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

25、轮发电机组的功率与其热经济性指标。本次计算采用的是定功率计算。3.1.2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、再热参数与供热抽汽参数、回热系统的连接方式，机组的相对效率，机械效率和发电机效率等。 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(2)汽轮机物质平衡式D=D-或-通过物质平衡式可求出凝气流量（3）汽轮机功率方程式 3600Pe=D其中 =Dh+Dq-Dh=h+q-h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组的热经济性指标。3.2计算方法和步骤3

26、.2.1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、循环函数法以与矩阵法等。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。3.2.2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。 （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（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，误差围123.3 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汽轮

27、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：N600-16.67/537/537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7-1） 额度功率：600MW 冷却水温度：20 排汽压力：0.0049MPa 给水温度：272.6 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）3.3.1高压缸：（1调节级+10反动级） 主蒸汽压力： p=16.67 MPa 主蒸汽温

28、度： t=537 主蒸汽初焓值： =3394.4 kJ/kg 主蒸汽流量： D=1783 t/h 高压缸排汽压力： P=3.522 MPa 高压缸排汽温度： t=312 高压缸排汽焓值： h=3010.4 kJ/kg 高压缸排汽流量： D=1474.59 t/h（去中压缸部分）3.3.2中压缸 29 级 再热蒸汽压力： P=3.205 MPa 再热蒸汽温度： t=537 再热蒸汽初焓值： h=3536.9 kJ/kg 再热蒸汽流量： D=1474.59 t/h 中压缸排汽压力： P=0.7813 MPa 中压缸排汽温度： t=333 中压缸排汽焓值： h=3126.6 kJ/kg 中压缸排汽流

29、量： D=1393.25 t/h（去低压缸部分）3.3.3低压缸 （27） +（27） 级 进汽压力： p=0.7813 MPa 进汽温度： t=333 进汽初焓值： h=3126.6 kJ/kg 进汽流量： D=1393.25 t/h 低压缸排汽压力： p=0.0049 MPa 低压缸排汽焓值： h=2333 kJ/kg 低压缸排汽流量： D=1071.35 t/h（去凝汽器）3.3.4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）

30、 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）3.3.5热力系统图（下页）3.3.6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0.7574Mpa，对应的饱和水温度168.2。 根据给水温度，可得高压加热器给水出口温度272.6，且除氧器出口水温，根据等温升（等比焓升）分配原则得、高压加热器给水出口水温：取199.1。同样可以选取高压加热器的给水出口水温。由于凝汽器的压力为0.0049Mpa，其对应的饱和温度为32.538，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， 表3-1 600MW凝气式汽轮机加热器汽水参数加热器号抽 气压力抽气

31、比焓抽气管压损加热器工作压力饱和水温度饱和水比焓出口端差给水出口水温给水出口比焓0.02452505.450.023363.4265.52.860.6254.80.0639263650.060786.3368.862.883.5350.50.13282754.660.1251106.3445.752.8103.5434.50.33532931.650.3186135.5569.92.0133.5561.30.79733125.650.7574168.2711.40168.2751.115883316.741.526199.1852.30199.1856.13.5223010.44.63.361

32、240.61040.40240.610425.6483118.445.4222691180.7-1.5270.511653.3.7 计算回热抽汽系数与凝汽系数采用相对量方法进行计算(1)8号高压加热器的计算H8的疏水系数(2)7号高压加热器H7的计算= =0.0844H7的疏水系数=0.061+0.0844=0.1454再热蒸汽系数=1-0.061-0.0844=0.8546(3)6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：=0.03322H6的疏水系数=0.1454+0.03322=0.

