核電站與火電站水蒸氣參數(shù)汽輪機(jī)差異

核電站與火電站水蒸氣參數(shù)汽輪機(jī)差異第1頁/共24頁這些分別是什么發(fā)電呢第2頁/共24頁近年我國電能結(jié)構(gòu)分布第3頁/共24頁課題設(shè)置了解發(fā)電行業(yè)前沿知識、新型汽輪機(jī)大致結(jié)構(gòu)、核心部件。畫出新型汽輪機(jī)組簡圖、示功圖、熱力循環(huán)溫熵圖，討論圖上每個熱力過程分別在哪個裝置完成。分析討論核電汽輪機(jī)熱力循環(huán)對比火電機(jī)組汽輪機(jī)的全方位區(qū)別。我國及世界上主要電廠最新汽輪機(jī)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。第4頁/共24頁發(fā)電技術(shù)前沿第5頁/共24頁引入核電汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理基本上與火電汽輪機(jī)相同，在系統(tǒng)組成與設(shè)計上也大致相似，但在設(shè)備的設(shè)計方面卻存在著許多差異。核電汽輪機(jī)在熱力參數(shù)、結(jié)構(gòu)特性、設(shè)計細(xì)節(jié)與材料選用、運行維護(hù)方面具有一定的獨特性。第6頁/共24頁1、基本熱力參數(shù)的差別壓水堆核電機(jī)組與火電機(jī)組相比初參數(shù)低得多且濕度大，主蒸汽為略帶濕度的飽和蒸汽(壓力一般在5MPa～7MPa，濕度為0.25%～0.5%)，汽耗顯著增加。第7頁/共24頁秦山二期核電站的核電650MW汽輪機(jī)和沁北電廠的超臨界600MW火電汽輪機(jī)的熱力參數(shù)對照表

第8頁/共24頁2、蒸汽熱力過程在常規(guī)火電機(jī)組中蒸汽大部分處于過熱蒸汽狀態(tài)，只有在低壓缸末幾級處于濕蒸汽狀態(tài)下。核電汽輪機(jī)只有低壓缸前幾級處于過熱狀態(tài)，其余部分都處于飽和線之下的濕蒸汽狀態(tài)。第9頁/共24頁如圖表示蒸汽在汽輪機(jī)中的膨脹過程。圖中線段abcdef表示進(jìn)汽壓力24.2MPa的常規(guī)超臨界中間再熱機(jī)組的熱力過程線,飽和線上方為過熱蒸汽區(qū),下方為濕蒸汽區(qū),圖中僅有低壓缸中(ef段)末幾級葉片處于飽和線以下的濕蒸汽區(qū)工作,其余均在過熱區(qū)。線段ABCDE表示進(jìn)汽壓力6.41MPa的飽和蒸汽的膨脹過程曲線,AB表示蒸汽在高壓缸中的膨脹,在高壓缸作功后排入汽水分離再熱器進(jìn)行去濕再熱后達(dá)到過熱點C,然后進(jìn)入低壓缸膨脹線段CE,圖中僅有低壓缸中(CD段)前幾級處于過熱蒸汽狀態(tài),大部分處于飽和線以下的濕蒸汽區(qū)工作。從核電與火電熱力過程線中,可以明顯的看出兩者間熱力參數(shù)的差別。蒸汽膨脹過程表明核電汽輪機(jī)基本是在濕蒸汽狀態(tài)下工作。第10頁/共24頁第11頁/共24頁3、熱力循環(huán)大型火電站都采用蒸汽中間再熱系統(tǒng),其主要目的在于提高中、低壓缸前蒸汽參數(shù),從而提高大容量機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性；而對于壓水堆核電站而言,用再熱的主要目的是提高蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹終點的干度。汽水分離再熱器的主要作用是除去高壓缸排汽中的水分,并加熱高壓缸排汽,提高低壓缸進(jìn)汽的溫度,使其具有一定的過熱度，若不采取任何措施,當(dāng)蒸汽膨脹至0.0049MPa時,其濕度將接近30%。第12頁/共24頁核電機(jī)組二回路、火電超臨界機(jī)組再熱郎肯循環(huán)圖示下圖中的（3—4—5—1）階段，為冷卻劑吸熱階段，它與右圖中火電廠工質(zhì)的吸熱階段（3—4—5—6）相同。核電二回路的主蒸汽從蒸汽發(fā)生器出來后是飽和蒸汽，沒有過熱階段，飽和蒸汽在高壓缸中做功（1—a線段），到汽水分離再熱器(a—d線段），然后進(jìn)行再熱（d—b線段），最后主蒸汽再到低壓缸做功（b—2段）?；痣姍C(jī)組的主蒸汽從過熱器出來，是過熱蒸汽，首先在汽輪機(jī)高壓缸中做功（1—a線段），然后經(jīng)再熱器再熱（a—b段），再到中低壓缸繼續(xù)膨脹做功（b—2段）。第13頁/共24頁核電飽和蒸汽汽輪機(jī)采用AP1000型反應(yīng)堆核電項目提供汽輪發(fā)電機(jī)組核電汽輪機(jī)第14頁/共24頁4、核電汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)的獨特性汽缸設(shè)計的特點由于蒸汽初參數(shù)低和容積流量大,與常規(guī)火電機(jī)組相比,相同容量的核電汽輪機(jī)需要較大的通流能力和排汽面積。核電汽輪機(jī)設(shè)計多采用1個高壓缸(或高中壓合缸)加2～3個低壓缸的結(jié)構(gòu)且汽缸的尺寸和重量較常規(guī)火電要大些,尤其對于半轉(zhuǎn)速核電汽輪機(jī)汽缸的尺寸和重量更大。第15頁/共24頁閥門設(shè)計特點新蒸汽壓力低,其比容將明顯高于常規(guī)汽輪機(jī)。核電汽輪機(jī)高壓主汽閥一般采用主汽-調(diào)節(jié)聯(lián)合閥的結(jié)構(gòu)形式,無論是尺寸還是重量、閥門口徑等都要比同容量火電機(jī)組大得多。同時由于與主汽閥連接的主蒸汽管道以及高壓導(dǎo)汽管的口徑較火電機(jī)組大得多,對閥門的推力非常大,所以閥門必須有足夠的穩(wěn)定性以承受管道的推力。第16頁/共24頁汽水分離系統(tǒng)設(shè)置再熱主汽閥和再熱截止閥在閥門關(guān)閉后由于汽輪機(jī)、連通管、汽水分離再熱器和其它設(shè)施中剩余蒸汽作用以及各腔室內(nèi)、通道、蒸汽管道和汽水分離再熱器中積聚的水分或水膜的汽化,轉(zhuǎn)速還會增加。由于設(shè)備中殘余的濕蒸汽閃蒸量大于常規(guī)的火電機(jī)組,所以核電汽輪機(jī)與火電機(jī)組相比更容易超速,為防止汽輪機(jī)超速一般在汽水分離再熱器和低壓缸進(jìn)口之間的連通管上設(shè)置再熱主汽閥和再熱截止閥,這樣可以保證升速限制在允許范圍內(nèi)。冷凝式的火電機(jī)組一般在連通管上不設(shè)置再熱主汽閥和再熱截止閥。第17頁/共24頁5、核電汽輪機(jī)的材料選用核電汽輪機(jī)蒸汽是帶有一定濕度的飽和蒸汽,機(jī)組的運行溫度一般低于所用金屬材料的蠕變斷裂溫度,所以對材料的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能要求大大降低,但是核電汽輪機(jī)進(jìn)汽濕度大,高溫、高壓的濕蒸汽具有極強(qiáng)的侵蝕性,因此核電汽輪機(jī)選材考慮的主要問題是材料的防侵蝕性能。第18頁/共24頁高壓缸

