汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行緒論

汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行緒論第1頁/共61頁一汽輪機(jī)的發(fā)展第2頁/共61頁1汽輪機(jī)的作用汽輪機(jī)以蒸汽作為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)具有單機(jī)功率大、效率高、能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。在火電廠、核電廠和地?zé)犭姀S都用汽輪機(jī)來拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。此外，還可以用小汽輪機(jī)帶動(dòng)給水泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等設(shè)備，作為工業(yè)動(dòng)力。

汽輪機(jī)燃料化學(xué)能→蒸汽熱能→機(jī)械能→電能第3頁/共61頁國產(chǎn)20萬汽輪機(jī)外觀第4頁/共61頁第5頁/共61頁2汽輪機(jī)的發(fā)展歷史1884年英國工程師柏生氏（ThomasParsons）獲得可實(shí)用的反動(dòng)式透平機(jī)專利。1895年以后，Westinghouse和Allis-Chalmers公司先后購買了Parsons的專利，開始生產(chǎn)汽輪機(jī)。1900年前后，美國工程師寇蒂斯CharlesCurtis在GE公司支持下獲得了沖動(dòng)式透平機(jī)專利。1920年左右，鉻不銹鋼的應(yīng)用1930年代是汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)變化最快的時(shí)期，雙流排汽缸設(shè)計(jì)、雙軸設(shè)計(jì)、低壓缸頂置高壓缸設(shè)計(jì)、三機(jī)組串聯(lián)軸設(shè)計(jì)、再熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，都出自該時(shí)期。1940年代以后，汽輪機(jī)的參數(shù)進(jìn)一步提高，結(jié)構(gòu)形式逐步固定，多缸單軸形式成為主流1945年，美國的主流汽輪機(jī)容量為100MW，1967年主流容量為700MW。今天，汽輪機(jī)的主流容量仍然在600MW～1000MW，但是蒸汽參數(shù)已經(jīng)達(dá)到超臨界或超超臨界參數(shù)，最高蒸汽壓力達(dá)到30MPa，最高蒸汽參數(shù)達(dá)到620℃。第6頁/共61頁第7頁/共61頁

汽輪機(jī)是在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速條件下工作的巨型精密機(jī)器。它的設(shè)計(jì)、制造、安裝和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行涉及到許多學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。我國從1955年生產(chǎn)第一臺(tái)6000千瓦汽輪機(jī)至今，已能制造30萬（300MW）、60萬千瓦（600MW）的汽輪發(fā)電機(jī)組。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)能源與環(huán)境的要求，汽輪機(jī)制造業(yè)的趨勢(shì)是朝著高參數(shù)、大容量、高效率和現(xiàn)代化控制方面發(fā)展。目前，正在向600MW容量以上的超臨界機(jī)組發(fā)展。2008年初，全國發(fā)電總裝機(jī)容量超過為7億千瓦，其中，火電占70%以上。2020年核電4000萬千瓦（估）3我國火力發(fā)電事業(yè)發(fā)展概況第8頁/共61頁4主要的設(shè)備制造商第9頁/共61頁第10頁/共61頁二采用汽輪機(jī)的熱力發(fā)電方式第11頁/共61頁第12頁/共61頁第13頁/共61頁第14頁/共61頁二、蒸汽一燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電

燃?xì)廨啓C(jī)是一種結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、起動(dòng)快的熱力原動(dòng)機(jī)，不需要或僅需要少量冷卻水。除航空燃?xì)廨啓C(jī)外，世界上數(shù)千萬千瓦燃?xì)廨啓C(jī)的總量中，有百分之七十是供發(fā)電用的。燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣溫度很高，但排氣溫度也高達(dá)300℃～400℃，將高溫排氣送入余熱鍋爐生產(chǎn)水蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種發(fā)電裝置稱為蒸汽—燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電。理論和實(shí)踐證明，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電可大幅提高發(fā)電熱經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)代蒸汽—燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的熱效率可超過60%

第15頁/共61頁三、核能發(fā)電

重核分裂和輕核聚合時(shí)，都能釋放出巨大的能量。這種能量統(tǒng)稱為核能，也稱原子能。核電站即原子能發(fā)電廠。

目前投入商業(yè)化發(fā)電的核電站都是利用鈾裂變放出的能量作為熱源的。一公斤鈾裂變釋放出的能量，相當(dāng)于2700噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所放出的熱能。

