再熱器課程設(shè)計

1、 能動綜合設(shè)計實訓(xùn)能動綜合設(shè)計實訓(xùn) 課程設(shè)計說明書題目：題目： 300MW 低溫再熱器熱力計算分析低溫再熱器熱力計算分析 學生姓名：學生姓名： 李茂 學學 號：號： 201101040215 院院 （系）：（系）： 輕功與能源學院 專專 業(yè)：業(yè)： 熱能與動力工程 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 張斌 2015 年年 1 月月 12 日日0目 錄一 再熱系統(tǒng)概述-2 1.1 選題背景-2 1.2 再熱汽溫特性-3 1.3 影響過熱汽溫變化的因素-4二 再熱流程-6 2.1 主要汽水流程-6 2.2 煙氣與再熱的關(guān)系-6 2.3 再熱系統(tǒng)簡圖-6三 設(shè)計正文-7 3.1 300M 機組參數(shù) -7 3.2 低

2、溫再熱器參數(shù)-8 3.3 低溫再熱器結(jié)構(gòu)尺寸計算-9 3.4 低溫再熱器熱量計算-12四 總結(jié)-13參考文獻-14 1 一 再熱系統(tǒng)簡介 中間再熱循環(huán)，時將已經(jīng)在汽輪機高壓缸膨脹做功后的蒸汽，送入鍋爐的再熱器進行加熱，是之過熱到與主蒸汽溫度相近或相等，然后再送入汽輪機中、低壓缸繼續(xù)膨脹做工。其目的有兩個：(1)降低排氣濕度，提高乏汽干度。由于大型機組初壓高，使排氣濕度增加，對汽輪機末級葉片侵蝕加大。雖然提高初溫可以降低排氣濕度，但受金屬材料耐溫特性的限制，因此對排氣濕度改善較少。采用中間再熱循環(huán)有利于排氣濕度的改善，使得排氣濕度降到允許范圍內(nèi)，減輕對葉片的侵蝕，提高低壓部分內(nèi)效率；(2)采用中

3、間再熱，正確的選擇再熱壓力后，可提高循環(huán)效率 4到 5.1.1 選題背景 眾所周知，過熱蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度直接影響到機組的安全性與經(jīng)濟性。蒸汽溫度過高可能導(dǎo)致受熱面超溫爆管，而蒸汽溫度過低將使機組的經(jīng)濟性降低，嚴重時可能使汽輪機產(chǎn)生水沖擊。本次課程設(shè)計的目的是對溫度確定時的再熱器參數(shù)進行計算分析。得出影響再熱器吸熱量的主要因素是什么的結(jié)論1。1.2 過熱汽溫特性及再熱汽溫影響因素 (1) 燃料性質(zhì)的變化 鍋爐運行中，經(jīng)常會碰到燃料品質(zhì)發(fā)生變化的情況，當燃燒品質(zhì)發(fā)生改變時，燃燒的發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、水分和灰渣特性等都會發(fā)生變動，因而對鍋爐工況的影響比較復(fù)雜。當燃料中的灰分或水分增大時，其可

4、燃物質(zhì)含量必然減少，因此燃料的發(fā)熱量及燃燒所需要的空氣量和燃燒生成的煙氣量等均將降低。這一變化，可以從燃料量及風量未變時爐膛出口氧量增大這一現(xiàn)象上反映出來。在燃料量不變的情況下當灰分或水分增大時，由于燃料的發(fā)熱量降低，將使燃料在爐內(nèi)總放熱量下降，其后果相當于總?cè)剂狭繙p少，在其它參數(shù)不變的情況下，必將造成過熱汽溫的下降。如需保持過熱汽溫和鍋爐出力不變，必須增加燃料量保持爐膛出口氧量不變方能達到。 當燃煤的水份增加時，水份在爐內(nèi)蒸發(fā)需吸收部分熱量，使爐膛溫度降低，同時水份增加，也使煙氣體積增大，增加了煙氣流速，使輻射式過熱器的吸熱量降低，對流式過熱量增加。必須指出，燃料中的水分增大時，如通過增加燃

