百萬機(jī)組概述

1、國內(nèi)百萬機(jī)組技術(shù)發(fā)展概述超超臨界發(fā)電技術(shù)是目前國際上公認(rèn)的具有代表性的潔凈煤發(fā)電新技術(shù)，超超臨界機(jī)組的發(fā)展目前正處于蓬勃時(shí)期，國家節(jié)能減排政策的提出進(jìn)一步促進(jìn)了超超臨界機(jī)組技術(shù)的應(yīng)用和推廣。并且隨著電力技術(shù)的發(fā)展及電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大,1000MW機(jī)組在我國相繼投入商業(yè)運(yùn)行, 我國的電力工業(yè)已邁上了百萬級的臺階。我國燃煤火電機(jī)組技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入超超臨界參數(shù)時(shí)代的背景下，從長遠(yuǎn)發(fā)展趨勢分析，常規(guī)火電機(jī)組將繼續(xù)提高蒸汽參數(shù),壓力超過30MPa,溫度超過700，機(jī)組的效率有望超過50%；現(xiàn)將我國1000MW超超臨界機(jī)組的鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)技術(shù)概況分述如下。1 鍋爐1.1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)我國對超超

2、臨界機(jī)組的技術(shù)認(rèn)證,推薦超超臨界汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)為25 MPa、600/600,相應(yīng)鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)為26.25 MPa、605/603。但是,由于上海汽輪機(jī)廠汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)選用26.25 MPa、600/600的方案,因此,與上汽廠配套的鍋爐其主汽壓力將有所提高,約27.5MPa。鍋爐蒸發(fā)量的選取一般與汽輪機(jī)的VWO工況相匹配。1.2 鍋爐的總體型式國內(nèi)制造的1000MW超超臨界鍋爐的總體型式有4種,見表1。煤粉鍋爐主要有2種燃燒方式: 墻式燃燒和切圓燃燒,對大容量鍋爐來說, 墻式燃燒和切圓燃燒都被證明是可行的。隨著機(jī)組容量不斷增大,對于切圓燃燒型鍋爐,由于爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流造成爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差加

3、大,因此機(jī)組容量達(dá)到百萬千瓦級時(shí),采用了八角切圓(雙切圓)燃燒的長方型爐膛,這樣有利于減小爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差。而墻式燃燒系統(tǒng)的燃燒器布置方式能夠使熱量輸入沿爐膛寬度方向均勻分布,在過熱器、再熱器區(qū)域的煙溫分布也比較均勻。表1 國內(nèi)制造的1000MW超超臨界鍋爐的爐型項(xiàng)目哈鍋上鍋上鍋東鍋、北京巴威鍋爐爐型型爐型爐塔式爐型爐燃燒方式單爐膛八角切圓燃燒單爐膛八角切圓燃燒單爐膛四角切圓燃燒單爐膛前后墻對沖燃燒燃燒器型式直流擺動(dòng)燃燒器直流擺動(dòng)燃燒器直流擺動(dòng)燃燒器旋流燃燒器技術(shù)源頭CE-MHIALSTOM(CE)ALSTOM( EVT)Babcok水冷壁型式上、下部水冷壁均采用內(nèi)螺紋垂直管圈水冷壁, 上

4、下部水冷壁間設(shè)有兩級混合集箱, 水冷壁入口裝設(shè)節(jié)流孔板下部水冷壁采用內(nèi)螺紋螺旋管圈布置, 上部水冷壁為垂直管圈, 上下部水冷壁間采用混合聯(lián)箱過渡下部水冷壁采用內(nèi)螺紋管螺旋管圈布置, 上部水冷壁為垂直管圈, 上下部水冷壁間采用中間混合聯(lián)箱過渡下部水冷壁采用內(nèi)螺紋螺旋管圈布置, 上部水冷壁為垂直管圈, 上下部水冷壁間采用混合聯(lián)箱過渡啟動(dòng)系統(tǒng)帶啟動(dòng)循環(huán)泵帶啟動(dòng)循環(huán)泵帶啟動(dòng)循環(huán)泵帶啟動(dòng)循環(huán)泵最小直流負(fù)荷/%2530252530再熱器主要調(diào)溫方式煙氣擋板+擺動(dòng)燃燒器煙氣擋板+擺動(dòng)燃燒器煙氣擋板煙氣擋板對9001 000 MW塔式鍋爐,由于不存在爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差大的問題,可采用單爐膛四角切圓燃燒方式。

5、燃燒方式同樣與水冷壁的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系,如果切圓燃燒配螺旋管圈水冷壁,在結(jié)構(gòu)處理上就比較困難,這也是采用切圓燃燒的鍋爐制造廠家在不斷開發(fā)適應(yīng)超臨界參數(shù)垂直管圈水冷壁鍋爐的原因之一。1.3 超超臨界鍋爐的水冷壁隨著機(jī)組參數(shù)逐步提高,特別針對超超臨界鍋爐,水冷壁的水動(dòng)力安全性和水冷壁管材合理的選取將對鍋爐長期安全運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。 水冷壁管圈型式現(xiàn)代設(shè)計(jì)的超臨界鍋爐的水冷壁管圈型式目前只保留了2 種:即下水冷壁螺旋管圈+上水冷壁垂直管圈和上下水冷壁全部為垂直管圈。螺旋管圈水冷壁的主要特點(diǎn)是，可采用較粗的水冷壁管(38mm)，因而對管子制造公差所引起的水動(dòng)力偏差的敏感性較小，運(yùn)行中不易堵塞；不需要

