600MW超临界汽机技术

600MW超临界汽轮机技术报告提纲一、 600MW超临界汽轮机主要技术参数1. 超临界机组的进汽参数2. 沁北电厂超临界600MW机组的主要技术规范3. 石洞口电厂超临界600MW级组的主要技术规范4. 伊敏电厂超临界500MW机组的主要技术规范二、 超临界汽轮机的结构特点1 超临界600MW汽轮机总体结构简介2 超临界机组高压缸结构特点3 超临界机组与亚临界机组所用材料比较三、 机组的运行特性1 机组的运行方式2 沁北电厂600MW超临界机组运行特性3 特殊的安全措施和寿命管理四、 其他1 超临界汽轮机调节、控制和供油系统的特点2 超临界机组热力系统的组成3 配套辅机一、 超临界600MW汽轮机主要技术规范武汉大学 陈汝庆(一) 超临界机组的进汽参数目前600MW等级的机组是超临界和亚临界机组的交叉分界线，因此对600MW等级的机组，既有超临界，也有亚临界。超临界机组采用的进汽参数有两个档次：1. 压力在24Mpa左右，温度在535560，采用一次中间再热循环；2. 压力在30Mpa左右，温度在570600，采用二次中间再热循环；提高机组进汽参数，可以提高热经济性。制约超临界机组进汽参数提高的主要因素是金属材料高温特性，在目前的技术条件下，珠光体耐热合金钢的使用温度在540左右。前苏联的文献曾报道可以使用到570。我国在发展大机组时，珠光体耐热合金钢最初也曾采用555的进汽温度，实践的结果，又将进汽温度降为535。国外也是将进汽参数定在540左右。若进一步提高进汽温度，部分高温部件就要采用奥氏体耐热合金钢。这种钢的加工特性和焊接性能都较差，而且膨胀系数较大，价格很贵。美国在上世纪70年代采用奥氏体耐热合金钢发展超临界机组，最高温度曾用到620，结果机组的可用系数只有30%左右，故障率很高，又采用珠光体耐热合金钢，将机组的进汽温度降为540。目前随着对金属材料的研究取的进展，机组的进汽温度有所提高，日本川越电厂的700MW机组的进汽参数为：31.6Mpa，566/566/566，采用二次再热循环，热耗率为7461kJ/kWh。正在研究设计进汽参数为35.2Mpa，593/593/593的700MW 机组。 （二）沁北电厂超临界600MW机组的主要技术规范 沁北电厂的600 MW超临界机组是哈汽与三菱合作生产，其主要技术规范：汽轮机型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式。机组运行方式定一滑一定方式运行负荷性质带基本负荷并调峰运行额定功率（铭牌功率TRL） 600 MW主汽门前额定压力 24.2 MPa（a）主汽门前额定温度 566 再热汽阀前额定温度 566 阀门全开（VWO）时的功率（额定参数） 662.2 MW加热器级数（三高、四低、一除氧）8给水温度（TRL工况）： 280额定凝汽压力 4.9kPa工作转速3000 r/min旋转方向（从汽机向发电机看）顺时针最大允许系统周波摆动 Hz48.550.5汽轮机的级数 I+9；6；47末级叶片长度 1000mm机组保证热耗率 7530kJ/kWh机组配置2台50汽动给水泵和一台30%启动及备用电动给水泵或1台100汽动给水泵和一台50%启动及备用电动给水泵（汽动泵由4段抽汽供汽）。（三）石洞口电厂超临界600MW级组的主要技术规范石洞口电厂超临界600MW机组是ABB公司生产，其主要技术规范：汽轮机型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、反动式凝汽机组。