330MW 凝汽式汽轮发电机组回热系统设计计算

330MW 凝汽式汽轮发电机组回热系统设计计算

1、设计计算背景

    N330-17.75-540-540中间再热式汽轮机组是目前机组容量较大，数量较多的一种，设计技术和运行经验都已相当成熟，已经能够比较可靠地长期连续运行。但是，它的热耗较高。首先，330MW机组回热系统未充分利用抽汽过热度，且对焓升分配也不够合理。其次，除氧器采用定压运行，存在节流损失，在变负荷或低负荷时要切换汽源，经济性影响更大。鉴于上述种种状况，为改进330MW机组热力系统，本次毕业设计采用的方案如下。

2、方案简析

    基本方案的回热系统是采用三高四低一除氧的典型系统，其中，二号高加装有疏水冷却器，七号加热器采用疏水泵打到本级出口，除氧器定压运行。本人所设计的方案在基本方案的基础上，封闭了三段抽汽，并为二号加热器装设了一台外置式蒸汽冷却器，除氧器采用滑压运行。

与基本方案相比，本方案具有以下优点：

一、由于#2高加的抽汽来自中压缸的第一个抽气口，具有很高的过热度，采用外置式蒸汽冷却器后，降低了抽汽的过热度，再用它们加热给水，降低了加热器的换热温差，减少了不可逆损失，使热经济性得到了提高。

    二、除氧器采用滑压运行，不存在定压运行时的节流损失，额定负荷时和低负荷时定压运行，负荷正常范围内滑压运行。除启动及甩负荷工况外，低负荷时无需切换汽源，运行经济性提高。

三、漏汽能按能级回收利用，减少了换过程的不可逆损失。

    从理论上讲，本方案在一定程度上提高了整个机组的热经济性。本次毕业设计即针对改进方案，采用的热力系统计算方法进行系统优化计算。

3、基本方案计算

3.1参数整理

  (1)汽轮机

机组型式N330-17.75-540-540型凝汽式汽轮机，配B&W B1025/18.44M型自然循环燃煤汽包炉。

蒸汽初参数：p₀=17.75MPa,t₀=540℃, 由水蒸汽表查得：h₀=3390.6123 kj/kg

再热蒸汽参数:冷段压力P₂== 4.4MPa,冷段温度=338.3℃,=3055.2419 kj/kg；热段压力=4.13MPa,热段温度= 542℃, = 3539.1064 kj/kg;

排汽压力Pc=0.0046 MPa,排汽焓hc=2326.95 kj/kg

 (2)其他见设计任务书。

3.2计算步骤

3.2.1确定原则性热力系统，绘制系统图

3.2.2确定系统各汽水点的热力学参数

根据水蒸汽图表和给定参数确定各汽水点的热力学参数如表2-1所示:

                      表2-1 各汽水点的热力参数表

*考虑给水泵的焓升后，H2入口水焓为761.8804+27.7141=789.5945 kj/kg，由该处的压力20.8583 MPa，查得此处的给水温度为183.6902℃，故H2的入口水温为183.6902+4=191.6902℃。

*考虑疏水泵的焓升后，H6入口水焓为358.9625+2.4943=361.4568 kj/kg，由该处的压力2.7118 MPa，查得此处的给水温度为85.8250℃，故H2的入口水温为85.8250+8=93.8250℃，查得此时疏水焓值为393.0397 kj/kg。

3.2.3排污扩容、泵功计算.

1.排污扩容计算

   采用两级串联的连续排污扩容器

     第一级计算：各参数标注见图2-1示

        第二级计算：各参数标注见图2-2示

2.泵功计算

 1) 凝结水泵

已知条件：P_c1=0.0046MPa，出口压力p_c2=3.0 MPa，η_cp=0.9,

由水蒸汽表查得：ts=31.4213℃，hsc=131.6028kj/kg，υ=0.001005m³/kg

则τ_cp=υ∆p/η=0.0015*(3.0-0.0046)/0.9=3.3449kj/kg

2）给水泵

已知条件：进口压力p_fp1=1.0MPa，出口压力p _fp2=21.284 MPa，η_fp=0825

由水蒸汽表查得：υ=0.0011272m³/kg

则τ_cp=υ∆p/η=0.0011272*(21.284-1.0)/0.825=27.7141 kj/kg

3）疏水泵

已知条件：P_bp1=0.0776MPa，出口压力p_bp2=2.0 MPa,，η_fp=0.8,

由水蒸汽表查得：υ=0.001038m³/kg

则τ_cp=υ∆p/η=0.001038*(2.0-0.0776)/0.9=2.4943kj/kg

3.2.4热力系统计算

一、采用相对量方法进行计算

1、NO.1加热器:各参数标注见图2-3示

2、NO.2加热器:各参数标注见图2-4示

=[(1125.3938-789.5945 )-0.09064276*(3055.2419-815.0652)*0.985]

/[(3359.461-815.0652)*0.985]=0.053776

H2的疏水系数  ==0.09110288+0.053776=0.144879

3、除氧器HD:各参数标注见图2-5示

     =[761.8804-627.8148-0.00489055*(2782.153-627.8148)*0.985-0.144879

*(815.062-627.8148)*0.985]/[(3161.824-627.8148)*0.985]=0.038887

    =1-0.0048454-0.038887-0.144879=0.81138902

4、NO.5加热器:各参数标注见图2-6示

=[0.81138902*(627.8148-437.0038)-0.013*(3286.157-470.7224) *0.985]/[(2981.276-470.7224)*0.985=0.047854

