獨(dú)特結(jié)構(gòu)、獨(dú)特性能的超超臨界汽輪機(jī)

1、獨(dú)特結(jié)構(gòu)、獨(dú)特性能的超超臨界汽輪機(jī)     何阿平 陽虹 彭澤瑛參數(shù)kPa/ 熱耗（相對）下降%熱效率增加值%熱耗（以亞臨界600MW為基準(zhǔn)）kJ/kWh目前各種機(jī)型保證熱耗水平kJ/kWh16.7/538/538基準(zhǔn) 基準(zhǔn) 7796 24.2/566/5662.30.977621 25/600/6003.951.6675007309（某電廠投標(biāo)） 26.25/600/6004.131.737487731627/600/6004.2351.787479731228/600/6104.551.917457 30/600/620

2、52.17424 35/700/72010.24.47074 電廠及日期 實(shí)測平均(設(shè)計(jì)值)高中壓缸效率%實(shí)測(保證)熱耗kJ/kWh1998德國黑泵電廠2×874MW90.95/93.457307.5(7315.1)1999德國Boxberge電廠910MW94.2/96.1全廠熱耗7484(7531)2002年Isogo電廠600MW 兩年后熱耗7318(7342)2004年外高橋-II-2×900MW 7500(7602)2007年華能玉環(huán)電廠4×1000MW90.65/93.28(90.39/93.3)7291-7315(7316)20

3、08年外高橋-III-2×1000MW92.08/93.77(91.12/93.44)      析 我們從設(shè)計(jì)角度，通過與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比的方法，沿著蒸汽流動的軌跡，從汽輪機(jī)進(jìn)口到排汽的各個(gè)流段，對獨(dú)特結(jié)構(gòu)的低流動損失、高效率特性進(jìn)行分解。 （1）汽輪機(jī)閥門前可采取更高的蒸汽壓力 與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式相比，SEPG采用的“獨(dú)特”圓筒型高壓模塊中，外缸為無水平中分面的圓筒型，前后分為高溫及低溫缸，由軸向螺栓連接；內(nèi)缸有水平中分面，但也是一個(gè)無法蘭外伸端的光滑圓筒型結(jié)構(gòu)（見圖2）。自冷結(jié)構(gòu)不僅冷卻轉(zhuǎn)子和汽缸，同時(shí)使內(nèi)外缸分別承受部分壓力

4、載荷（見圖3），加上受力直徑小、溫度場及應(yīng)力均勻等特點(diǎn)使螺栓、汽缸及轉(zhuǎn)子的工作應(yīng)力、熱應(yīng)力、膨脹都能承受更高的蒸汽壓力，現(xiàn)有的模塊在一開始就將參數(shù)定位在30MPa/600/620。     圖2 緊湊光滑的圓筒型高壓內(nèi)外缸 圖3 內(nèi)外缸自冷及壓力分配結(jié)構(gòu) 具體產(chǎn)品應(yīng)用的溫度和壓力是采取逐步增加的方式，目前產(chǎn)品的壓力已從25MPa升高到26.25MPa、27MPa、28MPa。與目前傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)型的壓力不大于25MPa相比,26.25MPa30MPa的熱耗可降低約14kJ/kWh55kJ/kWh。 (2)獨(dú)特的大面積主汽門永久濾網(wǎng)結(jié)構(gòu) 針對超超臨界的特點(diǎn)，整

5、個(gè)機(jī)組為兩個(gè)主汽門和調(diào)門，且采用一種獨(dú)特的，由成型帶料迭加而成的永久濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是大面積（為閥門喉部面積的7倍），小濾網(wǎng)（僅1.6mm）,在保持較好過濾效果前提下,流動損失系數(shù)僅0.5%左右。 (3)主汽門和調(diào)門直接和汽缸相連，無蒸汽管道 兩個(gè)主汽門調(diào)門通過大螺母直接與汽缸相連（見圖4），與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，直接避免了蒸汽通過安裝在機(jī)頭四個(gè)調(diào)門的四根累計(jì)幾十米主蒸汽管道，及3-4個(gè)彎頭的流動損失。按1%流動損失計(jì)算的熱耗得益在5kJ/kWh左右。 圖4 兩個(gè)主門直接安裝在汽缸上 (4)閥門出口立即到達(dá)噴嘴的簡捷進(jìn)汽結(jié)構(gòu) 獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使蒸汽經(jīng)過兩個(gè)閥門進(jìn)入汽缸后立即到達(dá)第一級噴嘴前（圖5），省缺

6、了傳統(tǒng)四個(gè)進(jìn)氣管及四個(gè)弧段組成的蒸汽室過程（圖6），減少了一段流動損失。 圖5進(jìn)入汽缸立即到達(dá)噴嘴的結(jié)構(gòu) 圖6傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)四個(gè)進(jìn)汽管的蒸汽室 (5) 全新的配汽方式提高經(jīng)濟(jì)性 噴嘴調(diào)節(jié)和全周進(jìn)汽兩種配汽方式在安全性、經(jīng)濟(jì)性方面各有特點(diǎn)，但是針對超超臨界參數(shù)及1000MW容量，因下列原因，使技術(shù)優(yōu)勢完全傾向全周進(jìn)汽方式：一方面噴嘴調(diào)節(jié)受強(qiáng)度的制約，即使在采用雙流調(diào)節(jié)級情況下，還必須將最小部分進(jìn)汽度增加到75%左右（三閥全開），其后果是滑壓終點(diǎn)的負(fù)荷相應(yīng)提高到100%額定負(fù)荷左右；另一方面，全周進(jìn)汽+旁通進(jìn)汽閥配置方式，使100%負(fù)荷的滑壓壓力也同樣達(dá)到了額定壓力。為此，在超超臨界參數(shù)下，全周進(jìn)汽和噴

