热力系统设计开题报告.docx
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热力系统设计开题报告
开题报告
论文题目：
N600MW机组
热力系统初步设计
学生姓名：
学院名称：
能源与动力工程学院
专业名称：
热能与动力工程专业
班级名称：
热动
学号：
指导教师：
教师职称:
副教授
学历：
本科
2012年
一．选题依据
1.设计目的及意义
近年来，我国电力工业发展迅速，电力供应能力显著增强。
但是，中国电力工业的发展同样面临资源和环境两个瓶颈，电力工业结构不合理的矛盾仍十分突出，特别是能耗高、污染重的小火电机组比重过高，从而造成我国电力行业能源消耗和主要污染物排放总量较大。
纵观世界上的先进国家，已经普遍采用大容量和超临界的机组，这不仅能有效提高发电机组的经济型，也能为建设低消耗、低污染的节约型社会做出贡献。
从国家“十五”建设后期至今，伴随着国民经济的高速发展，我国的电力负荷出现了前所未有的高速增长，电力供应不足的现象更加显现。
近年来，水电来水偏枯，火电装机不足，局部电网被“卡脖子”，有点送不出，加剧了电力供需矛盾。
随着我国电力工业技术实力的增强，近年来，我国电力工业的装机容量大幅增长,以300MW和600MW机组为主的发电机组陆续上马。
发展亚临界和超临界机组是火力发电领域中提高发电效率、节约能源、改善环境影响、降低发电成本的必然趋势。
针对目前我国煤炭资源储量相对丰富，以及水电建设周期长、投资大、涉及因素多、风险高，而其他发电方法技术不完善，前期投入较大等一系列问题，火力发电在相当长的时期内将一直居于主导地位。
发电厂的任务是将燃料中的热能转变为电能，这种转化是由已给定的热力设备按照热力循环的顺序来完成的。
发电厂热力部分的主、辅设备按照热力循环的顺序用管道和附件连接起来的整体线路图，称为发电厂的热力系统图。
系统图中除锅炉和汽轮发电机组外，还有凝汽没备、回热加热器、除氧器、轴封冷却器、锅炉连续排污扩容器、生水加热器及各种水泵等，热电厂还包括热网加热器、蒸发器及返回水泵等。
整个热力系统可以视作一部庞大而复杂的机器。
其中的任何一台设备均可以看作是大机器中的一个零件，任何设备发生故障或事故停用都会影响整个电厂的安全和经济运行[1]。
在生产实践中，按其应用的目的和编制方法不同，热力系统有两种不同的基本型式，即原则性热力系统和全面性热力系统。
其中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。
原则性热力系统图
的实质是用来表明工质的能量转换及其热量利用的过程，它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。
由于原则性热力系统只表示工质流过时状态参数发生变化的各种热力备。
故图中同类型同参数的设备只用一个来表示，它仅表明设备之间的主要联系，备用设备、管道及附件一般不画出。
原则性热力系统的作用是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等，故又称为计算热力系统。
原则性热力系统主要由下列局部系统组成：
锅炉、汽轮机、主蒸汽及再热蒸汽管道和凝汽设备的连接系统；给水回热加热系统；除氧器和给水箱系统；补充水系统；连续排污及热量利用系统；如供热机组还包括对外供热系统等。
由于各发电厂具体情况不同，即使是主要热力设备的类型和容量相同时，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。
因此正确地拟定、分析和论证合理的原则性热力系统，在不同的连接方案中选择最优方案，是发电厂设计和技术改进节能工作的重要环节[2]。