反應(yīng)堆是核電站的主要部分，它相當(dāng)于普通火電廠中的鍋爐設(shè)備，由蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)的蒸汽，通過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能再發(fā)電。第16頁/共61頁大亞灣核電站第17頁/共61頁第18頁/共61頁四、地?zé)岚l(fā)電目前，人們能直接測(cè)量的地溫，僅限于地下10公里以內(nèi)的范圍，地核的溫度據(jù)推測(cè)約為5000℃。據(jù)估計(jì)，如把全世界煤的總儲(chǔ)量折算為熱能作為基數(shù)，石油的總能量?jī)H為煤的百分之三，目前能夠利用的核燃料僅為煤的百分之十五，然而地下熱能卻為煤的1.7億倍。僅在地面以下三公里之內(nèi)可開發(fā)的熱能，就相當(dāng)于2.9萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量?，F(xiàn)在，世界上已經(jīng)建成了不少利用地?zé)岙a(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電的地?zé)犭娬?。由于只利用了淺層地?zé)?，地?zé)岚l(fā)電的蒸氣參數(shù)還不高。第19頁/共61頁西藏羊八井地?zé)犭姀S第20頁/共61頁地?zé)岚l(fā)電第21頁/共61頁五、太陽能集熱發(fā)電

太陽表面溫度6000℃左右，內(nèi)部溫度高達(dá)攝氏20,000,000℃。利用太陽輻射能發(fā)電，有光伏電池發(fā)電、太陽能集熱發(fā)電等方式。太陽能集熱發(fā)電，接收或聚集太陽的輻射能，使之轉(zhuǎn)換為熱能，將工質(zhì)加熱蒸發(fā)，生產(chǎn)蒸汽去驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。目前，大規(guī)模太陽能集熱發(fā)電均采用這種模式。但是，由于技術(shù)上的原因，現(xiàn)在的發(fā)電成本還遠(yuǎn)高于常規(guī)能源發(fā)電和核能發(fā)電。由于太陽能能量十分巨大，且可實(shí)現(xiàn)無污染轉(zhuǎn)化和利用，隨著世界性的能源供需日趨緊張和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的迅速提高，大規(guī)模利用太陽能是必然的趨勢(shì)。預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來，太陽能發(fā)電將成為一種重要的發(fā)電方式。第22頁/共61頁第23頁/共61頁第24頁/共61頁太陽能發(fā)電第25頁/共61頁潮汐發(fā)電第26頁/共61頁潮汐發(fā)電第27頁/共61頁新疆達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)景觀第28頁/共61頁三峽水利樞紐工程第29頁/共61頁三汽輪機(jī)系統(tǒng)第30頁/共61頁

一、蒸汽動(dòng)力循環(huán)和汽輪機(jī)作功過程

1，朗肯循環(huán)

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，卡諾循環(huán)的熱效率是最高的。但實(shí)際上所采用的是最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力裝置理想循環(huán)——朗肯循環(huán)。它由鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器和水泵所組成。如右下圖所示。

鍋爐，水在鍋爐中定壓吸熱、汽化為飽和蒸汽。

過熱器，吸熱成為過熱蒸汽。

汽輪機(jī)，膨脹、作功、乏汽排出。

凝汽器，并凝結(jié)、放出潛熱。

給水泵，將凝結(jié)水提高壓力并泵入鍋爐，

完成一個(gè)循環(huán)。第31頁/共61頁這種最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)（理想的朗肯循環(huán)）的熱效率是不高的（低于40%）。蒸汽在鍋爐中的吸熱量（Q。）只有一小部分轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)的作功；而大部分熱量（潛熱）作為冷源損失在凝汽器中為循環(huán)水所帶走。如下圖所示，用熱力學(xué)第一定律對(duì)最簡(jiǎn)單的蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)進(jìn)行分析的結(jié)果，就可以形象地用能流圖表示。能量在各設(shè)備中的利用和損失第32頁/共61頁2,給水回?zé)岢槠到y(tǒng)的作用

在朗肯循環(huán)中，造成熱效率低的主要原因是工質(zhì)平均吸熱溫度不高。為了提高蒸汽平均吸熱溫度，除了提高蒸汽初參數(shù)之外，另一種辦法是改善吸熱過程。如右下圖所示，4-5-1為蒸汽的吸熱過程，而4-5為其預(yù)熱階段，是整個(gè)吸熱過程中最低段。

