1、汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程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
2、舶的螺旋桨等。因此，汽轮机在国民经济中起着极其重要的作用。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。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 300MW600MW 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：反动、一次中间再热、凝汽式1.4 设计原则根
3、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，绘图采用手绘图,计算表格和附图统一见附录。汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程2 汽轮机结构与型式的确定2.1 汽轮机参数、功率、型式的确定2.1.1 汽轮机初终参数的确定常规超临界机组的主蒸汽和再热蒸汽温度为 538560，典型参数为24.2MPa/566/566，对应的发电效率约为
4、 41%。参考汽轮机原理 （中国电力出版社）P152 表 7-2 石洞口二厂 D4Y454 汽轮机和 GB/T-754-2007 发电用汽轮机参数系列选定参数如下：（1）主蒸汽及再热蒸汽压力、温度主蒸汽压力 24.2MPa主蒸汽温度 566 再热蒸汽汽压力 3.703MPa 再热蒸汽温度 566 （2）汽轮机排汽参数汽轮机高压缸排气压力 Pa=4.114MPa 排气温度 Ta=306.8汽轮机中压缸排气压力 Pb=1.082MPa 排气温度 Tb=379.6汽轮机低压缸排气压力 Pc=5kPa 排气温度 Tc=32.92.1.2 汽轮机设计功率的确定表 1经济工况功率 600MW铭牌功率（夏季
5、） 600MWVWO 阀门全开工况 648MW最大连续功率工况 TMCR 638.5MW2.1.3 汽轮机型式的确定由设计任务书及已经选取的相关参数可确定汽轮机型式为：N600-24.2/565/565 型、反动式、一次中间再热、水冷凝汽式、基本负荷兼调峰运行汽轮机2.2 汽轮机转速、调节方式和回热再热形式确定我国电网调波为 50Hz，发电机最高转速为 3000rpm，故选取汽轮机转速为：汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程3000rpm(偏差为3 转)。转速 n=3000 r/min。电网中带基本电荷的机组，可以采用喷嘴调节方式，也可以采用节流调节方式，电网中的调峰机组应该采用喷
6、嘴调节方式。喷嘴调节方式是为了发挥机组的经济性，且目前我国制造的汽轮机绝大多数都采用喷嘴调节方式，所以综合考虑来说，我们选择喷嘴调节方式。汽轮机机组热力设计基本参数的选取表 2项目 选取参数机组型号 N60024.2/566/566机组型式 一次中间再热反动式、水冷式基本负荷兼调峰汽轮机新汽压力 24.2MPa新汽温度 566排汽压力 0.005MPa额定功率 600MW额定转速 3000rpm给水温度 280.9回热级数 8 级回热，3 个高温加热器、1 个除氧器、4 个低温加热器再热压力 3.703MPa再热压力损失 0.329 MPa再热温度 566给水回热的经济性主要取决于给水的最终温
7、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 的增加，附fwt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，有限级数的i回热加热，在回热加热器中必引起有温差 的换热，从而产生回热过程的 及相rtrE应的附加冷源热损失。但随着级数 Z 的增加， 减小，不利于影响减弱。工程上级r数 Z 增加，汽轮机抽汽口与回热加热器增加会使投资增加，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
8、器和 4 台低压加热器。其中第 7、8 号低压加热器为汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程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。2.3 汽轮机热力过程线拟定2.3.1 各缸进排汽参数及压损的确定（1）各缸进排汽参数见下表：表 3项目 压力 MPa 温度 焓值 kJ/kg高压缸进汽 24.2 566.0 3395.9高压缸排汽 4.114 306.8 2975.0中压缸进汽 3.629 566.0 3599.7中压缸排汽 1.082 379.6 321
9、8.9低压缸进汽 1.039 379.2 3218.8低压缸排汽 0.005 32.9 2478.1汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程（2）压损的确定主汽门调节阀中的节流损失 P 0=0.04* P0=0.04*24.2=0.968 MPa；调节级前压力 P0=24.2-0.968=23.232 MPa排汽管中的压损 P r=0.02*Pc=0.03*4.198=0.127 MPa；Pr=4.241-0.127=4.114 MPa中间再热及连通管压损 P r=0.1*Pr=0.0.4114 MPa； Pr=4.114-0.4114=3.703 MPa中压、快速截止阀和调节阀压损
10、P r=0.02*Pr=0.074 MPa（中压调节阀全部打开）Pr=3.629 MPa中低压缸连通管中的损失 P a=0.04*Ps=0.04*1.082（中压排汽压力）=0.043MPa低压缸进气压力 Ps= 1.039MPa对于大容量机组可以忽略低压缸排气损失。2.3.2 各缸内效率的估定及热力过程线对照国内同类机组，估定各缸的内效率：高压缸 88%；中压缸 91%；低压缸 89% 。热力过程线请详见附录。汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程3 回热系统初步拟定3.1 相关参数确定3.1.1 主蒸汽流量 G0对一般的凝汽式汽轮机，其进汽量可按下式估算：（t/h）03.6ecm
11、atigPDDHm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=1.4；考虑轴封漏汽、门杆漏汽所需的新汽量，一般 2%D，这里取为D2%D； H 全机理想焓降（kJ/kg）mact由 H-S 图上查得各个点的参数，可得ct中 低高（3395.92910.8+3599.7-3189.7+3218.8-2244.7）KJ/Kg （485.1+410+974.1)KJ/Kg 1869.2 KJ/Kgt汽轮机相对内效率，根据相关指标取为: t=90%m机械效率，参照国内同类型机组，可取为： m=99%g发电机效率，参照国内同类型机组，取： g=99