33、1786 (4)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c4=1-5-d6 由能量平衡：=0.0523除氧器的HD进水系数=1-0.0523-0.1786=0.76914 (5)4号低压加热器H4的计算直接由H4的热平衡可得=0.0402H4的疏水系数为=0.0402(6) 3号低压加热器H3的计算同理，有= =0.02626H3的疏水系数d3=+=0.0402+0.02626=0.06646(7) 2号低压加热器H2的计算2=0.02914H2的疏水系数d2=2+d3=0.02914+0.06646=0.0956（8）1号低压加

34、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： 。（1） 能量平衡：。（2）由（1）得:=0.6635代入（2）式：12505.4+0.0956277.1+(0.66351)136.2=0.76914254.81=0.02936（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c=0.6635-0.02936=0.63414由汽轮机通流部分物质平衡来计算cc=1=1-0.02936-0.02914-0.02626-0.0402-0.0523-0.03322-0.08440.061=0.63414两者计算结

35、果一样，表明以上计算完全正确。3.3.8新汽量计算与功率校核根据抽汽做功不足多耗新汽的公式来计算DD=D/= D/(1)(1) 计算D=-=3536.9-3010.4=526.5(KJ/h)凝汽器的比功为= h0+ =3394.4+526.52333=1587.9(KJ/h)D =10-3=1394.952（KJ/h）(2) 计算D各级抽汽不足系数YJ如下： =0.8262Y=0.7852Y= (hhC)/Wic=(3316.72333)/1587.9=0.6195Y=(hhc)/ Wic =(3125.62333)/1587.9=0.4992 Y=(hhc)/ Wic =(2931.6233

36、3)/1587.9=0.3770Y=(hhc)/ Wic =(2754.62333)/1587.9=0.2655Y=(hhc)/ Wic =(26362333)/1587.9=0.1908Y=(hhc)/ Wic =(2505.42333)/1589.7=0.1086于是,抽气做功不足汽耗增加系数为=1/(1-)=1/1-(0.003188+0.00556+0.00697+0.01516+0.02611+0.0206+0.0663+0.0504)=1/(1-0.1943)=1.2412则汽轮机的新蒸汽量D=D=1394.9521.2412=1731.4144t/h表3-2 、 和 的计算数据（

37、t/h）(=)=0.02936=2505.4=73.559=0.1086=0.003188=50.83=0.02914=2636=76.813=0.1908=0.00556=50.454=0.02626=2754.6=72.336=0.2655=0.00697=45.467=0.0402=2931.6=117.851=0.377=0.01516=69.603=0.0523=3125.6=163.469=0.4992=0.02611=90.5530.03322=3316.76=110.181=0.61956=0.0206=57.518=0.0844=3010.4=254.078=0.7852=0

38、.0663=146.132=0.061=3118.4=190.222=0.8262=0.0504=105.61=0.6341=2333=1479.36-=1071.35-=2537.89-=0.1943=1730.55（3）功率校核1 Kg 新汽比功（其中计算数据见上表）=3394.4+0.8546526.5（73.559+76.813+72.336+117.851+163.469+ 110.181 +254.078+190.222+1479.36）=1306.457KJ/Kg据此,可得汽轮发电机功率为=D0mg/3600=1730.551306.4570.990.985/3600=612.4

39、18MW计算误差：=2.07%误差非常小，在工程允许的围，表示上述计算正确3.3.9热经济性指标根据给水温度=272.6,给水压力16.83MPa，查焓熵软件，可得给水比焓=1194.76042KJ/Kg。1kg新蒸汽的比热耗q:=h+ =3394.4+0.8546526.5- 1194.7604 =2649.587KJ/Kg汽轮机绝对效率：= =49.3079%汽轮发电机组绝对效率:e=0.4930790.990.985=48.0826%汽轮发电机组热耗率：q=3600/e=3600/0.480826=7487.1159kJ/(KWh)汽轮发电机组汽耗率：d=q/q=7487.1159/26

40、49.587=2.8258kJ/(KWh)3.4各汽水流量绝对值计算 由=求出各处，见表3-24 高压加热器简介与课题介绍4.1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