6、安裝節(jié)流圈,管間溫度偏差小；由于采用較高的質(zhì)量流速25002800 kg/(m2·s),能在所有負(fù)荷范圍內(nèi)均高于由偏離核態(tài)沸騰(DNB)所決定的界限質(zhì)量流速。不足之處是由于質(zhì)量流速較高，致使水冷壁阻力較大；安裝焊口多，大大增加了安裝工作量, 延長了安裝周期；對于結(jié)渣性較強(qiáng)的煤種，螺旋管圈結(jié)渣的傾向比較大,灰渣自行脫落能力較差；水冷壁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐墻密封性較差；水冷壁支撐和剛性梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜；水冷壁的維護(hù)和檢修復(fù)雜。一次上升垂直管圈水冷壁主要特點(diǎn)是,采用內(nèi)螺紋管來防止變壓運(yùn)行至亞臨界區(qū)域時(shí),水冷壁系統(tǒng)中發(fā)生膜態(tài)沸騰；采用較低的質(zhì)量流速阻力損失減少,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用；結(jié)構(gòu)簡單,爐膛易于支吊,可

7、以避免使用螺旋管圈支吊中采用的復(fù)雜張力板結(jié)構(gòu),減少支吊用結(jié)構(gòu)件；工地現(xiàn)場焊接量減少,可靠性高,安裝和維修方便;爐膛灰渣容易脫落,使?fàn)t膛水冷壁積灰渣量減少；由于摩擦阻力在系統(tǒng)總阻力中所占的比例較小,因此具有保持正向流動(dòng)的特性,即個(gè)別管子吸熱量增加時(shí),管內(nèi)流量也會隨之增加,具有部分自補(bǔ)償?shù)哪芰?。其缺點(diǎn)是對煤種變化較為敏感,水冷壁各回路之間熱力和水動(dòng)力特性有可能出現(xiàn)偏差較大,使汽水分離器的工作條件惡化和因熱力偏差還可能造成水冷壁超溫爆管,并且需要裝設(shè)節(jié)流孔圈。相應(yīng)也要求對管壁厚度公差控制更加嚴(yán)格,對加工精度也要求更高。 水冷壁的材料超超臨界鍋爐隨著壓力的提高,水冷壁的材料也隨之升級。除了保證強(qiáng)度性能

8、外,還要考慮具有良好的抗腐蝕性和可焊性, 盡量避免焊預(yù)熱和焊后熱處理。目前國內(nèi)已訂貨的超超臨界鍋爐,水冷壁的材料選用15CrMoG、SA-213T2、T12,最高的用到SA-213T22。壓力再提高,上水冷壁的材料有可能選用T23、T24、HCM12。T11為1.25Cr鋼, T22為2Cr鋼。T23為2Cr鋼,推薦其使用溫度不超過580,在過熱器、再熱器部件上使用, 也是用于超超臨界鍋爐水冷壁很好的材料,可不進(jìn)行焊后熱處理,給工地安裝和電廠維修帶來了方便,許用應(yīng)力在600是T22的1.8倍。T24(7CrMoVTiB10.10)鋼表明了在550下,具有良好的抗氧化性能,屬于完全抗氧化鋼。在5

9、50和600具有較好的高溫持久性能。在不預(yù)熱-不焊后熱處理狀態(tài)下其焊接性能也能滿足要求,成型性能良好。因此,建議作為超臨界和超超臨界鍋爐水冷壁用鋼,以減小鋼管壁厚,降低水冷壁的重量。在高于566時(shí)的許用應(yīng)力下降得比T23快,在580以下使用時(shí)經(jīng)濟(jì)效益明顯。HCM12為12Cr鋼,用于汽壓大于30MPa的機(jī)組,推薦其使用溫度不超過63。目前丹麥的一臺超超臨界鍋爐的水冷壁就用這種材料。1.4 過熱器和再熱器材質(zhì) 國外所用材料超超臨界機(jī)組(25MPa及以上、600/600)過熱器、再熱器所用的耐熱鋼材料比超臨界機(jī)組要提高一個(gè)等級,目前國外應(yīng)用比較多的新鋼種有TP347HFG、Spuer304H、HR

10、3C、T/P92、T/P122、E911。TP347HFG屬于18Cr-8Ni系列鋼,只是在TP347H基礎(chǔ)上細(xì)晶粒化,推薦其使用溫度不超過650,流體溫度600615。Super304H鋼的開發(fā)就是專用于超超臨界鍋爐的高溫過熱器和再熱器。許用應(yīng)力較目前常用的TP347H鋼要高約20%以上,在700完全抗氧化。推薦其使用溫度不超過670,流體溫度620635。HR3C屬于25Cr-20Ni鋼,具有較好的抗氧化和抗腐蝕性能,是日本研制的新鋼種。允許使用溫度達(dá)700,推薦其使用溫度不超過665,流體溫度615630。T/P92是日本研制的馬氏體鋼,只在歐洲電廠有使用。P92用于主蒸汽管道, 推薦其

11、使用溫度不超過620,流體溫度605。目前發(fā)現(xiàn)長期運(yùn)行有蠕變脆性傾向。最近在ASME規(guī)程中對P92許用應(yīng)力值可能會由于歐洲ECCC關(guān)于P92的長時(shí)蠕變及持久強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果而降低,預(yù)計(jì)P92 鋼600的100000h持久強(qiáng)度下降幅度可能達(dá)14.4%,從而使所需的機(jī)組的主蒸汽管道直管壁厚有明顯的增加。對P122鋼管,也有類似的問題存在。P122(HCM12A)為高鉻馬氏體熱強(qiáng)鋼,由日本住友開發(fā)。鋼管在650完全抗氧化。最高使用溫度650,推薦使用溫度不超過620,流體溫度605。用于超超臨界鍋爐的過熱器和再熱器的高溫集箱和主蒸汽管道。E911鋼的抗氧化性非常好,可以在650下使用。推薦使用溫度不超過