H5的疏水系数   =+=0.013+0.047854=0.060854

5、NO.6加热器:各参数标注见图2-7示

         =[0.81138902*(437.0038-361.4568)- 0.060854*(470.7224-392.5074)

*0.985]/ [(2742.705-392.5074)*0.985]=0.024473

 H6的疏水系数   =+=0.024473+0.060854=0.085328

6、NO.7加热器:各参数标注见图2-8示

将②代入①得:

=[(0.81138902-0.085328-)*(358.9625-255.2191) -0.085328

(392.5074-369.4536)*0.985]/ [(2663.973-369.4536)*0.985]

解得:=0.031026      =0.116354        =0.695034968

7、NO.8加热器:各参数标注见图2-9示

               =[0.695034968*(2500.051-131.6028)-0.0014*(3084.962-131.6028)

*0.985]/ [(255.2191-131.6028)*0.985]=0.0351

=--=0.695034968-0.0351-0.0014=0.65855236

8、物质平衡计算验证

   由抽汽漏汽份额计算 

=1--- 

=1-0.09110288-0.053776-0.038887-0.047854-0.024473

-0.031026-0.03510.0014-0.013-0.00484541089=0.65828831

可见物质平衡满足要求,抽汽份额计算无误。

整理抽汽份额如表2-2所示：

表2-2   抽汽份额

  蒸汽初参数：p₀=17.75MPa,t₀=540℃, 由水蒸汽表查得：h₀=3390.6123 kj/kg

再热蒸汽参数：冷段压力P₂== 4.4MPa，冷段温度=338.3℃，热段压力= 4.13MPa,热段温度= 542℃,由水蒸汽表查得：=3055.2419 kj/kg，= 3539.1064 kj/kg。

再热蒸汽份额a_zr=1-a₁-a₂=1-0.09110288-0.053776-0.005154589=0.850012

再热吸热量q_rh= =3539.1064-3055.2419=483.8645kj/kg

蒸汽冷却器放热量q_sc=(0.985*3539.1064-2918.6411)* 0.053776=20.995537 kj/kg

根据抽汽做功不足多耗新汽的公式来计算D_o

                D_o=D_coβ= D_co/(1-Σa_jY_j-Σa_sgjY_sgj)

（1）计算D_co

 凝汽的比内功w_ic为

    w_ic=h₀+q_rh-h_c=3390.6123+483.8645-2326.95=1547.5268 kj/kg

    D_co=3600P_e*10^-³/( w_icη_mη_g)=3600*330/(1547.5268*0.985*0.99)=787.2394t/h

 （2）计算D_o

  各级抽汽做功不足系数Y_j如下：

Y₁=（h₁+q_rh-h_c）/w_ic=(3055.242+483.8645-2326.95)/ 1547.5268=0.7833

Y₂=（h₂+q_rh-h_c）/w_ic=(2918.641+483.8645-2326.95)/ 1547.5268=0.69016

Y₄=（h₄-h_c）/w_ic =(3161.824-2326.95)/ 1547.5268=0.539489

Y₅=（h₅-h_c）/w_ic=(2981.276-2326.95)/ 1547.5268=0.42282

Y₆=（h₆-h_c）/w_ic=(2742.705-2326.95)/ 1547.5268=0.268658

Y₇=（h₇-h_c）/w_ic=(2663.793-2326.95)/ 1547.5268=0.217665

Y₈=（h₈-h_c）/w_ic=(2500.051-2326.95)/ 1547.5268=0.111857

Y_sg1=（h_sg1-h_c）/w_ic=(3286.157-2326.95)/ 1547.5268=0.6198

Y_sg2=（h_sg2-h_c）/w_ic=(3084.962-2326.95)/ 1547.5268=0.489822

a_jh_j、a_jY_j和D_j的计算数据见下表:

                      表2-3  a_jh_j、a_jY_j和D_j的计算数据

于是抽汽做功不足耗增加系数β为

1/(1-0.17568328)=1.2131259

  则汽轮机新汽耗量D_o为

D_o =D_coβ=787.2394*1.2131259=954.0206t/h

 （3）凝汽量核

Dc'= D_o-=954.0206-326.089519=628.9310502 t/h

由表2-3查得:Dc=628.93105 t/h，核算凝汽量的误差δ：

δ=(Dc'- Dc)/Dc=(628.93105 -628.9310502)/629.7046*100%« 0.1%，合格。

（4）功率校核

  1kg新汽比内功（其中计算数据见表2-3）为

        =3390.6123+0.850012*483.8645-2530.396315=1270.5659 kj/kg

据此,可得汽轮发电机的功率P´e为

= D_oη_mη_g/3600

=955.0206*1270.5659*0.99*0.985/3600=328.68422MW

  计算误差

 =(330-328.68422)/330*100%=0.3987%   

（4）热经济指标计算

 1kg新汽的比热耗

      -

     =3390.6123+0.850012*483.8645-1125.394-20.995537=2676.5089 kj/kg

汽轮机绝对内效率

=/=1270.5659/2676.5089 =0.478463

汽轮发电机组绝对电效率

==0.478463*0.99*0.985=0.46657357

汽轮发电机组热耗率

=3600/=3600/0.46657357=7715.825kj/(kwh)

汽轮发电机汽耗率

        =/=7715.825/2676.5089=2.9056kg/(kwh)

/

4、结论

本设计为330MW中间再热式单轴三缸、亚临界、中间一次再热、双排汽凝汽式汽轮机。参考机型为台州发电厂的N330-17.75-540/540型汽轮机。本系统设有四台低压加热器，二台高压加热器，一台外置式蒸汽冷却器和一台除氧器。由于时间和本人技术水平有限，错误在所难免。在此向指导我们的老师表示由衷的感谢。