5、料量保持爐膛出口氧量不變，則爐膛溫度、輻射受熱面的吸熱量可保持不變，但由于煙氣的容積和重度是隨水分相應(yīng)增加的，所以煙氣的對流放熱將增大。 當煤粉變粗時，燃料在爐內(nèi)燃燼時間延長，火焰中心上移、汽溫將升高。(2) 風量及其配比的變化 鍋爐在正常運行中，為了保證燃料在爐膛內(nèi)完全燃燒，必須保持一定的過?？諝庀禂?shù)，即保持一定的氧量。對于燃煤鍋爐，爐膛出口過?？諝庀禂?shù)一般控制在 1.25 左右。2 風量變化對過熱汽溫變化的影響速度既快且幅度又較大。在爐內(nèi)燃燒工況良好的情況下如增大風量，由于低溫冷風吸熱，爐膛溫度將降低，使爐膛出口煙溫升高。對于汽包鍋爐，由于爐膛溫度降低，水冷壁輻射吸熱量減少，使產(chǎn)汽量下降；

6、另一方面由于風量增大造成煙氣量增多，煙氣流速加快使過熱器對流吸熱量增加。由于流經(jīng)過熱器的蒸汽量減少了，但過熱器的總吸熱量增加，造成過熱汽溫的升高。 如果在爐內(nèi)燃燒工況不良的情況下適當增加風量，由于克服了缺氧燃燒，使化學不完全燃燒及機械不完全燃燒損失大大降低，增強了爐內(nèi)輻射傳熱和對流傳熱，使汽包鍋爐的蒸發(fā)量和過熱器總吸熱量均增加，最終過熱汽溫的升高與否將視兩者的比例情況而定。 在總風量不變的情況下，配風工況的變化也會引起汽溫的變化，如果配風使火焰中心降低，爐膛出口煙溫相應(yīng)下降。反之，爐膛出口煙溫將升高。(3) 燃燒器運行方式的變化 在鍋爐運行中，爐膛火焰中心位置的變化將直接影響到各受熱面吸熱份額

7、的變化。當火焰中心上移時，將造成輻射受熱面吸熱減少、對流受熱面吸熱增加，其影響結(jié)果與風量增大相似，也就是說，將使汽包鍋爐過熱汽溫上升。 影響爐膛火焰中心位置變化的因素很多，如：運行燃燒器的位置、上下燃燒器負荷的分配、上下二次風門開度的變化、爐膛負壓的高低、爐底漏風的大小、煤粉細度、一次風管內(nèi)風粉混合物的溫度、燃料的品質(zhì)、爐膛熱負荷的高低、燃燒情況的好壞等。因此，鍋爐燃燒是一個相當復(fù)雜的物理化學過程，要搞好燃燒調(diào)整，必須經(jīng)過各方面的綜合分析和考慮。應(yīng)當指出，火焰中心過于偏上，將嚴重威脅前屏的安全運行，并對鍋爐運行的經(jīng)濟性帶來不利的影響。因此，運行中應(yīng)確保屏式過熱器處無明火沖刷。 鍋爐運行中，若由

8、于受到某種擾動因素的影響使爐內(nèi)燃燒工況變差時，將使鍋爐的化學不完全燃燒損失（q3）及機械不完全燃燒損失（q4）增加，而使爐內(nèi)熱負荷及鍋爐效率降低。此時，若給水流量、減溫水流量和主蒸汽壓力等參數(shù)不變，則主蒸汽溫度及各段汽溫必然下降。(4) 給水溫度的變化給水溫度的變化對鍋爐過熱汽溫將產(chǎn)生較大的影響。在汽包鍋爐中，給水溫度升高，過熱汽溫將下降。這是因為當其它參數(shù)不變而給水溫度升高時，將使汽包鍋爐的蒸發(fā)量增加，過熱器內(nèi)工質(zhì)流量上升。(5) 受熱面清潔程度的變化 受熱面積灰或結(jié)渣是燃煤鍋爐最為常見的現(xiàn)象，由于灰；渣的導(dǎo)熱性差，造成積灰或結(jié)渣部位工質(zhì)吸熱量的減少和各段煙溫的變化，使鍋爐各受熱面的吸熱份額

9、發(fā)生變化。汽包鍋爐發(fā)生水冷壁結(jié)渣時，鍋爐蒸發(fā)量將下降，并因爐膛出口煙溫上升，造成過熱汽溫的升高。汽包鍋爐過熱器部分發(fā)生結(jié)渣時，由于鍋爐蒸發(fā)量未變但過熱器吸熱量減少而導(dǎo)致過熱汽溫下降。因此，對于汽包鍋爐而言，過熱汽溫的變化，應(yīng)視積灰或結(jié)渣的部位而定。3 一般來說，鍋爐受熱面的積灰或結(jié)渣是一個比較緩慢的過程，因此對過熱汽溫的控制和調(diào)整不會帶來復(fù)雜性。但運行中如發(fā)生大塊焦渣塌落，則有可能構(gòu)成汽溫突升或兩側(cè)偏差劇增等突發(fā)性事件。此外，進行受熱面吹灰工作時，也應(yīng)作好汽溫突變的事故預(yù)想。(6) 鍋爐負荷的變化 爐膛熱負荷增加時出口煙溫升高，對流過熱器吸熱量增大，輻射過熱器吸熱量降低。(7) 飽和蒸汽溫度及

