大型汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)-01appt課件

1、1600MW600MW火力發(fā)電機組火力發(fā)電機組 汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)（第二板）（第二板）華東六省一市機電工程電力華東六省一市機電工程電力學(xué)會編學(xué)會編任課教師：任課教師： 劉華堂劉華堂華中科技大學(xué)華中科技大學(xué) 能源學(xué)院能源學(xué)院 文文華學(xué)院華學(xué)院 2019.052第第 一一 章章 概概 述述2 2學(xué)時）學(xué)時） 11 11 汽輪機及系統(tǒng)的選擇汽輪機及系統(tǒng)的選擇建電廠的目的：將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。建電廠的目的：將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｒ紤]的問題：要考慮的問題：經(jīng)濟問題：少用燃料，多發(fā)電，即高的效經(jīng)濟問題：少用燃料，多發(fā)電，即高的效率。率。安全問題：平安，可靠。安全問題：平安，可靠。環(huán)保

2、要求：節(jié)能降排溫室氣體）。除硫、環(huán)保要求：節(jié)能降排溫室氣體）。除硫、脫硝脫硝 。選擇好的發(fā)電設(shè)備：為此，要分析、考慮選擇好的發(fā)電設(shè)備：為此，要分析、考慮以下問題：以下問題：（1 1主要部件的結(jié)構(gòu)、性能，包括：主要部件的結(jié)構(gòu)、性能，包括：主汽門、調(diào)節(jié)汽門、導(dǎo)汽管的結(jié)構(gòu)、布置主汽門、調(diào)節(jié)汽門、導(dǎo)汽管的結(jié)構(gòu)、布置方式；方式；配汽方式單閥調(diào)節(jié)，順序閥調(diào)節(jié)）；配汽方式單閥調(diào)節(jié)，順序閥調(diào)節(jié)）；高、中、低壓缸結(jié)構(gòu)；高、中、低壓缸結(jié)構(gòu)；xnosoco223高、中、低壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；高、中、低壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；末級動葉長度；末級動葉長度；軸承結(jié)構(gòu)，盤車裝置，軸系連接方式；軸承結(jié)構(gòu)，盤車裝置，軸系連接方式；機組膨脹性能。機

3、組膨脹性能。（2 2機組的布置方式：對安裝、運行、檢修都有影響。如主、調(diào)門布機組的布置方式：對安裝、運行、檢修都有影響。如主、調(diào)門布置位置。置位置。（3 3機組的控制方式：包括主機和系統(tǒng)的控制：機組的控制方式：包括主機和系統(tǒng)的控制：主機：采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)主機：采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)DEHDEH）；）；輔機系統(tǒng)：采用分散式控制系統(tǒng)輔機系統(tǒng)：采用分散式控制系統(tǒng)DCSDCS）。）。 兩者協(xié)調(diào)，形成閉環(huán)式自動控制體系，在集控室的計算機桌面、兩者協(xié)調(diào)，形成閉環(huán)式自動控制體系，在集控室的計算機桌面、屏幕上就可以了解各系統(tǒng)的狀況，發(fā)出指令對機組進行控制。屏幕上就可以了解各系統(tǒng)的狀況，發(fā)出指令對機組進行控制

4、。4（4運行方案確定：運行方案確定： 機組運行年限、運行方案對機組結(jié)構(gòu)、材料選用是有影響的。應(yīng)告知設(shè)計制造廠家。（5給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的選擇：這對機組的效率影響的，抽汽級數(shù)、抽汽點的位置，抽汽量等。（6旁路系統(tǒng)的選擇：機組啟動、運行方式對主蒸汽旁路系統(tǒng)的容量、控制方式要求不同。選擇主蒸汽旁路系統(tǒng)時，注意旁路閥的驅(qū)動方式，液力驅(qū)動閥門動作要快，電動閥門的動作要慢。（7真空凝結(jié)水和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的選擇： 要根據(jù)地理位置和氣候條件不同來選擇真空凝結(jié)水和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。要根據(jù)水溫、水質(zhì)、水源來選用系統(tǒng)、設(shè)備、資料。如：5 西北地區(qū)：缺水，選擇閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；西北地區(qū)：缺水，選擇閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；

