上汽-西門子型百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī)

1、第35卷 第1期熱力透平V o l . 35N o . 1年月T H E R M A LT U R B I N E上汽-西門子型百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī)何阿平, 彭澤瑛(上海汽輪機(jī)有限公司, 上海200240摘 要: 介紹了上海汽輪機(jī)有限公司1000MW 超超臨界汽輪機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)。通過采用高溫材料、大容量單軸汽輪機(jī)模塊以及一系列獨(dú)特結(jié)構(gòu)和先進(jìn)技術(shù),使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性達(dá)到世界先進(jìn)水平。該機(jī)組還能滿足今后更高參數(shù)、更低背壓、空冷、熱電聯(lián)供等不同超超臨界電廠的要求, 在我國高效潔凈燃煤發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞: 蒸汽輪機(jī);電廠; 超超臨界參數(shù); 熱耗; 可靠性中圖分類號(hào):T K 26

2、1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-5549(2006 01-0001-07U l t r aS u p e r c r i t i c a l 1000MWS t e a mT u r b i n ew i t h t h e “HMN ”M o d u l e sD e s i gn e d b y ST Ca n dS i e m e n s H E A -p i n g , P E N GZ e -y i n g(S h a n g h a i T u r b i n eC o m p a n y L t d . , S h a n gh a i 200240, C h i n a

3、 A b s t r a c t : T h e p a p e r i n v o l v e st h et e c h n i c a l f e a t u r e so ft h e1000MW u l t r as u p e r c r i t i c a ls t e a mt u r b i n e m a d eb y S h a n g h a i T u r b i n eC o m p a n y L t d . (S T C . B y a d o p t i n g t h e n e wh i g h -t e m p e r a t u r em a t e

4、r i a l s a n d t h e l a r g e c a p a c i t y t u r -b i n em o d e l s o f t a n d e mc o m p o u n d a n d a s e r i e s o f t h e p a r t i c u l a r a n d a d v a n c e d t e c h n o l o g i e s , t h e u n i t s c o s t -e f f e c t i v e n e s s a n d r e l i a b i l i t y h a v e r e a c h

5、e d t h e a d v a n c e d t e c h n o l o g y i n t h ew o r l d . T h e u n i t a l s o c a nm e e t f u r t h e r f u t u r e r e q u i r e m e n t s w i t hm o r e h i g h s t e a m p a r a m e t e r s , l o w e r b a c k p r e s s u r e , a i r c o o l i n g c o n d e n s i n g , c o g e n e r a

6、 t i o n , a n d h a s r e v e a l e d b r i g h t p r o s p e c t s i n t h e d e v e l o p m e n t o f t h e h i g h e f f i c i e n c y a n d c l e a n f o s s i l -f i r e d p o w e r p l a n t i nC h i n a . K e y wo r d s : s t e a mt u r b i n e (p o w e r p l a n t (u l t r a s u p e r c r i

7、 t i c a l p a r a m e t e r (h e a t r a t e (r e l i a b i l i t y 0 前言大容量、高參數(shù)是提高火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最為有效的措施。同時(shí)基于世界一次能源資源狀況中煤的儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過石油和天然氣; 環(huán)境保護(hù)對(duì)減少排放污染的要求; 京都議定書為控制地球溫室效應(yīng)所確定的減少C O 2排放目標(biāo)等原因, 高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)將成為今后世界電力工業(yè)的主要發(fā)展方向之一。隨著1993年應(yīng)用“600”鐵素體高溫材料的首臺(tái)(再熱 溫度593的700MW 機(jī)組在日本碧南電廠投運(yùn),標(biāo)志著世界汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的“超超臨界參數(shù)”發(fā)展階段。相對(duì)熱力學(xué)

8、的超臨界概念, 超超臨界參數(shù)是一種商業(yè)性稱謂, 以表示汽輪發(fā)電機(jī)組具有更高的壓力和溫度,有的公司也將超超臨界機(jī)組稱為高效超臨界機(jī)組。由于“高效超臨界”并沒有突出更高參數(shù)的含義, 為此我國“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”課題2003年8月提交的“我國發(fā)展超超臨界發(fā)電機(jī)組的技術(shù)選型研究”報(bào)告中統(tǒng)一采用了“超超臨界”的提法。目前世界各公司對(duì)超超臨界參數(shù)沒有統(tǒng)一的定義, 課題組從產(chǎn)品發(fā)展的“起步”和“穩(wěn)妥”角度, 推薦我國今后超超臨界汽輪機(jī)的“下限“和“起步”參數(shù)為壓力25M P a , 溫度580, 容量大于600MW 。作為863攻關(guān)項(xiàng)目依托工程的我國第一個(gè)超超臨界電廠-華能玉

9、環(huán)廠4×1000MW 項(xiàng)目于2003年11月正式啟動(dòng),標(biāo)志著我國電力工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)以環(huán)保、高效為中心的發(fā)展新階段。至收稿日期:2005-09-28作者簡(jiǎn)介:何阿平(1960- , 男, 1982年畢業(yè)于上海機(jī)械學(xué)院渦輪機(jī)專業(yè),教授級(jí)高級(jí)工程師, 上海汽輪機(jī)有限公司總工程師。本文為2005年中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)透平專委會(huì)論文研討會(huì)宣讀論文,獲優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。2005年12月為止,上海汽輪機(jī)有限公司已承接了玉環(huán)、外高橋I I I 期、寧海共8臺(tái)1000MW 超超臨界汽輪機(jī)的合同,采用了從德國西門子公司引進(jìn)的單軸、“HMN ”積木塊系列的四缸四排汽超超臨界機(jī)型。該機(jī)型集中了當(dāng)今所有可應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)