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給水回?zé)峒訜嵫h(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)采用給水回?zé)峒訜嵫h(huán)，可以提高循環(huán)的熱效率。同時(shí)也增加了設(shè)備（加熱器、管道、閥門、水泵等），使系統(tǒng)復(fù)雜，投資增加。但有利是主要的：

1）回?zé)岢槠墒蛊啓C(jī)進(jìn)汽量增加，而排汽量減少。對(duì)提高效率、改善末級(jí)的設(shè)計(jì)都是有好處的；

2）由于熱效率的提高，鍋爐熱負(fù)荷減少，可以減少鍋爐的受熱面，節(jié)約部分金屬材料；

3）由于凝汽量的減少，可以減少凝汽器的換熱面，節(jié)約大量的銅材。第34頁/共61頁3,中間再熱循環(huán)（1）中間再熱循環(huán)的采用提高蒸汽初壓，可以提高循環(huán)熱效率。但蒸汽初壓的提高，將會(huì)引起：乏汽的濕度增加，對(duì)汽輪機(jī)的工作產(chǎn)生不利影響。如果同時(shí)提高蒸汽的初壓和初溫，又要受到金屬材料性能的限制。為了解決這一問題，采用蒸汽中間再過熱的辦法。采用中間再熱，就是讓新蒸汽首先進(jìn)入汽輪機(jī)高壓部分膨脹作功，到某一中間壓力時(shí)，全部抽出來，送到鍋爐的再熱器中再過熱，然后再送到汽輪機(jī)的中、低壓部分繼續(xù)膨脹作功。經(jīng)再熱后，膨脹末了的乏汽的干度明顯增大。這樣，就避免了提高初壓或者同時(shí)提高初壓、初溫而帶來的困難。第35頁/共61頁（2）再熱對(duì)循環(huán)熱效率的影響對(duì)圖1-5b的T-s圖作分析。圖中，1-2-3-4-1為基本循環(huán)，B-A-2’-2-B為再熱附加循環(huán)。當(dāng)再熱溫度與新蒸汽溫度相同時(shí)，當(dāng)終參數(shù)一樣，只要再熱壓力不太低，則附加循環(huán)的平均吸熱溫度將高于基本循環(huán)的平均吸熱溫度。這樣，總的平均吸熱溫度就變高了，則總的熱效率得到提高。

第36頁/共61頁（3）再熱壓力選定如果再熱壓力選得較高，能使熱效率得到提高；如果再熱壓力選得較低，則使熱效率將會(huì)降低。如果再熱壓力選得過高，附加循環(huán)的吸熱量減少，使整個(gè)循環(huán)的熱效率減弱。因此要找一個(gè)最佳的再熱壓力。根據(jù)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)取再熱壓力為新蒸汽壓力的20~30%之間。第37頁/共61頁二、汽輪機(jī)設(shè)備及其系統(tǒng)

汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)包括汽輪機(jī)本體、控制保安系統(tǒng)、輔助設(shè)備及系統(tǒng)等。汽輪機(jī)本體由轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分組成；控制保安系統(tǒng)包括主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)變送器、控制油系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置等；輔助設(shè)備包括凝汽器、抽氣器(或水環(huán)真空泵)、高壓和低壓加熱器、除氧器、給水泵、凝結(jié)水泵、凝升泵、循環(huán)水泵等。汽輪機(jī)的重要系統(tǒng)包括主蒸汽系統(tǒng)、再熱蒸汽系統(tǒng)、凝汽系統(tǒng)、給水回?zé)嵯到y(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等。第38頁/共61頁四汽輪機(jī)基本組成

第39頁/共61頁第40頁/共61頁一、汽輪機(jī)級(jí)第41頁/共61頁汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子（含動(dòng)葉柵）二、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子第42頁/共61頁三、汽輪機(jī)汽缸與隔板第43頁/共61頁第44頁/共61頁四、汽封第45頁/共61頁第46頁/共61頁五、汽輪機(jī)軸承第47頁/共61頁六、聯(lián)軸器第48頁/共61頁七、盤車裝置第49頁/共61頁八、汽輪機(jī)控制與保護(hù)系統(tǒng)第50頁/共61頁五汽輪機(jī)的分類和