300MW等级供热汽轮机组的研制

第39卷第1期2010年3月热力透平THERMALTURBINEVO139NO1MAR2O10300MW等级供热汽轮机组的研制王继雨，樊庆林哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046摘要介绍了哈汽公司300MW等级供热机组的模块组合、产品系列和设计特点，以及介绍了供热机组的特殊设计，本文可供同行参考，有助于对哈汽供热机组系列化设计有所了解。关键词供热；汽轮机；选型中图分类号TK261文献标识码A文章编号16725549201001004704DESIGNOF300MWCLASSHEATSUPPLYSTEAMTURBINESWANGJIYU，FANQINGLINHARBINTURBINECOMPANYLIMITED，HARBIN150046，CHINAABSTRACTTHISESSAYPRESENTSTHEMODELINTEGRATIONCONTAININGASERIESOFPRODUCTSANDDESIGNFEATURESFORTHE300MWCLASSHEATSUPPLYSTEAMTURBINESMANUFACTUREDBYHARBINTURBINECOMPANYLIMITEDHTC，WHICHISHELPFULFORREADERSTOKNOWHTCSERIESOFHEATSUPPLYSTEAMTURBINESKEYWORDSHEATSUPPLY；STEAMTURBINE；TYPECHOOSING随着国家能源政策的调整，国家对火电汽轮发电机组的环保及经济性要求不断提高。环保、高效的热电联产汽轮机组越来越受到人们的重视和青睐。本文将重点介绍哈汽300MW等级的机组及其设计特点。1设计原则在成熟的、具有良好运行业绩的机组基础上，采用积木块设计理念设计新机组，是现代汽轮机设计的主要手段。它既保证了机组的安全，又能保证机组的经济性。计。高中压缸采用成熟的、具有良好运行业绩的西屋公司BB0243高中压合缸积木块，或是亚临界600MW冲动式积木块，再进行模化设计而成；低压缸由西屋公司BB074低压缸积木块模化设计而来。通过优化设计后，高中压部分形成亚超临界采暖抽汽模块、亚超临界工业抽汽模块、亚超临界双抽模块，还可分为300MW、330MW和350MW的不同等级；低压部分形成采暖抽汽湿空冷模块和工业抽汽湿空冷模块。高中压部分和低压部分相互组合形成不同参数的供热机组。表1为不同模块组合的亚临界供热机组主要技术参数，表2为不同模块组合的超临界哈汽300MW等级供热机组采用积木块设供热机组主要技术参数。表1亚临界机组主要机型的技术规范收稿日期20091120修订日期2010一O121作者简介王继雨1972一。男，工程师，从事汽轮机设计工作。本文为2009年中国动力工程学会透平专委会论文研讨会宣读论文。MILL一第1期300MW等级供热汽轮机组的研制2设计特点21通流设计高、中、低压各级采用高效率的全三维设计的叶片，见图1，通过CFD计算软件进行多级和非定常的粘性流动计算，控制设计参数反动度，流量和流动角度，控制和减少二次涡流，使损失最小化。选用先进的叶片型线，叶道损失较低，具有较好的空气动力特性。所有的叶片都仔细设计，具有足够的振动强度裕度。整个通流保持较高的效率和安全性。图1全三维设计静、动叶片22高中压模块高中压合缸采用双层缸结构，内缸和外缸之间的夹层只接触高压排汽，可以使缸壁设计较薄，高压排汽占据内外缸空间，从而使汽缸结构简化。全周进汽启动和加负荷能很好地分配汽缸高温高压区的热量。特殊的喷嘴室结构与全周进汽相结合，减少汽缸高压区的挠曲和热应力，降低出现裂纹的可能性并减少维修工作量。喷嘴组与喷嘴室组焊为一体，刚性好，热膨胀性能好。喷嘴室相对汽缸能自由膨胀。负荷改变时，喷嘴室吸收调节级喷嘴区的热冲击，这样只有很少的冲击能够传到汽缸。I圜_高中压转子由双轴承支撑，采用合金钢制成的整锻转子。装配主油泵叶轮和机械超速跳闸装置的接长轴通过螺栓紧固到高压转子的前端。221高、中压缸的冷却方式2211汽缸冷却高中压采用双层缸结构，中压进汽部分加装隔热罩。高压缸排汽通过内缸和外缸之间的夹层后再通过中压进汽隔热罩进人中压缸，降低内外缸温差，使外缸避免接触高温蒸汽。蒸汽流程见图2。图2高中压缸冷却流程2212转子冷却高中压转子中压进汽区由来自调节后的节流蒸汽进行冷却，冷却蒸汽覆盖在转子的表面，高温再热蒸汽不会接触转子，见图3。