汽轮机课程设计---23MW凝汽式汽轮机热力设计

汽轮机原理课程设计说明书-1-第一章23MW凝汽式汽轮机设计任务书1.1设计题目：23MW凝汽式汽轮机热力设计1.2设计任务及内容根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。在保证运行安全的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。汽轮机设计的主要内容：1.确定汽轮机型式及配汽方式；2.拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算；3.确定调节级型式、比焓降、叶型及尺寸等；4.确定压力级级数，进行比焓降分配；5.各级详细热力计算，确定各级通流部分的几何尺寸、相对内效率、内功率与整机实际热力过程曲线；6.整机校核，汇总计算表格。1.3设计原始资料额定功率：23MW设计功率：18.4MW新汽压力：3.43MPa新汽温度：435℃排汽压力：0.005MPa冷却水温：22℃机组转速：3000r/min回热抽汽级数：5给水温度：168℃1.4设计要求1.严格遵守作息时间，在规定地点认真完成设计，设计共计两周；2.完成设计说明书一份，要求过程完整，数据准确；3.完成通流部分纵剖面图一张（A0图）4.计算结果以表格汇总。汽轮机原理课程设计说明书-2-第二章多极汽轮机热力计算2.1近似热力过程曲线的拟定一、进排汽机构及连接管道的各项损失蒸汽流过个阀门及连接管道时，会产生节流损失和压力损失。表2-1列出了这些损失通常选取范围。表2-1汽轮机各阀门及连接管道中节流损失和压力估取范围损失名称符号估算范围主汽管和调节阀节流损失0p△P=（0.03～0.05）0p排汽管中压力损失cp△P=（0.02～0.06）cp回热抽汽管中压力损失ep△P=（0.04～0.08）ep图2-1进排汽机构损失的热力过程曲线(Δhtmac)＇t0P0＇ΔhtmacΔP0Δhimac0ΔPc0＇shP0PcPc＇汽轮机原理课程设计说明书-3-二、汽轮机近似热力过程曲线的拟定根据经验，对一般非中间再热凝汽式汽轮机可近似地按图2-2所示方法拟定近似热力过程曲线。由已知的新汽参数p0、t0，可得汽轮机进汽状态点0，并查得初比焓h0=3304.2kj/kg。由前所得，设进汽机构的节流损失ΔP0=0.04P0=0.1372MPa得到调节级前压力P0＇=P0-ΔP0=3.2928MPa，并确定调节级前蒸汽状态点1。过1点作等比熵线向下交于Px线于2点，查得h2t=2152.1kj/kg，整机的理想比焓降'023304.221201184.2mactthhh3304.2-2128=1176kj/kg。由上估计进汽量后得到的相对内效率ηri=83.1%，有效比焓降Δhtmac=（Δhtmac）＇ηri=1176×0.831=977.3kj/kg，排汽比焓03304.2986.3282317.872maczthhh3304.2-977.3=2326.9kj/kg，在h-s图上得排汽点Z。用直线连接1、Z两点，在中间'3点处沿等压线下移21～25kj/kg得3点，用光滑连接1、3、Z点，得该机设计工况下的近似热力过程曲线，如图2-2所示。图2-212MW凝汽式汽轮机近似热力过程曲线h2t=2152.1kj/kg33＇02tz435℃1176.2kj/kg977.3kj/kgh0=3304.2kJ/kg21～25kj/kg3.43Mpa3.2928Mpa0.005Mpahz=2326.9kj/kg汽轮机原理课程设计说明书-4-2.2汽轮机总进汽量的初步估算一般凝汽式汽轮机的总蒸汽流量0D可由下式估算：DmhPDmgrimacte'06.3=84.36t/h式中eP———汽轮机的设计功率，KW；'macth——通流部分的理想比焓降，Kj/kg；ri———汽轮机通流部分相对内效率的