41、组效率和保证出力存在直接的影响。4.2 加热器的分类与国机组对加热器的选用4.2.1 分类加热器按照部汽、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。4.2.2 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，在该加热器凝结水被加热至该加热器压力下的饱和水温度，其压力也与加热器蒸汽压力一致，欲使其在更高压力的混合式加热器被加热，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，

42、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。4.3 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，通过金属管壁进行换热，通常水在管流动，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。4

43、.4 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4-1是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

44、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

45、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、壳体与管板隔开。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

46、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

47、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。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。4.5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

48、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。4.6表面式加热器的端差

49、对于无疏水冷却器的疏水温度为加热器筒体蒸汽压力下的饱和温度，由于金属壁面热阻的存在，管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。由于金属管壁传热热阻的存在以与结构布置的原因，普

50、通的表面式回热加热器的比要小，通常用代表加热器的端差。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，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0.06。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：式中 A-金属换热面积，；-水进、出口的温度差，； K-传热

51、系数，); G-水的流量，；-水的比定压热容，).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，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5.1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

52、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：式中，为平均对数温差；、分别为加热器中最大传热温差和最小传热温差。计算出平均对数温差后可以建立传热方程式与热平衡方程： ， ，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与进、出口温度，就可以计算出来。因此，上述方程中共有8个变量，必须给定其中的五个变量才能进行计算。5.2加热器主要技术参数的选定与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=171.5,流量，流出水温度为199.1

53、，加热蒸汽绝对压力为=1.588 Mpa，疏水出口温度=179.5（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=3000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d=18mm，管子壁厚为=2mm，径=14mm。（2）求对数平均温差 查水蒸汽物性参数表，=1.588 Mpa时，饱和蒸汽温度，故=201.01-171.5=29.96=199.1-179.5=19.6 即对数平均温差=24.41（3）求换热量Q 水的平均温度，查水蒸汽物性参数表得：水的比热4.4393，故=494.89=6.0636W（

54、4）蒸汽侧冷凝换热系数 1定性温度为冷凝液膜平均温度，但壁温为未知，故用试算法。因蒸汽侧一般均大于水侧，故壁温应接近蒸汽温度。现假定=190，则由查水的物性参数：；又由=1.588 Mpa查得：1934.73KJ/Kg。2计算换热系数：= =3364.2（5）水侧换热系数 1.水的定性温度，因蒸汽侧位饱和温度，且水和蒸汽的平均温度差已确定，故水的平均温度为：查水蒸汽物性参数表得：；。 2.计算流速 因流量与每管程数已选定，则管流速为：则为：为紊流 3.水侧换热系数 因此，（6）传热系数K 根据K校核原设定的： 由 由 两者相差1.2%，误差较小，故前述壁温合理。（7）换热面积与管长总管数=30

55、00根，故最后取L=10.36m，管程=2，每管程有=1500根管，总的管子根数为=3000根，换热面积F=1756.61.(8) 根据已知条件和计算得6号高压加热器主要技术参数(第三电厂600MW汽轮机机组)高压加热器编号6号给水流量（t/h） 1781.6给水进口温度（）171.5给水出口温度（）199.1加热蒸汽流量（t/h）62.06加热蒸汽压力（Mpa）1.588管道压损（Mpa）0.062加热蒸汽温度（）428.4疏水出口流量（t/h） 119.8疏水出口温度（） 179.5上级疏水流量（kg/h）-给水出口端差0给水流速（m/s）2.434管子与管板连接方式 焊接后爆胀总换热面积（） 1756.61管子材料 轧制钢U型管总数（根） 3000管子外径/壁厚（mm） 18/2加热器直径（m） 1.4加热器长度（mm） 10360放置方式卧式 (表5-1) 6好高压加热器主要技术参数5.3编写加热器传热计算程序程序# include void main( ) float k, t, F,Q; scanf (“k=%f,t=%f,Q=%fn”,&k,&t,&Q); printf (“k=%f,t=%f,Q=%fn”,k,t,Q); F=Q/(k*t)