125MW中间再热机组热力系统计算与调节系统分析

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1、125MW中间再热机组热力系统计算及调节系统特性分析摘要： 该文对凝汽式125 MW 中间再热式机组进行了全面性热力系统计算和经济性分析,并对其中各个部分构件给水泵,凝结水泵,循环水泵及系统间的连接管道等进行了选型和校核,同时结合调节系统分析其中存在的问题,提出切实可行的措施来提高机组的经济性和系统的安全性。关键词： 管径 ；主蒸汽系统；再热系统；给水泵；保温材料 32 / 33绪 论1.我国的能源构成及现状能源是国民经济的重要物质基础。我国能源丰富,但分布严重不均,水力资源的90%分布在西部,煤炭资源的80%分布在北部,而70%的能源消费集中在东部及沿海新开发区。水力资源富矿不多,开发难度大

2、。上述原因决定了我国的电力事业是以煤电为主,并且在以后相当长的一段时间不会有变化。2.我国电力规划及火电技术发展动向根据对我国经济发展的预测,我国的经济增长趋势为2000-20XX为6%-8%,2010-2020年为5%-6.3%。根据此预测,到2020年我国的装机总容量将达到790.1GW为了降低平均能耗和提高资源利用率我国在未来将大力发展600MW甚至1000MW等级的超临界压力机组,研制300、600MW, 空冷机组以及超高压参数 亚临界参数的200、 300MW高效供热式机组。强化环境保护,发展洁净燃煤技术。大力发展中间负荷机组,适应电网调峰需要发展能源多元化,适当发展核电和新能源。进

3、一步提高火电自动化水平,实现自动测量控制及单元机组集控值班1.原则性热力系统计算以规定的符号表明工质在完成热力循环时所必须流经的各主要热力设备之间的联系线路图,称为原则性热力系统。火力发电厂的原则性热力系统热平衡计算的主要目的是：确定电厂在不同运行工况时各部分汽水流量及其参数和全厂的热经济指标如锅炉蒸发量,汽轮机总耗汽量,汽轮机热耗率,全厂热耗率,全厂热效率等,分析其经济性,并将最大负荷工况计算结果作为选择各辅助设备和管道的资料依据。1.1 近似热力过程线的拟定由,C,查h-s图得：设进汽机构节流损失由高压缸排气压力 查得 高压缸理想比焓降：估计汽轮机高压缸相对效率为 有效比焓降：再热蒸汽由高

4、压缸排出经再热后进入低压缸,此过程为等压过程,所以再热后 由排气压力查h-s图,得 低压缸理想比焓降：估计低压缸相对效率为 低压缸理想比焓降：低压缸排气比焓：整机理想比焓降：125MW中间再热式汽轮机近似热力过程线1.2 估算汽轮机进汽量设,则 式中：-汽轮机的设计功率,kW; -通流部分理想比焓降,见图,kJ/kg;-气轮机通流部分相对效率的初步估计值；-机组的发电机效率；-机组的机械效率；-考虑阀杆漏汽和前轴封漏汽及保证在初参数下降或背压升高时仍能发出设计功率的蒸汽余量,通常取D/D0=3%左右,t/h;-考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数,它与回热级数,给水温度,汽轮机容量及参数有关,通常

5、取m=1.08-1.25之间,背压式汽轮机取m=1.1. 3 确定抽气压力该机采用压力式除氧器 GC-440GC-440工作压力Mpa进水温度出水温度C0.713146.2167.2工作压力为0.713Mpa,对应的饱和水温度ted=167.2考虑到非调节抽汽随负荷变化的特点,为了维持所有工况下除氧器定压运行,供给除氧器的回热回热抽汽压力一般比除氧器工作压力高0.20.3Mpa.根据给水温度tfw=243C,可得H1高压加热器给水温度tw2=243C,且除氧器出口水温twd=167.2C,根据等温升分配原则得H2高压加热器给水出口水温tw2167.2+,取为220C。同样方法可选取各低压加热器

6、的出口水温tw2.加热器号抽气压力Pe抽气比焓he抽气管压损Pe/Pe加热器工作压力Pe饱和水温度te饱和水比焓he出口端差t给水出口水温tw2给水出口比焓hw2H14.175311083.8412481075.652431051.5H22.77301582.55225966.625220943.46Hd0.8593260170.713167.2706.130167.2706.13H30.503313080.463149.2627.963146.2615.02H40.237295580.218123516.523120503.76H50.0886278580.081594393.7739138

