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华润电力湖北有限公司西门子1000MW超超临界汽轮机本体介绍1000MW超超临界火电机组技术探讨二○一一年二月十五日华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨主要设计技术规范和技术特点1000MW汽轮机本体结构特点汽轮机的正常运行维护主要内容华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨一、主要设计技术规范第一部分主要设计技术规范和技术特点1、汽轮机型式型号N1000-26.25/600/600(TC4F)型式由上海汽轮机有限公司和德国SIEMENS公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨2、额定蒸汽参数高压主汽门前汽压:26.25MPa;高压主汽门前汽温:600℃;中压主汽门前汽温:600℃。3、机组各种工况的净热耗率及汽耗率工况工况名称发电机功率(MW)主蒸汽流量(t/h)背压(KPa)补给水率(%)热耗率(KJ/KW.h)汽耗率(Kg/KW.h)工况1THA工况(热耗率验收工况)10002708.74445.3073472.7087工况2TRL工况(额定工况)10002955.524411.8378352.9555工况3TMCR工况(最大连续出力工况)1058.7612955.52445.3073982.7915工况4VWO/BMCR(阀门全开工况)1094.6653103.30085.3074212.8349工况5带厂用辅助蒸汽工况10002884.20505.3071772.8842工况6高加全停工况10002364.08045.3077332.7323华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨4、汽轮机发电机组转子转速额定转速:3000r/min(自汽轮机端向发电机端看为顺时针方向);临界转速:轴段名称一阶临界转速(r/min)二阶临界转速(r/min)设计值设计值轴系轴段轴系轴段高压转子26403240786010620中压转子1920210054606840低压转子1200132034804200发电机转子1320132036604200励磁机转子72072020402520华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨5、各缸级数与型式汽缸通流级数通流型式转子型式汽缸型式高压缸单流,14级反动级(包括1级低反动度级和13级扭转叶片级)反动式整锻式整体组装(内、外缸)中压缸双流,2×13级反动级(发动机侧、汽机侧各包括1级低反动度级和12级扭转叶片级)反动式整锻式整体组装(内、外缸)低压缸双流,2×2×6级反动级(每流程6级,各包括3级扭转叶片级和3级标准叶片级)反动式整锻式低压外缸钢板焊接、低压内缸(内内缸、内外缸)球墨铸铁铸造注:整个汽轮机通流级数共64级,且全部采用反动式叶片。(哈汽49级、东汽46级)华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨6、额定负荷(THA工况)时汽轮机各段抽汽参数抽汽级数流量(Kg/h)压力[MPa(a)]温度(℃)第一级(至1号高加)143989.27.259393.0第二级(至2号高加)273016.85.388351.2第三级(至3号高加)111891.62.293482.6第四级(至除氧器)101494.81.107380.5第四级(至给水泵汽轮机)78613.21.107380.5第五级(至5号低加)110721.60.558288.4第五级(至厂用汽)第六级(至6号低加)127641.60.2289192.3第七级(至7号低加)770040.060286.01第八级(至8号低加)78879.60.023263.30华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨7、汽轮机本体有关数据名称单位数值通流级数级共64级,其中高压缸14级,中压缸2×13级,低压缸2×2×6级汽轮机外形尺寸(长×宽×高)m29×10.4×7.75(汽机中心线以上)机组总长(包括罩壳)mm29000机组