额定功率（铭牌功率TRL） 600 MW主汽门前额定压力 24.2 MPa（a）主汽门前额定温度 536 再热汽阀前额定温度 566 加热器级数（三高、四低、一除氧）8给水温度（TRL工况）： 285.5额定凝汽压力 4.9kPa工作转速3000 r/min旋转方向（从汽机向发电机看）顺时针最大允许系统周波摆动 Hz47.551.5汽轮机的级数 1p+21；217；45末级叶片长度 867mm机组保证热耗率 7647.6kJ/kWh机组配置2台50汽动给水泵和一台40%启动及备用电动给水泵（四）伊敏电厂超临界500MW机组的主要技术规范伊敏电厂超临界500MW机组是生产，其主要技术规范：汽轮机型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、冲动式凝汽机组。额定功率（铭牌功率TRL） 500 MW主汽门前额定压力 23.5 MPa（a）主汽门前额定温度 540 再热汽阀前额定温度 540 加热器级数（三高、四低、一除氧）8给水温度（TRL工况）： 272额定凝汽压力 4.37/5.69kPa（双压）工作转速3000 r/min旋转方向（从汽机向发电机看）顺时针最大允许系统周波摆动 Hz47.551.5汽轮机的级数 1p+11；211；45末级叶片长度 960mm机组保证热耗率 7796kJ/kWh机组配置2台50汽动给水泵和一台40%启动及备用电动给水泵二、 超临界汽轮机结构特点超临界和亚临界机组的最大差别是在锅炉，对于汽轮机而言，超临界进汽参数仅影响高压缸的结构和相应零部件所用材料，其他与亚临界机组无大的差别。（一）超临界600MW汽轮机总体结构简介进汽压力为24Mpa的超临界600MW汽轮机，由于其高、中压级组的级数较多，通常不设计成高、中压合缸结构，而采用一个高压缸、一个中压缸、两个低压缸，即四缸、单轴、四排汽口。八段回热抽汽，五个轴承座，八个或七个轴承。沁北电厂超临界600MW汽轮机采用高、中压合缸结构，无中心孔的整锻转子；为防止蒸汽系统和汽轮机通流部分积铜垢，汽轮机及附属系统均按无铜系统设计。反动式汽轮机采用焊接转鼓。（二）超临界机组高压缸结构特点超临界机组的高压缸承受很高的压力，为了在保证机械强度的前题下，尽可能的减薄汽缸厚度，提高机组运行的机动性，第一，将汽缸分为内缸和外缸，曾经采用过三层缸；第二，采用椭球形结构，有的内缸不设水平法兰，而用环状紧箍将两半内缸在高压转子外紧定，以减小应力集中。俄罗斯生产的机组采用调节级和前几个压力级反流，以平衡轴向推力，减小高压端轴封漏汽，使内、外缸得到充分冷却。由于蒸汽参数高且采用直流锅炉，汽轮机的调节级喷嘴采用渗硼涂层的方法，防止固体颗粒侵蚀（SPE），使表面固体离子侵蚀程度下降为不处理表面的1/5；(三) 超临界机组与亚临界机组所用材料比较部件名称超临界用材亚临界用材高中压缸喷嘴火SFVF281Cr12Mo高中压缸动叶MTB10A 12%Cr2Cr12NiMo1W1V1Cr12Mo10705MBU10705BU(2Cr12NiMo1W1V)10705BA(1Cr12Mo)高中压缸隔板套MJC12 12%CrZG15Cr1MoA10315BR(ZG15Cr2Mo1)喷嘴及隔板套螺栓MTB10A 12%Cr20Cr1Mo1VTiB25Cr2MoVA10705MBU10705BU(2Cr12NiMo1W1V)外缸10315BR(ZG15Cr2Mo1)ZG15Cr1MoA内缸MJC12 12%CrZG15Cr1MoA喷嘴室MJC12 12%Cr1Cr12Mo汽缸螺栓MTB10A 12%Cr20Cr1Mo1VTiB25Cr2MoVA10705MBU10705BU(2Cr12NiMo1W1V)主汽、调节阀壳火SFVF28 9%CrZG15Cr2Mo1主汽、调节阀盖火SFVF28 9%CrZG15Cr2Mo1主汽、调节阀螺栓M-8B(R-26)20Cr1Mo1VTiB再热主汽、调节阀螺栓M-8B(R-26)20Cr1Mo1VTiB高压导汽管ASME SA-335 P9112Cr2Mo1 中压导汽管ASTM A387 GR22 CL112Cr2Mo1低压转子超纯30Cr2Ni4MoV普通30Cr2Ni4MoV 高中压转子脆性转变温度（FATT）外缘116低压转子脆性转变温度（FATT）外缘-40。