5、沿海地區(qū)：選用鈦管凝汽器；沿海地區(qū)：選用鈦管凝汽器； 水溫：東北，年平均水溫可選水溫：東北，年平均水溫可選15 C；兩廣、海南，年平均水溫可選；兩廣、海南，年平均水溫可選25 C。 （8再熱系統(tǒng)選擇：再熱系統(tǒng)選擇： 對于亞臨界機組，一次再熱；對于亞臨界機組，一次再熱； 對于超臨界機組，可一次再熱，也可二次再熱二次再熱，壓力低，對于超臨界機組，可一次再熱，也可二次再熱二次再熱，壓力低，管道粗，流量大，管道系統(tǒng)更加復(fù)雜）。管道粗，流量大，管道系統(tǒng)更加復(fù)雜）。612 600MW12 600MW汽輪機組主要技術(shù)參數(shù)汽輪機組主要技術(shù)參數(shù) 機組的技術(shù)參數(shù)分：經(jīng)濟技術(shù)參數(shù)和安全技術(shù)參數(shù)。一、汽輪機組經(jīng)濟技術(shù)

6、參數(shù)蒸汽參數(shù)對機組效率的影響： 這個問題在前面所講內(nèi)容中已經(jīng)闡述得很清楚：提高初參數(shù)和降低排汽參數(shù)，可以增大機組的理想焓降，則可以提高循環(huán)熱效率，即 2. 給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的作用前述）0ctthhH73. 真空凝汽系統(tǒng)的作用真空凝汽系統(tǒng)的作用u 組成：由抽真空系統(tǒng)、密封系統(tǒng)組成；組成：由抽真空系統(tǒng)、密封系統(tǒng)組成；u 作用：建立并且維持凝汽器的高度真空作用：建立并且維持凝汽器的高度真空(即低背壓即低背壓)，拉長機組總理想焓降，拉長機組總理想焓降的下端，最大限度地把蒸汽的熱焓變?yōu)槠啓C的動能。的下端，最大限度地把蒸汽的熱焓變?yōu)槠啓C的動能。u 確保凝汽器高度真空的必要條件：確保凝汽器高度真空的必要

7、條件：u 排汽凝結(jié)成水；排汽凝結(jié)成水；u 抽真空系統(tǒng)；抽真空系統(tǒng)；u 凝汽量和循環(huán)冷卻水量冷卻倍率凝汽量和循環(huán)冷卻水量冷卻倍率 不小于不小于60）、冷卻水進口溫度；）、冷卻水進口溫度；u 供水方式，地理位置，季節(jié)；供水方式，地理位置，季節(jié)；u 換熱面積；換熱面積；u 傳熱端差。傳熱端差。u 最有利真空和極限真空：最有利真空和極限真空：84. 軸封系統(tǒng)軸封系統(tǒng)u軸封系統(tǒng)的作用：軸封系統(tǒng)的作用：u在高壓端，防止蒸汽向在高壓端，防止蒸汽向外泄漏；外泄漏；u在低壓真空端，防在低壓真空端，防止空氣向汽輪機內(nèi)泄漏，止空氣向汽輪機內(nèi)泄漏，維持高度真空。維持高度真空。u措施：措施： 設(shè)置端軸封。設(shè)置端軸封。P