10、。機(jī)組的參數(shù)、容量及技術(shù)性能均達(dá)到世界先進(jìn)水平。本文將對(duì)“HMN ”型超超臨界汽輪機(jī)的先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)以及該機(jī)型在各種高效潔凈火電廠的應(yīng)用前景和技術(shù)優(yōu)勢(shì)作簡(jiǎn)要的介紹。1 “HMN ”機(jī)型的三大技術(shù)進(jìn)步近10年世界新一輪“600”超超臨界燃煤發(fā)電在汽輪機(jī)領(lǐng)域最為關(guān)鍵的三大技術(shù)是:鐵素體高溫材料下的600參數(shù)、單軸百萬千瓦容量、重新采取更高的超臨界壓力。世界超超臨界業(yè)績(jī)統(tǒng)計(jì)表明, 西門子和日本三菱、東芝機(jī)組的溫度應(yīng)用水平相同, 都達(dá)到600/610; 而在單軸、百萬千瓦容量及采取更高超臨界壓力方面, “HMN ”機(jī)型具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。1. 1 600鐵素體材料目前有三種不同溫度檔次的高溫鐵素體材料,

11、見下圖 1。圖1 超超臨界汽輪機(jī)的高溫材料已有標(biāo)準(zhǔn)采購規(guī)范的600(625 材料的高溫性能數(shù)據(jù)見下圖2。 圖3 “HMN ”四缸四排汽機(jī)型(2無主蒸汽管道緊湊的閥門連接結(jié)構(gòu)機(jī)組只有兩個(gè)主調(diào)門及兩個(gè)再熱主調(diào)門(圖4 , 并直接和汽缸相連, 結(jié)構(gòu)非常緊湊、流動(dòng)損失小、附加推力小、起吊高度低。閥門與汽缸整體安裝; 主調(diào)門與高壓缸采用焊接或大型罩螺母方式連接。閥門采取小網(wǎng)格(1. 6m m 、大面積的不銹鋼永久性濾網(wǎng):直徑小, 剛性好, 不易損壞 。圖4 高壓缸與主調(diào)門 單排汽口、單連通管中壓缸(3中壓缸單排汽口, 單個(gè)中低壓連通管“M 30”雙流中壓缸結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之一在于:僅有兩個(gè)進(jìn)汽口和一個(gè)排汽口,

12、 再熱蒸汽由側(cè)面二個(gè)進(jìn)汽口進(jìn)入汽輪機(jī)。而一個(gè)與中低壓連通管相接的排汽口則布置在汽缸中間頂部, 不僅使汽缸的軸向尺寸緊湊, 而且使整個(gè)中壓外缸只承受中壓排汽的溫度和壓力。為滿足回?zé)岢槠枰? 包括中壓排汽在內(nèi),可有三個(gè)或四個(gè)抽汽口。(4 獨(dú)特的支撐和膨脹系統(tǒng)設(shè)計(jì)高、中壓缸和低壓內(nèi)缸通過貓爪支撐在軸承座上, 貓爪與軸承座之間的滑動(dòng)面有耐磨的低摩擦合金。軸承座支撐在基礎(chǔ)上, 不隨機(jī)組膨脹。 推拉裝置以及在軸承座上的支撐使低壓內(nèi)缸可沿圖5 低壓缸軸向滑動(dòng)(見圖5 ; 低壓外缸與凝汽器剛性連接支撐, 與機(jī)組的膨脹無關(guān), 凝汽器真空變化不會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的動(dòng)靜徑向間隙產(chǎn)生任何影響, 有利于軸系保持穩(wěn)定的運(yùn)行特性

13、。機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)及相對(duì)死點(diǎn)均在高中壓之間的推力軸承處。中壓外缸與低壓內(nèi)缸以及低壓內(nèi)缸之間有推拉裝置, 使動(dòng)靜葉片的相對(duì)間隙變化最小, 整個(gè)機(jī)組有非常良好的膨脹特性, 見下圖6。圖6 膨脹系統(tǒng)2. 2 提高經(jīng)濟(jì)性的先進(jìn)技術(shù)(1 對(duì)超超臨界、百萬千瓦容量機(jī)組采用單流+全周進(jìn)汽,既提高了效率又解決了強(qiáng)度及附加汽隙激振的問題, 與雙流+噴嘴調(diào)節(jié)方式相比, 不僅在可靠性, 而且經(jīng)濟(jì)性也顯示出較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步用足壓力, 對(duì)大余量配置的機(jī)組, 采用了配置第三個(gè)小流量補(bǔ)汽閥的技術(shù), 形成全周進(jìn)汽定-滑-定運(yùn)行模式, 使額定工況滑壓的進(jìn)汽壓力提高到額定壓力, 進(jìn)一步提高效率。補(bǔ)汽閥的結(jié)構(gòu)和控制與2個(gè)主調(diào)