7、1.14H60.0285261580.026266676.26363263.711. 4 各级加热器回热抽气量计算1.4.1 H1高压加热器给水量计算Dfw=D0-DL+DL1+Dej=390-10+5+0.5=385.5H1高压加热器该加热器平衡式 Dejh=Dfwhw2-hw1h=0.98 该机回热抽汽量为H2高压加热器 先不考虑漏入H2高加的轴封漏汽量DL1以及上级加热器H1流入本级的疏水量De1则该级抽汽量为考虑上级加热器疏水流入H2高加并放热可使本级抽汽量减少的相当量为考虑前轴封一部分漏汽量DL1漏入本级加热器并放热可使本级回热抽汽减少的相当量h1轴封漏汽量的比焓值,h1=3200

8、KJ本级高加H2实际抽汽量H2高压加热器Hd除氧器为混合式加热器 将已知数据代入得除氧器抽汽量：凝结水量 ：Hd除氧器H3低压加热器H4低压加热器H3的疏水流入H4引起的抽汽量的减少量H5低压加热器H6低压加热器1. 5流经汽轮机各级组的蒸汽流量及其功率计算调节级：第一级组：第二级组第三级组第四级组：第五级组：第六级组：第七级组：第八级组：第九级组：整机功率：1.6 计算汽轮机装置的热经济性机械损失 汽轮机轴端功率 发电机功率 符合设计工况的要求,说明原估计的蒸汽量正确。若功率达不到设计要求则需修正进汽量并重新进行计算。汽耗率 不抽汽室回热抽汽停用估计汽耗率汽轮机装置热耗率：汽轮机绝对电效率：

9、125MW中间再热机组原则性热力系统图1给水泵 2凝结水泵2 主蒸汽及旁路系统全面热力计算2.1 主蒸汽系统火电厂主蒸汽系统,包括从锅炉过热器出口至汽轮机进口的主蒸汽管道,和通往各用新蒸汽的支管。对于中间再热式机组还包括从汽轮机高压缸排汽至锅炉再热器入口的冷却再热管道,和从再热器出口至汽轮机中压缸进口的热再热管道。主蒸汽系统的型式主要是从可靠性、灵活性、经济性、方便性四个方面来进行分析比较。再热式机组都是大容量机组,其工作参数高的大直径新蒸汽管和热再热蒸汽管均为耐热合金钢管,价格昂贵,有的还要耗用大量外汇来进口,此时单元制主蒸汽系统管线短、阀门少、投资省等优点显得很重要。单元式机组的控制系统是

10、按单元设计制造的,各单元的情况不尽相同,而且同容量相同蒸汽初参数的再热式机组的再热参数却相互间有差异,所以再热凝汽式机组或再热供气式机组,应采用单元制主蒸汽系统。主蒸汽系统图1锅炉 2高压主汽门 3中压主汽门计算主蒸汽管道的径、壁厚选择管材主蒸汽管道径：-介质质量流量 t/h-介质比容 m3/kg 由热力性质图表查得：=0.0256-介质流速 m/s 取=50m/s-管道最小壁厚 mm-设计压力Mpa-管道径mm棺材选用 12cr1mov ,设计温度下的许用应力=110=1.0=0.7=0直管计算壁厚：对于管子规格以最小径最小壁厚标示的无缝钢管,取2. 2计算旁路管径及壁厚：旁路系统是指高压蒸

11、汽参数不进入汽轮机,而是经过与汽轮机并联的减压减温器,将减压温后的蒸汽送入再热器过低参数的蒸汽管道或直接排至凝汽器的连接系统。根据实际情况选择了低压旁路即再过热后的蒸汽绕过中、低压缸直接引入凝器汽的旁路系统。旁路系统的主要作用：保护再热气协调启动参数和流量,缩短启动时间,延长汽轮机寿命。回收公质热量、降低噪声防止锅炉超压,兼有锅炉安全阀的作用电网故障或机组甩负荷时,锅炉能维持热备用状态或带厂用电运行蒸汽中间再热机组的旁路系统,是单元式机组启动停机或事故工况时的一种重要协调和保护手段,虽然装旁路系统使投资增加。但是可以用保护再热器,缩短启动时间,减少启动时工质损失及热损失,增长机组使用年限等方式

12、得以补偿。两级旁路串联系统 高压旁路：由上述管径计算公式得旁路管径:其中,管径壁厚：低压旁路：C 由热力性质图表得2.3 计算旁路系统中减温减压器耗水量所需减温水量 高压旁路: 低压旁路: 2.4计算管道保温层厚度主蒸汽 由上式简化得 设,解得旁路系统高压段同上 解得旁路系统低压段解得2.5 主蒸汽管道上的总散热损失管道外壁温度：C保温层环境温度：C管道保温层外径：管道保温层经：保温材料热导率: 外表面传热系数：W/3 凝结水系统3.1 计算凝结水泵的进、出口压头,选型安装2台凝结水泵,容量为最大凝结水量的110%,1运行,1备用-凝结水泵扬程 m-除氧器最大工作压力 Pa-除氧器凝结水入口与

