热力发电厂课程设计

350MW 凝汽式电厂原则性热力系统设计与计算 350MW 凝汽式电厂原则性热力系统设计与计算 （2010~2011 年度第 1 学期）
名 称：
热力发电厂课程设计 题 目：
火力发电厂原则性热力系统拟定和计算 院 系：
能源与动力工程学院 班 学 级：
号：
热能班 学生姓名：
指导教师：
设计周数：
1 成 绩：
日期：2011 年 12 月 28日~1 月 5 日 350MW 凝汽式电厂原则性热力系统设计与计算 一、设计任务书 1.1 设计题目：火力发电厂原则性热力系统拟定和计算 1.2 任务 1.2.1.拟定发电厂原则性热力系统 1.2.2.绘制发电厂原则性热力系统图 1.2.3.发电厂原则性热力系统计算（额定工况）
1.2.4.作汽轮机热力过程线 1.2.5.作汽水参数表 1.2.6.锅炉连续排污利用系统计算 1.2.7.高加组计算 1.2.8.除氧器计算 1.29.低加组计算 1.2.10.汽轮机汽耗量及各项汽水流量计算 1.2.11.汽轮机功率校核 1.2.12.热经济指标计算 1.3 计算类型 额定工况功率计算 1.4 热力系统简介 汽 轮 机 机 组 型 号 为300 MW-16.7/538/538机组 ，国产HG1021-18.2-540/540-WM10亚临界中间再热自然循环汽包锅炉。其原则性热力系统图 如图 1 所示。

汽轮机为单轴双缸双排汽，高中压缸采用和缸反流结构，低压缸为三层缸结构。高中压部分为冲动、反动混合式，低压部分为 双流、反动式。共有 8 级抽汽。其中第一、二、三级抽汽分别供 3 台高压加热器，第五、六、七、八级抽汽分别供 4 台低压加热器，第四级抽汽作为 0.738 MPa 压力除氧器的加热汽源。

八级回热加热器（除除氧器外）均装设了疏水冷却器。三级高压加热器均安装了内置式蒸汽冷却器，将三台高压加热器的上端差分别减小为-1.7℃、-0.5℃、0℃，从而提高了系统的热经济型。采取疏水逐级自流方式。有除盐装置 DE、一台轴封冷却器 SG。配有前置泵 TP的给水泵 FP，经常运行为汽动泵，小汽轮机 TD 为凝气式，正常运行其汽源取自第四段抽汽（中压缸排汽），无回热加热，其排汽引入主凝汽器。最末两级低加 H7、H8 位于凝汽器顶部。补充水引入凝汽器。

汽轮机的主凝结水由凝结水泵送出，依次流过轴封加热器。

图 1 原则性热力系统图 1.5 计算原始资料 1.5.1.汽轮机型式和参数 （1）机组型式：亚临界、一次再热、双缸双排汽、单轴、凝汽式汽轮机 （2）额定功率：Pe=300MW （3）主蒸汽初参数：p0=16.7MPa, t0=538℃, （4）再热蒸汽参数：热段：pr1=3.588MPa, tr1=336.8℃, 冷段：pr2=3.229MPa, tr2=538℃, （5）排汽压力：
pc=0.00595Mpa ，排汽比焓：hc=2494.5kJ/kg 1.5.2.回热系统参数 pfw=21.35MPa, pcw=1.72MPa 项目 单位 一抽 二抽 三抽 四抽 五抽 六抽 七抽 八抽 加热器编号 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 抽汽压力 MPa 5.99 3.59 1.62 0.738 0.315 0.132 0.0708 0.0225 抽汽温度 ℃ 388.2 320.6 431.8 326 226.2 139.2 90.3 62.6 端差 ℃ -1.7 0 0 0 2.8 2.8 2.8 2.8 注: H1、H2取4%，其他各抽汽管压降取 6%P（特殊性）
各加热器效率取,0.97(特殊性) 下端差取 6.3℃(特殊性) 各 轴 封 漏 汽 量 (kg/h) ：Dsg1=5854（去H1）Dsg2=262.5（去H3）Dsg3=4509（去H4）Dsg4=2931.5（去H7）Dsg5=452（去C）Dsg6=508（去SG）
各轴封漏汽焓(kJ/kg)：hsg1=3383.7 hsg2=3508.6 hsg3=3228.8 hsg4=3290.5 hsg5=2716.8 hsg6=2749.9 1.5.3.锅炉型式和参数 国产HG1021/18.2-540/540-WM10型亚临界中间再热自然循环汽包炉 额定蒸发量1021t/h 过热蒸汽参数psu=18.2MPa,tsu=540℃ 汽包压力pb=19.83Mpa 给水温度tfw=275℃ 锅炉效率ηb=0.913 管道效率ηp=0.985 1.5.4.其他已知数据 汽机进汽节流损失0.02Po 中压汽门节流损失0.02Pr2 锅炉排污量Dpw=0.01Db 全厂汽水损失DL=0.01Db 化学补充水压力0.39 Mpa，温度20℃ 机电效率ηmg=0.9924*0.987 排污扩容器效率ηf=0.98 排污扩容器压力Pf=0.8 二、热系统计算 2.1 汽水平衡计算 2.1.1.全厂补水率 由于计算前汽轮机进汽量 D0 为未知，故预选 D0=1023003kg/h 进行计 算，最后校核。