最大宽度(包括罩壳)mm10400设备最高点距运转层的高度mm9250低压缸末级叶片长度mm1146低压缸次末级叶片长度mm625.6低压缸末级叶片环形面积cm2400×1096汽轮机总内效率%91.18高压缸效率%91.06中压缸效率%93.27低压缸效率%89.49华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨二、整体设计技术特点1、汽缸积木块设计西门子公司百万等级超超临界汽轮机总体设计为单轴、四缸四排汽机型,所采用的积木块是西门子公司近期开发的3个最大功率可达到1100MW等级的HMN型积木块组合。即一个单流圆筒型H30高压缸,一个双流M30中压缸,2个N30双流低压缸。高、中、低压缸采用串联布置。西门子公司以末级叶片长度达1146mm作为技术支撑的单轴四缸方案(见图1、2),比其他投标商的双轴机组或单轴五缸等方案在价格上更具有竞争力。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨图1西门子汽缸积木块机组布置(总剖图)图2西门子汽缸积木块机组布置(俯视图)华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨采用单轴四缸方案,在技术上有其优势。作为1000MW容量的单轴50Hz主频机组,世界上尚无已投产的同等容量单轴汽轮发电机组的先例。四缸与单轴五缸方案相比,轴系明显缩短,作为特大容量的机组,这有利于轴系的稳定。西门子公司积木块化设计机型中,无论是单轴、四缸的总体布置、轴系特性,还是超超临界高压缸及中压缸的参数、材料、结构形式、低压缸1146mm长叶片等技术,均有成功的应用业绩,所有的技术既是先进的,又是成熟可靠的,通过这些技术的最优组合,使西门子机型的总体性能达到世界一流的先进水平。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨2、汽缸之间的单轴承支撑设计西门子公司的四缸机型采用一只高压缸、一只中压缸和二只低压缸串联布置(见图1)。汽轮机4根转子分别由5只径向轴承来支承,除高压转子由2个径向轴承支承外,其余3根转子,即中压转子和2根低压转子均只有一只径向轴承支承,整台机组包括发电机和励磁机在内共8道轴承。对于单轴特大型机组来说,为确保轴系的稳定性,应最大限度地缩短轴系长度。从这点出发,单支点轴系是最优选择,这种支承方式不仅结构比较紧凑,主要还可减少基础变形对于轴承荷载和轴系对中的影响,使得汽机转子能平稳运行。这样转子之间容易对中,不仅安装维护简单,而且轴向长度可大幅度减少。与其他投标商的四缸四排汽机型相比,西门子公司汽轮华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨3、独特的膨胀系统设计机的轴向总长要短8~10m,轴系特性简单,厂房投资可下降。采用单支点轴系,还带来其他一系列好处,如轴承负荷稳定,不受膨胀变化影响;能避免油膜振荡;补偿基础变形能力强;临界转速易于设计计算;轴系中心易于校正;轴承磨擦损失和润滑油量小等。西门子公司的膨胀系统设计具有独特的技术风格:轴承座为落地式设计,直接落在基础上,为无垫铁、无台板结构形式。所有高中压汽缸和低压的内缸均通过轴承座直接支撑在基础上,汽缸华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨不承受转子的重量,变形小,低压的内缸并以推拉装置与中压外缸相连,易保持动静间隙的稳定。机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处,为此,动静叶片的相对间隙变化最小。汽缸与轴承座之间有耐磨、滑动性能良好的金属膨胀节,它的优点是具有良好的摩擦性能,不需要润滑,有利于机组膨胀畅顺。机组死点:静子死点:#2轴承座;转子死点:位于#2轴承座的推力轴承。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨静子膨胀:高、中压缸缸体的膨胀以#2轴承座作为死点进行自由膨胀,低压缸缸体的膨胀以凝汽器的导向槽为死点进行自由膨胀。转子膨胀:高压转子以推力轴承为死点向#1轴承座方向膨胀,中压转子以推力轴承为死点向发动机方向膨胀,低压转子以推力轴承为死点向发动机方向膨胀。汽缸膨胀传递方式如图3所示。