1、600MW 中间再热机组汽轮机设计- 1 -1 引言1.1 汽轮机简介汽轮机是以蒸汽为的旋转式热能动力机械，与其他原动机相比，它具有单机功率大、效率、运行平稳和使用寿命长等优点。汽轮机的主要用途是作为发电用的原动机。在使用化石燃料的现代常规火力发电厂、核电站及地热发电站中，都采用汽轮机为动力的汽轮发电机组。汽轮机的排汽或中间抽汽还可用来满足生产和生活上的供热需要。在生产过程中有余能、余热的工厂企业中，还可以应用各种类不同品位的热能得以合理有效地利用。由于汽轮机能设计为变速运行，所以还可用它直接驱动各种从动机械，如泵、风机、高炉风机、压气机和船舶的螺旋桨等。因此，汽轮机在国民经济中起着极其重要的
2、作用。1.2 600MW 汽轮机课程设计的意义电力生产量是衡量一个国家经济发展水平的重要标志之一。电力工业为国民经济各个领域和部门提供电能，它的发展直接影响着国民经济的发展速度，因此，必须超前发展。装机容量从 1949 年占世界第 25 位，到如今的世界前列。600MW 火力发电机组具有容量大、参数高、能耗低、可靠性高、对环境污染小。电力事业发展的宏伟目标，要求汽轮机在容量和效率方面都要上一个新的台阶，在今后的一段时间内，我国火电的主力机组将是 600MW1000MW 亚临界机组，同时要发展超临界机组。1.3 汽轮机课程设计要求：1）汽轮机为基本负荷兼调峰运行；2） 汽轮机型式 ：亚临界、反动
3、、一次中间再热、水凝式.1.4 设计原则根据以上设计要求，按给定的设计条件，选取有关参数，确定汽轮机通流部分尺寸，力求获得较高的汽轮机效率。汽轮机总体设计原则为在保证机组安600MW 中间再热机组汽轮机设计- 2 -全可靠的前提下，尽可能提高汽轮机的效率，降低能耗，提高机组经济性，即保证安全经济性。承担基本负荷兼调峰的汽轮机，其运行工况稳定，年利用率高。设计中的计算采用电子表格来计算，提高计算的效率和准确性,计算表格和附图统一见附录。2 汽轮机结构型式选择2.1 汽轮机参数、功率、型式的确定2.1.1 汽轮机的初终参数的确定（1）主蒸汽及再热蒸汽压力及温度确定根据 GB/T 754-2007
4、发电用汽轮机参数系列选取：主蒸汽压力：16.7MPa主蒸汽温度：537对于中间再热机组，再热温度 是指蒸汽经中间再热器后汽轮机中压缸阀rt门前的温度。为充分利用材料潜力，一般都把再热温度取成与新汽温度相等或稍高一些。本例中取中间再热蒸汽额定温度 。在 的条件下，最537rt0rt有利的中间再热压力 约是新汽压力 的 16%26%，本课程设计取 19.2%。rp0p再热压力损失为再热前压力的（812）%,本设计取 10中间再热蒸汽额定压力 019.2%3.rMPa再热压力损失 rp低温再热器管道及再热器管道阻力损失p=0.101MPa故：再热蒸汽温度：537再热蒸汽压力：3.21MPa（2）汽轮
5、机排气参数600MW 中间再热机组汽轮机设计- 3 -高压缸排气的冷再热汽要流经冷再管道、再热器及热再管道，本设计再热汽从高压缸排除后到中压缸前的压力损失为 。0.42pMPa故高压缸排汽压力为： 3.86gpr高压缸 排气压力： 2a排气温度： 1gpt中压缸 排气压力： 79640.zMP排气温度： 3pt注：以上参数主要参考其他同类型机组亚临界 600MW 发电汽轮机参数。低压缸 排气压力：6kpa 由课程设计任务书规定。排气干度 x=0.9排气温度：36.17 （排气温度为在该排气压力下水蒸气的饱和温度，由水蒸汽热力性质表查取）2.1.2 汽轮机设计功率的确定汽轮机的额定功率也称铭牌功
6、率，即为汽轮机的夏季工况功率。（1）铭牌功率（夏季工况功率） TRL60PMW（2）最大连续功率 TMCR632（3）调门全开功率 VWO0（4）经济功率（考核功率） THA6P由于本课程设计中的汽轮机是高参数、大容量适用于担负基本负荷的机组，故汽轮机经常在额定功率和接近额定功率下运行，因此，可选择确定汽轮机额定功率与汽轮机的经济功率相等，即： PTHA60M2.1.3 汽轮机型式确定600MW 中间再热机组汽轮机设计- 4 -本课程设计所设计的汽轮机型式为：亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、反动式水冷凝汽式全速机。2.2 汽轮机转速及调节方式确定2.2.1 汽轮机转速确定我国电网调波为 50
