600MW中间再热冲动式凝汽式汽轮机设计说明书

表4
机组功率（MW）
600
喷嘴高度（mm）
48
动叶高度（mm）
50
Sinα1
079α1取为12°
Sinα2
0.4067α2取为24°
面积比
1．600
喷嘴叶型
TC-1A
动叶叶型
TP-1A
理想热降
88.6（级效率为η=0.75）
先取适当的速度比值，以保证调节级的效率。由于调节级都为部分进汽，所以其最佳速度比要比全周进汽的小，一般在额定工况下，单列级 ~0.45，或者更小。本设计中取小值，即： =0.4。
——考虑轴封漏汽、门杆漏汽所需的新汽量，一般 ≤2%D，这里取为1%D； ——全机理想焓降（kJ/kg）
由H-S图上查得各个点的参数，可得
＝kJ/kg－3144.287+3535.334 kJ/kgkJ/kg+3200kJ/kg－2kJ/kg＝kJ/kg
——汽轮机相对内效率，根据相关指标取为: =90%
于是中压缸进汽压力为： =Pr- =3.159MPa;
（3）线4－5表示蒸汽进入中压缸时，其中压主汽阀和调节汽阀的压力损失为：
=2%Pr=0.0702MPa(因为中压缸的调节汽阀只在低负荷时才动作，平时则处于全开状态，故节流损失较小，所以取为2%Pr。)
（4）线5－6表示中压缸的膨胀过程，可用凝汽式汽轮机拟定热力过程线的方法确定。由于蒸汽再热后的温度与中压找的蒸汽排汽二度均比一般中压式汽轮机高得多，所以也高些，因此热力过程更接近于直线。一般在线5－6的中点处沿等压线下弯大约7KJ/kg，就可得近似的热力过程线。
——机械效率，参照国内同类型机组，可取为： =99%
——发电机效率，参照国内同类型机组，取： =99%
解得： ＝T/h
（2）漏汽量的确定
漏汽包括门杆漏汽和轴封漏汽
①门杆漏汽估计为总进汽量的2%；
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；
机组回热抽汽和疏水系统如图1所示：
图1回热抽汽和疏水系统
关键点参数的确定
①凝汽器出口压力和温度
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，蒸汽流量大，所以本机组的排汽设计为四排汽。凝汽器设计为双壳体，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 ＝0.0045MPa，高压凝汽器出口压力 ＝0.0054MPa。由凝汽器出口压力查饱和蒸汽热力性质表可得：当 =0.0045MPa时， ℃,当 =0.0054MPa时， ＝℃。
②给水温度的确定
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MPa，参考同类型机组得：给水温度为270℃。
③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MPa，由此查饱和水和饱和水蒸汽热力性质表，可求得：tcy=℃=184℃。
1.2 600MW
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300MW—600MW亚临界机组，同时要发展超临界机组。
蒸汽的
加热器各级焓升分配
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，对具有中间再热的回热系统，为减小再热使抽汽焓值升高的影响，应对给水的等焓分配原则做适当的修正，即由再热器冷段供汽的那个加热器的给水焓升约是前一级加热器给水焓升的1.5~1.8倍，这样不致因再热使蒸汽焓值提高而导致抽汽量下降，其余各级加热器仍按等焓升原则。
表3
加热器类型
高压加热器
除氧器
低压加热器
编号
GJ3
GJ2
GJ1
CY
DJ4
DJ3
DJ2
DJ1
抽汽点（几级后）
5
7
10
12
13/20
15/22
16/23
17/24
抽汽压力MPa
抽汽压损%
5
5
5
6
6
6
5
5
抽汽温度
抽汽量Kg/h
104423
158868
40200
62344
96003
43173
51721
88561
总得漏汽量估计为总进汽量得3%；
③抽汽量用抽汽系数αi表示,根据回热系统中的抽汽流量可得各个段得抽汽系数
④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
以上汽轮机抽汽参数的确定见表3：
汽轮机额定工况抽汽参数
通过理论计算和参考其他同类型机组，确定加热器各级焓升如表2所示：
各加热器各级焓升分配
表2
编号
GJ3
GJ2
GJ1
CY
DJ4
DJ3
DJ2
DJ1
焓升
（KJ/kg）
118
201
65
113
169
76
94
177
2
（1）对一般的凝汽式汽轮机，其进汽量可按下式估算：
（T/h）
式中：m——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=；
平均直径：调节级的平均直径选取范围为：对于高压及超高压以上机组（整体转子）， =900~1100mm，这时因为整体转子的能段走私受到限制，目前国内一般不能大于1100mm，对于单列调节级为了使调节级的焓降较大可取直径的上限值。由于一个级的焓降、速比、平均直径三者中只有两个是独立变量，故：平均直径由公式计算：