全厂工质渗漏系数：
aL=DL/D0=0.01Db/D0=10210/1023003=0.00998 锅炉排污系数：abl=Dbl/D0=0.01Db/D0=10210/1023003=0.00998 厂用汽系数：apl=0.01081 减温水系数：asp=0.02974 暖风器疏水系数：anf=0.01893 由全厂物质平衡：ama=apl+abl+al=0.01081+0.00998+0.00998=0.03077 2.1.2.给水系数 afw 如图 3 所示，1 点物质平衡：ab=a0+al=1+0.01122=1. 01122 2 点物质平衡：afw=ab+abl-asp=1. 01122+0.01122-0.02974=0.98938 2.1.3.各小汽流量系数 asg,i 按预选的 D0 和原始数据，计算得到轴封漏汽流量的流量系数， 表 1 机组轴封项漏气参数 Dsg1（去H1）
5854 hsg1 3383.7 asg1 0.0057224 Dsg2 (去H3）
262.5 hsg2 3508.6 asg2 0.0002566 D sg3（去H4）
4509 hsg3 3228.8 asg3 0.0044076 Dsg4（去H7）
2931.5 hsg4 3290.5 asg4 0.0028656 Dsg5（去C）
452 hsg5 2716.8 asg5 0.0004418 Dsg6（去SG）
508 hsg6 2749.9 asg6 0.0004966 ∑Dsg 14517 ∑asg 0.0141906 名称 全厂共 质渗漏 锅炉排污 厂用汽 暖风器 过热器减温水 离开系统的介质比焓 3394.4 1760.2 3108.2 3108.2 724.7 返回系统的介质比焓 83.7 83.7 83.7 687 724.7 2.2 汽轮机的汽态膨胀过程线 P0=16.7  t0=538 h0=3398.6 Prh=3.588  trh=538 hrh=3540.3 P1=5.99  t1=388.2 h1=3147.8 t2=320  P3=1.62 P4=0.78 t3=431.8 h3=3323.5 t4=326 h4=3113.1 t5=226.2 P2=3.59 h2=3029.5  P5=0.315  h5=2918.9 t6=139.3 h6=2752.6 P6=0.132  t7=90.3 h7=2660.1 单位：P—MPa T—°C H—kJ/kg P7=0.0708 P8=0.00225 Pc=0.00595 t8=66.51 h8=2520.9 hc=2594.5 S(kJ/kg*k)  2.3 各加热器、出水参数计算 首先计算高压加热器 H1。

加热器压力 p1: p1=(1-Δp1)p＇1=(1-0.04)*5.99=5.7504MPa p＇1----第一抽汽口压力；

Δp1----抽汽管道相对压损；

由 p1=5.7504MPa，查水蒸气性质表得 加热器饱和温度 ts1=272.83 0C H1 出水温度 tw,1=ts1-δt=272.83-(-1.7)=274.530C δt----加热器上端差。