7、Hz，发电机最高转速为 3000rpm，所以汽轮机转速设计为：3000rpm。2.2.2 调节方式选择汽轮机的基本调节方式有两种，一种是所有进入汽轮机的蒸汽都经过一个节流阀或几个同时开启的节流阀来控制，这种称为节流配汽调节。另一种是进入汽轮机的蒸汽经过几个依次启闭的阀门来控制，称为喷嘴配汽调节。节流调节在额定负荷时由于阀门全开节流损失小，所以效率较高。但在部分负荷时因全部蒸气都要节流，所以效率较低，故它适用于带基本负荷的大功率机组及反动式汽轮机。喷嘴调节在调节时，部分进汽度要发生变化 ，所以不适用于反动式汽轮机（因反动式汽轮机第一级的动叶前后差压很大，部分进汽时会产生很大的漏汽损失） ，由于喷
8、嘴调节在部分负荷时被节流的只是少部分蒸汽，汽轮机的效率变化比较平衡，但其调节机构比节流调节复杂，故适用于带变动负荷的机组。本机组基本负荷兼调峰运行，故采用喷嘴调节与节流调节联合方式。综上所述，该汽轮机机组热力设计基本参数的选取如表 1 所示：600MW 中间再热机组汽轮机设计- 5 -汽轮机机组热力设计基本参数的选取表 1项目 选取参数机组型号 N60016.7/537/537机组型式 亚临界一次中间再热反动式凝汽汽轮机新汽压力 16.7MPa新汽温度 537排汽压力 0.006MPa额定功率 600MW额定转速 3000rpm再热压力 3.21MPa再热压力损失 0.422 MPa再热温度
9、5373 热力系统及热力过程线拟定3.1 热力系统拟定3.1.1 高低压加热器个数确定给水回热的经济性主要取决于给水的最终温度和回热级数，给水温度越高、回热级数越多，循环热效率也越高。当加热级数一定时，给水温度有一最佳值，加热级数越多，最佳给水温度越高。当给水温度 一定时，随着回热级数Z的fwt增加，附加冷源热损失将减小，汽轮机内效率 相应增高。以做功能力法分析，i有限级数的回热加热，在回热加热器中必引起有温差 的换热，从而产生回热rt过程的 及相应的附加冷源热损失。但随着级数Z的增加， 减小，不利于rE rt影响减弱。工程上级数Z增加，汽轮机抽汽口与回热加热器增加会使投资增加，600MW 中
10、间再热机组汽轮机设计- 6 -从技术经济角度考虑经济性提高与投资增加间的合理性，本设计选取：回热系统有8级非调整抽汽，分别供给3台高压加热器、1 台除氧器和4台低压加热器。其中第7、8号低压加热器为单壳体组合式加热器，布置在凝汽器喉部，各加热器的疏水逐级自流，不设疏水泵。最后一级高压加热器疏水至除氧器最后一级低压加热器疏水进入凝汽器。采用双背压凝汽器以提高机组经济性。机组回热抽汽和疏水系统如图1所示：图 1 回热抽汽和疏水系统3.1.2 关键点参数的确定（1）凝汽器出口压力和温度较大容量汽轮机的排汽管都设计为具有一定的扩压能力，使排汽的余速动能最大限度地转化为压力能，用以补偿蒸汽在其中的压力损
11、失。良好情况下，可使排汽压力 与凝汽器出口压力 接近相等。由于本机组为 600MW 机组，蒸cpcp汽流量大，所以本机组的排汽设计为四排汽。凝汽器设计为双壳体，双背压、单流程，可在机组最大出力工况下长期进行。参照同类机组，凝汽器出口压力=0.006MPa。由凝汽器出口压力查饱和蒸汽热力性质表可得当 =0.006MPa,cP cp时， =36.17。t（2）给水温度的确定给水温度与进入汽轮机的参数和高压加热器的个数有关，由设计任务书的要求，汽轮机进汽压力为 16.7MPa，参考同类型机组得：给水温度为 273。600MW 中间再热机组汽轮机设计- 7 -（3）除氧器出口工作压力和温度的确定由于本