8、5 圖1395. 汽封系統(tǒng)的作用汽封系統(tǒng)的作用 設(shè)置通流部分汽封：設(shè)置通流部分汽封： 徑向汽封葉頂汽封和隔板汽封）；減少葉頂漏汽、隔板間徑向汽封葉頂汽封和隔板汽封）；減少葉頂漏汽、隔板間隙漏汽。隙漏汽。 軸向汽封：軸向汽封：106. 通流部分的性能通流部分的性能（1） 汽輪機的級：作功的最小單元；汽輪機的級：作功的最小單元；（2） 級的組成：靜葉柵和動葉柵；級的組成：靜葉柵和動葉柵；（3） 蒸汽在級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程：蒸汽在級內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過程：蒸汽通過靜葉通道時，膨脹加速，將熱能轉(zhuǎn)蒸汽通過靜葉通道時，膨脹加速，將熱能轉(zhuǎn)換為高速汽流的動能；換為高速汽流的動能；蒸汽通過動葉通道時，改變方向，或者既改蒸汽

9、通過動葉通道時，改變方向，或者既改變方向又繼續(xù)膨脹加速，推動葉輪旋變方向又繼續(xù)膨脹加速，推動葉輪旋轉(zhuǎn)，將高速汽流的動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機轉(zhuǎn)，將高速汽流的動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能。械能。P7 圖1511 （4） 熱力過程曲線分析圖1-5） （5） 動葉進出口速度三角形圖1-5） ： （6） 調(diào)節(jié)級第一級的特性 （圖1-6）：級的焓降大，作功能力大，在部分負荷下焓降更大；最佳速度比的合理選用。 （7） 末級的性能：影響末級的性能的因素有：蒸汽參數(shù)：指蒸汽濕度，影響效率，沖蝕葉片。動靜葉片的結(jié)構(gòu)、形線：有足夠大的通流面積，具有三元流流線；葉高有11.3m，保證強度。凝汽的真空度和排汽部分的形線：有良好導(dǎo)流結(jié)構(gòu)

10、，通暢。P8 圖16127. 配汽機構(gòu)對汽輪機效率的影響配汽機構(gòu)對汽輪機效率的影響 管道：為了減小管內(nèi)流動損失，應(yīng)合理選用流速、管徑，盡量避免直角管道：為了減小管內(nèi)流動損失，應(yīng)合理選用流速、管徑，盡量避免直角轉(zhuǎn)彎，內(nèi)表面光滑，保溫等。轉(zhuǎn)彎，內(nèi)表面光滑，保溫等。 主汽閥、調(diào)節(jié)閥門：閥門要有足夠的直徑，有擴壓段；運行時，主汽閥主汽閥、調(diào)節(jié)閥門：閥門要有足夠的直徑，有擴壓段；運行時，主汽閥全開；配汽閥門在主要工況如全開；配汽閥門在主要工況如50%、70%、85%、100%）下不發(fā)生節(jié)）下不發(fā)生節(jié)流；配汽閥門后面的導(dǎo)汽管和配汽室盡可能符合流線，避免撞擊和渦流。流；配汽閥門后面的導(dǎo)汽管和配汽室盡可能符合

11、流線，避免撞擊和渦流。 負荷變化對機組效率的影響實例，北侖港電廠負荷變化對機組效率的影響實例，北侖港電廠1、2號號600MW機組）：機組）： 1號機設(shè)計值）：號機設(shè)計值）：功率（MW）600510420300功率（%）100857050熱耗（kJ/kg)788078877963819413二號機設(shè)計值）：功率（MW）600510420300功率（%）100857050熱耗（kJ/kg)7790783279118079熱耗率隨負荷的變化曲線如圖熱耗率隨負荷的變化曲線如圖1-7。從以上表格可知：在變工況下，機組效率會從以上表格可知：在變工況下，機組效率會降低。所以，目前，降低。所以，目前，600M