14、門完全相同。補(bǔ)汽閥技術(shù)的具體得益大小取決于機(jī)組容量配置的余量, 以玉環(huán)而例, 閥門全開流量是額定工況的108%,即補(bǔ)汽閥流量為8%時(shí), 可使額定工況(包括所有小于額定負(fù)荷的工況 的熱耗下降23k J /圖7 閥門配置k W ·h 左右。如閥門全開流量是額定工況的112%, 采用補(bǔ)汽閥的熱耗得益將超過35k J /k W ·h 左右。對(duì)承擔(dān)一次調(diào)頻運(yùn)行的機(jī)組, 補(bǔ)汽閥替代調(diào)門節(jié)流還可降低熱耗約12k J /k W ·h。(2 回?zé)嵯到y(tǒng)的最佳配置:疏水泵+疏水加熱器為簡(jiǎn)化#6、#7、#8低加疏冷段設(shè)計(jì)及解決逐級(jí)疏水運(yùn)行的問題, 充分提高經(jīng)濟(jì)性, 在第六級(jí)加熱器配置了一

15、個(gè)功率為200k W 的疏水泵, 在汽封加熱器前配置一個(gè)疏水加熱器以利用最后兩個(gè)"第1期 熱力透平低加的疏水熱量。疏水泵的耗功影響熱耗約1k J /k W ·h 。由于該疏水系統(tǒng)沒附加閥門,完全依靠重力,因此運(yùn)行可靠, 維護(hù)費(fèi)用極低。(3高、中壓第一級(jí)斜置靜葉在高中壓缸兩個(gè)徑向進(jìn)汽通道向軸向葉片級(jí)折轉(zhuǎn)過程中配置了一種獨(dú)特的斜置靜葉(見圖8, 該靜葉同時(shí)起到導(dǎo)流作用, 且無徑向漏汽, 結(jié)構(gòu)合理緊湊, 損失小。第一級(jí)為低反動(dòng)度葉柵, 一方面不像沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)會(huì)在動(dòng)葉片進(jìn)口形成小進(jìn)汽角的高速氣流, 避免硬質(zhì)顆粒沖蝕; 另一方面又可有較大的焓降, 降低轉(zhuǎn)子的工作溫度。圖8 600(6

16、25 材料的高溫性能數(shù)(4單流程的高壓缸本機(jī)型的“H ”型高壓缸模塊(見圖9 , 全周進(jìn)汽不存在第一級(jí)葉片的強(qiáng)度限制, 因而即使 相圖9 “H 30”單流高壓缸對(duì)1000MW 功率等級(jí), 仍然可采取單流程。不僅結(jié)構(gòu)緊湊, 而且因葉片通流面積及高度比雙流大一倍,可大幅度降低端部損失, 明顯提高效率。例如, 計(jì)算表明:1000MW 超超臨界雙流高壓缸的葉片面積(高度 與亞臨界300MW 相當(dāng), 與單流程、小直徑高壓缸相比, 相同氣動(dòng)技術(shù)條件下的效率要相差4. 4%左右。(5一系列獨(dú)特的反動(dòng)級(jí)葉片設(shè)計(jì)技術(shù)從葉片級(jí)的損失對(duì)比分析可以明顯地看出, 除葉片及平衡活塞的漏汽損失外, 反動(dòng)式因小折轉(zhuǎn)角可減少二

17、次流損失、大的葉片面積減少高壓端葉片的端損、動(dòng)葉片大進(jìn)汽角下的沖角損失小等特點(diǎn)使葉片級(jí)的效率高于沖動(dòng)式。此外“HMN ”模塊通流部分反動(dòng)式葉片級(jí)中還采取了一系列先進(jìn)的氣動(dòng)及結(jié)構(gòu)技術(shù)以進(jìn)一步提高效率:例如小直徑、多級(jí)數(shù), 發(fā)揮反動(dòng)式葉片級(jí)輪周效率高的優(yōu)勢(shì), 同時(shí)有利于減少漏汽損失; 所有動(dòng)葉均采用沒有軸向漏汽、周向裝配的“T “葉根; 轉(zhuǎn)子及靜子采用多道汽封減少漏汽損失; 新一代型損小、有寬廣沖角適應(yīng)范圍的型線; 所有動(dòng)靜葉片均采用全三維-彎扭的葉片成型技術(shù), 以減少二次流損失, 效率可提高2%; 按整個(gè)通流部分最佳氣流特性決定各級(jí)反動(dòng)度的變反動(dòng)度設(shè)計(jì)原則, 使整個(gè)葉片級(jí)的總效率達(dá)到最佳(見下圖

18、10 。圖10 變反動(dòng)度設(shè)計(jì)提高整個(gè)通流部分效率在本公司的設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)有一個(gè)高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)C A E /C A D 系統(tǒng)和葉片數(shù)控加工C AM 系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動(dòng)完成通流部分葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì):決定葉型、高度、圍帶及葉根尺寸; 完成氣動(dòng)及熱力計(jì)算; 強(qiáng)度計(jì)算; 葉片的彎扭三維“3D ”成型; 形成葉片及轉(zhuǎn)子、汽缸相關(guān)的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)能快速、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、無差錯(cuò)地按總體效率最高原則進(jìn)行通流部分設(shè)計(jì)和制造, 明顯地縮短開發(fā)周期 。圖11 低壓末級(jí)馬刀靜葉隔板(6低壓缸末兩級(jí)的彎扭靜葉根據(jù)計(jì)算氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì), 低壓末端的長(zhǎng)葉片級(jí)采用了高效的帶前傾的“J”型馬刀型靜葉片。(7 低壓缸“N 30”整圈

