本科生毕业设计 汽机房设计说明书.docx
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本科生毕业设计汽机房设计说明书
xxx建筑大学
毕业设计(论文)
专业热能与动力工程专业
班级11热动1班
学生姓名xxxxx
学号xxxxxxxxxx
课题xxx市某热电厂汽机房设计
指导教师xxx
2015年6月5日
中文摘要
摘要:
本工程为马鞍山市某热电厂汽轮机房的工艺设计。
该热电厂装机规模为4台130t/h高温高压循环流化床锅炉+1台25MW背压汽轮机。
本设计范围为热电厂的汽机房汽水系统和除氧给水系统。
设计内容涉及锅炉给水泵、除氧器、疏水箱、疏水泵、减温减压器等设备选型计算,主蒸汽、排气管道选型计算及支吊架间距计算,最后绘制汽机房汽水系统图、油系统图和设备平面布置图。
整个设计过程所涉及的专业知识,严格遵循相关专业规范要求,参考相关资料和有关最新国家标准规范,对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。
关键词:
热电厂汽轮机房,循环流化床锅炉,布置图,安装图
Abstract
InthisprojectforathermalpowerplantinMaanshantechnicaldesignoftheturbinehouse.Thethermalpowerplantsizeis4unitsof130t/hcirculatingfluidizedbedboilerhightemperatureandhighpressureand125MWback-pressuresteamturbine.Thisdesignscopeforthethermalpowerplantturbineroomsystemanddeaerationwatersupplysystem.Designcontentinboilerfeedpump,deaerator,draintank,drainpumps,desuperheatingdecompressiondevice,suchasequipmenttypeselectioncalculation,mainsteamandexhaustpipespacingsteam-waterselectioncalculationandcalculation,thefinalmapturbineroomsystem,oilsystemdiagramandequipmentlayout.Thewholedesignprocessinvolvedintheprofessionalknowledge,strictlyfollowtherelatedregulations,refertothelatestnationalstandardsoftherelevantinformationandtherelevantspecification,thedesignofeachlinkcarriesonthecomprehensivescientificconsiderations。
Keywords:
thermalpowerplantsteamturbineroom,circulatingfluidizedbedboiler,layout,installationdrawing
目录
一、工程概况1
二、设计原始资料1
1、设计条件1
三、设计依据1
四、设备选型与计算1
1、疏水扩容器1
2、疏水箱2
3、疏水泵2
4、给水泵2
5、除氧器3
6、除氧水箱3
7、除氧器安装高度4
8、减温减压器4
五、管道计算5
1、计算公式说明5
2、主蒸汽管道相关计算11
3、抽汽管道相关计算12
4、排汽管道相关计算13
六、汽机房系统工艺描述15
1、蒸汽系统15
2、汽封系统15
3、疏水系统15
4、润滑油系统15
5、除氧给水系统16
七、汽轮机控制说明16
八、汽机房布置原则17
1、汽机房的柱距、跨度17
2、汽机间的设备布置17
3、除氧间布置19
九、设计有关事项说明20
十、规范及相关资料21
十一、参考文献22
致谢22
附录23
一、工程概况
该热电厂装机规模为4台130t/h高温高压循环流化床锅炉+1台25MW背压汽轮机。
高温高压循环流化床锅炉产生的蒸汽(540℃、9.81MPa)一部分送至高压蒸汽外管网供厂区其他装置使用,一部分送到汽机房,用于驱动1台25MW背压汽轮机。
本设计内容为热电厂汽机房汽水系统及锅炉除氧给水系统。