13、凝汽器热井最低水位间的静水位差 Pa-大气压力减去凝结器中最低绝对压力后的数值 Pa-从凝汽器热井到除氧器凝结水入口包括喷雾头的最大凝结水流量时的流动阻力 Pa-凝结水密度选用16NL-160型凝结水泵流量355 t/h扬程158 m效率74%转速1475 r/min水泵厂电动机225kw3.2计算该系统管道的径、壁厚及散热损失管径：取最小壁厚：选用20G钢材C允许最大散热损失163W/m2-保温层厚度-管道保温层外径-管道保温层径-单位换算系数 -保温材料热导率w/-年运行时间常年运行可取8000h,采暖运行按3000h-热价,元106kJ取元-设备和管道外壁温度C对无衬金属设备和管道可取介

14、质温度,取C-保温结构周围环境温度C,取C-保温结构单位造价元/m3-保温层单位造价 600元-保护层单位造价 150元-保温工程投资贷款年分摊率%按复利计,-计算年限 取510年-年利率%取6%10%-外表面传热系数w/一般取w/w/包装运费220元/m,施工费350元/m保温材料损耗率一般为3%6%,取4%1m3保温管壳约需金属板保护层面积15m2,假定保温层厚度为80mm,每1m2金属板费用为10元则元将数据代入得解得 取散热损失：由163W/m2,所以符合要求。4 给水系统给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分,它的工质流量大,压力高,对发电厂的安全、经济、灵活运行至关重要。本设计采用

15、单元制给水系统,因其系统简单,投资省,中间再热凝汽式机组或中间再热供热式机组的发电厂都采用单元制给水系统。给水泵的选择：本次设计采用电动给水泵因为本次设计容量为125MW 属于中小机组,电动给水泵体积小,安装方便,投资较少。故采用电动给水泵。单元制给水系统4.1 计算给水泵进出、口压头,选择型号安装两台给水泵,容量为过路最续蒸发量的110%,一台运行,一台备用390110%=429t/h选型: DGT480-180流量440t/h扬程1800 m效率78.5%转速4640r/min电力修造厂电动机23200 kw给水泵扬程:-锅炉汽包压力 Mpa-开启安全法所需多余压力 Mpa 一般取-除氧器

16、工作压力 Mpa-给水管路的阻力,取-金水管路的阻力,取-水泵中心至锅炉汽包正常水位几何高度差,取40m-由除氧器最低水位至水泵中心的几何高度差,取10m4.2计算给水管道径、壁厚及散热损失管径:给水管路水的许可流速取2.5m/s最小壁厚:C 允许最大散热损失163W/m2 代入数据,由得：得散热损失：由于163W/m2,所以满足要求。5蒸汽再热系统采用蒸汽再热是保证汽轮机最终湿度在允许围的一项有效措施。只要再热参数选择合适,再热就是进一步提高初压和热经济性的重要手段。再热循环热力系统5.1再热蒸汽管道径、壁厚再热冷段 选用20G钢材, 将数据代入上式得 ,取再热热段其蒸汽压力、温度和主蒸汽管

17、道相同,因此管道的选取同主蒸汽管道。5.2 保温层厚度及散热损失保温层厚度：由得：解得散热损失:CC将数据代入上式,得6 循环冷却水系统6.1 计算冷却水量,选择循环水泵的型号-进入凝汽器的蒸汽量-汽轮机的排气焓-背压为时的饱和水焓-冷却水的比容-凝汽器出口冷却水温-凝汽器进口冷却水温-凝汽压力下的饱和温度-凝汽器端差 CC冷却循环水量：凝汽器选用N-7000型冷却面积6800m2冷却水量17800m3/h冷却水温20C选用两台循环水泵,其总出力等于该机组的最大计算用水量型号48sh-22流量11000m3/h扬程26.3m转速485r/min效率86.8%电机功率1150生产厂家水泵厂6.2