19、阻尼鈦合金1430m m 葉片按最佳余速損失原則, 超超臨界1000MW 功率等級(jí)在4. 9k P a 的背壓條件下,四排汽采用排汽面積為10. 96m 2的1146m m 葉片, 其額定工況處在最佳的軸向排汽狀況。為滿足低冷卻水溫地區(qū), 低背壓配置以及兩排汽600MW 或660MW 機(jī)組配置一個(gè)低壓缸的要求, N 30低壓缸積木塊按排汽面積增加(約23%的比例, 又開發(fā)了轉(zhuǎn)子直徑和跨度相同的1430m m (名義 葉片(見下圖12 。對(duì)3. 3k P a 低背壓的1000MW 機(jī)組, 本機(jī)型可為用戶提供兩種配置選擇:現(xiàn)有1146m m 葉片的五缸六排汽(實(shí)例為2002年投運(yùn)的N i e d

20、e r a u s s e m 電廠1027MW#上汽-西門子型百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī) 圖12 1430與1146通流部分機(jī)組, 3. 3k P a 背壓 或配1430m m 葉片的四缸四排汽機(jī)型。1430m m 葉片頂部圓周速度已遠(yuǎn)超過鋼材料的強(qiáng)度極限, 為此必須采用鈦合金材料。整圈自鎖阻尼的葉片結(jié)構(gòu)(英文簡(jiǎn)稱I L B 或I S B 融合了單片整體圍帶應(yīng)力集中小和整圈連接動(dòng)應(yīng)力低的雙重優(yōu)點(diǎn), 代表了特大型高強(qiáng)度長(zhǎng)葉片的發(fā)展方向。其特點(diǎn)在于:沒有任何焊、鉚、銷、拱型圍帶、松拉金等附加應(yīng)力集中; 調(diào)頻振型少, 最多2階需要調(diào)頻, 且調(diào)頻方便;單個(gè)葉片整體加工, 安裝; 由離心力反扭矩形成的整圈

21、自鎖阻尼比由機(jī)械結(jié)構(gòu)形成的整圈效應(yīng)更為可靠; 振動(dòng)動(dòng)應(yīng)力僅為成組葉片的1/51/10; 葉片的振動(dòng)設(shè)計(jì)不約束葉型的氣動(dòng)設(shè)計(jì), 可按全三元?dú)鈩?dòng)設(shè)計(jì)特性形成相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)葉型, 達(dá)到最佳的效率; 具有完整的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:振型頻率、動(dòng)應(yīng)力、自鎖緊力、動(dòng)試驗(yàn)及安裝專利規(guī)范。(8電廠實(shí)測(cè)效率及熱耗達(dá)到世界先進(jìn)水平1998年德國黑泵電廠四缸四排汽“HMN ”型874MW 機(jī)組考核實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見下表1。表1 黑泵電廠性能試驗(yàn)保證值試驗(yàn)值汽輪機(jī)熱耗k J /k W ·h7315. 17307. 5電廠熱效率 1999年投運(yùn)的B o x b e r g 電廠910MW 機(jī)組的高中壓缸效率及電廠熱耗實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明:新

22、的3D 葉片使高中壓缸通流效率分別提高了2. 7%和3. 1%, 達(dá)到94. 2%和96. 1%的世界頂尖水平, 見下圖13。電廠實(shí)測(cè)總熱效率(計(jì)入老化 為48. 1%, 比保證值高0. 3%。圖13 全三維3D S TM 葉片機(jī)組試驗(yàn)數(shù)據(jù)(B o x b e r g電廠" HMN " 型910MW機(jī)組 我國采用“HMN ”機(jī)型的外高橋I I 期2×900MW 超臨界機(jī)組的性能試驗(yàn)實(shí)測(cè)熱耗值比保證值低100k J /k W ·h 左右。2. 3 提高安全可靠性的先進(jìn)技術(shù)“HMN ”模塊特別適合超超臨界的高溫高壓參數(shù), 具有應(yīng)力低、應(yīng)力集中小、熱應(yīng)力低、動(dòng)

23、應(yīng)力低的特點(diǎn), 在安全可靠性的技術(shù)優(yōu)勢(shì), 主要有:(1無中分面的圓筒型高壓缸高壓缸由圓筒型前后外缸及具有水平中分面的內(nèi)缸組成(見下圖14, 其特點(diǎn)為 :圖14 圓筒型高壓缸第一, 軸向垂直中分面結(jié)構(gòu)的橫截面積遠(yuǎn)小于水平中分面結(jié)構(gòu)的橫截面積, 軸向作用力小, 加上內(nèi)缸的軸向力傳遞給外缸, 也起到緊力作用, 因此, 螺栓軸向密封應(yīng)力要求很低。第二, 圓筒型結(jié)構(gòu)能做到整個(gè)汽缸壁厚沿圓周方向一致, 減少應(yīng)力集中。第三, 沿著軸向分成的垂直中分面結(jié)構(gòu)可以根據(jù)工作溫度而采用不同的材料,降低成本。第四, 適應(yīng)更高壓力、溫度參數(shù)的內(nèi)外缸承載結(jié)構(gòu)。以玉環(huán)為例, 高壓第四級(jí)后17. 6M P a , 532的蒸汽

