N25-3.5435汽轮机通流部分热力计算

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第一节25MW汽轮机热力计算一、设计基本参数选择1.汽轮机类型机组型号:N25-3.5/435。机组形式:单压、单缸单轴凝器式汽轮机。2.基本参数额定功率:Pel=25MW;新蒸汽压力P0=3.5MPa,新蒸汽温度t0=435℃;凝汽器压力Pc=5.1kPa;汽轮机转速n=3000r/min。3.其他参数给水泵出口压力Pfp=6.3MPa;凝结水泵出口压力Pcp=1.2MPa;机械效率ηm=0.99发电机效率ηg=0.965加热器效率ηh=0.984.相对内效率的估计根据已有同类机组相关运行数据选择汽轮机的相对内效率,ηri=83%5.损失的估算主汽阀和调节汽阀节流压力损失:ΔP0=0.05P0=0.175Mpa。排气阻力损失:ΔPc=0.04Pc=0.000204MPa=0.204kPa。二、汽轮机热力过程线的拟定(1)在h-s图上,根据新蒸汽压力P0=3.5MPa和新蒸汽温度t0=435℃,可确定汽轮机进气状态点0(主汽阀前),并查得该点的比焓值h0=3303.61kJ/kg,比熵s0=6.9593kJ/kg(kg·℃),比体积v0=0.0897758m3/kg。(2)在h-s图上,根据初压P0=3.5MPa及主汽阀和调节汽阀节流压力损失ΔP0=0.175Mpa可以确定调节级前压力p0’=P0-ΔP0=3.325MPa,然后根据p0’与h0的交点可以确定调节级级前状态点1,并查得该点的温度t’0=433.88℃,比熵s’0=6.9820kJ/kg(kg·℃),比体积v’0=0.0945239m3/kg。(3)在h-s图上,根据凝汽器压力Pc=0.0051MPa和排气阻力损失ΔPc=0.000204MPa,可以确定排气压力pc’=Pc+ΔPc=0.005304MPa。(4)在h-s图上,根据凝汽器压力Pc=0.0051MPa和s0=6.9593kJ/kg(kg·℃)可以确定气缸理想出口状态点2t,并查得该点比焓值hct=2124.02kJ/kg,温度tct=33.23℃,比体积vct=22.6694183m3/kg,干度xct=0.8194。由此可以的带汽轮机理想比焓降∆𝐻𝑡𝑚𝑎𝑐=ℎ0−ℎ𝑐𝑡=1179.59kJ/kg,进而可以确定汽轮机实际比焓降∆𝐻𝑖𝑚𝑎𝑐=∆𝐻𝑡𝑚𝑎𝑐×η𝑟𝑖=979.06kJ/kg,再根据h0、∆𝐻𝑖𝑚𝑎𝑐和pc’可以确定实际出口状态点2,并查得该点的比焓值hc2=2324.55kJ/kg,温度tc2=33.92℃,比体积vc2=24.0549667m3/kg,干度xc2=0.9016。(5)若不考虑末级余速损失,直接到步骤(6),若考虑末级余速损失,则有第四章中Δhc2的计算方法得到δℎ𝑐2=0.018×∆𝐻𝑡𝑚𝑎𝑐=kJ/kg,然后沿压力线pc’下移kJ/kg得3点,并查得该点比焓值hc3=kJ/kg,温度tc3=℃,比体积vc3=m3/kg,干度xc3=。用直线连接1、3两点,在中间4’点处沿压力线下移(12~15)kJ/kg得4点,光滑连接1、4、3点则由点0、1、3、2连接的线即为该机组再设计工况的近似热力过程线。(6)用直线连接1、2两点,在中间3’点沿压力线下移20-25kJ/kg得3点,光滑连接1、3、2点,则由0、1、3、2连接的线即为该机组在设计工况下的近似热力过程线。拟定的热力过程线如图7-1所示。三、汽轮机进气量估计设m=1.08,∆𝐷0=3%𝐷0,设计功率Pe=20000kW,则由式(4-3)得𝐷0=3.6×200001181.87×0.82×0.99×0.965×1.08+0.03𝐷0=86.58𝑡/ℎ四、抽气回热系统热平衡初步计算1.给水温度的选取根据初压P0=3.5MPa,可以求得P0对应下的饱和水温ts0=242.56℃,则由第四章中确定给水温度的经验公式得tfw=ts0x0.72=174.64℃。2.