各主要零部件材料的選擇，考慮到既有足夠的強(qiáng)度性能又有足夠的抗侵蝕性能。高壓缸進(jìn)汽溫度一般低于300℃，選擇防止脆性斷裂的材料。高壓內(nèi)、外缸、進(jìn)汽導(dǎo)流環(huán)采用抗侵蝕性能優(yōu)越的ZG15Cr2Mo1，該材料為2.25Cr-1Mo鋼。低壓缸由于其進(jìn)汽參數(shù)和常規(guī)火電汽輪機(jī)差不多，因此對于低壓缸材料的選擇同常規(guī)火電汽輪機(jī)一樣為碳鋼。第19頁/共24頁蒸汽管道

主汽閥和高壓缸之間管道以及低壓缸進(jìn)汽管道由于蒸汽濕度一般低于0.5%,所以選用一般為碳鋼材料。第20頁/共24頁火電汽輪機(jī)超超臨界火電機(jī)組超臨界燃煤蒸汽輪機(jī)電廠第21頁/共24頁汽輪機(jī)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀目前超高壓、亞臨界參數(shù)135MW以上到600MW功率等級范圍內(nèi)汽輪機(jī)產(chǎn)品的制造質(zhì)量、運行性能、可靠性等綜合指標(biāo)已達(dá)到國際同類機(jī)組的水平。我國已具有了與國際跨國公司相當(dāng)?shù)膩喤R界、常規(guī)超臨界參數(shù)大功率汽輪機(jī)的設(shè)計制造能力,機(jī)組設(shè)計制造的技術(shù)狀況為:(1)新一代引進(jìn)技術(shù)機(jī)型的300MW~600MW汽輪機(jī)的國產(chǎn)化率均達(dá)到95%以上。(2)300MW~600MW等級汽輪機(jī)的保證熱耗均達(dá)到國際先進(jìn)水平。(3)等效可用系數(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。以300MW為例，整個機(jī)組(機(jī)、電、爐