初步估算值；g———机组的发电机效率；m———机组的机械效率；D———考虑阀杆漏气和前轴封漏汽及保证在处参数下降或背压升高时仍能发出设计功率的蒸汽余量，通常取=3%左右，t/hm————考虑回热抽汽引起进汽量增大的系数，它与回热级数、给水温度、汽轮机容量及参数有关，通常取m=1.08～1.25，设m=1.16ΔD=2.5t/hm=0.99g=0.97则D0=(3.6×18400×1.16/977.3×0.99×0.97)+2.5=84.36t/h蒸汽量D包括前轴封漏汽量Dl=1.500t/h（其中Dl1=0.77t/h漏人H2高压加热器），D/D0=3%。调节抽汽式汽轮机通流部分设计式，要考虑到调节抽汽工况及纯凝汽工况。般高压部分的进汽量及几何尺寸以调节抽汽工况作为设计工况进行计算，低压部分的进汽量及几何下以纯凝汽工况作为设计工况进行计算。2.3回热系统的热平衡初步计算汽轮机进汽量估算及汽轮机近似热力过程曲线拟定以后，就可进行回热系统的热平衡计算。一、回热抽汽压力的确定1.除氧器的工作压力给水温度fwt和回热级数fwz确定之后，应根据机组的初参数和容量确定除氧器的工作压力。除氧器的工作压力与除氧效果关系不大，一般根据技术经济比较和实用条件来确定。通常在中低参数机组中采用大气式除氧器。大气式除氧器的工作压力一般汽轮机原理课程设计说明书-5-选择略高于大气压力即0.118MP.2.抽汽管中压力损失ep在进行热力设计时，要求ep不超过抽汽压力的10%，通常取ep=（0.04～0.08）ep，级间抽汽时取较大值，高中压排汽时取较小值。3.表面式加热器出口传热端差t由于金属表面的传热阻力，表面式加热器的给水出口水温2wt与回热抽汽在加热器中凝结的饱和水温'et间存在温差t='et-2wt称为加热器的出口端差，又称上端差，经济上合理的端差需通过综合的技术比较确定。一般无蒸汽冷却段的加热器取t=3～6℃4.回热抽汽压力的确定在确定了给水温度fwt、回热抽汽级数fwz、上端差t和抽汽管道压损ep等参数后，可以根据除氧器的工作压力，确定除氧器前的低压加热器数和除氧器后的高压加热器数，同时确定各级加热器的比焓升wh或温升wt。这样，各级加热器的给水出口水温2wt也就确定了。根据上端差t可确定各级加热器内的疏水温度'et，即'et=2wt+t。从水和水蒸气热力性质图表中可查得'et所对应的饱和蒸汽压力-----个加热器的工作压力'ep。考虑回热抽汽管中的压力损失，可求出汽轮机得抽汽压力ep，即ep='ep+ep。在汽轮机近似热力过程曲线中分别找出个抽汽点得比焓值eh，并将上述参数列成表格如下：表2-223MW凝汽式汽轮机即热汽水参数汽轮机原理课程设计说明书-6-加热器号抽汽压力ep（MPa）抽汽比焓eh（Kj/kg）抽汽管压损eepp（%）加热器工作压力'ep（MPa）饱和水温度'et℃饱和水比焓'eh（Kj/kg）出口端差t℃给水出口水温2wt℃给水出口比焓2wh（Kj/kg）H10.9253022.480.851173732.45168710.50H20.351284880.322136572.055131550.65Hd0.1422709.5170.118104.254370104.25437H30.0872630.180.08093390.2390.15376.7H40.0312490.880.02968.4284.6365.4273.1二、各级加热器回热抽汽量计算1.1H高压加热器其给水量为Dfw=D0-ΔDl+ΔDej=39.72-1.5+0.77+1=84.67t/h式中ΔDl———高压端轴封漏汽量，t/h；ΔDl1———漏人H2高压加热器的轴封漏汽量，t/h；ΔDej———射汽漏汽器耗汽量，t/h。