H1 疏水温度 td,1：
td,1 =t＇w,1 +δt1 t＇w,1 ----进水温度，其值从高压加热器 H2 的上端差δt 计算得到；

δt1----加热器下端差。

已知加热器进水侧压力为 pfw=21.4MPa,由 tw,1，查 得 H1 出水比焓 hw,1. 再由 t＇w,1,pfw ,查得 H1 进水比焓 hw,2.由 td,1，p1 查得 H1 疏水比焓 hd,1. 至此，高压加热器 H1 的进、出口汽水参数已全部算出。按同样计算 ， 可一次计算出其余加热器 H2-H8 的各尽、出口汽水参数。将计算结 果列于表 2. 350MW 凝汽式电厂原则性热力系统设计与计算 表 2 回热加热系统汽水参数表 项目 单位 一抽 二抽 三抽 四抽 五抽 六抽 七抽 八抽 汽侧 加热器编号 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 抽汽压力p＇j MPa 5.99 3.59 1.62 0.738 0.315 0.132 0.0708 0.0225 抽汽温度tj ℃ 388.2 320.6 431.8 326 226.2 139.2 90.3 62.6 抽气焓hj kj/kg 3147.87 3029.5 3323.49 3113.06 2918.93 2752.65 2660.05 2520.94 管道压损 % 4 4 6 6 6 6 6 6 加热器侧压力 MPa 5.7504 3.4464 1.5228 0.69372 0.2961 0.12408 0.066552 0.02115 汽侧压力下饱和温度 ℃ 272.83 241.68 199.01 164.59 133.08 105.75 88.61 61.27 水侧 水侧压力 MPa 21.4 21.4 21.4 0.69372 0.68 0.68 0.68 0.68 上端差 ℃ -1.7 0 0 0 2.8 2.8 2.8 2.8 出水温度tw,j ℃ 274.53 241.68 199.01 164.59 130.28 102.95 85.81 58.47 出水比焓hw,j kj/kg 1208.28 1045.55 847.93 795.56 547.58 431.55 359.35 244.75 进水温度t＇w,j ℃ 241.68 199.01 185 130.28 102.95 85.81 58.47 33 进水比焓h＇w,j kj/kg 1045.55 847.93 795.56 547.58 431.55 359.35 244.75 138.3 下端差 ℃ 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 6.3 疏水温度td,j ℃ 247.98 205.31 191.3 136.58 109.25 92.11 64.77 39.3 疏水比焓hd,j kj/kg 1075.88 876.4 813.37 574.53 458.19 385.85 271.12 164.62 2.4 高压加热器组抽汽系数计算 1.由高压加热器 H1 热平衡计算 a1 高压加热器 H1 的抽汽系数 a1 a1=（afw(hw1-hw2)- asg1（hsg1- hd,1））/ηh/(h1-hd,1) =(0.99022*(1208.28-1045.55)-( 0.0057224*(3383.7-1075.88))/(3147.87-1075.88)/0.97= 0.07140 高压加热器 H1 的疏水系数 ad,1=a1+asg1= 0.07712 2.由高压加热器 H2 热平衡计算 a2、arh 高压加热器 H2 的抽汽系数 a2：
a2=afw(hw2-hw3)- ad,1(hd,1-hd,2)/ηh/(h2-hd,2) =0.08374 高压加热器 H2 的疏水系数 ad,2=a2+ad,1=0.16086 再热器流量系数 arh：
arh=1-a1-a2-asg1-asg2 =0.83602 3.由高压加热器 H3 热平衡计算 a2、arh p＇pu=p＇4+ρ＇gHpu=0.738+975/106*9.8*21.6=0.900108MPa Ppj=0.5*(ppu+p＇pu)=0.5*(0.900108+21.4)=11.15005MPa 取 hpj=h＇pu=795.56kJ/kg，查表可得 vpu=0.0010997m3/kg 给水泵介质焓升τpu=vpu(ppu-p＇pu)*103=27.161122kJ/kg 给水泵出口比焓 hpu=h＇pu+τpu=822.721122kJ/kg 高压加热器 H3 的抽汽系数 a3：
a3=(afw(hw3-hpu)/ηh-ad,2(hd,2-hd,3)- asg2（hsg2- hd,3）)/(h3-hd,3) =0.0563 高压加热器 H3 的疏水系数 ad,3=a3+ad,2=0.16675 2.5 除氧器抽汽系数计算 1.除氧器出水流量 ac,4=afw+asp=0.99022 + 0.02974= 1.01996 抽汽系数 a4：
a4=(ac,4(hw4-hw5)/ηh-ad3(hd3-hw5) -anf(hnf-hw5) – asg3（hsg3- hw5）)/(h4-hw5) =0.00486 2.6 低压加热器组抽汽系数计算 1.由低压加热器 H5 热平衡计算 a5 低压加热器 H5 的出水系数 ac,5：
ac,5=ac,4-ad,3-a4-anf = 1.01996 - 0.16675- 0.06935 - 0.01893=0.75921 低压加热器 H5 的抽汽系数 a5：
