原则性的热力系统

具有工业及采暖抽汽供热式汽轮机的热电厂原则性热力系统计算热电厂原则性热力系统附图所示，求在计算的供热工况和汽轮机耗汽量0D '下的发电量和全厂各项热经济指标。

已知：1、 汽轮机、锅炉主要特征 （1） 汽轮机机组型式 前苏联 ∏T —135/165-12.75/1.27型 新汽参数 0p =12.75 M a p (130ata), 0t =565℃ 终参数c p =3.4×310- M a p抽汽 七级抽汽,其中第3、6、7为调节抽汽，第3级为工业抽汽。

第6、7级为采暖抽汽功率 额定功率135MW ，最大功率165MW （2） 锅炉型式 自然循环汽包炉 参数b p =13.83 M a p , b t =570℃锅炉效率 b η=0.92 2、 供热抽汽及供热系统第3级工业抽汽调压范围为0.785~1.27 M a p (8~13ata)。

直接向热用户供汽,回水率50％,回至补充水除氧气MD 。

第6、7级采暖汽调压范围分别为0.0588~0.45 Ma p (0.6~2.5ata),0.0392~0.11M a p (0.4~1.2ata)。

经由基载热网加热器（BH1、BH2）和热水锅炉（WB ）通过水网热用户供暖。

在凝汽器内装有部分管束，用以预热采暖热网返回水。

网水设计送水温度dsn t =150℃。

3、回热抽汽及回热系统七级回热抽汽分别供三个高压加热器、一个前置式定压给水除氧器HD 和四个低压加热器用汽。

另外还专门设置了大气式补水除氧器MD ，以及保证MD 正常运行设立的补水预热器SW 。

在计算工况下各级抽汽压力、抽汽温度如表所示。

给水温度234℃，给水泵出口压力17.5 Ma p 。

给水在给水泵中理想泵功a puw =186kJ/kg ，给水泵效率pu η=0.8。

1、 计算工况工业热负荷供汽s D =302400kg/h ，3p =1.27 M a p ，回水温度ss t =90℃ ，相应回水焓ss w h ,近似为：90×4。

原则性热力系统与全面热力系统热电厂的任务是将燃料的化学能转变为热能和电能，这种转变是由一系列设备来完成的。

将热力设备按照热力循环顺序，用管道连接起来的系统称为热力系统。

对热力系统的表示方法有下述两种。

一、原则性热力系统在热力设备中，工质按照热力循环顺序流动的系统称为原则性热力系统。

其作用是表明工质的能量转换及热量利用过程，反映热电厂能量转换过程的技术完善程度和热经济性的高低。

通过计算可以确定各设备的汽水量及热电厂的热经济指标。

原则性热力系统只表示出工质的流动过程中发生压力、温度变化所必须的工种热力设备，并且对同类型、同参数的设备只表示一个，备用设备不予绘出，设备附件一般均不表示。

原则性热力系统主要由下列各局部热力系统组成：锅炉、汽轮机及凝结器的连接系统，凝结水和给水回热加热系统，除氧器系统，补充水系统，废热回收系统及供热机组的对外供热系统等。

二、全面性热力系统热电厂的全面热力系统，是全厂所有热力设备和汽水管道及其附件相互连接的总系统。

全面性热力系统图是热电厂进行设计、施工、运行的指导性系统图之一。

全面性热力系统要按照设备的实有数量表示出全部主要设备和辅助设备，如锅炉、汽轮发电机组、各种热交换器、减温加压器、各种水泵及水箱等；也要按实际表示出热电厂的主要蒸汽系统、凝结水系统、回热加热系统、供热系统；还必须表示出各管道系统中的一切操作部件，如截止阀、调节阀、逆止阀、安全阀、水位调整器、疏水器、减温装置，高压加热器的自动盘路阀，流量计孔板等。