12、615,流體溫度605。用于超超臨界鍋爐的末過出口集箱、主蒸汽和再熱蒸汽管道,代替P91可使壁厚減薄20%以上。是一種易焊接并不昂貴的材料,具有廣闊的市場前景。 國內(nèi)所用材料目前國產(chǎn)1000MW超超臨界鍋爐過熱器、再熱器采用的材料:低溫過熱器: 15CrMoG、12Cr1MoVG、SA-213T91、SA-213TP347H;分隔屏過熱器: SA-213T23、SA-213 T91、Super304H、Super304H SB(噴丸)、HR3C;后屏過熱器: Super304H、Super 304H SB(噴丸)、HR3C;末級過熱器: Super304H、Super 304H SB(噴丸)、

13、HR3C;低溫再熱器: 20G、SA210C、15CrMoG、12Cr1MoVG、SA-213T22、SA-213T23、SA-213T91、SA-213TP347H;末級再熱器: SA-213 TP347H、Super304H、Super304HSB(噴丸)。 國內(nèi)、外用材差別國產(chǎn)1000MW超超臨界鍋爐過熱器、再熱器的用材與國外的差別是:(1)國產(chǎn)鍋爐在末級過熱器、再熱器上大量使用HR3C鋼,達(dá)150220t,而國外只用于局部。(2)國外的末級過熱器、再熱器基本使用Super304H和細(xì)晶?；腡P347HFG,并建議對管材進(jìn)行噴丸處理。而我國用的是非細(xì)晶粒化的SA-213TP347H鋼,

14、只有部分廠家對Super304H管材進(jìn)行噴丸處理。每臺鍋爐SA-213TP347H、Super304H的總重量大部分廠家為550580t,有個(gè)別廠家高達(dá)980t。1.5 低NOx燃燒技術(shù)在世界范圍內(nèi)所有低NOx燃燒器,大多數(shù)已經(jīng)成功運(yùn)行。根據(jù)煤質(zhì)的不同,低NOx燃燒器可以減少多達(dá)40%70%的NOx排放量,揮發(fā)份含量越高的煤,NOx減少就越多。哈鍋廠燃燒器采用三菱公司(MHI)的低NOxPM燃燒器,該燃燒器利用燃燒器入口彎頭的離心分離作用將煤粉氣流分成上下濃淡2股,分別進(jìn)入爐膛。將較大比例的分離燃盡風(fēng)布置在爐膛上部,構(gòu)成MACT燃燒系統(tǒng),進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分級配風(fēng),降低NOx的生成。上鍋廠采用ALST

15、OM低NOx切向燃燒系統(tǒng)(LNTFSTM)設(shè)計(jì)和爐膛布置匹配,來滿足降低NOx的要求。東鍋廠燃燒器采用BHK研制的低NOx排放HT-NR3燃燒器,該燃燒器帶有煤粉濃縮器和穩(wěn)燃環(huán),并采用火焰內(nèi)還原技術(shù),降低NOx的生成。OFA采用優(yōu)化的雙氣流結(jié)構(gòu),中央是直流,外圈是旋流。北京巴威公司燃燒器采用美國B&W公司DRB-4ZTM雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器,該燃燒器采用分級送風(fēng),按照著火、穩(wěn)燃和燃盡的要求分段燃燒,抑制NOx的生成,降低NOx排放。分離燃盡風(fēng)(SOFA)距上排燃燒器中心線為3.361m。OFA的結(jié)構(gòu)為雙氣流結(jié)構(gòu),中央部位是直流,外圈是旋流。對于1000MW鍋爐,不論是切圓燃燒,還是前后墻對

16、沖燃燒,采取以上措施可使NOx排放量大幅度降低:煙煤350mg/m3,貧煤550mg/m3,無煙煤700 mg/m3。特別是對于煙煤鍋爐,排放有可能達(dá)到300mg/m3左右。1.6 超超臨界鍋爐幾種典型的啟動(dòng)系統(tǒng) 帶循環(huán)泵,品質(zhì)合格的清洗水和多余工質(zhì)全部排往汽機(jī)冷凝器的啟動(dòng)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是能將啟動(dòng)期間工質(zhì)和熱量的損失減少到最低程度。但汽機(jī)冷凝器的設(shè)計(jì)在容量上要做特殊考慮。 帶循環(huán)泵,啟動(dòng)期所有的水冷壁系統(tǒng)清洗水、汽水膨脹的水量以及啟動(dòng)期間各階段多余的蒸汽全部排入大氣式擴(kuò)容器,屬于工質(zhì)只能局部回收的啟動(dòng)統(tǒng)。 不帶再循環(huán)泵、啟動(dòng)期間分離器疏水排往除氧器和擴(kuò)容器的啟動(dòng)系統(tǒng)。特點(diǎn)是啟動(dòng)系統(tǒng)初期投資較少,