10、減溫水量的變化 從汽包出來的飽和蒸汽含有少量的水份，在正常工況下飽和蒸汽的溫度變化很小。但由于某些原因造成飽和蒸汽溫度的較大變化時，則將對汽溫的變化產(chǎn)生較大的影響。例如汽包水位突增時，蒸汽帶水量將大大增加，由于這些水份在過熱器中需吸熱，因此在燃燒工況不變的情況下，過熱汽溫將降低。 在用減溫水調(diào)節(jié)汽溫時，當減溫水溫度或流量發(fā)生變化時將引起蒸汽側(cè)總熱量的變化，當煙氣側(cè)工況未變時，汽溫便將發(fā)生相應(yīng)的變化2。1.3 再熱汽溫的特性1.3.1 由于再熱器在結(jié)構(gòu)和布置上的特點，決定了其汽溫具有以下特性：(1) 由于再熱器具有較大的容積，工質(zhì)在其中的流速較慢，且它又布置在煙氣低溫區(qū)使煙氣側(cè)的傳熱溫差小，因而

11、工況變化時再熱汽溫變化的遲滯時間較長。(2) 再熱蒸汽壓力低、比熱小，因而單位工質(zhì)在相同的吸熱量變化時再熱汽溫將比過熱汽溫變化大。再熱器對流部分布置在較低煙溫區(qū)域，由于對流受熱面的傳熱特性及再熱蒸汽比熱小的特點，使再熱汽溫的影響則較小。(3) 再熱汽溫對熱偏差比較敏感。因為它壓力低、比熱小，在同樣熱偏差條件下，再熱汽溫的偏差將比過熱汽溫要大。(4) 再熱器的運行工況不但受鍋爐運行工況的影響，而且還受汽輪機運行工況的影響。再熱蒸汽的流量不但隨機組負荷而變化，還將受汽輪機一、二級抽汽量的大小及鍋爐安全門、排汽閥啟閉狀態(tài)的影響。機組在定壓方式下運行時，汽輪機高壓缸排汽溫度，即低溫再熱器進口溫度，將隨

12、機組的負荷變化有較大幅度的變化。再熱器進口溫度及工質(zhì)流量的變化均將造成再熱汽溫的變化1。1.3.2 影響再熱汽溫變化的因素再熱器由于結(jié)構(gòu)和布置上的特點，決定了影響再熱汽溫度變化的因素很多。歸納起來，主要有以下方面：(1) 高壓缸排汽溫度變化的影響。在其它工況不變的情況下，高壓缸排汽溫度越高，則再熱器出口溫度將越高，機組在定壓方式下運行時，汽機高壓缸排汽溫度將隨著機組負荷的增加而升高，過熱汽溫的升高，也將造成高壓缸排汽溫度的升高。另外，主蒸汽壓力越高，蒸汽在汽輪機中作功的能力4就越大，絕熱焓降亦越大，高壓缸排汽溫度則相應(yīng)降低。此外，汽輪機高壓缸的效率，一、二級抽汽量的大小等，均將對高壓缸的排汽溫

13、度產(chǎn)生影響。(2)再熱器吸熱量變化的影響 鍋爐運行時，再熱器吸熱量越多，工質(zhì)焓增越大，再熱汽溫將越高。影響再熱器吸熱量變化的因素較多，通常為： A、鍋爐燃料量或燃料低位發(fā)熱量的變化。燃料量越多或燃料的低位發(fā)熱量越高，爐內(nèi)熱負荷及煙氣溫度越高，則再熱器的吸熱量就越多。 B、流經(jīng)再熱器的煙氣量的變化。對于再熱器呈對流特性的部分，當流經(jīng)再熱器的煙氣量越大時，再熱器處煙氣流速越高，則再熱器的吸熱量就越大。(3) 再熱蒸汽流量變化的影響 在其它工況不變時，再熱蒸汽流量越大，則再熱器出口溫度將越低。機組正常運行時，再熱蒸汽流量將隨著機組負荷、汽輪機一級抽汽或二級抽汽量的大小、吹灰器的投停、安全門、汽機旁路