24、漏入內(nèi)外缸的夾層;一方面將第一級(jí)后高溫蒸汽限制在轉(zhuǎn)子的小直徑部位, 對(duì)平衡活塞起到冷卻作用; 另一方面使內(nèi)外汽缸分別分擔(dān)壓力載荷(約10M P a 。這種巧妙的承載分配使內(nèi)、外缸、密封螺栓均處在較低的應(yīng)力狀態(tài)(見下圖15 , 使其承壓部件所承受的最大壓差比其他結(jié)構(gòu)形式小5M P a 10M P a , 即使在30M P a 的參數(shù)條件下, 這種圓筒型高壓缸結(jié)構(gòu)受力與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的亞臨界機(jī)組相當(dāng), 具有足夠的安全裕度 。圖15 高壓外、內(nèi)缸載荷分配(2全周進(jìn)汽方式, 根本解決超超臨界參數(shù)第一級(jí)葉片的安全性問題。首先, 滑壓及全周進(jìn)汽$第1期 熱力透平% 上汽-西門子型百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī) 使第一級(jí)

25、動(dòng)靜葉 片 的 最 大 載 荷 大 幅 度 下 降, 使 即 采用單流程的葉 片 級(jí), 最 大 載 荷 也 不 到 雙 流 噴 其 / 根 嘴調(diào)節(jié)級(jí)葉 片 的 1 3, 本 解 決 了 大 功 率 超 超 臨 界機(jī)組高壓葉片的高溫強(qiáng)度及汽隙激振問題。 ( 3 軸系高穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 與其他風(fēng)格的 機(jī) 型 相 比, 機(jī) 型 轉(zhuǎn) 子 穩(wěn) 定 性 本 方面好, 具有較高的抗超臨界壓力汽隙激振能力, 具體體現(xiàn)在轉(zhuǎn)子跨度小, 剛性高, 一階臨界轉(zhuǎn)速比 其他機(jī)型高 2 以上; 徹底 消 除 了 部 分 進(jìn) 汽 的 汽 0% 隙激振源;N+1” 軸 承 支 撐 的 軸 承 比 壓 高, “ 單 加 上采用高粘度的

26、潤(rùn)滑油, 使軸承穩(wěn)定性好; 管道系 統(tǒng)簡(jiǎn)潔, 無主蒸汽 及 再 熱 蒸 汽 管 道 及 單 個(gè) 連 通 管 使機(jī)組所受的外 界 推 力 小; 有 軸 承 座 均 直 接 支 所 撐在基礎(chǔ)上, 低壓外缸與凝汽器剛性連接, 軸系不 受汽缸及運(yùn)行影響等幾個(gè)方面。 ( 4 低的中壓排汽壓力有利于機(jī)組的可靠性。 本機(jī)型由于葉片安全可靠性及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu) 勢(shì), 采用了 比 其 他 機(jī) 型 低 的 中 低 壓 分 缸 壓 力 ( 0. 5 a MP 0. MP ( 。由于整個(gè)外缸 完 全 處在 中 6 aa 中 壓排 汽 的 包 圍 之 中, 壓 外 缸 溫 度 始 終 低 于 可采用加工性能好、 加工周

27、期短、 質(zhì)量易保 3 0 , 0 證的球墨鑄鐵材 料; 樣 低 壓 轉(zhuǎn) 子 也 不 必 像 其 他 同 機(jī)型, 要考慮轉(zhuǎn)子材料的高溫回火脆性問題。 ( 5 中壓切向渦流冷卻 中壓進(jìn)口段上 開 有 切 向 進(jìn) 汽 孔, 用 渦 流 原 利 理, 壓 再 熱 蒸 汽 進(jìn) 入 中 該孔 形 成 高 速 切 向 流 動(dòng), 能 能 量 轉(zhuǎn) 換 為 動(dòng) 熱 能 后, 度 可 下 降 1 溫 5 左右, 到 冷 卻 中 壓 轉(zhuǎn) 起 圖 1 切向渦流冷卻 6 動(dòng)葉進(jìn)汽邊激光硬化。 ( 8 動(dòng)葉片進(jìn)汽邊激光硬化技術(shù) 以往各種提高 動(dòng) 葉 片 抗 水 蝕 能 力 的 技 術(shù), 如 鑲硬質(zhì)合金、 高頻淬硬、 火焰淬

28、硬等都伴隨著犧牲 葉片部分 疲 勞 強(qiáng) 度 性 能。1 9 年 后 發(fā) 展 的 特 大 97 型長(zhǎng) 葉 片, 葉 片 的 最 大 圓 周 速 度 已 提 高 到 鋼 葉片的應(yīng)力水平更高。本機(jī)組 末級(jí) 6 0 / 以上, 5 ms 葉片采用了一種新的激光硬化專利技術(shù)。該項(xiàng)技 將 術(shù)的兩大突破為: 局 部 表 面 硬 化 技 術(shù) 擴(kuò) 大 應(yīng) 用 在提高抗水蝕能 力的 同 時(shí), 料 的 材 到 1- P 鋼; 74 H 韌性不變, 而葉片的表面應(yīng)力狀況及疲勞強(qiáng)度、 抗 應(yīng)力腐蝕能力還有所提高。 2. 獨(dú)特的運(yùn)行及維護(hù)性能 4 模 本機(jī)型“ HMN” 塊 甚 至 具 有 比 傳 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 亞 臨界、