一、；0转子冷却蒸汽通道图3高中压转子冷却流程300MW等级供热汽轮机组的研制热力透平222超临界机组防固粒腐蚀的措施高压汽轮机采用冲动式调节级，在喷嘴中的蒸汽流速比动叶高得多，喷嘴的腐蚀在出汽边的内弧损害较大，因此高压喷嘴采用渗硼的方法防止腐蚀，运行经验表明效果较好。23阀门设计特点汽轮机有2个相同的主汽调节联合阀见图4和2个相同的再热主汽调节联合阀见图5，每个主汽阀和再热阀都连接2个调节阀，由液压执行机构驱动，可以在启动时控制转速，并可以通过控制快速关闭阀门。上述操作可以通过控制室完成。主汽阀为油动机控制水平放置的“柱塞”型阀门，主汽阀与阀体构成整体的阀门结构。预启阀位于主阀内并可远程驱动，参与控制全周进汽的启动、同步转速和带初始负荷。主汽阀和再热调节阀内部装有精过滤网，实现多层过滤，可有效地避免固粒腐蚀。图4高压主汽、调节联合阀图5中压主汽联合阀阀头阀座图6旧型阀R2R1图7低振动阀R2R1为消除汽流不稳定和冲击波引起的阀杆振动，选用了低振动型调节阀，其主要特点如下1在喉部阀座侧的曲率半径R2比阀碟侧曲率半径R1大R2R1。2在阀碟下部适当位置使之内凹。经吹风试验和实际运行证明，这种阀门能消除不稳定非对称流，在运行中使阀门内部保持稳定的附面层和稳定的流动；可防止喉部下游垂直阀头阀座冲击波的发生；同时可降低高频振动，因此可有效地防止阀杆振动发生，提高可靠性。24适应不同机型的末叶片系列为满足不同参数、不同容量供热机组的需要，哈汽开发了不同高度的末级叶片，这些叶片根据需要可以互换，见图8。1029MM叶片可满足330MW和350MW湿冷供热机组的需要；900RAM叶片可满足300MW湿冷供热机组的要求；680MM一_固_第1期300MW等级供热汽轮机组的研制叶片模型叶片高度1029MM900RAM680MM使用范围350MW300MW空冷机组图8末级叶片系列叶片可用于300MW等级空冷供热机组。3供热机组的特殊设计2汽轮机的可用率主要通过设计、制造及正确运行等方面来保证，抽汽机组有着更严格的要求，不但要将抽汽工况与非抽汽工况较好统一，还要保证机组调峰及两班制运行安全可靠。因此，供热机组要求进行特殊设计。1对于供热机组，低压末级叶片在抽汽工况下工作环境比较恶劣，选用的末级叶片，具有以下特点A采用枞树型叶根，强度好，应力小；B最小冷却流量能满足最大抽汽工况时，低压缸仍有足够的冷却流量无需投入喷水；C叶片具有较高的强度和刚度，小容积流量动应力仍很小；D叶片设计有较高的根部反动度，能推迟在小容积流量工况下根部倒流的出现，保证在最小冷却工况下排汽不超温，不需要投喷水减温。上接第21页HYDRAULICMACHINERYSYSTEMICCHARLOTTE，NORTHCAROLINA，USA，AUGUST，20007李维特，黄保海汽轮机变工况热力计算M北京中国电力出版社，200183宋立明基于进化算法的轴流式叶轮机械叶栅气动优化设计系统的研究D西安交通大学博士学位论文，2006E9邓清华1OOKW微型燃气轮机向心透平气动设计与特性分析的研究D西安交通大学硕士学位论文，2004圜_2抽汽口前的叶片在供热工况下属于大幅度变工况级，其承受的蒸汽载荷非常大。为保证安全运行，采用了以下措施L_3A叶片采用强度较高的枞树型叶根，按最恶劣工况下校核强度，并留有足够的余量；B叶片采用加强型叶型，使其蒸汽弯应力减至冷凝工况水平；C叶片采用自带围带整圈联接，严格按不调频叶片守则设计制作。3调节系统包括蝶阀、回转隔板、油动机、动力油调压控制系统等，可以保证机组在安全供热的前提下，同时也不影响事故工况下的如甩负荷机组安全性。蝶阀结构简单，运行灵活为大多数连通管供热机组采用；回转隔板是哈汽典型抽汽调节型式，具有结构紧凑，控制简单的优点。为适应大型供热机组的需要，重点设计如下A转动环采用铬钼合金钢，耐温可达500，可在400时长期安全运行；B摩擦副选用DEVA合金材料，摩擦系数低，防止卡涩C采用改良型平衡室结构，减小转动环对旋转隔板的正压力，从而减少了摩擦力；D采用足够大的油动机，保证转动力矩富余，足够开动旋转隔板运动自如，安全可靠；E严格控制转动环和罩环热处理过程，降低残余变形；F平衡室密封型式由凸台改为弹性密封环，在保证密封效果的前提下，具有足够退让能力，避免转动环和罩环碰磨变形。参考文献1徐大懋一种新型的供热汽轮机A供热新技术学术交流会论文集C，1998年O9月9122魏松涛大型供热汽轮机的两类设计原则J汽轮机技术，1996，3854