从而明确地反映了全厂设备的配置情况及在各种工况下的事故状态的运行方式。

附属于各设备的有机组成部分的管道系统，如汽轮机本体疏水系统，锅炉本体的汽水管道系统等，可不在全面性热力系统中表示。

对于一些次要的管道，如热电厂的疏水系统、凝结器及加热器的空气管路系统，在热力系统图中一般只标出其主要部分或部件。

若要详细地表示某部分的设备及系统，可绘制该部分设备的局部性热力系统，如主蒸汽系统、给水系统、供热系统、循环水系统等。

原则性热力系统与全面性热力系统发电厂热力系统图发电厂热力系统图按照应用的目的和编制方法不同，分成原则性热力系统和全面性热力系统。

以规定的符号来表示工质按某种热力循环顺序流经的各种热力设备之间联系的线路图，称为发电厂的原则性热力系统图。

表示工质的能量转换及其热量利用的过程，反映了发电厂能量转换过程的技术完善程度和发电厂热经济性的好坏。

以规定的符号表明全厂主辅热力设备，包括运行的和备用的，以及按照电能生产过程连接这些热力设备的汽水管道和附件整体系统图，称为发电厂的全面性热力系统图。

原则性热力系统作用：用来计算和确定各设备、管道的汽水流量，发电厂的热经济指标。

又称为计算热力系统。

组成：锅炉、汽轮、主蒸汽及再热蒸汽管道和凝汽设备的连接系统、给水回热加热器、除氧器和给水箱系统、补充水系统、锅炉连续排污及热量利用系统、对外供热系统及各种水泵等。

类型和容量相同时，原则性热力系统也可能不尽相同。

不同的连接方式所获得的经济效果也不同编制发电厂原则性热力系统的主要步骤（一）确定发电厂的型式及规划容量根据电网结构及其发展规划，燃料资源及供应状况，供水条件、交通运输、地质地形、地震及占地拆迁，水文气象，废渣处理、施工条件及环境保护要求和资金来源等，通过综合分析比较确定电厂规划容量、分期建设容量及建成期限。

涉外工程要考虑供货方或订货方所在国的有关情况。

（二）选择汽轮机凝汽式发电厂选用凝汽式机组，其单位容量应根据系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择。

各汽轮机制造厂生产的汽轮机型式、单机容量及其蒸汽参数，是通过综合的技术经济比较或优化确定的。

（三）绘发电厂原则性热力系统图汽轮机型式和单机容量确定后，即可根据汽轮机制造厂提供的该机组本体汽水系统，和选定的锅炉型式来绘制原则性热力系统图。

（四）发电厂原则性热力系统计算进行几个典型工况的原则性热力计算，及其全厂热经济指标计算，详见本章第三、四节。

（五）选择锅炉选择锅炉应符合现行的SD268‐1988《燃煤电站锅炉技术条件》的规定，必须适应燃用煤种的煤质特性及现行规定中的煤质允许变化范围。

一、原则性热力系统拟定及数据整理1、设计题目本次工程选择的主机是上海汽轮机厂生产的引进优化型亚临界300MW机组，该300MW汽轮机为上海汽轮机厂引进美国西屋公司的技术制造的亚临界、中间再热、双缸双排汽、高中压合缸、单轴、反动、凝汽式汽轮机。

型号：N300MW-16.7/538/538-1型；额定功率：300MW转速：3000r/min；给水回热：八段不调整抽汽（3个高压加热器+1个除氧器+4个低压加热器），其中高压缸2段，中压缸2段，低压缸4段；额定背压：0.0049 MPa；额定冷却水温度：20℃；2、额定工况（TRL）下的热力参数1）额定功率：300MW，外供热量见任务书2）新蒸汽：（高压主汽阀前）主汽压力p0=16.7MPa；主汽温t0=538℃；再热蒸汽：（中压联合汽阀前）p zr=3.41MPa；再热汽温t zr=538℃3）排汽压力p n=11.8 kPa；排汽焓h n=2427.6kJ/kg4）系统补水率3%5）各级抽汽参数：见下表亚临界压力 300MW 凝汽式机组蒸汽膨胀过程二、全厂热力系统工质平衡汽轮机总耗汽量锅炉蒸发量D' = D0D b = D’ +D l = D 0 +0.03D bD b =1.0309D 0锅炉给水量D fw=D b+D bl=1.0309D0+0.03D b=1.061827D01)扩容排污排污量D bl =3%D b排污扩容器和排污水冷却器的热效率ηf，ηf为98%。

取汽包压力p=1.12p 0，p 0 =18.704MPa,p=18.704MPa下饱和水的焓值h bl，查水蒸气表得：h bl =1763.232kJ/kg。

p 扩=p ,4 (1+3%)=0.80731MPa。

p 扩下饱和水和饱和蒸汽的焓h f ' 、h f "。

查水蒸气表得h f' =722.84 kJ/Kg，h f " =2769.23 kJ/Kg由扩容排污器物质平衡得：D bl = D f + D 'bl （2-1）由扩容排污器热平衡得：D bl h blηf = D f h f '' + D bl' h f' （2-2）由公式（2-1）和（2-2）得D f =0.01519D 0，D bl =0.015737D 0D fw =D b +D bl =1.0309D 0 +0.03D b =1.061827D 0故化补水量D ma =（D l + D ' ）+100000=0.046664D 0 +100000扩容排污冷却器取化补水温度为15℃，则化补水焓值h w,ma =4.1818×15=62.727kJ/kg环境参数为90kPa，t hj =15℃，排入地沟的水温度为40℃。