7、嘴調(diào)節(jié)兩種方式實(shí)現(xiàn)相同的定-滑-定壓力運(yùn)行特性（表3、圖7）。以往亞臨界機(jī)組中，噴嘴調(diào)節(jié)部分進(jìn)汽度小，滑壓運(yùn)行壓力高，循環(huán)效率高的優(yōu)勢在超超臨界機(jī)組中已不存在，噴嘴調(diào)節(jié)因75%部分進(jìn)汽的損失，級效率低的情況仍舊存在，使噴嘴調(diào)節(jié)在額定負(fù)荷及部分負(fù)荷的效率和安全性均不及全周進(jìn)汽方式。 表3 超超臨界不同配汽結(jié)構(gòu)基本具有相同的負(fù)荷-滑壓壓力MPa 最大負(fù)荷 100%負(fù)荷 75%負(fù)荷 50%負(fù)荷 40%負(fù)荷 噴嘴部分進(jìn)汽方式 252518.912.610.4全周進(jìn)汽 26.2523.2717.311.49.28全周進(jìn)汽+旁通進(jìn)汽 26.2526.2519.412.810.4圖7 超超臨界汽輪

8、機(jī)的負(fù)荷與壓力的定-滑-定曲線 計(jì)算表明，相同負(fù)荷-滑壓特性條件下，配有旁通進(jìn)汽閥（相當(dāng)于第三個(gè)調(diào)門）的全周進(jìn)汽與傳統(tǒng)的部分進(jìn)汽結(jié)構(gòu)相比，額定負(fù)荷及部分負(fù)荷的熱耗要低20kJ/kWh左右（見圖8）；大于額定流量時(shí)，旁通閥打開，效率下降。最大負(fù)荷下配旁通閥熱耗最高，無旁通閥的全周進(jìn)汽熱耗最低。 圖8 超超臨界汽輪機(jī)不同配汽結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性對比 5 結(jié)論 （1）根據(jù)歐洲高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)的分析和實(shí)踐,百萬千瓦機(jī)組的熱效率比傳統(tǒng)亞臨界600MW機(jī)組提高7.7%。其中與汽輪機(jī)本體優(yōu)化設(shè)計(jì)直接相關(guān)的有超超臨界參數(shù)、高效率汽輪機(jī)以及排汽冷端優(yōu)化設(shè)計(jì)等三個(gè)領(lǐng)域，熱效率的提高幅度為4.4%，而600超超臨界參數(shù)

9、的貢獻(xiàn)僅為其中的1/3左右。 （2） 目前我國超超臨界600參數(shù)1000MW與亞臨界600MW機(jī)組相比，各種機(jī)型的保證熱耗降低了約6.6%，扣除超超臨界參數(shù)的4%熱耗降低之外，制造廠有必要對其余的熱耗降低進(jìn)行驗(yàn)證和作出分析論證。 （3）先進(jìn)的結(jié)構(gòu)技術(shù)是汽輪機(jī)三個(gè)領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化的關(guān)鍵。新型的獨(dú)特結(jié)構(gòu)能適應(yīng)更高的蒸汽參數(shù)；能大幅度減少汽輪機(jī)內(nèi)部的流動損失，提高汽輪機(jī)的內(nèi)效率；能在大容積流量條件下獲得更大的冷端優(yōu)化得益。通過從汽輪機(jī)進(jìn)口至排汽整個(gè)流動過程中的每個(gè)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的對比分析表明，按不完全估算獨(dú)特結(jié)構(gòu)的熱耗得益在2.5%(約188kJ/kWh)以上。在低冷卻水溫或更大容量，或者進(jìn)一步提高參數(shù)

10、的條件下，獨(dú)特結(jié)構(gòu)還有使熱耗降低2%的潛力。 （4）自1997年至今，一系列超超臨界汽輪機(jī)的現(xiàn)場性能試驗(yàn)表明：不僅機(jī)組的保證熱耗低于保證值，而且高中壓缸的效率均同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值。充分驗(yàn)證了新型獨(dú)特結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的低損失特性。從提高效率角度，獨(dú)特結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)型將是產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展“優(yōu)勝劣汰“的必然趨勢。 參 考 文 獻(xiàn) (1) 國家電力公司,中國華能集團(tuán)公司. “我國發(fā)展超超臨界發(fā)電機(jī)組的技術(shù)選型研究” 2008年8月. 國家863”超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”課題/子課題1技術(shù)報(bào)告。 (2) 上海汽輪機(jī)有限公司. “引進(jìn)型百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī)文集”。2004.11 (3) 西安熱工研究院有限公司. “華能玉環(huán)電廠#1機(jī)組性能考核試驗(yàn)報(bào)告”， “華能玉環(huán)電廠#2機(jī)組性能考核試驗(yàn)報(bào)告”.。2007. 05。 內(nèi)部資料。 (4) Mathias Deckers and Ernst Wilhelm Pfitzinger, Wilfried Ulm,“Advanced HP/IP blading technologies