该级回热抽汽量为：21'()()elelelf=6.01t/h2.'22'212550.6543784.674.31/()(2848572.1)0.98eewwecwhhhDDthhh考虑前轴封一部分漏气量漏人本级加热器并放热可使本级回热抽气量减少的相当量为：ΔDl1=0.77×（3116-572.1）/(2848-572.1)=0.75汽轮机原理课程设计说明书-7-考虑上级加热器疏水流入高压加热器并放热可使本级回热抽气量减少的相当量为：'elD=6.01×（732.4-572.1）/(2482-572.1)=0.35t/h3.dH（除氧器）除氧器为混合式加热器，其平衡图见图2-3。图2-3混合式加热器2''11()ededellecwwfwedDhDDeDhDhDh21cwledelfwDDDDDeD代入数字解得：edD=1.53t/hcwD=73.08t/h4.低压加热器321'3376.7273.173.083.45/()(2630.1390.2)0.98ewwcweehhhDDthhhH4的计算抽气量为：'4eD=84.76（273.1-147.59）/(2490.8-284.6)×0.98=4.92t/h2.4流经汽轮机各级机组的蒸汽两级及其内功率计算调节级：D0=84.36t/hΔDelhelΔDdhedhed＇hw1hw2Dfwhel＇Dcwhw1hel＇(b)（c）he2hw1hw2Dfwhe2＇ΔDl1hel＇ΔDe2汽轮机原理课程设计说明书-8-Pi0=D0(h0-h2)/3.6=84.36×（3304.2－3116）/3.6=4410.1kw（调节级后压力为1.228Mpa，h2=3116kj/kg,待调节级型式选定及热力计算后求得。第一次估算时，可估取调节级理想比焓降及级效率后在h-s图的近似热力过程线上查得）第一级组：D1=D0-ΔDl=84.36-1.5=82.86t/hPi1=D1（hl-he1）/3.6=82.86×（3116－3032）/3.6=1979.4kw第二级组：D2=D1-ΔDel=82.86-6.01=76.86t/hPi2=D2（he1-hed）/3.6=76.86×（3032－2848）/3.6=3808kw第三级组：D3=D2-ΔDed=76.86-3.21=73.65t/hPi3=D3（hed-h2）/3.6=73.65×（2848－2709.5）/3.6=2823kw第四级组：D4=D3-ΔDe3=73.65-1.53=72.1t/hPi4=D4（h2-hz）/3.6=72.1×（2709－2630.1）/3.6=1580.1kw第五级组：D5=72.1-3.5=68.5t/hPi5=68.5×(2630.1-2490.8)/3.6=2646.8第六级组：D6=68.5-4.92=63.58t/hPi6=63.58×(2490.8-2330.2)/3.6=2737.5整机内功率：Pi=ΣPi=4410.1+1979.4+3808+2823+1580.1+2646.8+2737.5=19556.kw2.5计算汽轮机装置的热经济性机械损失ΔPm=Pi(1-ηm)=19556×(1-0.99)=196kw轴端功率Pa=Pi-ΔPm=19556-196=19360kw发电机功率Pe=Paηg=19360×0.97=18779kw校核汽轮机原理课程设计说明书-9-（18779-18400）/18400×100%=2%符合设计工况Pe=18400kw的要求，原估计的蒸汽量D0正确。汽耗率：3010942003.7425192.47eDdP=4.49kg/(kw·h)不抽汽时(回热抽汽阀停用)估计汽耗率：300010()[]3.6zmmDdDhhP=3.86t/h汽轮机装置汽耗率：0()fwqdhh=4.49×（3304.2－710.2）=11647.1KJ/(kw.h)0()fwqdhh----给水焓，由给水温度150℃，给水压力P=0.543MPa，查得0()fwqdhh=710.2kj/kg汽轮机装置的绝对电效率：3600100%elq=3600/11647.1=3