a5=ac,5(hw5-hw6)/ηh/(h5-hd,5) =0.03580 低压加热器 H5 的疏水系数 ad,5=a5= 0.03580 2.由低压加热器 H6 热平衡计算 a6 低压加热器 H6 的抽汽系数 a6：
a6=(ac,5(hw6-hw7)/ηh-ad,5(hd,5-hd,6))/(h6-hd,6) =0.02207 低压加热器 H6 的疏水系数 ad,6=ad,5+a6= 0.03580+0.02207 =0.05786 3. 由低压加热器 H7 热平衡计算 a7 低压加热器 H7 的抽汽系数 a7：
a7=(ac,5(hw7-hw8)/ηh-ad,6(hd,6-hd,7)–asg4*（hsg4-hd,7）)/(h7-hd,7)=0.03002 低压加热器 H7 的疏水系数 ad,7=a7+ asg4+ad,6 =0.03002+0.0028656+0.05786=0.09075 4.由低压加热器 H8 热平衡计算 a8 a8=(ac,5(hw8-hw,sg)/ηh-ad,7(hd,7-hd,8))/(h8-hd,8) =0.03123 低压加热器 H8 的疏水系数 ad,8=a8+ad,7=0.03123+0.09075=0.12198 2.7 凝汽系数 ac 计算 1.小汽机抽汽系数 axj=ac,4*τpu/(h4-hc,xj) = 1.01996 *170.66/(3113.06-2422.6)= 0.04012 2.由凝汽器的质量平衡计算 ac=ac,5-ad,8-axj-ama = 0.75921 -0.12198 - 0.04012 -0.03077 =0.56671 3.由汽轮机汽侧平衡校验 ac H4 抽汽口抽汽系数 a＇4=a4+axj+anf+apl =0.06935+0.04012 +0.01893+0.01081 =0.13922 各加热器抽汽系数和∑aj=a1+a2+a3+a＇4+a5+a6+a7+a8 =0.07140 +0.08374 +0.00563+0.06935+ 0.03580+0.02207+0.03002 +0.03123=0.41910 轴封漏气系数和∑asg,k=asg,1+ asg,2+ asg,3+asg,4+asg,5+asg,6 =0.01419 凝汽系数 ac=1-∑aj-∑asg,k=1-0.41910-0.01419 =0.56671 2.8 汽轮机内功计算 1.凝汽流做功 wc=ac*(h0-hc+qrh) =0.56671*(3398.62-2494.5+469.93) = 778.2kJ/kg 2.抽汽流做功∑wa,j 1kgH1 抽汽做功 wa,1=h0-h1=3398.62-3147.87=250.75kJ/kg 其余 H2~H8 抽汽做功计算同上，结果列于表 2-8 表2-8 做功量和抽汽量计算结果 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 1kg抽汽做功(kj/kg)wa,j 250.75 369.12 545.06 755.49 949.62 1115.9 1208.5 1347.61 各级抽汽量kg/h 73039 85667.787847 5759.414443 142418.39347 36622.045133 22573.317951 30709.938773 31949.313759 抽汽流总内功∑wa,j =a1wa,1+a2wa,2+a3wa,3+a＇4wa,4+a5wa,5+a6wa,6+a7wa,7+a8wa,8 =0.07140*250.75+0.08374*369.12+0.00563*545.06+0.13922*755.49+0.03580*949.62+0.02207*1115.9+0.03002*1208.5+0.03123*1337.61=294.0419864kJ/kg 3.附加功量∑wsg,k ∑wsg,k =asg1(h0-hsg1)+asg2(h0-hsg2)+asg3(h0-hsg3+qrh)+asg4(h0-hsg4+qrh) +asg5(h0-hsg5+qrh)+asg6(h0-hsg6+qrh) = 0.0065678 *(3398.62-3383.7)+0.0002945*(3398.62-3508.6)+ 0.0050588*(3398.62-3228.8+469.93)+0.003289*(3398.62-2716.8+469.93)+0.000507*(3398.62-2716.8+469.93)+ 0.0005699*(3398.62-2749.9+469.93)= 7.318879215kJ/kg 4.汽轮机内功 wi=wc+∑wa,j+∑wsg,k=1077.8kJ/kg 2.9 汽轮机内效率、热经济指标、汽水流量计算 1.汽轮机比热耗 q0=h0-hfw+arh*qrh=3398.62-1206.27+0.85852*469.93 =2583.2kJ/kg 2.汽轮机绝对内效率ηi=wi/q0=1077.8/2583.2=0.41723 3.汽轮机绝对电效率 ηe=ηi*ηg*ηm=0.41723*0.9924*0.987=0.4087 4.汽轮机热耗率 q=3600/ηe=3600/0.4087=8808.8kJ/kWh 5.汽轮机汽耗率 d：d=q/q0=8808.8/2583.2=3.410kg/kWh 6.汽轮机进汽量 D0=1000d*Pe=1000*3.410*300=1023003kg/h 其中 Pe—汽轮机额定功率，Pe=300MW。

