本科毕业设计（论文）4MW燃气蒸汽联合循环机组热力系统设计题 目：_班 级：_学 号：_姓 名：_指导老师：_摘要燃气-蒸汽联合循环有效地利用了能量，使不同品质的能量得到了充分利用，一方面，能量的梯级利用大大提高了电厂的热效率，另一方面，清洁的燃气发电减少了对环境的污染。因此燃气-蒸汽联合循环发电技术在全世界得到了快速发展。本设计主要对燃气-蒸汽循环热力系统进行热平衡计算以及利用多参数进行简单的优化，设计好系统后，对系统进行全面的热经济分析。本设计主要分为三大部分，第一部分是对热力系统进行选型，根据已知条件进行燃机、余热锅炉、汽机进行热平衡计算以及热经济性分析；第二部分是对电厂的局部系统进行介绍以及简单的设计；最后部分是对阀门管道进行简单选型与计算。关键词：联合循环，热效率，梯级利用，余热锅炉 目 录1 绪论11.1题目设计的背景与意义11.2国内外的发展状况以及趋势21.2.1中国汽轮机的发展历程21.2.2国外汽轮机的发展历程21.2.3汽轮机的发展趋势31.2.4中国燃气轮机的发展历程31.2.5国外燃气轮机的发展历程41.2.6燃气轮机的发展趋势51.3设计内容和设计方法52 联合循环热平衡计算62.1燃气轮机热平衡计算62.2余热锅炉热平衡计算112.2.1余热锅炉的介绍122.2.2未来余热锅炉的发展132.3蒸汽轮机的热平衡计算182.4凝汽器热力计算203 管道与阀门计算223.1主蒸汽管道设计223.1.1高压蒸汽管道设计223.1.2低压蒸汽管道设计233.2凝结水管道设计243.3给水管道设计253.4阀门选型254 电厂局部系统264.1主蒸汽系统274.2凝结水系统284.3凝汽器真空抽气系统284.4汽轮机机组的润滑油系统294.5发电机氢冷系统30结论32参考文献33致谢331 绪论1.1题目设计的背景与意义自然界中天然形态的煤炭、石油、天然气、核能、水能、风能、太阳能等等一次能源，除了极少数能直接为人类所使用外，绝大多数都要再转换成电能、汽油、热水等等二次能源后才能使用，在各种各样的二次能源中，电能由于清洁且便于远距离输送而受到人们的青睐。目前，全世界的电能已占终端能源消费总量的40%左右，随着科学技术的进步和社会文明程度的提高，这个比例还会进一步提高。电能的生产方式大体有两种类型：一类是热力发电，即先将一次能源转换成电能，然后转化为机械功，再通过发电机转换为电能；另一类是非热力发电，即将一次能源不经过热能而直接转换成电能，前者如火力发电，核能发电、地热发电、太阳能发电、垃圾焚烧发电、海水温差发电等；后者如水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、潮汐发电等。目前，热力发电占据着统治地位，其发电量约占世界总发电量的80%。热力发电的核心技术是热机，热机是用于将热能转换为机械功的机械装置。迄今为止，已经发展成熟且最适合大规模发电应用的热机主要是汽轮机和燃气轮机。汽轮机是一种依靠由各种热源产生的高温高压蒸汽推动安装在轮轴上的叶轮而旋转的机械装置。燃气轮机是一种依靠由燃料和与空气混合燃烧而形成的高温高压燃气推动轮轴上的叶轮而旋转的机械装置。在汽轮机和燃气轮机发电技术逐步发展并走向成熟的同时，人们还发展并大量推广使用了一种更为先进的热力发电技术，这就是燃气-蒸汽联合循环。燃气-蒸汽联合循环不是一种独立的热机，而是一种将汽轮机和燃气轮机耦合在一起的发电系统，这项技术将很快在发电领域占据重要的地位，因为第一，它比单独的燃气轮机或者蒸汽轮机有着更高的热效率；第二，它可以在很大程度上保留燃气轮机机动灵活的特性；第三，它虽然目前与燃气轮机一样主要用在燃用油、天然气的场合，但经过进一步发展之后，完全可以低污染的燃用煤炭等固体燃料，并可以与燃料电池等新型发电技术相结合派生出各种各样其他形式的发电系统1。 我国火电机组主要为燃煤发电机组，存在污染严重，供电煤耗高的问题，不能满足新世纪电力工业发展需要，必须依靠科技进步，促进我国资源环境相互协调可持续发展。采用高参数大容量机组，超临界压力机组是火电机组发展的主要方向外，发展清洁燃煤技术，煤气化联合循环和整体气化燃料电池等以燃气输机为技术基础的发电技术，亦是提高我国火电热效率的突破口方向。为此，今后发展燃气蒸汽循环发电将具有战略意义。燃气蒸汽轮机联合环热电冷联供系统是一项先进的供能技术。1.2国内外的发展状况以及趋势1.2.1中国汽轮机的发展历程汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。中国汽轮机发展起步比较晚。1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机；1964年哈尔滨汽轮机厂第一台100MW机组在高井电厂投入运行；1972年第一台200MW汽轮机在朝阳电厂投入运行；1974年第一台300MW机组在望亭电厂投入运行。