14、或向空排汽閥狀態(tài)等情況的變化而變化。(4)再熱減溫水流量變化的影響在其它工況不變時，再熱減溫水流量越大則再熱汽溫越低3。5二 汽水流程簡介2.1 主要汽水流程 主要汽水流程指主蒸汽做功完畢后經(jīng)冷凝進入回熱加熱系統(tǒng)，提升比焓后進入省煤器的流程。包括以下過程：高加來給水省煤器螺旋水冷壁進口集箱螺旋水冷壁垂直水冷壁、凝渣管和折焰角水冷壁爐頂混合聯(lián)箱汽水分離器頂棚過熱器包墻管吊掛管低溫過熱器屏式過熱器高溫過熱器汽輪機高壓缸低溫再熱器高溫再熱器汽輪機中壓缸。2.2 煙氣與再熱的關(guān)系 經(jīng)過洗滌的煙氣溫度已低于露點，是否需要進行再熱，取決于各國的環(huán)保要求。煙氣再熱器通常有蓄熱式換熱器和非蓄熱式兩種形式。蓄熱

15、式工藝利用末脫硫的熱煙氣加熱冷煙氣。蓄熱式換熱器又分為回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器、介質(zhì)循環(huán)換熱器和管式換熱器，均通過載熱體或載熱介質(zhì)將熱煙氣的熱量傳遞給冷煙氣。回轉(zhuǎn)式煙氣再熱器與電廠用的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的工作原理相同，是通過平滑的或帶波紋的金屬薄片或載熱體將煙氣的熱量傳遞給凈化后的冷煙氣，缺點是熱煙氣會泄露到冷煙氣中4。2.3 再熱系統(tǒng)簡圖 6圖 2-1 再熱蒸汽系統(tǒng)圖7三 原始數(shù)據(jù)及計算 鍋爐容量及主要參數(shù)(1) BMCR（最大連續(xù)負荷為設(shè)計參數(shù)）工況過熱蒸汽流量 1035t/h過熱蒸汽出口壓力 17.50gM.pa過熱蒸汽出口溫度 540Co再熱蒸汽流量 846.8t/h再熱蒸汽進口壓力 3.996

16、gM.pa再熱蒸汽出口壓力 3.526gM.pa再熱蒸汽進口溫度 323.6Co再熱蒸汽出口溫度 353.0Co給水溫度 282.8Co鍋爐設(shè)計壓力 19.95g .paM再熱器設(shè)計壓力 4.476gM.pa(2) 額定工況過熱蒸汽流量 960t/h過熱蒸汽出口壓力 17.37gM.pa過熱蒸汽出口溫度 540Co再熱蒸汽流量 784.7 t/h再熱蒸汽進口壓力 3.693gM.pa再熱蒸汽出口壓力 3.526gM.pa再熱蒸汽進口溫度 325.3Co再熱蒸汽出口溫度 353.0Co給水溫度 277.7Co8低溫再熱器參數(shù)及計算 表 3-1 低溫再熱器內(nèi)管子參數(shù)項目結(jié)果單位管子直徑ddz51.

17、00mm管子厚度hdz3.5mm管子布置逆流管子平均長度idz12.50m橫向排數(shù)dz1S50.00排管子縱向行程數(shù)dz2N1.00個縱向排數(shù)dz2Z8.00排管子橫向管距dz1S212.00mm管子縱向管距dz2S70.00mm9圖 3-1 低溫對流再熱器示意圖相對橫向節(jié)距 （1-1）4.157ddzdzdzxd21 SS相對縱向節(jié)距 （1-1.373ddzdzdzxd22 SS2）總受熱面積10 （1-3）221800.70mdzdzdz10003.14dzzZZLF輻射層有效厚度 （1-4）0.288m1-dzxddzxd3.1441000ddz0.9dz21SSS管數(shù) （1-5）根40

18、0dzdzdzdz221NZZN蒸汽流通面積 （1-6）20.608mdzzq F煙氣流通面積 （1-7）2141015mdzy F 表 3-2 煙氣及蒸汽初參數(shù)蒸汽流量 1340249 燃料消耗量 64.40 zrDB保熱系數(shù) 0.998 冷空氣含 255.54 煙氣容積 8.636brCILKyV蒸汽吸熱量 （1-8）kg272.957kj/dzq-dzqzrdzq12IIBDQ煙氣入口溫度1dzyT592.212Co煙氣入口焓1dzyI7946.557kj/kg蒸汽出口溫度2dzqT373.00Co蒸汽出口焓2dzqI3115.432kj/kg蒸汽入口溫度1dzqT323.00Co蒸汽入