29、 臨 界 3 0 超 0 MW 、0 MW 更 為 靈 活 的 運(yùn) 行 60 性能, 更便利的安裝及維護(hù)特性。具體體現(xiàn)在: ( 1 機(jī)組整體發(fā)運(yùn)技術(shù) “ 3 ” 壓 缸、 M 0” 壓 缸 均 能 在 制 造 廠 “3 中 H0 高 安裝后整體發(fā)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng), 至少縮短 23 周的機(jī)組安 裝周期。高、 中壓缸總重分別為 1 5 噸和 1 0 噸。 1 9 ( 2 機(jī)組大修 間 隔 為 有 效 運(yùn) 行 時(shí) 間 9. 萬 小 6 約 01 年 機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)濟(jì)性好。 , 時(shí)( 1 2 ( 3 獨(dú)特的快速啟動(dòng)特性 本機(jī)組在所 有 正 常 的 運(yùn) 行 啟 動(dòng) 狀 態(tài) 下 ( 修 大 后首 次 啟 動(dòng) 除

30、 外 從 沖 轉(zhuǎn) 開 始 到 額 定 轉(zhuǎn) 速 , 其 第 3 0 r mn 的時(shí)間 均 為 5 分 鐘, 優(yōu) 點(diǎn) 為, 一, 0 0/ i 運(yùn)行操作簡(jiǎn)潔; 第二, 能快速增加鍋爐負(fù)荷和減輕 旁 路 負(fù) 擔(dān); 三, 快 速 通 過 軸 系 所 有 臨 界 轉(zhuǎn) 速 第 能 區(qū), 有利于軸系的穩(wěn)定及安全運(yùn)行。 ( 4 啟動(dòng)及運(yùn)行的限制更為寬松 確定機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行特性的前提是機(jī)組在電 網(wǎng)中的功能 定 位、 動(dòng) 次 數(shù) 要 求。 在 此 基 礎(chǔ) 上 以 啟 一個(gè)合理的壽命損耗決定機(jī)組的啟動(dòng)特性。本機(jī) 型有 與 不 同 鍋 爐 廠 商, 同 旁 路 容 量 ( 不 0% 配置匹配 的 業(yè) 績(jī)。 在 機(jī) 組

31、 啟 動(dòng) 時(shí), 低 旁 對(duì) 1 0% 0 參數(shù)的設(shè)置 要 求 更 為 寬 松 ( 表 2 有 利 于 機(jī) 爐 見 , 與旁路的匹配和運(yùn)行, 提高整機(jī)的運(yùn)行靈活性。 表 2 啟動(dòng)時(shí)高壓缸參數(shù)的限制要求對(duì)比 參數(shù)限制 高排溫度 高排壓力 最小壓比 HMN 型機(jī)組 5 5 1 2. a 0MP 1.8 0 其他機(jī)型 4 0 或 4 6 0 2 0.2 MP 88 a 1. a 2MP 1. 7 子的作 用。 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 潔 且 可靠性好。 ( 6 預(yù)扭安裝的整體圍帶葉片 所有的高中壓葉片及除末級(jí)之外的低壓缸葉 片全部采用 帶 “ ” 葉 根 的 整 體 圍 帶 結(jié) 構(gòu) 形 式。 T 型 葉片采用預(yù)扭

32、安 裝 技 術(shù), 單 個(gè) 葉 片 成 為 整 圈 連 使 接, 大幅度降低動(dòng)應(yīng)力, 具有很高的安全可靠性。 ( 7 低壓缸的去濕技術(shù) 超超臨界汽輪 機(jī) 在 同 樣 再 熱 溫 度 條 件 下, 排 汽濕度將 增 加, 機(jī) 組 低 壓 缸 配 置 了 一 系 列 “ 本 去 濕” 防蝕” 術(shù): 葉 抽 吸 槽、 大 動(dòng) 靜 軸 向 間 及“ 技 靜 加 距、 面 有 抽 吸 槽 的 空 心 靜 葉、 薄 靜 葉 出 汽 邊、 表 減 第1期 熱 力 透 平 & 凝汽器剛性連接、 脹 系 統(tǒng) 等 特 點(diǎn) 正 好 能 適 應(yīng) 空 膨 3 進(jìn)一步發(fā)展趨勢(shì) “ 超超臨 界 高 中 壓 模 塊 以

33、 及 三 種 長(zhǎng) 葉 HMN” 片的低壓缸模塊 使 該 機(jī) 型 在 一 段 時(shí) 期 內(nèi), 百 萬 在 千瓦超超臨界領(lǐng)域內(nèi)保持明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 ( 1 機(jī)組的參數(shù) 汽輪機(jī)高壓模塊 的 壓 力 適 用 范 圍 為 3 MP , 0 a 但實(shí)際產(chǎn) 品 的 應(yīng) 用 還 取 決 于 鍋 爐 廠 商 的 技 術(shù) 規(guī) 范。目前有業(yè)績(jī) 的 百 萬 千 瓦 容 量 機(jī) 組, 本 的 壓 日 力不 超 過 2 MP , 洲 最 大 2 5 a 我 國 為 5 a 歐 6. MP , 歐 2 MP ;0 MW 容 量 等 級(jí), 洲 已 有 多 家 鍋 爐 廠 7 a6 0 商( 如丹麥 BWE、 L T 具 A S