17、既無再循環(huán)泵也無啟動(dòng)熱交換器,但不適用頻繁調(diào)峰、經(jīng)常以極低負(fù)荷運(yùn)行或頻繁啟停的機(jī)組。目前國內(nèi)廠家都選用帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng),啟動(dòng)期間分離器疏水是排往汽機(jī)冷凝器、還是排入疏水?dāng)U容器,與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)。啟動(dòng)系統(tǒng)容量需根據(jù)鍋爐最低直流負(fù)荷、機(jī)組運(yùn)行方式、質(zhì)量流速的選取、以及工質(zhì)的合理利用等因素確定。一般為35%BMCR,以與鍋爐水冷壁最低質(zhì)量流量相匹配?？紤]到如果啟動(dòng)給水泵為30%,為簡化操作,又能保證鍋爐水動(dòng)力安全, 啟動(dòng)系統(tǒng)容量可以定為30%BMCR。對1000MW超超臨界機(jī)組最小直流負(fù)荷為25%30%BMCR,啟動(dòng)系統(tǒng)容量可與最小直流負(fù)荷相匹配。啟動(dòng)分離器的結(jié)構(gòu)、材料的選取及制造工藝,應(yīng)能適應(yīng)變壓

18、運(yùn)行鍋爐快速負(fù)荷變化和頻繁啟停的要求。1.7 空氣預(yù)熱器 一般對6001000MW機(jī)組的鍋爐都配備2臺采用引進(jìn)技術(shù)國內(nèi)制造的三分倉式回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。 每臺空氣預(yù)熱器在機(jī)組額定出力時(shí)的漏風(fēng)率第1年內(nèi)應(yīng)小于6%,并在1年后應(yīng)小于8%。 為防止空氣預(yù)熱器低溫腐蝕,冷端傳熱元件及元件盒選用耐腐蝕的Corten鋼制造,冷段蓄熱元件的使用壽命不低于50000h。目前國產(chǎn)的空氣預(yù)熱器都能滿足以上要求。2 汽輪機(jī)2.1 國內(nèi)公司生產(chǎn)的1000MW級汽輪機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn) 東方汽輪機(jī)有限公司東方的單軸N1000-25/600/600型超超臨界汽輪機(jī)的技術(shù)支持方是日本日立公司,其技術(shù)源自GE公司,是沖動(dòng)式機(jī)型,具有

19、低的故障率、高的可靠性及高的經(jīng)濟(jì)性。一次中間再熱、雙背壓、四缸四排汽凝汽式?？傮w結(jié)構(gòu)布置從機(jī)頭到機(jī)尾依次串聯(lián)1個(gè)單流高壓缸、1個(gè)雙流中壓缸及2個(gè)雙流低壓缸。高壓缸呈反向布置(頭對中壓缸),由1個(gè)雙流調(diào)節(jié)級與8個(gè)單流壓力級組成噴嘴調(diào)節(jié)。中壓缸共有2×6個(gè)壓力級。2個(gè)低壓缸壓力級總數(shù)為2×2×6級。中壓缸、低壓缸均為雙流反向布置,機(jī)組總長為38.1m。末級葉片高度為1092.2mm,根徑為1854.2mm,軸向排汽面積為10.11m2,總軸向排汽面積為40.44m2。機(jī)組運(yùn)行方式為定-滑-定,采用高壓缸啟動(dòng)方式,不設(shè)高排逆止門,主蒸汽通過布置在機(jī)頭的4個(gè)主汽門和4個(gè)調(diào)

20、門進(jìn)入高壓缸。再熱蒸汽經(jīng)2個(gè)中壓聯(lián)合汽門由2個(gè)進(jìn)汽口進(jìn)入中壓缸,做功后再進(jìn)入2個(gè)雙流反向布置的低壓缸。采用噴嘴調(diào)節(jié)方式,在滑壓變負(fù)荷過程中部分閥門全開。在部分進(jìn)汽情況下調(diào)節(jié)級葉片遭遇一定程度的強(qiáng)度和振動(dòng)問題,因此高壓模塊采用雙流調(diào)節(jié)級+單流壓力級的結(jié)構(gòu),但對提高高壓缸效率不利。汽輪機(jī)4根轉(zhuǎn)子由8只徑向軸承支撐,其中,高、中壓轉(zhuǎn)子支持軸承采用可傾瓦、落地式軸承；2個(gè)低壓轉(zhuǎn)子支持軸承采用橢圓形軸承,軸承直接座落在低壓外缸上。軸承采用球面座水平中分自調(diào)心型。推力軸承位于高壓缸和中壓缸之間的2號軸承座內(nèi),也采用可傾瓦式軸承。沖動(dòng)式機(jī)組的轉(zhuǎn)子由于采用輪盤式結(jié)構(gòu),啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力相對較小, 同時(shí)高中

21、壓合缸使得汽缸及轉(zhuǎn)子溫度基本上同步升高,保證了機(jī)組的順利膨脹。同時(shí)啟動(dòng)過程中采用先進(jìn)的復(fù)合配汽方式,降低了啟動(dòng)過程中熱應(yīng)力的產(chǎn)生,保證了機(jī)組具有快速、安全、靈活、經(jīng)濟(jì)的啟動(dòng)性能。廣泛采用當(dāng)代通流設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最先進(jìn)的全三元可控渦設(shè)計(jì)技術(shù),高中壓靜葉型線采用高效的后加載層流葉型(SCH),動(dòng)葉采用型損、攻角損失更小的高負(fù)荷葉型(HV)；低壓靜葉采用高負(fù)荷靜葉型線(CUC),低壓動(dòng)葉采用成熟的1092.2mm低壓積木塊。在采用以上通流核心技術(shù)的同時(shí),對焓降、動(dòng)靜葉匹配進(jìn)行優(yōu)化,在高壓缸部分級采用分流葉柵, 葉頂采用多齒汽封。高壓調(diào)節(jié)級采用新的斜面噴嘴型線技術(shù)和Cr-C保護(hù)涂層技術(shù)；中壓第1級加大動(dòng)靜葉