汽轮机原则性热力系统根据热力循环的特征，以安全和经济为原则，将汽轮机与锅炉本体由管道、阀门及其辅助设备连接起来，组成发电厂的热力系统。

汽轮机热力系统是指主蒸汽、再热蒸汽系统，旁路系统，轴封系统，辅助蒸汽系统和回热抽汽系统等。

下面着重介绍主蒸汽系统及旁路系统。

第一节主蒸汽及再热蒸汽系统锅炉与汽轮机之间的蒸汽管道与通往各用汽点的支管及其附件称为主、再热蒸汽系统。

本机组的主蒸汽及再热蒸汽采用单元制连接方式，即一机一炉相配合的连接系统，如图3-1所示。

该连接方式结构简单、阀门少、管道短而阻力小，便于自动化的集中控制。

一、主蒸汽系统主、再热蒸汽管道均为单元双—单—双管制系统，主蒸汽管道上不装设隔断阀，主蒸汽可作为汽动给水泵及轴封在机组启动或低负荷时备用汽源。

主蒸汽从锅炉过热器的两个出口由两根蒸汽管道引出后汇合成一根主蒸汽管道送至汽轮机，再分成两根蒸汽管道进入2只高压自动主汽阀、4只调节阀，然后借助4根导汽管进入高压缸，在高压缸内做功后的蒸汽经过2只高压排汽逆止阀，再经过蒸汽管道（冷段管）回到锅炉的再热器重新加热。

经过再热后的蒸汽温度由335℃升高到538℃，压力由3.483MPa 降至3.135MPa，由于主、再热蒸汽流量变化不多蒸汽比容增加将近一倍。

再热后蒸汽由两根蒸汽管道引出后汇合成一根再蒸汽管道送至汽轮机，再分成两根蒸汽管道经过2只再热联合汽阀（中压自动主汽阀及中压调节阀的组合）进入中压缸。

它设有两级旁路，I级旁路从高压自动主汽阀前引出，蒸汽经减压减温后排至再热器冷段管，采用给水作为减温水。

II级旁路从中压缸自动主汽阀前引出，蒸汽经减压减温后送至凝汽器，用凝结水泵出口的凝结水作为减温水。

带动给水泵的小汽轮机是利用中压缸排汽作为工作汽源（第4段抽汽，下称低压蒸汽）。

由于低压蒸汽的参数随主机的负荷降低而降低，当负荷下降至额定负荷的40％时，该汽源已不能满足要求，所以需采用新蒸汽（下称高压蒸汽）作为低负荷的补充汽源或独立汽源。

一、课程设计目的通过设计加深巩固热力发电厂所学理论知识，了解热力发电厂计算的一般步骤，掌握热力系统的能量平衡式、质量平衡式和热经济性指标的计算，并考虑不同辅助成分引入回热系统对机组热经济性影响，一期达到通过课程设计进一步了解发电厂系统和设备的目的。

具体要求是按给定的设计条件及有关参数，求出给出的热力系统额定工况时各部分的汽水流量和各项热经济性指标。

二、设计目的及已知条件1、125MW 机组的原则性热力系统计算2、原则性热力系统图3、汽机形式和参数机组形式：国产N125—135/550/550型超高压中间再热凝汽式汽轮机额定参数：125000千瓦，处参数：0135P =绝对大气压，00550t C =再热参数：热段压力23.4绝对大气压，温度：0550C 排气参数：00.05P =绝对大气压 0.942=n X 4、回热系统参数该机组有7组不调节抽气，额定工况时，其抽气参数如表1，给水泵的压力为170绝对大气压，凝结水泵的出口压力为12绝对大气压。