34、 OM 等 備 提 供 3 MP 0 a 壓力參數(shù)產(chǎn) 品 的 能 力。 為 此 考 慮 與 鍋 爐 的 匹 配, 近期“ 超超臨 界 汽 輪 機(jī) 產(chǎn) 品 壓 力 的 選 擇 目 HMN” 標(biāo)為: 百萬千瓦容量不超過 2 MP ;0 MW 容 量 7 a6 0 不超過 3 MP 。 0 a ( 2 機(jī)組的容量 產(chǎn)品容量必須與現(xiàn)有引進(jìn)發(fā)電機(jī)模塊的功率 相 匹 配: 在 2 即 7 冷 卻 水 溫 下 的 最 大 出 力 為 1 0 MW ; 8 冷 卻 水 溫 下 的 最 大 出 力 為 10 3 。目前汽輪機(jī)的容量可以滿足 1 0 MW 1 0 MW 00 00 任何銘牌定義( C 規(guī)范、 國內(nèi)

35、 T L 工況, 不同 背 I E R 的要求。 壓及補(bǔ)水率 ( 3 熱電聯(lián)供 由于中壓缸只有一個(gè)抽汽口和一個(gè)中低壓連 因此本機(jī)型 很 容 易 在 中 低 壓 缸 之 間 實(shí) 現(xiàn) 壓 通管, 力 0.5 a 左右 的 大 流 量 調(diào) 整 抽 汽 功 能。 與 凝 5 MP 汽機(jī)組相比, 只需 在 中 壓 外 缸 單 個(gè) 排 汽 口 的 下 方 增加一個(gè)抽汽口, 上 方 連 通 管 處 配 置 一 個(gè) 控 制 在 碟閥。按目前高中壓的配置及已有兩臺(tái)調(diào)整抽汽 機(jī)組 運(yùn) 行 (9 7 1 9 年 業(yè) 績(jī), 大 調(diào) 整 抽 汽 的 最 19/98 量可超過 8 0/ 。 0th ( 4 冷端背壓 根據(jù)

36、末級(jí)長(zhǎng)葉片的余速特性分析, 44 P 相對(duì) .k a .k a 5 4 P 背壓 額定負(fù) 荷工 況下的末 級(jí)容 積 流 量, 四排汽 14 mm 葉 片 處 在 最 佳 的 軸 向 排 汽 狀 況。 16 本機(jī)組的低壓缸“ 3 ” 塊 按 2 % 比 例 配 置 了 三 N0 模 3 檔不同排汽面積的長(zhǎng)葉片能滿足四排汽或六排汽, 不同背壓 29 P .k a的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。 .k a 65 P ( 5 超超臨界空冷 本機(jī)組低壓缸 典 型 的 轉(zhuǎn) 子 落 地 支 撐、 缸 與 外 冷型汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性的要求。對(duì)空冷百萬千瓦 超超臨界汽輪機(jī), 需 按 背 壓 特 性 更 換 排 汽 面 積 只 較

37、小、 強(qiáng)度更高的末三級(jí)葉片。 4 結(jié)論 ( 上 海 汽 輪 機(jī) 有 限 公 司 引 進(jìn) 西 門 子 1 “ 模塊組成的 1 0 MW 超超臨界 汽輪機(jī) 是 HMN” 00 目前在高溫材料 應(yīng) 用、 軸 百 萬 千 瓦 容 量 以 及 承 單 受更高蒸 汽 壓 力 等 三 個(gè) 方 面 同 時(shí) 取 得 突 破 的 機(jī) 也是至今 世 界 上 唯 一 有 5 H 運(yùn) 行 業(yè) 績(jī) 的 單 型, 0 z 軸、 百萬千瓦、 超超臨界汽輪機(jī)機(jī)組, 1 9 年以 自 97 來已有類似 6 臺(tái)機(jī)組在電廠投運(yùn)。 ( 2 機(jī)組在 總 體 設(shè) 計(jì) 方 面 采 用 了 每 個(gè) 汽 缸 僅 一個(gè)軸承支撐、 個(gè) 主 調(diào) 門

38、及 兩 個(gè) 再 熱 閥 門 直 接 兩 與汽缸相連、 中壓?jiǎn)闻牌皢蝹€(gè)中低壓連通管、 轉(zhuǎn) 子及軸承支撐在 基 礎(chǔ)、 缸 膨 脹 的 推 拉 裝 置 等 一 汽 系列先進(jìn)的結(jié)構(gòu) 形 式 使 機(jī) 組 總 體 結(jié) 構(gòu) 非 常 簡(jiǎn) 捷、 緊湊。高中壓缸整體安裝發(fā)運(yùn)、 快速啟動(dòng)、 大修間 隔在 1 年 以 上。 機(jī) 組 具 有 優(yōu) 良 的 安 裝 維 護(hù) 及 運(yùn) 0 行性能。 回?zé)嵯?( 3 機(jī)組通過全周進(jìn)汽加補(bǔ)汽閥技術(shù)、 統(tǒng)的優(yōu)化、 高中壓第一級(jí)的斜置靜葉、 單流程高壓 缸、D 高中壓變 反 動(dòng) 度 葉 片、 壓 末 端 彎 扭 靜 葉 低 3 等先進(jìn)技術(shù)使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性及實(shí)測(cè)熱效率達(dá)到世 界先進(jìn) 水