回热抽气级数的选择选择5段回热抽气,采用“二高二低一除氧”的形式,高压加热器采用内置式疏水冷却器;高压加热器疏水收集方式为逐级自流到除氧器,低压气疏水方式为逐级自流,5号低压加热器采用疏水泵,其加热器(包括除氧器)的编号从高压到低压依次排序,为1、2、……、5号。3.除氧器工作压力的选择除氧器定压运行,工作压力选为Pd=0.118Mpa。4.回热系统图的拟定一台汽轮机抽气回热系统的拟定主要取决于该机组的给水温度、抽气回热级数及除氧器工作压力等。根据25MW汽轮机这几方面数值的确定,可画出如图7-2所示的回热系统。5.各加热器汽水参数计算已知:高压加热器上端差θ1=5℃,θ2=5℃;下端差θj=0℃(j=1,2)。低压加热器上端差θj=3℃(j=4,5)。各段抽气压损ΔPj=8%Pj(j=1、2、4、5)由于除氧器定压运行,为了使其工作稳定,压损取17%。给水温度tfw=161℃凝汽器压力Pc对应下的饱和水温,即凝结水温度tc=33.23℃除氧器工作压力Pd对应下的饱和水温,即除氧器水箱出口水温td=104.3℃。本次计算暂不考虑水泵与凝结水泵的温升。根据等温升法取各级加热器进出口水温tfw、水比焓hwj;通过上端差求取各级加热器凝结段的饱和水温度tbj,饱和水比焓hbj,加热器汽侧工作压力Pj’,抽气压力Pj;通过下端差计算各级加热器的疏水温度tsj、疏水比焓(过冷水)hsj,最后再根据抽气压力与热力过程线的交点在h-s图上查取各段抽气温度tj(或干度xj)、抽气比焓值hj。由等温升法可得高压加热器水侧升温为Δt1=(tfw-td)/2=28.35℃由等温升法可得低压加热器水侧升温为Δt2=(td-tc)/2=23.69℃则tw1=tfw=161℃,tw2=132.65℃;tw3=td=104.30℃;tw4=80.61℃;tw5=56.92℃。(1)1号高压加热器。根据给水温度,可以得到1号高压加热器出口水温tw1=tfw=161℃;由给水泵出口压力Pfp和tw1可得1号高压加热器出口水比焓hw1=683.23kJ/kg;1号高压加热器凝结段的饱和水温度tb1=tw1+θ1=166℃;hb1=704.87kJ/kg;1号高压加热器汽侧工作压力p1’=0.718364MPa;1段抽气压力P1=0.78083MPa;1号高压加热器疏水温度𝑡=𝑡−∆𝑡+=166;1号高压加热器疏水比焓hs1=704.87kJ/kg。表7-125MW凝汽式汽轮机加热器汽水参数表项目单位H1H2H3(HI)H4H5C回热抽汽抽汽压力jPMPa0.78080.36750.1420.05950.02160.0051抽汽温度jt(干度jx)℃268213.51410.9940.96—抽汽比焓值jhKJ/Kg2989.722890.642755.272638.712517.72—抽汽压损Pj%881788—加热器汽侧压力jPMPa0.718360.33810.1180.054780.01987—jP下的饱和水温bjt℃166137.65104.383.6159.92—jP下的饱和水比焓bjhKJ/Kg704.875830.4434.27351.01251.81—抽汽放热jqKJ/Kg2284.852307.62416.852287.762265.91—疏水疏水上端差j℃55033—下端差℃——————疏水温度sjt(疏水冷却器出口水温)℃——————疏水比焓sjh(疏水冷却器出口水比焓)℃——————疏水放热jKJ/Kg——————水侧加热器出口水温wjt℃161132.65104.380.6156.9233.23加热器水侧压力wPMPa6.36.30.1181.21.2—加热器出口水比焓wjhKJ/Kg683.23561.75441.84338.42239.27139.24给水比焓升jKJ/Kg121.48119.91103.4299.15100.03—(2)2号高压加热器。