二、设计原始资料
1、设计条件
⑴汽机房规模:
1台25MW背压汽轮机。
⑵汽轮机性能参数:
进气参数:
540±5℃、9.81MPa;
抽气参数:
额定抽气量60t/h,最大抽气量70t/h,额定抽气压力4.2MPa,额定抽气温度450℃;
排气参数:
纯背工况排气量170t/h,额定排气压力1.8MPa,额定抽气温度350℃;
⑶锅炉给水温度:
158℃;
⑷气象参数:
马鞍山当地大气压夏季100.12kpa,冬季102.23kpa,地表面年平均温度13.70℃。
三、设计依据
《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T5054-1996
《小型火力发电厂设计规范》GB50049-1994
《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计手册》2000版
《火力发电厂汽水管道支吊架设计手册》
《中小型热电联产工程设计手册》
四、设备选型与计算
1、疏水扩容器
在确定疏水扩容器的容量时,应考虑各种不同参数的管道在不同运行方式下的疏水量,可按一台机起动,其他运行机组仅产生经常疏水量,以此来选择全厂疏水扩容器容量。
总疏水量应包括主蒸汽管道起动疏水、机组暖管疏水和点火管道疏水等。
疏水扩容器容量如同排污扩容器容量计算,蒸汽单位容积容许极强度R取2000m3/(m3•h),疏水扩容器容量可参照表4-1选用。
表4-1疏水扩容器容量选用表(单位m3•h)
●最大一台机组容量/MW
中压机组容量/MW
高压机组容量/MW
12
25
50
25
50
电厂总容量/MW
50
0.6~1.0
0.67~1.0
1
1.0~1.5
1
100
0.65~1.0
0.85~1.6
1.8~2.0
1.8~2.3
1.8~2.3
200
1
1.2~2.0
1.6-2.5
2.6~3.0
3.4~4.0
注:
当有冷却水注入时,取较小值,否则取大值。
故取1m³的疏水扩容器。
2、疏水箱
发电厂设置65t/h~130t/h锅炉时,疏水箱可装设2个,其总容量为20m³。
发电厂设置220t/h~410t/h级锅炉时,疏水箱可装设2个,其总容量为30m³。
故疏水箱装设2个,每个容量为10m³。
3、疏水泵
疏水泵采用2台。
每台疏水泵的容量宜按在0.5h内将1个疏水箱的存水打至除氧器给水箱的要求确定。
其扬程应按相应的静压差、流动阻力另加20%的裕量确定。
当疏水箱低位布置时可不设低位水箱。
G疏=20t/0.5h=40t/h
4、给水泵
(1)给水泵的容量和台数
为了保证给水的可靠性,确保锅炉正常运行,发电厂的每一给水系统应设置1台备用给水泵。
对于母管制给水系统,应有一台备用给水泵,当最大一台给水泵事故停用时,其余给水泵出口的总流量,均应保证其所连接的给水系统内全部锅炉在最大连续蒸发量时所需的给水量,并应有10%的裕度。
整个给水系统给水泵的台数,可根据机炉匹配情况、运行调整要求、布置条件等因素综合考虑后确定。
当给水泵出力与锅炉容量不匹配时,高压给水母管应采用分段母管制系统。
当给水泵出力与锅炉容量相匹配时,高压给水母管宜采用切换母管制,每台给水泵的容量,宜按其对应的锅炉额定蒸发量的110%给水量来选择。
给水泵出力的10%裕量是考虑了汽水损失、锅炉连续排污和定期排污、锅筒水位波动、面式减温器用水、锅炉本体吹灰、备用给水泵暖泵、电网频率降低使电动机转速降低导致给水泵出力下降、防漏装置磨损和给水泵老化等因素。
每台给水泵的容量宜按其对应的锅炉额定蒸发量的110%给水量来选择。
Q给=130t/h×110%=143t/h
(2)给水泵的扬程
给水泵的扬程应为下列各款之和:
锅炉额定蒸发量时的给水流量,从除氧给水箱出口至省煤器进口给水流动的总阻力,另加20%的裕量。
汽包正常水位与除氧器给水箱正常水位间的水柱静压差。
当锅炉本体总阻力中包括其静压差时,应为省煤器进口与除氧器正常水位间的水柱静压差。
锅炉额定蒸发量时,省煤器入口的进水压力。
除氧器额定工作压力(取负值)。
5、除氧器
除氧器的总出力应按全部锅炉额定蒸发量的给水量确定。
当利用除氧器作热网补水定压设备时,应另加热网补水量。
每台机组宜设置1台除氧器。
选用高压除氧器,额定出力130t/h,工作压力0.49MPa。
6、除氧水箱
除氧水箱总容量,对130t/h及以下的锅炉宜为20min全部锅炉额定蒸发量的给水消耗量,对130t/h以上、400t/h级及以下锅炉宜为10~15min全部锅炉额定蒸发量时的给水消耗量。