发电厂的全面性热力系统是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。
发电厂全面性热力系统是根据原则性热力系统拟定的。
原则性热力系统只考虑了电厂能量转换及热量利用的基本过程。
而全面性热力系统同时又考虑了怎样连续实现电厂的能量转换，当设备或管路停运或检修时，不影响主机乃至整个电厂的连续生产，必须装置备用设备及其备用管路，如备用给水泵、备用疏水管路等。
为适应启动、低负荷运行、变工况、正常运行、事故或停止运行时各种运行方式变化的需要，装置了各种不同作用的操作部件和安全保护部件，如截止阀、调节阀、减压阀、逆止阀、安全阀、水位调节阀、疏水器、减温装置、高压加热器的自动旁路、流量测量孔板等。
全面性热力系统图是按发电厂设备的实际数量绘制的。
包括全厂主要热力设备和辅助设备，如锅炉设备、汽轮发电机组、各种热交换器、减温减压器、各种水泵、水箱等。
并按发电厂的现有情况表示出发电厂的主蒸汽系统、凝结水系统、回热抽汽系统、除氧器系统、锅炉给水系统、补充水系统、启动旁路系统以及锅炉启动系统，如果是热电厂，还有供热系统等管道系统。
在全面性热力系统图中，属于热力设备本身的有机组成部分，如锅炉本体的汽水管道系统、汽轮机本体的疏水系统、辅助汽轮机的疏水等一般均不加表示；属于一些次要管道系统，如锅炉连续和定期排污系统、高压和低压加热器的空气抽出系统，一般情况下只部分的表示。
因此，我选“邹县发电厂N600MW机组热力系统初步设计”，能够熟悉电厂的热力系统，具有了解提高电厂热经济性方法的意义。
2.设计拟解决的工程实际问题
（1）全面性热力系统标明一切必需的连接管路和管路上的一切附件，因而反映了全厂热力设备的配置情况和各种运行工况的切换方式，是发电厂运行操作的依据。
（2）发电厂全面性热力系统简单或复杂，对设计而言，直接影响到投资的多少和钢材的耗用量；对施工而言，直接影响到施工工作量的大小和施工期限的长短；对运行而言，直接影响到运行调度的灵活性、可靠性和经济性，工质损失的多少和散热损失的大小；对检修而言，直接影响到各种切换的可能性及备用设备投入的可能性。
（3）在发电厂设计时，可以根据拟定的全面性热力系统图,编制全厂汽水设备总表，计算管子的直径和壁厚，提出管制件的定货清单[3]。
3.设计拟应用的现场资料综述
（1）汽轮机的型式及参数
由东方汽轮机厂和日立公司合作生产的N600-16.67/538/538型机组,亚临界一次中间再热、单轴、冲动式、三缸四排汽式汽轮机。
初参数
=16.67MPa,
=538℃；
再热参数：
热段压力3.61MPa,温度538℃
排汽压力：
=0.00495MPa，
=2598.328kJ/kg
汽轮机的机械效率：
=0.995；
各阀门处的压力损失各为2%。
（2）回热系统参数
本机组采用8段非调整抽汽，除氧器定压运行，额定工况时参数如下表：
项目
单位
回热抽汽参数
1
2
3
4
5
6
7
8
加热器编号
GJ3
GJ2
GJ1
CY
DJ4
DJ3
DJ2
DJ1
抽汽压力
MPa
5.899
3．959
1．8228
1．1466
0．6586
0．1328
0．064
0．05037
抽汽温度
℃
385.6
331.5
437．5
374
304．9
182．8
124．7
81．5
抽汽管道压力损失系数
5.8%
5%
7%
5.1%
7%
6．9%
5．1%
5%
加热器端差
℃
-1.7
-1
-2
0
-2
-2
-2
-2.8
疏水冷却器进口端差
℃
5.6
5.6
5.6
5.6
5
0
5.6
（3）锅炉型炉和参数
锅炉型式FWEC2020-18.1/540/540-1压临界中间再热自然循环锅炉
锅炉参数：
压力18.1MPa。
温度540℃
汽包压力19.3MPa。