表1 N125—135/550/550型机组回热抽气参数5、门杆漏气和轴封系统漏气表2 门杆漏气量和轴封系统漏气量6、锅炉型式和参数锅炉形式：国产SG400/140型汽包式自然循环锅炉 额定蒸发量：400吨/时 过热蒸汽参数：141gr P =绝对大气压,0555C =gr t ,156b P =绝对大气压 给水温度：0240C =gs t 锅炉效率： 0.911gl η= 7、其他已知及数据 汽机进汽节流损失 00.05P 中间联合汽门节流损失 0.05s P 均压缸压力 1.5绝对大气压 轴封加热器压力 0.97绝对大气压 锅炉排污量：0.01PW gl D D = 全厂汽水损失：0.015l gl D D =化学补充水压力为6绝对大气压 温度为20℃ 该热发电机组的电机效率 m g 0.980.985ηη⨯=⨯ 排污水冷却器效率 b 0.98η= 排污水冷却器端差 8℃ 除氧器水箱水位标示 20m 三、计算过程1、汽态曲线（N125-135/550/550型机组的蒸汽膨胀过程曲线）2、根据已知数据计算或查出有关的汽水参数如表33、锅炉排污利用系统计算表4 有关热汽量及排污利用系统的比焓值计算锅炉连续排污利用系统 4、各级抽汽量计算 ①给水泵中的比焓升p h ∆，除氧器水箱标示20m ，则给水泵进口压力为363109.820/100.793fp p gh p ρ'=+=⨯⨯+＝0.989MPa除氧器压力下的饱和温度0179.43pf t C =，查表760.717/fp h KJ Kg '=，2.104/fp fp S S KJ Kg '''==，给水泵出口压力17.221fp P MPa ''=，779.04/fp h KJ kg ''=，故779.04760.73()/22.89/0.8p fp fp gph h h h KJ Kg η-'''∆=-==高压加热器和除氧器计算系统 ＃1加热器平均为1112()()z n f w w w h h h h αηα-=-1211() 1.05727(1045.76949.02)0.048018()(3159.72986.21)0.98fw w w z n h h h h ααη--===--⨯＃2加热器平均为[]22211223()()()z z z n f ww w h h h h h h ααηα-+-=-，[]2(3078.75739.88)0.048018(986.21739.88)0.98 1.05727(949.02704.82)α-+-=- 20.107584α=120.1075840.0480180.155602αα+=+= 110.1556020.844398h α-=-= ＃3除氧器 物质平衡为87123123()()l l m m c f fw αααααααααα-+++++++=433(7851)2547100.1556020.002561 1.05727c αα--++⨯++++=330.889207c αα=-热平衡为()87210233343l l m m rn c w f f fw h h h h h h n h αααααααηα'''⎡⎤-+++++=⎣⎦ 30.063426α=，30.8892070.0634260.825781C α=-=＃4加热器热平衡[]444345()()n c w w h h h h αηα'-=- 4(3117.96617.63)0.980.825781(614.16512.71)α-⨯=- 40.034190α= ＃5加热器热平衡[]55545356()4()()n cww h h h h h h ααηα'''-+-=-[]56(2978.69525.61)0.034190(617.63525.610.980.825781(512.71)wz h α-+-=- 560.1748330.00034350.051416wz h α=-=混合点m 的物质平衡为345676()c c c c ααααααα=+++++5．汽机各级段通流量计算（1）调节级第1-6级通流量：()161α-= （2）第7-8级通流量：()()()()167816910110.0080.048018L L ααααα----==+-=+-0.959982=（3）再热蒸汽通流量：()82780.9599820.00780.1075840.844598rh L αααα-=--=--=（4）中压缸第9-14级通流量：()()()341011914rh m m L L αααααα-=--+-()()0.8445980.00030.00030.02740.009=--+-0.862398=（5）中压缸第15-16级通流量：()()31115169140.8623980.0634260.0090.807972L αααα--=-+=-+=（6）中压缸第17-18级通流量：()()4171815160.8079720.034190.773782ααα--=-=-=（7）低压缸第19-21级通流量:()()512192117180.7737820.0514160.00090.721466αααα--=--=--=（8）低压缸第22-23级通流量：()()6222319210.7214260.0328980.688568ααα--=-=-=（9）低压缸第24级通流量：()24722230.6885680.0199390.668629ααα-=-=-=（10）排入凝汽器流量:'2415160.6686290.0010.0010.666629n αααα=--=--=甲凝汽器物质平衡验算:(1921)70.7160790.0261720.0199390.00410.665868n ma sg ααααα-=---=---=误差：'0.6666290.665868100%100%0.11%0.665868n n n n ααδαα--=⨯=⨯= 允许。