12、W機組多帶基本機組多帶基本負荷。由其他機組帶調(diào)峰負荷。負荷。由其他機組帶調(diào)峰負荷。圖1-714二、汽輪機組的安全技術(shù)參數(shù)二、汽輪機組的安全技術(shù)參數(shù) 汽輪機組本體的安全十分重要，下馬分別討論各部件的安全。轉(zhuǎn)子安全技術(shù)參數(shù)：轉(zhuǎn)子是重要部件，工作狀態(tài)復(fù)雜，高溫、高速，承受巨大離心應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力；熱應(yīng)力，高溫蠕變，彎曲，振動等。（1離心應(yīng)力：圖1-8表示轉(zhuǎn)子上高應(yīng)力部位；空心轉(zhuǎn)子中心部位的離心應(yīng)力高于實心轉(zhuǎn)子中心部位；具有足夠抗斷裂韌性。材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度（ ）。當(dāng)工作溫度比脆性轉(zhuǎn)變溫度高50k時，材料抵抗脆性抗斷裂能力正常。 FATTT22()()cfmRF n15（2扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力

13、是由于傳遞力矩而產(chǎn)生的。低壓轉(zhuǎn)子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連結(jié)端的軸頸處的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力最大。此處是在發(fā)電機突然短路時，產(chǎn)生最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。（3熱應(yīng)力：產(chǎn)生原因：主要發(fā)生在高、中壓轉(zhuǎn)子的前幾級。是由于在啟動、停機和負荷大幅度變化時，金屬材料存在較大溫差而產(chǎn)生的。低周疲勞和疲勞裂紋：控制溫升率，暖機是控制熱應(yīng)力的辦法。轉(zhuǎn)子壽命計算和壽命管理；“機組突然甩負荷而帶廠用電和“甩負荷后維持空轉(zhuǎn)最危險工況 。熱應(yīng)力：熱沖擊，熱變形，引起轉(zhuǎn)子彎曲。金屬材料的高溫蠕變現(xiàn)象：16（4振動特性：振動特性：為了分析機組振動特性，這里需要回顧幾個有關(guān)內(nèi)容：轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速；質(zhì)量不平衡問題；油模振蕩。這幾個問題在中已經(jīng)討論過了。172. 葉片

14、安全技術(shù)參數(shù) 600MW機的葉片有三種：短葉片、中長葉片和長葉片。（1短葉片：用于高溫區(qū)段高壓缸和中壓缸之前幾級）：承受離心拉應(yīng)力、蒸汽彎曲應(yīng)力。調(diào)節(jié)級葉片，在低負下焓降大，（最危險工況彎曲應(yīng)力特別大；調(diào)節(jié)級葉片由于進汽不均勻，還承受著相當(dāng)大的脈動力，其振動頻率要求高，要求用“非調(diào)頻葉片”。其余各級短葉片也要求用“非調(diào)頻葉片”。（2中長葉片：用于中壓缸之后幾級和低壓缸的前13級：所受應(yīng)力較大，最大應(yīng)力在葉根處。對靜應(yīng)力校核及安全系數(shù)略）；動應(yīng)力校核：動應(yīng)力比靜應(yīng)力危險，應(yīng)嚴格控制；18 對動應(yīng)力的控制如下： 調(diào)節(jié)級： 2500.098MPa 對于有抽汽口的壓力級： 3500.098MPa 普通

15、壓力級： 4500.098MPa 自由葉片級： 2000.098MPa 成組或整圈連結(jié)圍帶級： 4500.098MPa 中長葉片一般用“調(diào)頻葉片”。葉片的調(diào)頻葉片的調(diào)頻 所謂“調(diào)頻”，就是調(diào)整葉片的頻率或者激振力的頻率，使二者的頻率數(shù)值不相等并錯開一定的安全范圍?；痣姀S現(xiàn)場調(diào)頻的常用幾種方法有：1重新安裝葉片、改善安裝質(zhì)量；2增加葉片與圍帶、拉金的連接牢固度，鉚打鉚釘、加焊；3加大拉金直徑增加了拉金對葉片的反彎矩或改用空心拉金減小 質(zhì)量、提高頻率）。4增加拉金數(shù)目；5改變?nèi)~片組內(nèi)葉片數(shù)目； 6對單個自由葉片增設(shè)拉金或圍帶；7在葉片截面中心鉆減荷孔；9采用松拉金或波形圍帶均可以增大阻尼，降低動應(yīng)