额定蒸发量1960t/h
再热蒸汽进/出口压力：
3.85/3.63MPa,温度540℃
最终给水温度:
271.5℃
锅炉效率:
92.2%
连续排污量:
=0.006
连续排污扩容器压力1.1476MPa。
（4）辅机及系统参数
汽动给水泵小汽机的汽源为4段抽汽和再热器冷段蒸汽；
额定压力为1.1466MPa,温度374℃,排汽压力0.0043（0.0056）MPa；
耗汽量为0.03182
给水泵出口压力:
19.7MPa,给水泵效率:
85%,
厂汽水损失
=0.007
；
进入除氧器的轴封汽：
=0.001
=3390kJ/kg;
进入轴封加热器的轴封汽:
=0.0011
=3137.58kJ/kg；
轴封加热器压力:
0.0085MPa；
加热器效率:
=0.98除氧器水面高度20m;
补给水压力:
0.44MPa；补给水温度:
20℃。
（5）发电机型式和参数
发电机型式：
QFSN-600-2
发电机效率：
=0.988
4.设计拟应用的文献综述
本课题围绕电厂原则性热力系统拟定及电厂全面性热力系统理论为中心，以国内外有关热力系统计算和分析的文章作为参考文献，为本课题的一些理论和计算提供科学依据，使本设计更具说服力和实际性。
5.设计相关技术的国内外现状
（1）热电厂热力系统优化设计的简捷方法
①等效热降法
等效热降法是火电厂进行热力系统定量分析的有力工具。
它虽然起步较晚,但80年代开始就已经得到了越来越广泛的运用。
与传统的常规计算相比,具有计算简捷、准确等特点,尤其是在对热力系统进行局部定量分析时,更突出了它的这一优越性。
等效热降法的使用有着严格的限制条件：
首先,等效热降的计算是以新蒸汽流量保持不变为前提条件的；同时,它还假定新蒸汽参数、再热参数、终参数以及各抽汽参数均为已知,且保持不变,即汽轮机膨胀过程线的变化暂时不考虑。
此外,为了局部定量分析的方便,设定加入循环的热量Q（燃料供热量）,也保持不变。
在这些前提条件下,求得的全部抽汽等效热降和抽汽效率,是一些完全确定的数值和物理含义相当确切的参量。
它们以一次性参数供给,不必经常计算,成为分析热力系统的重要参数,新机组的这些参数,最好由制造厂提供;运行多年或参数有变化的机组,可通过热力试验给予确定。
等效热降Hj的物理意义是:
1kg抽汽流从No.j处返回汽轮机的真实作功能力,它标志着汽轮机各抽汽口蒸汽的能级或能位高低。
抽汽效率j表示任意热量加到汽轮机的回热系统No.j处时,该热量在汽轮机中转变为功的程度或份额。
实际工程计算中,大量应用的是抽汽效率j,尤其是在局部定量计算中使用更为普遍。
因为热系统中任意地方发生热量的增减变化,它所引起的作功变化就等于该热量与所处能级的抽汽效率的乘积。
尤其应当明确的是,所得的作功变化,已毫无遗漏地考虑了该能级以下所有加热器的抽汽量、疏水量等的全部变化。
这是因为j中反应了这些变化的缘故。
所以j是等效热降的核心,是等效热降能使局部定量分析简便、准确的根本所在。
关于等效热降法的详细介绍和有关公式的推导,读者可参阅有关热力发电厂热力系统计算的专业书籍。
②投资差额回收分析法
根据等效热降法可以快捷地计算出热力系统的某个子系统的经济收益。
但对工程建设项目而言,光做到这一点是不够的。
业主关心的问题是:
设置该子系统需要多少投资?
回收这些投资需要多长时间?
如果从整个热电厂工程项目来看,由于热力系统局部发生了变化,将引起总投资及经济收益的变化,主要技术经济指标随之发生变化,需重新核算。
当核算后的指标较变化前先进时,我们就认为这种变化是合理可行的,否则,就是不可行的。
采用上述方法是比较繁琐的,因为任何一种局部变化都将导致对整个工程经济性的重新评价,而这种局部变化还不一定被采用。
能否象等效热降法那样着眼于局部分析呢?