（5）汽轮机蒸汽的近似膨胀过程曲线（全机热力过程线）见附图2（A3图）
2
（1）调节级的选型
调节级有单列和双列之分，这取决于经济功率下调节级理想焓降的大小。由于本设计机组属高参数、大容量类，并在是电网中承担基本负荷的汽轮机，要求有尽量好的经济性，这种汽轮机的进汽量或容积流量很大，经由前轴填充的漏汽量通常不超过总进汽量的1%，且前几个压力级的叶片容易设计成具有较大的高度，在这种情况下，采用单列调节级是合理的。国产中间再热机组的调节级均为单列，设计工况下的理想焓降也都不超过100kJ/kg,虽然机组的结构有所复杂，成本有所提高，但由于经济性提高了，它的全面技术经济指标还是比较合理的。
中间再热蒸汽额定压力 =MPa
再热压力损失 =0.351MPa
汽轮机额定功率与经济功率
由于本设计中的汽轮机是高参数、大容量适用于担负基本负荷的机组，故汽轮机经常在额定功率和接近额定功率下运行，因此，可选择确定汽轮机额定功率与汽轮机的经济功率相等，即：P=600MW。
汽轮机转速：
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：3000rpm(偏差为±3转)。
再热压力、温度
对于中间再热机组，再热温度 是指蒸汽经中间再热器后汽轮机中压缸阀门前的温度。为充分利用材料潜力，一般都把再热温度取成与新汽温度相等或稍高一些。本例中取中间再热蒸汽额定温度 =538℃。在 的条件下，最有利的中间再热压力 约是新汽压力 的16%－26%。再热压力损失为再热前压力的（8～12）%,本设计取10％
2
2
根据设计任务中给定的已知参数，汽轮机热力设计基本参数的选取如下：
蒸汽参数
汽轮机进汽额定压力P0：16.7MPa；
汽轮机额定温度t0：538℃；
汽轮机排汽压力
给水温度与回热级数
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。给水温度为270℃左右。共8级回热，3个高温加热器、1个除氧器、4个低温加热器。
设计要求
1）汽轮机为基本负荷兼调峰运行
2）汽轮机型式：冲动、一次中间再热、凝汽式
1.
根据以上设计要求，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，绘图统一采用AutoCAD 2006绘图，提高计算的效率和准确性,计算表格和附图统一见附录。
抽汽系数
（3）热力系统平衡图的绘制（见附图1）
2
具有中间再热的凝汽式汽轮机，可以看作由两部分组成，即蒸汽初始状态到再热器前的高压部分和再热器后到排汽压力的中、低压部分，如图3所示：
热力过程线拟定过程中相应参数的估定：
首先选取高、中、低压缸各缸相对内效率为： =88%， =91%， =89%。
图3 中间再热机组势力过程曲线的拟定
（1）图中线1-2表示高压缸进汽机构中的节流过程，其节流损失为： =5% =0.835MPa；
（2）线2-3表示高压部分膨胀过程，由于在高压过热区，各级效率变化不大，所以可近似以直线表示，线3-4表示中间再热器及再热冷热管道中的热力过程，此过程产生的焓降不能在汽轮机内部做功，形成了再热损失，其值取为： =10%Pr=0.351MPa;
综上所述，该汽轮机机组热力设计基本参数的选取如表1所示：
汽轮机机组热力设计基本参数的选取
表1
项目
选取参数
机组型号
N600─/538
机组型式
一次中间再热多级冲动式调峰汽轮机
新汽压力
新汽温度
538℃
排汽压力
额定功率
600MW
额定转速
3000rpm
给水温度
270℃
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
再热压力损失
0.0351 MPa
再热温度
538℃
2
高、低加个数的确定
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，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 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。工程上级数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。采用双背压凝汽器以提高机组经济性。
变换得：
则： m/s.
由于调节级为部分进汽，其反动度要比全周进汽的级小，故对于单列调节级反动度取为： =0.05。
由 可见，在其他参数不变的条件下，叶高 与部分进汽度e成反比。叶高越小，叶高损失越大，但部分进汽损失越小。部分进汽损失又可分为两种:一种为鼓风损失,另一种为斥汽损失。部分进汽度e越小，则鼓风损失和斥汽损失越大，从而部分抵消了由于叶高增大而提高的效率，为了使调节级获得较高的效率，确定调节级的叶高和部分进汽度时须使 与 之和为最小。
（2）调节级焓降的选择
目前，国产大功率汽轮机调节级（单列）的理想热降约为：70~100kJ/kg，据此，本设计中采用单列调节级，经济功率下的调节级理想焓降取为：85kJ/kg。
参照课程设计指导书表3-5 国产机组单列调节级的主要参数，并做适当修正改进得本设计的相关主要参数如表4所示。
调节级主要参数的选取
600MW中间再热冲动式、凝汽式汽轮机设计说明书
1
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。