Q除氧水箱=(130t/h)×(
h)=43.3t
即除氧水箱约为44m³。
7、除氧器安装高度
除氧器的布置高度主要考虑除氧器在加热蒸汽中断、除氧器内压力降低时,给水泵进口不发生汽化,因此除氧器给水箱最低水位到给水泵中心线间水柱所产生的水柱静压力,在考虑给水泵进口处水的汽化压力和除氧器工作压力之差,除氧器工作时克服流动阻力引起的压力损失,并满足给水泵汽蚀余量的要求外,还应有3~5kPa的安全裕量。
根据计算和实际运行经验,大气式除氧器的布置高度不低于6~7m,中压除氧器的布置高度不低于11~13m。
本次设计为高压除氧器,取14.5米。
8、减温减压器
减压诚温器在热电站作为抽汽机组事故时的备用或作为尖峰负荷时的调峰,对于中小型热电站,减压减温器常作为厂用蒸汽的热源。
因此,装有供热机组的热电站,应根据抽汽的级别情况及厂用蒸汽参数,分别设置减压减温器。
当作为工业抽汽事故备用时,减压减温器容量等于一台最大汽轮机的最大抽汽量或背压排汽量。
当运行的汽轮机在任一台停运时还能供给采暖、通风和生活用热量的60%-75%(寒冷地区取上限)时,可不设采暖用汽备用减压减温器。
有时热电站抽汽或排汽参数不能满足个别热用户的需要,而其用汽量又较少,这时可用新蒸汽经减压减温后供给;有时热电站的抽汽或排汽参数比电站自用汽(如燃油加热、除氧器加热、厂内采暖等)参数高,也可采用减压诚温器或减压阀将抽汽降到所需参数使用。
这两种情况下的减压减温器(减压阀)都是常年使用的,应设1台备用,并处于热备用状态。
减压减温器的喷水压力应高于减压减温器出口压力1.47MPa,或根据生产厂家要求确定。
减压减温器减温水量可按式计算
式中Dpa一一减温水量(kg/h);
H0一一新蒸汽质量焓(kJ/kg);
hjwy一一减压减温后蒸汽质量焓(kJ/kg);
Djwy——减压减温后蒸汽量(kg/h);
hps一一减温水质量焓(kJ/kg);
一一减温水中未蒸发部分所占份额,一般取0.3~0.35;
h'jwy一一减压减温后的饱和水质量焓(kJ/kg)。
汽轮机纯背工况排气量170t/h,故减温减压器流量为170t/h。
五、管道计算
1、计算公式说明
(1)水压试验
强度试验
管子和附件强度试验压力(表压),按下式确定
取两者中的较大者。
式中:
PT——试验压力(MPa);
P——设计压力(MPa);
[σ]T——试验温度下材料的许用应力;
[σ]t——设计温度下材料的许用应力。
严密性试验管道安装完毕后,必须对管道系统进行严密性试验。
水压试验的压力(表压),应不小于1.5倍设计压力,且不得小于0.2MPa。
水压试验用水温度,应不低于5℃,也不大于70℃。
试验环境温度不得低于5℃,否则,必须采取防止冻结和冷脆破裂的措施。
水压试验用水水质必须清洁且对管道系统材料的腐蚀性要小。
(2)管子材料
管子所用钢材应符合国家或冶金部有关钢材现行标准的规定。
当需要采用新钢种时,应经有关部门鉴定后方可采用。
常用国产钢材及其推荐使用温度见下表。
常用国产钢材及其推荐使用温度:
钢类
钢号
推荐使用温度/0C
允许上限的温度/0C
备注
碳素钢结构
Q235-A.F
Q235-B.F
0--200
250
GB700
Q235-A
Q235-B
Q235-C
0--300
350
GB700
Q235-D
-20--300
350
GB700
优质碳素结构钢
10
-20--425
430
GB3087
20
-20--425
430
GB3087
20G
-20--430
450
GB5310
普通低合金钢
16Mng
-40--400
400
GB713
合金钢
15GrMo
510
550
GB5310
12GrlMoV
540--555
570
GB5310
12Gr2MoWVTiB
540--555
600
GB5310
12Gr3MoVSiTiB
540--555
600
GB5310
注:
20G钢管道,若要求使用寿命不超过20年,使用温度可提高至450℃,但使用期间应加强金属监督。
(3)许用应力
国产钢材许用应力(MPa)表
温度(℃)
20
250
300
350
400
450
500
540
550
12Gr1MoV
许用应力(MPa)
157
143
138
128
118
77
71
20号钢
许用应力(MPa)
131
125
113
100
87
55
(4)管径选择
主蒸汽、高压给水等主要管道的管径尺寸,宜通过投资和运行费的优化计算确定。