我们可以将局部变化（子系统）的投资和收益单独列出,计算其静态投资回收期。
当局部静态投资回收期少于局部变化前整个工程的静态投资回收期时,我们就认为这种局部变化（改进）是合理可行的,否则,就是不可行的。
这
正好相当于局部变化前、后两个热电厂方案的投资差额静态回收期的计算,故我们称之为投资差额回收分析法,其数学表达式如下:
式中Y投资差额回收期,;
T局部方案变动前后的投资差额,元;
X局部方案变化前后的运行效益差额,元[4]。
（2）价值工程在电厂热力设计系统设计中的应用
价值工程是一种方案创新与选优的管理技术和方法，它研究产品、作业、工程、管理活动、以最合适的寿命周期费用，可靠地实现用户要求的必要功能，以提高其价值，取得较好的经济效益。
在价值工程中[5]。
价值定义为:
价值（V）=功能（F）/成本（C）
即价值是单位成本所获得的效用。
可利用价值工程理论对电厂主要热力系统（给水加热回热系统）及辅助热力系统（低压加热器疏水系统、加热器空气系统等）进行了优化设计，取得较好的效果。
①VE在电厂回热系统设计中的应用
价值工程的功能分析包括功能定义、功能整理和功能评价等。
要对热力系统进行研究，首先就要对热力系统进行功能分析，包括回热系统的功能定义、功能要求量化及其合理性分析评价等。
通过对回热系统功能要求的量化分析，可能会发现某些功能是不必要的或过剩的。
在改进方案中，去掉不必要的功能，削减过剩的功能，补充不足的功能。
要实现基本功能可以采取的措施和方法如图1所示
②VE在电厂辅助热力系统设计中的应用
VE在低加疏水系统设计中的应用
原方案：
加热器疏水系统采用的液位调节器是浮球式、电动式控制系统，这两种控制器均因执行机构动作频繁、易磨损、易腐蚀而经常发生卡涩故障，使液位失控，影响机组的经济、甚至安全运行。
功能定义与功能分析：
加热器疏水系统的功能是：
及时排走加热器及管道中的疏水、保持加热器水位在合理范围内、回收工质、
保证机组安全可靠运行。
通过对以上功能的分析，安全可靠性应是最重要的功能，为此重新对液位调节器进行了选型。
方案优化：
摒弃了机械及电气控制元件，采用了汽液两相流自调节水位控制器。
实践效果：
实现了最为简捷的控制方式，既很好地解决原方案存在的问题，同时又具有显著的节能降耗效果。
VE在加热器空气系统设计中的应用
原方案:
回热系统空气管路合并成一根母管后接入凝汽器!
由于压力不同，常常造成高压对低压抽汽产生排挤、加热器换热效果下降等问题。
功能定义与功能分析：
加热器空气系统的功能是：
及时排走加热器及管道中的空气、保证机组经济运行。
通过对以上功能的分析，一是基本功能，二是主要功能。
在满足基本功能的前提下，应提高机组经济运行。
方案改进与评价：
将高、低压系统空气管路分开设计，单独接至凝汽器。
在成本基本不变的前提下，避免了高压对低压抽汽的排挤、提高了加热器的换热效果。
VE在汽封系统设计中的应用
原方案：
汽封抽汽口与汽封冷却器间压差小，而抽汽管设计流速高，流动阻力大，使抽汽口不能形成负压，汽封漏汽通过挡油环进入轴承箱，造成油中带水，使油质严重恶化，有时还会影响机组安全运行。
功能定义与功能分析：
汽封系统的功能是：
及时抽走管道及设备中的空气、严禁油中进水以保证机组安全可靠运行。
其中安全可靠性应是汽封系统的最主要功能。
方案改进与评价：
抽汽管径加大，流速降低，流阻小，并有一定裕度。
加大管径，提高了汽封的功能，虽然管道制造费用和安装费用提高了，但保证汽封不再向外漏汽，保证机组不再出故障，安全可靠运行。
VE在凝结水系统设计中的应用
原方案：
没有考虑凝结水泵检漏措施；热网疏水无喷水降温。
功能定义与功能分析：