22、間距, 高壓噴嘴和中壓第1級靜葉表面有Cr-C保護(hù)涂層。高、中、低壓缸除第1 級外的所有隔板汽封和部分軸封采用保護(hù)齒汽封,該型汽封是美國MDA公司的專利產(chǎn)品。動(dòng)葉自帶圍帶,葉頂汽封采用2個(gè)高齒和2個(gè)低齒,形成迷宮效果以減小葉頂漏汽。由于高壓及中壓部分進(jìn)汽溫度的升高,在材料、結(jié)構(gòu)及冷卻方面采取相應(yīng)措施。根據(jù)不同高溫區(qū)域、不同應(yīng)力水平的零部件采用不同的耐高溫材料。高壓外缸、中壓缸進(jìn)汽部分、中壓轉(zhuǎn)子溫度最高的中間部位采取冷卻措施。高溫動(dòng)葉材料采用新型12Cr鍛鋼,高壓部分汽缸采用Cr-Mo-V-B鋼,該材料具有優(yōu)良的高溫性能。在結(jié)構(gòu)上保證內(nèi)缸的最大工作壓力為噴嘴后的壓力與高排壓差,外缸最大工作壓力為

23、高排壓力與大氣壓之差,有效地降低了汽缸的工作壓力,同時(shí)進(jìn)汽口及遮熱環(huán)的布置保證汽缸有一個(gè)合理的溫度梯度,以控制它的溫度應(yīng)力,保證壽命損耗在要求的范圍內(nèi)。 上海汽輪機(jī)有限公司上汽的TC4F型1000MW超超臨界汽輪機(jī)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,是反動(dòng)式機(jī)型?？傮w結(jié)構(gòu)布置從機(jī)頭到機(jī)尾依次串聯(lián)1個(gè)單流程“H”型圓筒高壓缸、1個(gè)雙流中壓缸及2個(gè)雙流低壓缸。高壓缸共14級。中壓缸共2×14級。2個(gè)低壓缸壓力級總數(shù)為2×2×6級。機(jī)組總長為29m。末級葉片高度為1146mm,軸向排汽面積為10.96m2,總軸向排汽面積為43

24、.84m2?！癏MN”型1 000 MW汽輪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)非常簡捷、緊湊?！癏”高壓缸積木塊由圓筒型前后外缸及具有水平中分面的內(nèi)缸組成。適應(yīng)更高壓力、溫度參數(shù)的內(nèi)外缸承載結(jié)構(gòu),能承受比目前傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更高的溫度和壓力,因此設(shè)計(jì)壓力很容易定位在更高的30MPa水平。機(jī)組只有2個(gè)主調(diào)門及2個(gè)再熱主調(diào)門,并直接和汽缸相連,流動(dòng)損失小、附加推力小、起吊高度低?！癕30”雙流中壓缸僅有2個(gè)進(jìn)汽口和1個(gè)排汽口,再熱蒸汽由側(cè)面2個(gè)進(jìn)汽口進(jìn)入汽輪機(jī)。1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。中壓進(jìn)口段上有切向渦流冷卻裝置,開有切向進(jìn)汽

25、孔,利用渦流原理,中壓再熱蒸汽進(jìn)入該孔產(chǎn)生高速切向流動(dòng),熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后,溫度可下降15左右。在高中壓缸2個(gè)徑向進(jìn)汽通道向軸向葉片級折轉(zhuǎn)過程中配置了一種獨(dú)特的斜置靜葉,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。汽機(jī)轉(zhuǎn)子采用單軸承支撐,使四缸1000MW機(jī)組汽輪機(jī)的跨度由35m縮短到27m。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。所有軸承座均直接支撐在基礎(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)缸可沿軸向滑動(dòng)。低壓外缸與凝汽器剛性連接,與機(jī)組的膨脹無關(guān),凝汽器真空變化不會對汽輪機(jī)的動(dòng)靜徑向間隙產(chǎn)生任何影響,有利于軸

26、系的穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組的絕對死點(diǎn)及相對死點(diǎn)均在高中壓缸之間的推力軸承處。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)靜葉片的相對間隙變化最小,整個(gè)機(jī)組有良好的膨脹特性。TC4F汽輪機(jī)無調(diào)節(jié)級,采用單流+全周進(jìn)汽,另外配置第3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。高壓第1級采用斜置靜葉,第1級動(dòng)葉的設(shè)計(jì)與一般壓力級接近,不存在特殊的強(qiáng)度和振動(dòng)問題,全周進(jìn)汽滑壓運(yùn)行根本上消除了汽流激振對軸系穩(wěn)定性的影響,對提高汽輪機(jī)效率也較有利。反動(dòng)級葉片設(shè)計(jì)技術(shù),采取了一系列先進(jìn)的氣動(dòng)及結(jié)構(gòu)技術(shù),例如小直徑、多級數(shù),發(fā)揮反動(dòng)式葉片級輪周效率高的優(yōu)勢。但是