单相流体的管道,根据推荐的介质流速,按下式计算得出:
式中Di——管子内径(mm);
G——介质质量流量(t/h);
v——介质比体积(m3/kg);
w——介质流速(m/s);
在推荐的介质流速范围内选择具体流速时,应注意管径大小、参数高低的影响,对于直径小、介质参数低的管道,宜采用较低值。
下表为各蒸汽管道内介质的流速。
推荐管道介质流速
介质类别
管道名称
推荐流速/(m/s)
主蒸汽
主蒸汽管道
40-60
其他蒸汽
抽汽或辅助蒸汽管道:
过热汽
饱和汽
湿蒸汽
35-60
30-50
20-35
去减压减温器蒸汽管道
60-90
给水
高压给水管道
2-6
低压给水管道
0.5-2.0
凝结水
凝结水泵出口侧管道
2.0-3.5
凝结水泵入口侧管道
0.5-1.0
加热器疏水
加热器疏水管道:
疏水泵出口侧
疏水泵入口侧
调节阀出口侧
调节阀入口侧
1.5-3.0
0.5-1.0
20-100
1-2
其他水
生水、化学水,工业及其他水管道:
离心泵出口管道及其他压力管道
离心泵入口管道
自流、溢流等无压排水管道
2-3
0.5-1.5
<1
由表可知,主蒸汽管道内介质的推荐流速为40-60m/s,此次设计取60m/s。
(5)壁厚计算
对于
≤1.7承受内压力的汽水管道,直管的最小壁厚Sm应按下列规定计算:
按直管外径计算时:
按直管内径确定时:
式中p——管道承受压力(MPa);
Sm——直管的最小壁厚(mm);
D0——管子外径,取用公称外径(mm);
Di——管子内径,取用最大内径(mm);
Y——温度对计算管子壁厚公式的修正系数,对于铁素体钢,482℃及以下时Y=0.4,510℃时Y=0.5,538℃及以上时Y=0.7;对于奥氏体钢,566℃及以下时Y=0.4,593℃时Y=0.5,621℃及以上时Y=0.7;中间温度的Y值,可按内插法计算;
η——许用应力的修正系数,对于无缝钢管η=l.0;对于纵缝焊接钢管,按有关制造技术条件检验合格者,其η值按下表取用;对于螺旋焊缝钢管,按SY-5036标准制造和无损检验合格者,η=0.9;
α——考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度(mm),对于一般的蒸汽管道和水管道,可不考虑腐蚀和磨损的影响;对于高压加热器疏水管道、给水再循环管道、排污管道和工业水管道,腐蚀和磨损裕度可取用2mm;对于腐蚀和磨损较严重的管道,如果估计到管子在使用中腐蚀和磨损的速度超过0.06mm/a,则腐蚀和磨损裕度应为管道运行年限内的总腐蚀和磨损量;机械强度要求的附加裕度,视具体情况确定。
表5-4纵缝焊接钢管许用应力修正系数
焊接方式
焊缝形式
η
手式电焊或气焊
双面焊接有坡口对接焊缝100%无损焊缝
1.00
有氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝
0.90
无氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝
0.75
熔剂层下的自动焊
双面焊接有坡口对接焊缝100%无损焊缝
1.00
有氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝
0.85
无氩弧焊打底的单面焊接有坡口对接焊缝
0.80
说明:
1)管道承受压力p与额定压力下蒸汽压力想同,即p=9.81MPa;
2)查询《火力发电厂汽水管道设计规定》中常见国产钢材的许用应力表,可知12GrlMoV在540℃时的许用应力[σ]t为72MPa;
3)许用应力的修正系数η,钢管选择为无缝钢管则η=1;
4)附加厚度α取2mm;
5)温度修正系数Y,因为12GrlMoV中铬含量较低,为奥氏体钢,所以Y=0.4。
直管的计算壁厚和取用壁厚
直管的计算壁厚应按下式计算
Sc=Sm+C
式中Sc——直管的计算壁厚(mm);
C——直管壁厚负偏差的附加值(mm)。
直管的取用壁厚,以公称璧厚表示。
对于以外径×壁厚标示的管子,应根据直管的计算壁厚,按管子产品规格中公称壁厚系列选取;对于以最小内径×最小壁厚标示的管子,应根据直管的计算壁厚,遵照限制造厂产品技术条件中有关规定,按管子壁厚系列选取。
任何情况下,管子的取用壁厚均不得小于管子的计算壁厚。
对于上式中出现的直管壁厚负偏差附加值应按下列规定选取:
对于管子规格以外径×璧厚标示的无缝钢管,可按下式确定:
C=ASm