凝结水泵检漏管道的主要功能是检修查漏，热网疏水喷水降温的主要功能是防止疏水泵振动和气蚀。
原方案功能不全，应增加这方面的功能。
方案改进与评价：
⑴凝结水泵设置检漏管道。
在凝结水泵出口关断门后引一路φ18X2小管至泵入口，在泵停运时，可利用其他运行泵出口的高压水方便地查出该泵的泄漏点。
⑵热网疏水增设喷水降温管道。
在热网疏水泵入口母管设凝结水喷水管，引入凝结水泵出口来的低温水（管径φ25X2）降温后，可有效避免疏水泵振动和防止气蚀。
方案改进后，投资虽略有增加，但完善了凝结水系统的功能，保证了机组安全经济运行。
二.设计方案及技术路线
[1]前言
我国的能源及电力发展概况、热力系统设计的意义、节能的提出。
[2]原则性热力系统拟定
回热加热器系统的拟定、除氧器的拟定、补充水系统的拟定、工质回收及废热利用系统的拟定等
[3]原则性热力系统计算
汽轮发电机组热耗量、汽轮发电机组热耗、汽轮发电机组绝对电效率、锅炉热负荷、管道效率、全厂热效率、全厂热耗率、标准煤耗率
[4]计算结果的分析
[5]主要辅助设备选择
给水泵的选择、凝结水泵的选择、疏水泵及疏水箱的选择、除氧器的选择、排污扩容器的选择等
[6]管道计算与选择
主蒸汽管道的选择计算、再热蒸汽管道的选择计算、各段抽汽管道的选择计算、凝结水管道的选择计算、给水管道的选择计算等
[7]全面性热力系统拟定
管道与阀门的基础知识、主蒸汽系统、给水系统、旁路系统、回热加热器管道系统、疏水系统等。
[8]、绘制设计机组全面性热力系统图及局部系统图
按照任务书的要求，绘出设计机组全面性热力系统图及局部系统图。
三.可能存在的问题及解决措施
1．原则性热力系统计算
解决措施：
查阅资料，借鉴其中有关单耗计算的方法。
熟悉热力系统，了解各部位的相关参数及状态。
认真计算，以免出现人为误差。
2．全面性热力系统图的设计
在本课题当中，将会对N600MW全面性热力系统的初步设计，在设计当中将会根据国家有关规范进行设备的选择和设计，做到系统的可行性及合理经济。
四.设计成果
1.翻译1篇与本次毕业论文题目相关的外文资料
2.开题报告1份
3.毕业论文1份，论文包括以下内容
A、原则性热力系统的拟定
B、原则性热力系统的计算
C、主要辅助设备（除氧器、高低压加热器、给水泵、凝结水泵等）的选择
4.绘制设计机组的全面性热力系统图
1张及局部系统图
6张
①给水系统图；②加热器疏水系统图；
③给水泵小汽机系统图；④抽汽系统图；
⑤凝结水系统图；⑥主蒸汽、再热蒸汽系统
五.进度计划
项目
内容
时间（周）
1
掌握毕业设计的基本内容，查找资料，
了解相关理知识
第一周
2
外文翻译
第二周
3
开题报告
第三周
4
原则性热力系统的拟定和计算
第四周—第六周
5
全面性热力系统拟定和作图
第七周—第九周
6
整理设计内容
第十周—十一周
7
答辩
第十二周
六.参考资料
[1]叶涛．热力发电厂．北京：
中国电力出版社，2004．8
[2]郑体宽．热力发电厂．北京：
中国电力出版社，2004．4
[3]叶之奎．发电厂热力系统及辅助设备．北京：
水利电力出版社，1993．6
[4]孙永兴，韩国霞.热电厂热力系统优化设计的简捷方法.煤矿设计.1999.10
[5]白胜喜，林知炎，姚峰.价值工程在电厂热力系统设计中的应用.价值工程.2004.5
教师提供的其它参考资料和图册
七．指导教师意见
评语：
成绩：
（满分15分）
指导教师签字：
年月日
八．评阅教师意见
评语：
成绩：
（满分10分）
评阅教师签字：
年月日
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