18、 计算循环水管径、壁厚-在工作状态下的体积流量m3/h-在工作状态下的体积流量 循环水管壁厚：7调节系统特性分析7.1中间再热机组调节系统的特点为了提高机组效率,近代高参数大功率机组普遍采用中间再热。由于采用中间再热必须采用单元制系统,取消了各机组之间的母管联系,锅炉的容量与汽轮机的容量基本相同,致使蒸汽贮备能力下降,当外界负荷变化较大时,蒸汽压力发生很大波动,尤其是直流锅炉压力波动更大些。因此破坏了原来调节系统的转速偏差与功率变化之间的比例关系。众所周知,不论是机械调节系统或是液动调节系统,都是把负荷扰动引起的转速变化信号n输入调速器,再经过滑阀油动机的放大作用,控制调节阀的开度变化。在额定

19、蒸汽参数下功率的变化与阀门开度成正比,最终使转速偏差n与功率变化N成正比。采用单元制系统后,由于气压波动大,破坏了上述比例关系,当然也就破坏了一次调频能力,其次,由于中间再热和相应的管道中存有大量的蒸汽,形成了一个庞大的蒸汽空间,即所谓中间容积。当高压调节阀动作时,由于压力扰动传播要有一定时间,要充满中间容积也要有一定时间,因此,中低压缸的功率变化要滞后,其滞后时间长短决定于中间容积的大小。另外,随着自动化水平的提高,要求机组自动化水平也提高,进而要求用计算机进行过程控制。很显然,过去的机械或液动调节系统很难适应上述要求。在这种情况下便出现了灵敏度较高的电子调节器和液动油动机组成的新型调节系统

20、。7.2功频电液调节系统的特点系统灵敏度高、稳定精度高、动态相应快；容易实现各种逻辑电路；容易满足各种运行要求；容易综合各种信号；便于与计算机连接实现自动化；7.3数字电液控制系统数字电液控制系统简称DEH是以计算机代替模拟电液调节系统中控制运算的模拟电路,以发挥计算机控制运算、逻辑判断与处理能力强及软件组态灵活、方便的优势,将汽轮机运行的状态监测、顺序控制、调节和保护融为一体。数字电液控制系统是由电子控制器、操作系统、执行机构、保护系统和供油系统组成,它实现的主要功能是：汽轮机自动控制程序ATC；汽轮机功率的自动调节；汽轮机的自动保护；机组和DEH系统状态的监测。7.4 汽轮机调节系统的动态

21、特性7.4.1 影响甩负荷动态特性的主要因素影响汽轮机调节系统动态特性的因素来自于本体设备如再热器等的中间容积、转子等和调节系统部件两个主要方面。7.4.2 本体设备对动态特性的影响一 转子时间常数Ta。转子时间常数Ta表示了转子的转动惯量与额定转矩的相对大小；二 蒸汽中间容积常数T。蒸汽中间容积常数T表示了中间容积蒸汽的作功能力与机组额定功率的比值。7.4.3 调节系统动态特性的影响（一） 不等率；（二） 油动机时间常数Tm；（三） 迟缓率。7.5汽轮机调节系统的新发展由于现代大机组的容量大,蒸汽参数高,机组的结构和系统复杂,而自动化水平又越来越高,因此汽轮机的控制方式有了很大的变化,这些新

22、的变化主要表现在以下几个方面：汽轮机、锅炉采用协调控制方式；在机炉协调控制过程中,允许气压有一定的波动,以便充分利用锅炉的储热量,使机组有较好的一次调频能力。与此同时,利用负的压力偏差信号又能适当的限制汽轮机调节阀的动作,保持机前压力不至产生过大的偏差。因此,协调控制方式既能较快的适应电网负荷的变化,又能保持机前压力波动不大。另外,由于锅炉调节器接受功率偏差的前馈信号,能迅速地改变燃料量,可使机组功率较快地达到给定值。电液调节系统的应用采用电液调节系统最主要的优点是大大提高了自动化水平,可以实现机组自动启停,正常的调频,由于采用电信号传递,很容易实现机炉协调控制。同时,可实现调节阀的优化配汽,实现负荷的经济分配等,从而提高装置的经济性。汽轮机的热应力监视在控制系统中引入热应力监视信号,既可以保证汽轮机安全启动,又可以保证汽轮机启动过程时间最短,减少启动过程的能量损耗,从而会提高电厂的经济性。调节阀的管理机构利用调节阀的管理机构,可以根据需要实现节流调节配汽,又可以实现喷嘴配汽,在任何工况下利用显示装置都可以监视阀门的工作状态,从而保证阀门节流损失最小。抗燃烧的调节液 为了改善大型气轮机调节系统的动态特性,要减少油动机时间常数,因此要求提高调节系统的油压。目前已经制造出多种抗燃油替代透平油,以降低火灾的潜在危险。致 谢参考文献