12、%代入公式计算得：D 0= 1871.488 t/h汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程3.1.2 除氧器、高、低加参数，凝汽器参数及加热器温升分配（1）除氧器出口工作压力和温度的确定由于本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 1.06MPa，由此查得饱和水和饱和水蒸汽热力性质表，可求得： tcy=182。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 24.2MPa，参考同类型机组得：给水温度为 280。查得在 5kPa 的背压下饱和水温度为 32.9,为计算方便，取给水温度为280.9。（2）凝汽器出口
13、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，蒸汽流量cpcp大，所以本机组的排汽初步设计为四排汽，但在实际计算过程中发现由于流量太大导致低压缸最后几级喷嘴和动叶高度太大，于是改为六个低压缸，为六排气。凝汽器设计为双壳体，为了提高机组经济性采用双背压、单流程，可在机组最大出力工况下长期进行。参照同类机组，低压凝汽器出口压力 PC 低 0.0049MPa ，高压凝汽器出口压力 0.0059MPa。由凝汽器出口压力查饱和蒸汽热力性
14、质表可得：cp高当 =0.0049MPa 时， =32.52,当 =0.0059MPa 时， 35.85。cp低 tcp高 t（3）高低加参数及加热器温升分配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的增加，fwt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，有限级i数的回热加热，在回热加热器中必引起有温差 的换热，从而产生回热过程的rt及相应的附加冷源热损失。但随着级数Z的增加， 减小，不利于影响减弱。rE rt工程
15、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，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。汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程加热器温升分配：加热器和除氧器采用温升分配（280.9-32.9）/8=313.1.3分级参数确定根据前面拟定热力过程线，调节级按高压缸理想焓降的 20%且不超过100kJ/kg 的原则，高压
16、缸剩余 9 个压力级按等焓降分配，中、低压缸也按等焓降分配，热力过程线近似为直线，参数如下表所示：表 4S P H S T调节级级前 6.278 23.232 562.6调节级级后 6.299 16.279 97.02 502.3高压缸第 1 级级后 6.307 14.183 35.99 0.008444 480.1高压缸第 2 级级后 6.316 12.288 35.99 0.008444 457.9高压缸第 3 级级后 6.324 10.638 35.99 0.008444 435.9高压缸第 4 级级后 6.333 9.157 35.99 0.008444 414.0高压缸第 5 级级后
17、 6.341 7.872 35.99 0.008444 392.3高压缸第 6 级级后 6.350 6.727 35.99 0.008444 370.7高压缸第 7 级级后 6.358 5.739 35.99 0.008444 349.3高压缸第 8 级级后 6.367 4.863 35.99 0.008444 327.9高压缸第 9 级级后 6.375 4.114 35.99 0.008444 306.8中压缸第 1 级进口参数 7.316 3.703 566.0中压缸第 1 级级后 7.324 3.066 63.35 0.0075 535.4中压缸第 2 级级后 7.331 2.501 6
18、3.35 0.0075 504.7中压缸第 3 级级后 7.339 2.070 63.35 0.0075 473.7中压缸第 4 级级后 7.346 1.683 63.35 0.0075 442.6中压缸第 5 级级后 7.354 1.355 63.35 0.0075 411.2中压缸第 6 级级后 7.361 1.082 63.35 0.0075 379.6低压缸第 1 级进口参数 7.380 1.039 379.2低压缸第 1 级级后 7.486 0.567 105.83 0.10629 324.6低压缸第 2 级级后 7.593 0.299 105.83 0.10629 269.7低压缸
19、第 3 级级后 7.699 0.151 105.83 0.10629 214.6低压缸第 4 级级后 7.805 0.073 105.83 0.10629 158.9低压缸第 5 级级后 7.911 0.034 105.83 0.10629 105.1低压缸第 6 级级后 8.018 0.013 105.83 0.10629 50.9低压缸第 7 级级后 8.124 0.005 105.83 0.10629 32.93.1.4 各抽汽参数确定（1）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
20、汽轮机课程设计说明书 （低压缸） 热能与动力工程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 3%；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，可求得各级相应的抽汽量,并参考同类型机组确定。 （2）高低加参数及加热器温升分配理论计算指出，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。但为了计算方便，本设计选
21、取等温升分配的规则，由于进入低加组的温度以及除氧器温度和给水温度均已知，故可以对高地价进出水温度进行合理分配。本设计中，第一级低加进口温度为 31，除氧器加热温升在 30-40之间，因此设定除氧器进口温度为 156.9，考虑到第一级低加抽气为低压缸末端，为了提高效率，可适当增加第一级抽气量。对于高加组，除氧器出口温度为 187.9，给水温度为 280.9，等温升分配原则下，各段温升均为 31。根据初步拟定的热力过程线和分级参数，初步估算回热抽汽流量和各加热器给水流量，如下表所示： 表 5 序号 1#高加 2#高加 3#高加 除氧器 5#低加 6#低加 7#低加 8#低加给水进口 T 249.9
22、 218.9 187.9 156.9 125.9 94.9 63.9 32.9给水出口 T 280.9 249.9 218.9 187.9 156.9 125.9 94.9 63.9给水进口 P 3.967 2.270 1.198 0.571 0.239 0.084 0.024 0.005给水进口焓 1084.8 938.4 798.3 662.2 528.9 397.6 267.5 137.8给水出口焓 1240.8 1084.8 938.4 798.3 662.2 528.9 397.6 267.5给水出口 P 6.501 3.967 2.270 1.198 0.571 0.239 0.084 0.024（3）各缸初末参数的确定GJ3 高压加热器其给水量为 htDDllfw /98.175.1948.710 高压端轴封漏汽量lht/漏入 H2高加的轴封漏汽量1l t/该加热器热平衡方程式为 heewf Dh)()(1112