19、口焓1dzqI3039.188kj/kg11煙氣放熱量 （1-9）kg272.957kj/dzy Q煙氣出口焓 （1-10）kj/kg218.7677cdgfbrqdzq-dzydzy12ILKCII煙氣出口溫度 （1-11）C562.661dzyo2T煙氣平均溫度 （1-12）C577.4362dzydzydzyo12TTT蒸其平均溫度 （1-13）C338.02dzqdzqdzqo12TTT平均溫壓 （1-14）C239.436dzoT煙氣體積流量 （1-15）1732.54273dzy1yVdzyTBV蒸汽入口比容 （1-16）/kg0.073mdz31V蒸汽出口比容 （1-17）/kg

20、0.08mdz32V蒸汽平均比容 （1-18）/kg0.077mdz3V蒸汽平均速度 （1-19）29.071m/sdzzdzzrWdzqFVD蒸汽側(cè)放熱系數(shù) （1-20）Cm725.40w/cdzqo2輻射放熱系數(shù)12 （1-21） Cm83.70w/cdzho2煙氣側(cè)放熱系數(shù) （1-22）Cm177.78w/cdzyo2傳熱系數(shù) （1-Cm92.81w/cdzqcdzycdzqcdzy0.65dzo2K23）低再吸熱量 （1-24）kg276.295kj/dzdzzKdz0.001qdzxBTF計算結(jié)果煙氣出口焓煙氣出口溫度煙氣體積流量蒸汽入口比容kj/kg21.7677Co562.661

21、31732.54m/kg0.073m3蒸汽出口比容蒸汽平均速度蒸汽側(cè)放熱系數(shù)輻射放熱系數(shù)/kg0.08m3m/s07.29Co2m725.4w/Co2mw/70.83煙氣側(cè)放熱系數(shù)傳熱系數(shù)低再吸熱量Co2m177.78w/Co2m92.81w/kg276.295kj/結(jié)果分析 再熱器中，其工質(zhì)進口參數(shù)決定于汽輪機高壓缸的排汽參數(shù)。定壓運行鍋爐在負荷降低時，汽輪機高壓缸排汽溫度降低，再熱器的進口氣溫也隨之降低。為了保持再熱器出口氣溫不變，必須吸收更多的熱量。當傳熱系數(shù)和總受熱面積，燃料量一定時，影響低溫再熱器吸熱量的主要因素是平均溫壓。而平均溫壓主要取決于煙氣入口溫度，因此煙氣入口溫度是此時影響

22、吸熱量的主要因素15。13四 總結(jié) 首先確定機組的參數(shù)，選定再熱器參數(shù)，分別計算出傳熱面積，傳熱系數(shù)，查表得出平均溫壓，最后求出吸熱量，其中遇到了好多意想不到的問題，比如平均溫壓查表時一直不能確定，在計算放熱系數(shù)時找不到準確的系數(shù)值，最后通過向同學請教才得以解決。通過對再熱器的選型計算，讓我對再熱器的結(jié)構(gòu)布置以及影響再熱器運行的主要因素有了更充分的認識，明白了煙氣溫度對再熱吸熱量的作用，尤其在定壓運行中安全經(jīng)濟性方面不可替代的影響，通過計算分析讓我的思路更加清晰，對于以前學的鍋爐原理及傳熱學知識理解的更加深刻，對于我來說這是一次不錯的復(fù)習鞏固，更是對以后工作時時刻保持嚴謹認真的態(tài)度有積極影響的

23、端正。 課程設(shè)計是一個把書本上理論知識用于實踐的過程，它的重要性不亞于書本知識本身。自己可以從中學到很多東西。課程設(shè)計雖為期不長，但是集中精力在較短的時間內(nèi)完成一個實實在在的任務(wù)，個人覺得是一種成功，也是一種體驗，更是一個提升自己實踐能力的好機會。這次熱力發(fā)電廠課程設(shè)計，主要設(shè)計到了熱力發(fā)電廠課程中，再熱系統(tǒng)的相關(guān)知識點。在課程設(shè)計過程中，計算量不大，但是計算方法比較靈活，同時需要考慮的細節(jié)比較多。比如在用反平衡計算機組效率時，各種損失都必須考慮到位，各種方案之間效率本來就差別不大，要是某處考慮錯誤就會導(dǎo)致結(jié)果不正確。這也正好培養(yǎng)了我們必須細心的習慣。 這次課程設(shè)計讓我們自己選擇任務(wù)，自己設(shè)計方案，給我們很大的發(fā)揮空間。這次課程