12、机组设计为中间再热机组，一般采用高压式除氧器，设计工况下，对该汽轮机取为 0.7574MPa，由此查饱和水和饱和水蒸汽热力性质表，可求得：tcy=168.2。（4）高压加热器出口参数确定参照同类机组，取高压加热器出口参数为：温度 . 焓为 。270gjct16/gjchkJg（5）给水泵出口参数确定参照同类机组，取给水泵出口压力 =19.7MPa。gsbp3.1.2 各加热器温升分布理论计算指出，给水在各加热器之间的焓增按等焓升分配原则，可得到最佳的经济效益。但计算表时，当在 10%20%的范围内偏离等焓分配原则时，对循环执效率的影响很小，对具有中间再热的回热系统，为减小再热使抽汽焓值升高的影
13、响，应对给水的等焓分配原则做适当的修正，即由再热器冷段供汽的那个加热器的给水焓升约是前一级加热器给水焓升的 1.51.8 倍，这样不致因再热使蒸汽焓值提高而导致抽汽量下降，其余各级加热器仍按等焓升原则。通过理论计算和参考其他同类型机组，确定加热器各级焓升如表 2 所示：600MW 中间再热机组汽轮机设计- 8 -各加热器各级焓升分配表 2编号 GJ3 GJ2 GJ1 CY DJ4 DJ3 DJ2 DJ1入口温度 t（） 240 199 171.5 135 103.5 83.5 50.6 36.6出口温度 t（） 270 240 199 168.2 135 103.5 83.5 50.6入口焓值
14、h（KJ/kg）1042 856 736 567 434 350 255 153出口焓值h（KJ/kg）1165 1042 856 751 567 434 350 255焓升 （KJ/kg）123 186 120 184 133 84 95 1023.1.3 各抽汽参数的确定（1）对一般的凝汽式汽轮机，其进汽量可按下式估算：（T/h） 03.6ecmatigPDDH600MW 中间再热机组汽轮机设计- 9 -式中：m考虑回热抽汽使进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、功率有关，结合一设计机组的相关参数，取 m=1.42；考虑轴封漏汽、门杆漏汽所需的新汽量，一般 2%D，这里取D D为 1%
15、D； 全机理想焓降（kJ/kg）mactH由于此公式的适用范围较小，且估算误差较大。因此本设计直接参照同类机组，选取机组的蒸汽流量为D0=1950t/h。（2）漏汽量的确定漏汽包括门杆漏汽和轴封漏汽 门杆漏汽估计为总进汽量的 2%； 轴封漏汽有两种情况：一种为最后一片轴封孔口处流速未达到临界速度；另一种为出口处以及达到临界速度。可根据相应状态对应的公式计算处漏汽量；总得漏汽量估计为总进汽量得 0.4%；抽汽量用抽汽系数 i 表示 ,根据回热系统中的抽汽流量可得各个段得抽汽系数各级抽气份额的确定：根据热平衡的计算：由每段抽出来的蒸汽量放出的热量与给水给过加热器所吸收的热量相等列出热平衡方程，可求
16、得各级相应的抽汽量,并参考同类型机组确定以上汽轮机抽汽参数的确定见表 3：汽轮机额定工况抽汽参数 表 3加热器类型高压加热器 除氧器 低压加热器编号 GJ3 GJ2 GJ1 CY DJ4 DJ3 DJ2 DJ1600MW 中间再热机组汽轮机设计- 10 -抽汽压力 MPa5.743 3.632 1.6250.7964 0.3150 0.1550 0.0530 0.0280抽汽压损%4 4.5 4 5 5 6 5 5抽汽温度 0C375 313 430 331 233 156 82.5 66抽出蒸汽的焓h（KJ/kg）3121.4 3010.6 3321 3125.29 2930.9 2783
17、2617 2525抽汽量Kg/h134218 156507 67275 79755 74295 49530 54600 61425蒸汽干度1 1 1 1 1 1 0.987 0.953抽汽系数 i0.06883 0.08026 0.0345 0.0409 0.0381 0.0254 0.028 0.0315另外：中压缸末级抽汽，除了作为除氧器汽原外，还抽一部分用作给水泵汽轮机汽原，设计工况下抽汽量为：G=73.515t/h。抽汽系数为：0.0377.3.1.4 画出热力系统图（附图 1）3.2 600MW 汽轮机热力过程线拟定3.2.1 各缸进排气参数、压损、内效率确定（1）高压缸进气参数，参考同类机组，取蒸汽在主汽阀、调节气阀中的压力损失如下：