1987年采用引进技术生产的300MW机组在石横电厂投入运行；1989年采用引进技术生产的600MW机组在平圩电厂投入运行；2000年从俄罗斯引进两台超临界800MW机组在绥中电厂投入运行；上海汽轮机厂是中国第一家汽轮机厂，在1995年开始与美国西屋电气公司合作成立了现在的STC，1999年德国西门子公司收购了西屋电气公司发电部，STC相应股份转移给西门子；哈尔滨汽轮机厂1956年建厂，先后设计制造了中国第一台25MW、50MW、100MW和200MW汽轮机，1986年制造成功了中国第一台600MW汽轮机，目前自主研制的三缸超临界600MW汽轮机已经投入生产；东方汽轮机厂1965年开始兴建，1971年制造出第一台汽轮机，目前的主力机型为600MW汽轮机；1987年，山东淄博汽轮机厂开发生2006000KW小型汽轮机，2006年09月，淄博汽轮机厂优化聚合成淄博慎德汽轮机有限公司，使我国小型汽轮机的发展迈上了一个新的台阶。目前中国四大动力厂以600MW和1000MW机组为主导产品。1.2.2国外汽轮机的发展历程1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，随后在1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机，虽然当时的汽轮机和我们现在的汽轮机相比结构非常简单，但是从此推动了汽轮机在世界范围内的应用，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。在60年代，世界工业发达的国家生产的汽轮机已经达到500600MW等级水平。1972年瑞士BBC公司制造的1300MW双轴全速汽轮机在美国投入运行，设计参数达到24Mpa，蒸汽温度538，3600rpm；1974年西德KWU公司制造的1300MW单轴半速1500 rpm饱和蒸汽参数汽轮机投入运行；1982年世界上最大的1200MW单轴全速汽轮机在前苏联投入运行，压力24Mpa，蒸汽温度540。目前世界各国都在研究大容量、高参数汽轮机的研究和开发，如俄罗斯正在研究2000MW汽轮机。1.2.3汽轮机的发展趋势大型汽轮机组的研制是汽轮机未来发展的一个重要方向，这其中研制更长的末级叶片，是进一步发展大型汽轮机的一个关键；研究提高热效率是汽轮机发展的另一方向，采用更高蒸汽参数和二次再热，研制调峰机组，推广供热汽轮机的应用则是这方面发展的重要趋势。目前，由于电能需求量增长速度的下降，世界范围内对于超出10万千瓦等级的汽轮机定货不多。但对于核电站大型全速饱和蒸汽汽轮机的开发已付诸实践，如BBC公司为瑞士哥拉宾原子能电站制造了一台功率为123万千瓦的全速汽轮机2。其次，世界上各主要汽轮机制造厂家并未放松对二次再热、超临界参数大功率机组开发研究工作。例如KWU公司同美国动力公司一直在探索把汽轮机单机功率提高到160万千瓦或更高水平的设计方案。1.2.4中国燃气轮机的发展历程1962年上海汽轮机厂试制船用燃气轮机，1964年与上海船厂合作制成550KW燃气轮机，1965年制成6000KW列车电站燃气轮机，1971年制成3000KW卡车电站。在这期间还与703研究所合作制造了3295KW、4410KW、18380KW等几种船用燃气轮机。1966年哈尔滨汽轮机厂制成2200KW机车燃气轮机和1000KW自由活塞式燃气轮机，1973年与703研究所合作制成4410KW船用燃气轮机，与长春机车车辆厂合作制成3295KW机车燃气轮机。1964年南京汽轮电机厂制成1500KW电站燃气轮机；1970年制成37KW泵用燃气轮机；1972年制成1000KW电站燃气轮机；1977年制成21700KW快装式电站燃气轮机；1984年与GE公司合作生产了PG6541B型36000KW燃气轮机；从1984年至2004年已生产了PG6541B型、PG6551B型、PG6561B型、PG6581B型四种型号燃气轮机，功率由36000KW上升到现在的43660KW。2003年国家发改委决定南京汽轮电机集团有限责任公司与GE公司进一步扩大合作生产范围，在南京汽轮电机集团有限责任公司生产S209E型燃气蒸汽联合循环发电装置中的燃气轮机、汽轮机和发电机。1978年东方汽轮机厂制6000KW燃气轮机；1972年杭州汽轮机厂制成200KW燃气轮机；1972年青岛汽轮机厂制成1500KW卡车电站燃气轮机。2003国家发改委决定在秦皇岛建一座燃气轮机生产基地，与美国GE公司合作生产MS9001FA型燃气轮机。该生产基地隶属于哈电集团，与哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨电机厂共同生产S109FA-SS型燃气蒸汽联合循环发电设备。2004年8月在秦皇岛组装的第一台MS9001FA型燃气轮机已发运到杭州半山电厂。1.2.5国外燃气轮机的发展历程1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于19001904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败；1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13%、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85%的轴流式压气机。与此同时，涡轮效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600以上高温的铬镍合金钢等