27、采用補(bǔ)汽閥型式的汽輪機(jī)的業(yè)績較少,當(dāng)主蒸汽流量超過THA工況時(shí),補(bǔ)汽閥投入,機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性會降低。TC4F汽輪機(jī)未采取專門的防固體顆粒侵蝕(SPE)措施,但從結(jié)構(gòu)上采取以下措施:(1)無沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級,高中壓第1級噴嘴設(shè)計(jì)為切向斜置式,反動(dòng)度為20%,沖蝕性低于沖動(dòng)級。(2)全周進(jìn)汽的滑壓運(yùn)行,使第1級靜葉出口流速基本保持在較低的水平。(3)主調(diào)門及再熱門具有網(wǎng)眼為1.6mm的永久濾網(wǎng)。 哈爾濱汽輪機(jī)有限公司哈汽的CLN1000-25.0/600/600超超臨界汽輪機(jī)是與日本東芝公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的單軸、四缸四排汽、凝汽式、沖動(dòng)型機(jī)組。高壓缸為單流式、雙層缸結(jié)構(gòu),包括1個(gè)雙流調(diào)節(jié)級和9個(gè)壓力級。壓力

28、級采用全三維設(shè)計(jì)。中壓缸為雙流式、雙層缸結(jié)構(gòu)。每個(gè)流向包括全三維設(shè)計(jì)的7個(gè)壓力級。2個(gè)雙流低壓缸每個(gè)流向包括6個(gè)壓力級,低壓末級為1219.2mm鋼葉片,采用圓弧樅樹型葉根,并以拉筋凸耳及套筒連接,提高了葉列的頻率?？傒S向排汽面積為4×11.87 m2。機(jī)組總長為40m。高、中、低壓缸均為雙層缸結(jié)構(gòu),水平中分面設(shè)計(jì)。汽缸由貓爪支撐。隔板直接安裝在內(nèi)缸上,沒有隔板套。高壓噴嘴室相對汽缸能自由膨脹,負(fù)荷改變時(shí), 噴嘴室吸收調(diào)節(jié)級噴嘴區(qū)的熱沖擊。特殊的噴嘴室結(jié)構(gòu)和全周進(jìn)汽啟動(dòng)相結(jié)合, 減少了汽缸出現(xiàn)裂紋的可能性。所有的轉(zhuǎn)子均為整鍛無中心孔的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間采用剛性聯(lián)軸器相互連接。每個(gè)轉(zhuǎn)

29、子配有獨(dú)立的雙軸承支撐。根據(jù)軸承的載荷,選擇采用可傾瓦軸承或橢圓軸承。推力軸承采用結(jié)構(gòu)裝配簡單的斜面式推力軸承,占據(jù)空間小,并具有較高的承載能力,剛度很好,使用壽命較長。中壓轉(zhuǎn)子由高壓缸調(diào)節(jié)級后漏汽進(jìn)行冷卻。采用定-滑-定運(yùn)行模式,滑壓運(yùn)行范圍為額定負(fù)荷的30%90%。采用高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng),中壓調(diào)節(jié)閥在啟動(dòng)過程中參與調(diào)節(jié),需要配置高低2級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。噴嘴組與噴嘴室組焊為一體,相對汽缸能自由膨脹。負(fù)荷改變時(shí),大大地減少了汽缸高壓區(qū)的撓曲和熱應(yīng)力。高壓噴嘴采用滲硼的方法防固體顆粒侵蝕,中壓第1級的靜葉片采用涂陶瓷材料的方法防固體顆粒侵蝕。噴涂厚度0.25±0.05 mm,硬度1000(

30、Hv)。主汽閥與調(diào)節(jié)閥為一體式結(jié)構(gòu),主汽閥碟與調(diào)節(jié)閥碟共享一個(gè)閥座,主汽閥與調(diào)節(jié)閥可以各自獨(dú)立地、互不干擾地全行程移動(dòng),不受對方位置影響。2.2 汽輪機(jī)背壓和末級葉片原電力部汽輪機(jī)組參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,汽輪機(jī)背壓在4.45.4kPa的范圍內(nèi)選擇,在此范圍背壓每變化1kPa熱耗率就變化0.7%,當(dāng)循環(huán)水溫20時(shí)常取4.9 kPa。在選定背壓時(shí),應(yīng)與主機(jī)一起優(yōu)化確定冷水塔和凝汽器面積、循環(huán)水流量。理論和實(shí)際表明,汽輪機(jī)背壓變化對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響要比初壓大得多。在能源短缺的國家,十分重視發(fā)展超低背壓,以提高機(jī)組的熱效率。當(dāng)凝汽器采用深海水冷卻,冷卻水流量和熱負(fù)荷保持不變時(shí),其冷卻水溫度和背壓的關(guān)系為:

31、冷卻水溫度為15,凝汽器背壓為3.8kPa；冷卻水溫度為10,凝汽器背壓為2.9kPa。1000MW級超超臨界機(jī)組的凝汽器面積常配5000056000m2。煤價(jià)高選上限, 低選下限。長江沿岸和北方海邊的水溫較低,可以選取較低的背壓。采用水塔二次循環(huán)的水溫較高,選取較高背壓。應(yīng)當(dāng)與選定主機(jī)組末級葉片的適應(yīng)配合,即按當(dāng)?shù)啬昶骄疁囟取⑺?據(jù)HEI 標(biāo)準(zhǔn)求取年均背壓,核對汽輪機(jī)組的軸向排汽速度是否落到最佳排汽流速的范圍之中,它們之間應(yīng)該相互匹配。汽輪機(jī)背壓與機(jī)組容量、末級葉片長度及排汽口數(shù)量有密切關(guān)系。對于單軸汽輪機(jī),如采用四缸四排汽方式,背壓過低時(shí)排汽比容過大,致使機(jī)組容量受限。凝汽器采用雙背壓