式中A——直管壁厚负偏差系数,根据管子产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差m%按式
计算,或按下表取用。
对于管子规格以最小内径×最小壁厚标示的无缝钢管,壁厚负偏差值等于零。
对于焊接钢管,直缝焊接管采用钢板厚度的负偏差值;螺旋缝焊接管根据管子产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差按下表取用。
且上述两种钢管的直管壁厚负偏差的附加值,均不得小于0.5mm。
直管壁厚负偏差系数
直管壁厚允许负偏差(%)
-5
-8
-9
-10
-11
-12.5
-15
A
0.053
0.087
0.099
0.111
0.124
0.143
0.176
则Sc=Sm+C=(A+1)Sm
(6)支吊架间距计算
支吊架设计的一般规定
管道支吊架的设计要求
a.管道支吊架的设置和选型应根据管道系统的总体布置综合分析确定。
支吊系统应合理承受管道的动载荷、静载荷和偶然载荷;合理约束管道位移;保证在各种工况下,管道应力均在允许范围内;满足管道所连设备对接口推力(力矩)的限制要求;增加管道系统的稳定性,防止管道振动。
b.确定支吊架间距时,应考虑管道载荷的合理分布,并满足管道强度、刚度、防止振动和疏放水的要求。
c.支吊架必须支承在可靠的构筑物上,应便于施工,且不影响邻近设备检修及其他管道的安装和扩建。
d.支吊架零部件应有足够的强度和刚度,结构简单,并应采用典型结构和元件。
e.管道吊架的螺纹拉杆应有足够的调整长度。
当吊架上下端均不能调整拉杆长度时,可采用花篮蝶母在中间调整。
f.在任何工况下管道吊架拉杆可活动部分与垂线的夹角,刚性吊架不得大于30,弹性吊架不得大于40,当上述要求不能满足时,应偏装或装设滚动装置。
根据相对管部在水平面内的计算偏装值为:
冷位移(矢量)+
热位移(矢量)。
g.位移或位移方向不同的吊点,不得合用同一套吊架中间连接件。
支吊架的间距
水平直管道上的支吊架间距应满足下列要求:
a.刚度条件:
管道的一阶固有频率应大于3.5Hz,即单跨管道按简支梁计算,其最大挠度值不应大于2.62mm。
b.按照刚度条件,均布荷载水平直管道的支吊架允许最大间距用下式计算
式中Lm——支吊架的最大允许间距(m);
Et——钢材在设计温度下的弹性模量(kN/mm2);
I——管子截面惯性矩(cm4);
q——管道单位长度自重(kN/m)。
c.强度条件:
管道强度应按《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》(SDGJ6-1990)有关外载应力验算的规定计算,使管道的持续外载当量应力在允许范围内;并且单跨管道按简支梁计算,管道自重引起的最大弯曲应力不大于23.5MPa。
d.按照强度条件,均布载荷水平直管道的最大支支吊架间距按下式计算
式中W一一管子截面抗弯矩(cm3)。
e.水平90。
弯管两端支吊架间的管道展开长度,不应大于水平直管道上允许支吊架的最大间距的0.73倍。
2、主蒸汽管道相关计算
额定蒸汽压力9.81MPa,额定蒸汽温度540℃,查表,选用12Gr1MoV。
(1)管径
(2)壁厚
根据管道规格,取用管道规格Ф426*30mm。
(3)试验压力
1)强度试验:
2)严密性试验:
(4)支吊架间距
1)按刚度条件计算
2)按强条件计算
取Lmax=9.75m。
3、抽汽管道相关计算
额定抽气压力4.2MPa,额定抽气温度450℃,查表,选用12Gr1MoV。
(1)管径
(2)壁厚
根据管道规格,取用管道规格Ф219*8mm。
(3)试验压力
1)强度试验:
2)严密性试验:
(4)支吊架间距
1)按刚度条件计算
2)按强条件计算
取Lmax=7.11m。
4、排汽管道相关计算
额定排汽压力1.8MPa,额定排汽温度350℃,查表,选用20号钢。
(1)管径
(2)壁厚
根据管道规格,取用管道规格Ф530*14mm。
(3)试验压力
1)强度试验:
2)严密性试验:
(4)支吊架间距
1)按刚度条件计算
2)按强条件计算
取Lmax=11.3m。
六、汽机房系统工艺描述
1、蒸汽系统
锅炉房高温高压锅炉产生的蒸汽(9.81MPa、450℃)送至主蒸汽母管,再由主蒸汽母管引出支管经隔离阀、速关阀进入汽轮机高压蒸汽室,然后由调节汽阀控制进入汽轮机高压段通流部分作功。
蒸汽膨胀作功后,乏汽经过管网
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