7.校验：汽轮机进汽量 D0=1023003kg/h，与初选值相等。

8.给水流量 Gfw=ac,4*D0=1.01996*1023003=1043423kg/kWh 9.凝结水泵流量 Gcp=ac,5*D0=0.75921*1023003=776673 kg/h 10.凝汽量 Dc=ac*D0=0.56671 *1023003=579362 kg/h 11.第一级抽汽量 D1=a1*D0=0.07140 *1023003= 73039 kg/h 其余 H2~H8 抽汽量的计算结果，列于 2-9 表。

2.10 全厂性热经济指标计算 1.全厂效率ηcp=ηbηpηe=0.913*0.9985*0.4087=0.36753 2.全厂热耗率qcp=3600/ηcp=3600/0.36753=9640.17286 kJ/kWh 3.标准煤耗bcp=0.123/ηcp=0.123/0.36753=334.667g/kW 4.锅炉有效热 q1=(afw-abl)(hb-hfw)+abl(hbl-hfw)+asp(hb-hsp)+arh*qrh =(0.99022-0.00998 )*( 3383.34-1206.27)+0.00998*(1760.3-1206.3)+0.02974*(3383.34-724.7)+ 0.83602 *469.93=2645.7 kJ/kg 三、反平衡校核 1.锅炉输入热量 qr=q1/ηb=2645.7/0.913=2897.805kJ/kg 2.锅炉损失 △qb=（1-ηb）qr=(1-0.913)*2897.805=252.11kJ/kg 3.排污损失 △qbl=abl(hbl-hma)= 0.00998*(1760.3-83.7) = 16.73kJ/kg 4.全厂共质渗漏损失△ql=al(hl-hma)= 0.07140 *(3394.4-83.7) = 33.04kJ/kg 5.厂用汽损失 △qpl=apl(hpl-hma) =0.01081*(3108.2-83.7)=32.69kJ/kg 6.凝汽流冷源损失△qc=ac(hc-h＇c)= 0.56671*(2494.5-135) = 1336.22 kJ/kg 7.小汽机冷源损失 △qxj=axj(hxj-h＇c)= 0.04012*(2422.6-135) = 91.78kJ/kg 8.补充水冷源损失 △qma=ama(hma-h＇c)= 0.03077 *(83.7-135) = -1.58kJ/kg 9.低加 H8 疏水冷源损失△qd,8=ad,8(hd,8-h＇c) =0.12198*(167.55-135)=3.6kJ/kg 10.轴加疏水冷源损失△qd,sg=ad,sg(hd,sg-h＇c) =0.0162*(425.55-135)=4.12kJ/kg 11.暖风器损失△qnf=anf(hnf-h＇nf) =0.01893*(3108.2-687)=45.83kJ/kg 12.管道散热损失△qp=ab(hb-h0)+arh(h＇rh-hrh) =1.00974*(3383.3-3398.6)+0.85852*(3567.4-3546.9) =-20.9 kJ/kg 13.轴封汽散热损失∑△qsg= asg1*hsg1+asg2*hsg2+asg3*hsg3-(asg4*hsg4+asg5*hsg5+asg6*hsg6)=0.0057224*3383.7+0.0002566*3508.6+0.004408*3228.8-(0.002866*3290.5+0.000442*2716.8+0.0004966*2749.9) =3.136kJ/kg 14.上述各项损失之和∑△qi=1796.75 kJ/kg 15.汽轮机内功 w＇i：w＇i=qr-∑△qi=2897.804 -1796.75 =1101.058kJ/kg 16.正反平衡相对误差δwi：δwi=(1101.058 -1077.8 )/ 1077.8 =2.15673 % 计算无误 四、附表 附表1 流量系数 a1(抽汽系数) 0.07140 ad,l(疏水系数) 0.07712 a2 0.08374 ad,2=ad,1+a2 0.16086 arh(再热器流量系数）