32、可獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。如采用雙背壓、單流程,凝汽器為串聯(lián)運(yùn)行方式時(shí),循環(huán)水流量較小,當(dāng)循環(huán)水溫升大于10時(shí),2個(gè)凝汽器的平均溫度低于單背壓運(yùn)行時(shí)的溫度,故可提高平均真空度,降低汽輪機(jī)的冷源損失, 汽輪機(jī)熱耗可降低0.2%0.3%。但是雙背壓的設(shè)備投資較大。選擇雙背壓還是單背壓, 需要根據(jù)燃料價(jià)格、氣候環(huán)境、冷卻水源、再熱蒸汽參數(shù)、設(shè)備投資等因素進(jìn)行綜合評估,沒有絕對的優(yōu)劣之分。玉環(huán)電廠1000MW超超臨界機(jī)組仍選用單背壓型式。西門子又開發(fā)了適用于轉(zhuǎn)子直徑和跨度相同的“N30”的整圈阻尼鈦合金1 430mm葉片。對3.3kPa低背壓的1000MW機(jī)組,可為用戶提供2種配置選擇現(xiàn)有1146mm葉片的

33、五缸六排汽機(jī)組或配1430mm葉片的四缸四排汽機(jī)型。當(dāng)“N30”低壓缸配置3檔不同排汽面積的長葉片:977mm、8.9m2,1146mm、10.96m2,1430mm、13.5m2時(shí),機(jī)組能滿足四排汽或六排汽、冷端不同背壓2.96.5kPa的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。3 發(fā)電機(jī)3.1 對發(fā)電機(jī)的一些基本技術(shù)要求1000MW級功率、單軸、3000r/min、50Hz 是當(dāng)今國內(nèi)、外汽輪發(fā)電機(jī)的頂級功率,其特點(diǎn)是定子額定電壓較高,為2528 kV,定子電流較大,達(dá)23kA以上。轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流超過5000A,勵(lì)磁電壓超過550V,由于電流大、電壓高,發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量較大,電動(dòng)力較強(qiáng),要求絕緣材料要能承受

34、高溫、高電壓和高機(jī)械強(qiáng)度。發(fā)電機(jī)組運(yùn)行要安全可靠要保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行,首先要保證設(shè)備的可靠性和提高運(yùn)行水平,避免錯(cuò)誤操作。由于發(fā)電機(jī)容量較大,造價(jià)較高,從經(jīng)濟(jì)方面需要提高發(fā)電機(jī)組的效率和使用壽命,對1000MW級發(fā)電機(jī)要求: 使用壽命在正常條件下應(yīng)不少于35年；發(fā)電機(jī)組的可用率不低于99%,強(qiáng)迫停用率小于0.5%。 發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能.1 發(fā)電機(jī)容量(視在功率MVA):發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)不同,應(yīng)當(dāng)以容量(視在功率MVA)為準(zhǔn)。在額定定子電壓、額定頻率、額定功率因數(shù)、額定氫壓下,要明確氫冷卻器冷卻水的水質(zhì)(如除鹽水、中水等)與水溫,并要求提供水溫與容量的關(guān)系曲線。發(fā)電機(jī)的輸出功率(MW)應(yīng)與汽輪機(jī)的

35、功率相匹配。.2 1000MW級汽輪發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)中帶基本負(fù)荷比較經(jīng)濟(jì)和安全,但由于我國各電網(wǎng)容量較大以及其他客觀原因,有時(shí)需要發(fā)電機(jī)變負(fù)荷和調(diào)峰運(yùn)行,要求這些發(fā)電機(jī)具有變負(fù)荷和調(diào)峰運(yùn)行能力。.3 發(fā)電機(jī)應(yīng)具有非正常運(yùn)行的能力:(1)承擔(dān)負(fù)序電流能力:當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路、接地、開關(guān)斷相等故障時(shí),會在發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序電流,從而使轉(zhuǎn)子表層產(chǎn)生較高的溫度。嚴(yán)重時(shí)會損壞轉(zhuǎn)子本體和護(hù)環(huán)。因此,對1000MW級發(fā)電機(jī)應(yīng)承受穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流I2(不小于額定電流的6%)、暫態(tài)負(fù)序電流I22·t(不小于6s) 。(2)發(fā)電機(jī)具有一定的短時(shí)過負(fù)荷能力:應(yīng)承受1.5倍額定定子電流歷時(shí)30s不發(fā)生有害變形及接

36、頭開焊等故障。(3)發(fā)電機(jī)具有進(jìn)相運(yùn)行能力,要求發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為0.95(超前)情況下能帶額定有功負(fù)荷長期連續(xù)運(yùn)行,而各部分溫度(或溫升)不超過規(guī)定值。(4)發(fā)電機(jī)要能承受下列工況下所產(chǎn)生的扭應(yīng)力:兩相短路沖擊產(chǎn)生的扭應(yīng)力； 電廠出線三相或兩相重合閘不成功產(chǎn)生的應(yīng)力；發(fā)電機(jī)誤并列產(chǎn)生的應(yīng)力； 甩負(fù)荷時(shí)由于調(diào)速器失靈引起超速而產(chǎn)生的應(yīng)力；次同步振蕩所產(chǎn)生的應(yīng)力；周期性產(chǎn)生的應(yīng)力等。(5)關(guān)于失磁異步運(yùn)行問題: 運(yùn)行中的汽輪發(fā)電機(jī)突然失去勵(lì)磁后是否不切機(jī)允許帶一定有功負(fù)定有功負(fù)荷長期連續(xù)運(yùn)行,而各部分溫度(或溫升)不超過規(guī)定值。荷繼續(xù)在電網(wǎng)中運(yùn)行。對發(fā)電機(jī)來說發(fā)生異步運(yùn)行產(chǎn)生滑差(S),會在轉(zhuǎn)子表