39、平。 新 開 發(fā) 的 1 3 mm 鈦 合 金 末 級(jí) 長(zhǎng) 40 葉片可進(jìn)一步大 幅 提 高 低 冷 卻 水 溫、 背 壓 四 排 低 汽機(jī)型的效率。 ( 筒 型 高 壓 缸、 周 進(jìn) 汽、 穩(wěn) 定 性 的 軸 全 高 4 圓 系設(shè)計(jì)、 低的中低壓分缸壓力、 再熱進(jìn)口的切向渦 流冷卻、 整體圍帶動(dòng)葉片整圈預(yù)扭、 末級(jí)空心靜葉 去濕及末級(jí)動(dòng)葉的激光硬化技術(shù)均提高了機(jī)組的 安全可靠性。 ( 5 該優(yōu)異獨(dú)特結(jié)構(gòu)的機(jī)型在今后更高參數(shù)、 低背 壓、 容 量、 萬 千 瓦 超 超 臨 界 空 冷 機(jī) 組、 大 百 熱 電 聯(lián) 供 抽 汽 機(jī) 組、 高 3 MP 壓 力 的 兩 排 汽 最 0 a 60 6

40、 MW 機(jī)組等高效潔 凈 燃 煤 發(fā) 電 領(lǐng) 域 的 進(jìn) 一 步 發(fā)展應(yīng)用具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 參考文獻(xiàn): 彭澤瑛 . 超超臨界高效潔凈燃煤發(fā)電廠的 1 ( 下轉(zhuǎn)第 1 頁 3 第1期 熱 力 透 平 " 與節(jié)流調(diào)節(jié) 方 案 比 較, 權(quán) 經(jīng) 濟(jì) 性 主 要 取 決 加 于運(yùn)行的負(fù)荷模式, 在額定負(fù)荷下, 節(jié)流調(diào)節(jié)和噴 在部分負(fù)荷下, 噴嘴調(diào)節(jié) 嘴調(diào)節(jié)方案經(jīng)濟(jì)性相當(dāng), 方案經(jīng)濟(jì)性較好。 在 針對(duì)高參數(shù)大容 量 所 帶 來 的 特 殊 問 題, 材 料 使 用、 調(diào)節(jié)級(jí)結(jié)構(gòu)、 防固體微粒腐蝕和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 方面都做了詳細(xì)周密的考慮。 在軸系穩(wěn)定性、 防汽流激振方面, 應(yīng)用了日立 準(zhǔn)則的

41、 Q 系數(shù)和強(qiáng)迫撓度、 流激 振 指 數(shù) 來 評(píng) 價(jià) 汽 軸系的動(dòng)力學(xué)特 性 和 軸 系 穩(wěn) 定 性, 分 析 比 較 了 并 國內(nèi)常用的軸系可靠性評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和日立的評(píng)價(jià)準(zhǔn) 則。該機(jī)組軸系按國內(nèi)常用的軸系可靠性評(píng)價(jià)準(zhǔn) 則和日立的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則都是穩(wěn)定可靠的。 汽流激振影響 的 計(jì) 算 分 析, 內(nèi) 還 沒 有 成 熟 國 的經(jīng)驗(yàn), 在超超臨界大容量機(jī)組上, 不能再忽略或 簡(jiǎn)單估計(jì)汽流激 振 的 影 響, 立 公 司 對(duì) 汽 流 激 振 日 的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則是經(jīng) 過 工 程 機(jī) 組 驗(yàn) 證 的 判 據(jù) 指 標(biāo), 具 有很好的工程實(shí)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn): 王 平 子 譯 . 超 臨 界 汽 輪 機(jī) 東 方 汽 輪

42、 機(jī),0 3( 4 超 1 J. 2 0 4 :8 0. 6 Y j a eiec 1 0 2 u iN m k t .0 0MW 單 軸 多 缸 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 組 的 開 發(fā) 國際電力,0 0, ( 1 J. 2 0 4 1 :92 4. 東方汽輪機(jī)廠投標(biāo)資料 3 Z. 史進(jìn)淵,楊宇,鄧志成,張 兆 鶴 .電 站 汽 輪 機(jī) 研 制 與 生 產(chǎn) 的 4 可靠性技術(shù)研究 中國動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 0 5,5 1 . J. 20 2 ( 7 固體微粒腐蝕 S E 的防護(hù) P 對(duì) 高 參 數(shù)、大 容量 機(jī) 組,固 體 顆 粒生 成 率 高,固 體 顆粒對(duì)通 流 部 件 的 沖蝕 損 壞 非 常 嚴(yán) 重。引 進(jìn) 型 超 超 臨 界 1 0 MW 機(jī) 組 00 采用 了 先 進(jìn)、 熟 成 的