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨转子绝对膨胀相对膨胀静子绝对膨胀图3汽缸膨胀传递方式示意图华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨高压缸、中压缸膨胀1#低压缸膨胀2#低压缸膨胀膨胀死点膨胀死点膨胀死点转子膨胀死点1#低压缸2#低压缸中压缸高压缸推力轴承转子膨胀图四转子及汽缸膨胀示意图(上位哈汽机组,有三个绝对膨胀死点)华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨4、低压外缸与凝汽器刚性连接由于低压内缸膨胀方式的特殊处理,使得低压外缸与凝汽器的连接,不同于传统的刚性(凝汽器)基础加柔性连接或弹簧基础加刚性连接方式。它采用了刚性基础、刚性连接的特殊方式。由于在运行时,低压外缸相对于轴承、中心导杆、推力螺栓等存在着三维的膨胀,且此膨胀量和膨胀方式与转子和内缸又完全不同,故西门子配置了一系列的柔性波纹管解决相对膨胀(包括内、外缸之间,轴封处,导汽管、中心导杆和推力螺栓等)的吸收和密封问题。由于所有的轴承座均直接支撑在基础上,因此低压外缸可与凝汽器刚性连接,低压缸真空的变化将不会影响动静间隙。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨5、全周进汽滑压运行与补汽阀调频技术全周进汽的运行模式不存喷嘴配汽方式下的调节级高温叶片强度超极限和进汽不均诱发汽隙激振的问题(哈汽喷嘴;东汽喷嘴+节流,即复合配汽),它可提高百万千瓦超超临界汽轮机的经济性及安全可靠性。在当前环保及节约燃料消耗方面要求进一步提高机组所有运行工况的效率。而西门子公司在百万千瓦全周进汽汽轮机中采用了补汽调节阀技术:在原两个主调节阀基础上再增加一个附加的补汽调节阀,即在每个主汽阀后、主调阀前引出进汽量5%—10%的新蒸汽管道,接入一个外置的补汽调节阀,从TMCR工况开始,蒸汽从该阀门引出后经节流降低参数(温度约降低30℃)后进人高压第5级动叶后进行补汽膨胀做功。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨采用补汽调节阀有两个目的:第一是使滑压运行机组在额定流量下,进汽压力达到额定值;第二是使机组实际运行时,不必通过主调门的节流就具备调频功能,可避免节流损失,而且调频反应速度快,可减少锅炉的压力波动。因此,补汽阀技术可使额定及低负荷同时处在最佳的状态,而且还使滑压运行机组能在无节流状态下具有调峰功能。全周进汽的滑压运行+补汽阀的模式解决了保持额定负荷及低负荷的高效率、在非节流状态下的调峰功能、第一级叶片安全可靠性及避免进汽不均对转子的附加汽隙激振等四大技术问题。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨西门子公司的全周进汽滑压+补汽调节的完美组合将提高机组(补汽阀)开启前所有工况的经济性,但是一旦开始补汽,机组的经济性将随补汽量增加而下降。以西门子公司投标的外高桥三期方案为例,虽然阀门全开(VWO)工况主蒸汽量增加8.24%,但是出力仅增加5.22%,这是补汽阀的不足之处,为此尽可能调整汽轮机进汽压力,以保证机组经济性和避免补汽阀频繁开启。由此,只有在机组最大流量比额定工况流量大得多的情况下,才有必要配置补汽阀。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨一、高压汽缸第二部分1000MW汽轮机本体结构特点该高压缸装配三维视图如图4所示。高压缸采用单流、双层缸设计,其双层缸由静叶持环组成的内缸和筒形外缸组成。高压缸内不设隔板,各级静叶栅直接装在内缸上,转子采用无中心孔整锻转子(三个厂家一样),在进汽侧设有平衡活塞用于平衡转子的轴向推力。高压部分无调节级(哈汽、东汽配双流调节级)。高压缸结构非常紧凑,在工厂经总装后整体发运到现场,现场直接吊装,不需要在现场装配。目前用于该机型的高压缸积木块H30,其设计压力达到30MPa。华润电力湖北有限公司1000MW超超临界火电机组技术探讨高压缸采用单流程和全周进汽是该机组的特有技术特点(哈汽、东汽均为双流调节级+单流压力级
本文标题:汽轮机本体介绍讲义
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