37、面感應(yīng)產(chǎn)生較高溫度；定子端部漏磁增大對端部件會產(chǎn)生局部過熱。失磁異步運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)要從電網(wǎng)吸收較大無功功率,從而降低系統(tǒng)和電廠廠用母線電壓。因此,對發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行有不同看法或觀點(diǎn)。阿爾斯通規(guī)定:失磁2s后停機(jī)。日立公司規(guī)定失磁后立即停機(jī)。因此1000MW級發(fā)電機(jī)是否允許失磁異步運(yùn)行, 第一,宜按各公司的規(guī)定,第二,視電網(wǎng)是否有足夠無功功率來決定。 發(fā)電機(jī)的冷卻方式發(fā)電機(jī)的冷卻方式與發(fā)電機(jī)的容量密切相關(guān)。冷卻系統(tǒng)的發(fā)展直接影響汽輪發(fā)電機(jī)容量的發(fā)展。根據(jù)所了解到國內(nèi)外各制造公司已生產(chǎn)的或?qū)⒁a(chǎn)的1000 MW級汽輪發(fā)電機(jī)均采用水、氫、氫冷卻方式,即:.1 定子線圈冷卻:定子線圈采用水內(nèi)冷,定子

38、線棒由若干空心導(dǎo)體和實(shí)心銅線組成。關(guān)于空心導(dǎo)體,有的公司采用不銹鋼只是用來導(dǎo)熱,如阿爾斯通、西門子。其他公司采用空心銅線既導(dǎo)電又導(dǎo)熱。.2 定子鐵心冷卻:定子鐵心采用氫氣冷卻,其冷卻方式與轉(zhuǎn)子的冷卻方式和定子內(nèi)部采用氣隙隔板的型式有關(guān),鐵心的冷卻風(fēng)道與轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)道相對應(yīng)。.3 轉(zhuǎn)子冷卻:轉(zhuǎn)子采用氫氣內(nèi)冷,國內(nèi)外的公司大致有這幾種冷卻方式:(1)氣隙取氣冷卻:日立、東芝、哈爾濱和東方等公司采用這種冷卻方式,將轉(zhuǎn)子分成冷、熱各若干風(fēng)區(qū),相互間隔,對轉(zhuǎn)子冷卻效果良好,溫度分布均勻。(2)軸向通風(fēng)冷卻: 西門子、三菱等公司采用這種冷卻方式。在汽輪機(jī)端裝有多級高壓風(fēng)扇,風(fēng)扇將熱風(fēng)從間隙中抽出,然后通過冷

39、卻器冷卻,冷卻后的冷風(fēng)分成若干路分別進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)、定子鐵心通風(fēng)道和端部。(3)軸-徑向通風(fēng)冷卻:定子鐵心有徑向通風(fēng)道,轉(zhuǎn)子槽底有副槽,轉(zhuǎn)子線圈開有徑向通風(fēng)孔,氫氣直接冷卻,轉(zhuǎn)子兩端有風(fēng)扇向里壓風(fēng)。英國GEC公司就是采用這種冷卻方式。 定子額定電壓的選擇設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī),定子額定電壓是一個(gè)很重要的參數(shù)。總的來說,單機(jī)容量增大以后,定子額定電壓相應(yīng)要提高,當(dāng)然電流也要提高,電壓的提高取決于絕緣材料技術(shù)的提高,要求電機(jī)的絕緣要承受較高的電壓、高溫、機(jī)械強(qiáng)度。提高電壓的目的一是減小定子電流,1000MW汽輪發(fā)電機(jī)定子額定電流均在2.3kA以上(額定電壓2427kV),這么大的電流會給發(fā)電機(jī)帶來發(fā)熱增大,即溫度

40、或溫升升高,溫度升高對絕緣不利；二是增大電磁力,定子線棒在槽內(nèi)和端部,正常運(yùn)行時(shí)受電動(dòng)力的作用,如固定不牢會磨損線棒,當(dāng)突然短路故障時(shí),在線棒上產(chǎn)生的力相當(dāng)于100倍或更大的穩(wěn)態(tài)電流所產(chǎn)生的力,與瞬態(tài)電流的峰值成正比,且與電流的直流分量和漏磁飽和程度有關(guān)。各制造公司都采取相應(yīng)的技術(shù)措施,在槽部和端部進(jìn)行加固。由于電機(jī)絕緣制造技術(shù)的提高,當(dāng)前各制造公司對1000MW級發(fā)電機(jī)定子電壓都確定在27kV,少數(shù)公司為28kV。其電壓值的選擇是合適的。 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式的選擇勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組主要組成部分,其性能優(yōu)良與否直接影響到發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行水平。因此,勵(lì)磁方式的選擇對1000MW級發(fā)電機(jī)來說至關(guān)重要。根據(jù)目前各公司投運(yùn)的或正在設(shè)計(jì)的勵(lì)磁方式大致有2種。(1)無刷勵(lì)磁系統(tǒng),其特點(diǎn)是主、副勵(lì)磁機(jī)和整流裝置與發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn),無滑環(huán)和碳刷。主勵(lì)磁機(jī)出交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后直接供發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈勵(lì)磁, 勵(lì)磁回路中無滅磁裝置和開關(guān),靠自然滅磁,因此,滅磁時(shí)間比其他勵(lì)磁方式的滅磁時(shí)間長。其最大優(yōu)點(diǎn)是無刷無滑環(huán),運(yùn)行中不會產(chǎn)生火花、碳粉、運(yùn)行安全,不會冒火,維護(hù)工作量小。西門子、三菱、俄羅斯等公司采用這種勵(lì)磁方