16、力。10變更噴嘴數(shù)、或者重新設(shè)計隔板以改變激振力的頻率。20關(guān)于葉片振動的一些專業(yè)名詞：關(guān)于葉片振動的一些專業(yè)名詞： 離心拉應(yīng)力： 彎曲應(yīng)力： 靜應(yīng)力： 動應(yīng)力： 激振力低頻激振力，高頻激振力）： 非調(diào)頻葉片： 調(diào)頻葉片：213. 汽缸的安全技術(shù)參數(shù)汽缸的安全技術(shù)參數(shù)p 汽缸工作狀態(tài)復(fù)雜，受力復(fù)雜；p （1高、中壓缸：p 保證良好密封，盡可能低的熱應(yīng)力和熱變形。為此，運行時，上下缸溫差應(yīng)30 C；啟動、停機時，應(yīng)50C。暖機時間不少于。暖機時間不少于5h。沖轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)子金屬溫度沖轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)子金屬溫度150C。避免轉(zhuǎn)子材料脆性轉(zhuǎn)變溫度。避免轉(zhuǎn)子材料脆性轉(zhuǎn)變溫度80120C）。蒸汽溫度）。蒸汽溫度比金屬高

17、比金屬高100C，過熱度，過熱度80C。給汽缸夾層送汽，溫度、流量。給汽缸夾層送汽，溫度、流量。溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動等，注意控制熱應(yīng)力、膨脹。溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動等，注意控制熱應(yīng)力、膨脹。2613 600MW13 600MW汽輪機組的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢汽輪機組的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢u機組容量：世界上，從機組容量：世界上，從60年代年代90年代末，年代末，u單軸，單軸，1200MW23.5MPa，540/540C)；u雙軸，雙軸，1300MW （24.7MPa，538/538C) ；只是在可靠性、；只是在可靠性、經(jīng)濟性、控經(jīng)濟性、控 制水平上提高。制水平上提高。u初參數(shù)：壓力：超臨界，超超臨界初參數(shù)：壓力：超

18、臨界，超超臨界2338MPa）；）；u 溫度：溫度：538640C；u全世界大型汽輪機制造商：見表全世界大型汽輪機制造商：見表1-2 P17。P17 表1-2 。企業(yè)名稱企業(yè)名稱年生產(chǎn)能力年生產(chǎn)能力(MW)企業(yè)名稱企業(yè)名稱年生產(chǎn)能力年生產(chǎn)能力(MW)美國GE公司25000德國KWU公司7000美國西屋公司14000德國BBC公司4000俄羅斯工廠10000德國M.A.N公司3000俄羅斯工廠6000日本東芝公司4000俄羅斯工廠3000日本三菱公司4000法國Alsthom公司10000日本日立公司4000英國GEC公司3000哈爾濱汽輪機廠4500英國Parsons公司3000上海汽輪機廠3

19、000瑞士ABB公司10000東方汽輪機廠3000世界主要汽輪機制造商世界主要汽輪機制造商28u 我國大型汽輪機制造商：我國大型汽輪機制造商：上海汽輪機廠：東方汽輪機廠:哈爾濱汽輪機廠：300MW，600MW機組熱耗7829kJ/kwh達到世界先進水平。末級葉片長達到1000、1200mm；正在設(shè)計的有800、1000MW機組。 各國電站汽輪機組典型產(chǎn)品的經(jīng)濟水平表13）表表13 P1829我國安裝我國安裝600MW600MW機組的設(shè)計特點：機組的設(shè)計特點： 自上世紀80年代以來，我國開始安裝600MW火電機組，其特性見表14。圖11013分別是反動式和沖動式、四缸四排汽、亞臨界壓力和超臨界壓力、三缸四排