2号高压加热器出口水温tw2=tw1-28.35=132.65℃;由给水泵出口压力Pfp和tw2可得2号高压加热器出口水比焓hw2=561.75kJ/kg;2号高压加热器凝结段的饱和水温度tb2=tw2+θ2=137.65℃;hb2=583.04kJ/kg;2号高压加热器汽侧工作压力p2’=0.33810293MPa;2段抽气压力P2=0.367503MPa;2号高压加热器疏水温度𝑡2=𝑡2−∆𝑡2+2=137.65;2号高压加热器疏水比焓hs2=583.04kJ/kg。(3)除氧器。除氧器工作压力P3’=pd=0.118MPa;3段抽气压力P3=0.142MPa;水温td=104.3℃;出口水比焓hd=434.27kJ/kg;由给水泵出口压力Pfp和tw3得到给水泵出口水比焓值hw3=441.84kJ/kg。(4)4号低压加热器4号低压加热器出口水温tw4=80.61℃;4号低压加热器出口水比焓hw4=338.42kJ/kg;4号低压加热器疏水温度𝑡=𝑡+=83.61;hs4=351.01kJ/kg;4号低压加热器汽侧工作压力p4’=0.05478487MPa;4段抽气压力P4=0.059548771MPa;(5)5号低压加热器5号低压加热器出口水温tw5=56.92℃;5号低压加热器出口水比焓hw5=239.27kJ/kg;5号低压加热器疏水温度𝑡=𝑡+=59.92;hs5=251.81kJ/kg;5号低压加热器汽侧工作压力p5’=0.01987207MPa;5段抽气压力P5=0.0216MPa。各加热器汽侧和水侧的基本参数如表7-1所示。6.回热系统热平衡初步算法(1)1号高压加热器。1号高压加热器热平衡图如图7-3所示,根据表面式加热器热平衡原理可列出方程=(ℎ−ℎ2)⁄ℎ−ℎ=(683.23−561.75)0.98⁄2989.72−70.87=0.05252657(2)2号高压加热器。2号高压加热器热平衡图如图7-4所示,根据表面式加热器热平衡原理可列出方程2=(ℎ2−ℎ)−(ℎ−ℎ2)⁄ℎ2−ℎ2=1×(561.75−1.8)0.98−0.05252657×(70.87−583.0)2890.6−583.0=0.05015927(3)除氧器。除氧器热平衡图如图7-5所示,根据表面式加热器热平衡原理可列出方程=(ℎ−ℎ)−(−2)(ℎ2−ℎ)⁄ℎ−ℎ=1×(3.27−338.2)0.98−(0.05252657−0.05015927)×(583.0−338.2)⁄2755.27−338.2=0.02990038𝑐=1−−2−=0.865687631h2hs2hw2αfwhw3图7-42号高压加热器热平衡图α2α3h3αc3hw4α1+α2hs2hsαfw图7-5除氧器热平衡图α1h1hs1hw1αfwhw2图7-31号高压加热器热平衡图(5)4号低压加热器和5号低压加热器。4号低压加热器和5号低压加热器热平衡图如图7-6所示,因5号低压加热器疏水采用了疏水泵,将疏水送到了5号低压加热器出口(4号低压加热器入口)的主凝结管道中,在5号低压加热器出口(4号低压加热器入口)处形成了一个混合点,将混合点看成一个混合式加热器,根据混合式加热器热平衡原理,及4号低压加热器(表面式加热器)热平衡原理,可列出方程ℎ+𝑐ℎ=𝑐ℎ+ℎ则根据5号抵押及责任期(表面式加热器)热平衡原理,可列出方程ℎ+ℎ𝑐𝑐+ℎ=𝑐ℎ+(+)ℎ则联立求解上述方程,得到α4=0.03828007α5=0.037320193αc=0.79008331α4h4α5h5αc3hw4h'w5hw5h'cαchs5α4hs4α4+α5图7-64、5号低压加热器热平衡图五、调节级的选择与计算(一)基本参数(1)调节级的形式为单列调节级。(2)调节级比焓降为112kJ/kg。(3)调节级的速比xa=0.4。(4)调节级平均直径:𝑚=60𝑎√2∆ℎ𝑡0=60×0.×√2×105×103.1×3000=1168.5取1170。(5)调节级反

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