0.85852 a3 0.00563 ad,3 0.16675 ac4 1.01996 a4 0.06935 ac5 0.75921 a5 0.03580 ad,5 0.03580 a6 0.02207 ad,6 0.05786 a7 0.03002 ad,7 0.09075 a8 0.03123 ad,8 0.12198 axj 0.04012 ac 0.56633 a＇4 0.13922 ∑aj 0.41910 ∑asg,k 0.01419 ac（校验) 0.56671 附表2 做功量和抽气量计算结果 汽轮机内功 wi 1077.8 汽轮机比热耗q0 2583.2097732 汽轮机绝对内效率ηi 0.41723748504 汽轮机绝对电效率ηe 0.40868361592 汽轮机热耗率q 8808.7700603 汽轮机汽耗率d 3.4100095748 汽轮机进汽量D0 1023003 给水流量Gfw 1043423 凝结水泵流量Gcp 776673 凝气量Dc 579362 附表3 全厂性热经济指标计算 锅炉有效热量 q1（kJ/kg）
2645.7 管道效率ηp 0.985 锅炉效率ηb 0.36753121921 全厂效率ηcp 1.0160695681 全厂热耗率qcp 29770.838346 标准煤耗bcp 0.3290161385 全厂热耗qcp 9640.172858 全厂供电标准煤耗bn 0.35378079408 附表4 反平衡校核 锅炉输入热量 qr（kJ/kg）
2897.8045921 锅炉损失Δqb（kJ/kg）
252.10899951 排污损失Δqbl（kJ/kg）
16.733172825 全厂工质渗漏损失ΔqL（kJ/kg）
33.042177784 厂用汽损失Δqpl（kJ/kg）
32.694845 凝汽流冷源损失Δqc（kJ/kg）
1336.2157716 小汽机冷源损失Δqxj（kJ/kg）
91.781612052 化学补充水冷源损失Δqma（kJ/kg）
-1.5813135077 低加 H8疏水冷源损失Δqd,8（kJ/kg）
3.6020758911 轴封加热器疏水冷源损失Δqsg（kJ/kg）
4.1217941883 暖风器损失Δqnf（kJ/kg）
45.833316 管道散热损失Δqp（kJ/kg）
-20.941857122 轴封汽散热损失∑△qsg 3.1364748197 损失之和∑Δqi（kJ/kg）
1796.747069 汽轮机内功 w＇i（kJ/kg）
1101.0575231 正反平衡相对误差δwi 0.021567374506 参考文献 【1】《 热 力 发 电 厂 》（ 1986），中国电力出版社，郑体宽主编 【2】《 热 力 发 电 厂 》（ 1995），中国电力出版社，郑体宽主编 【3】《 热 力 发 电 厂 》（ 2001），中国电力出版社，郑体宽主编 【4】《 热 力 发 电 厂 》（ 2004），中国电力出版社，叶涛主编 【5】《热力发电厂例题、习题、思考题部分》，西交大，武学素主编 【6】《热力发电厂课程设计》，中国电力出版社，黄新元主编 【7】水和水蒸汽表350MW 凝汽式电厂原则性热力系统设计与计算 350MW 凝汽式电厂原则性热力系统设计与计算