汽轮机及附属系统按无铜系统设计。三、 超临界600MW机组运行特性（一） 机组运行方式超临界机组通常采用“定滑定”的方式运行，以带基本负荷为主，参加系统调峰。与亚临界机组相似，在负荷低于锅炉最低稳定负荷范围，采用低参数定压运行，滑压运行的最大负荷为额定功率的85%左右。在调峰运行时，也可以采用定压运行。（二） 沁北电厂600MW机组运行特性1. 启动的分类沁北电厂600MW超临界机组，通常采用高、中压缸联合冲转启动，也可以采用中压缸启动。根据冲转前机组金属最高温度，启动分为：1.1 冷态启动（停机超过72小时，汽缸金属温度低于该测点满负荷值的40）1.2 温态启动（停机在10至72小时之间，汽缸金属温度在该测点满负荷值的40至80之间）1.3 热态启动（停机不到10小时，汽缸金属温度高于该测点满负荷值的80）1.4 极热态启动（机组脱扣后1小时以内，汽缸金属温度接近该测点满负荷值）冲转状态冲转压力冲转温度冲转到定速并网到满负荷调节级温中一级冷态8.43 MPa355170min125min9090温态8.43 Mpa35515min75min320370热态8.43 Mpa43010min45min425475极热态8.43 MPa45010min20min450 500 各启动过程的并网时间均为5min；冲转背压：13kPa。2. 机组不允许运行或不允许长期连续运行的异常工况：2.1主蒸汽管道采用双-单-双连接方式，再热蒸汽采用二根平行管道供汽。机组正常运行时二根管道中的蒸汽温度偏差不超过14时，能连续运行；在例外情况下，可以允许两根平行主蒸汽或再热蒸汽管道之间的蒸汽温度之间的允许温度差不超过42，但任意4小时内连续运行时间不超过15分钟。允许汽轮机的主蒸汽及再热蒸汽参数在以下范围内运行：参 数 名 称限 制 值任何12个月周期内的平均压力1.00P0主蒸汽保持所述年平均压力下允许连续运行的压力1.05P0压 力12个月周期内积累时间12小时1.20P0冷 再 热 蒸 汽 压 力1.25P1主蒸汽及再 热蒸 汽温 度任何12个月周期内的平均温度1.00t保持所述年平均温度下允许连续运行的温度t+812个月周期内积累时间400小时t+14例外情况下允许偏离值，每次15分钟，但12个月周期内积累时间80小时t+28不允许值t+28 表中：Pl 额定冷再热蒸汽压力（THA工况）MPa(a) t 额定主汽门前、再热汽阀前温度2.2机组在额定负荷运行时允许的最大背压值为：12.8kPa。背压小于0.0186MPa、负荷低于580MW时能安全连续运行，背压在18.6kPa(a)20.3kPa(a)之间，不允许长期连续运行，背压等于20.3kPa(a)时停机。2.3 主汽门关闭，发电机未跳闸，倒拖时间限制在1分钟内；2.4 汽轮机运行的周波允许变化范围：48.550.5Hz；2.5 汽轮机运行时，在任何轴颈上所测得的双振幅相对振动值不大于0.05mm，各转子轴系在通过临界转速时各轴颈双振幅相对振动允许值不大于0.15mm；3. 汽轮机运行模式：3.1 机组半年试生产后，年利用小时数不小于6500小时，年可用小时数不小于7800小时。强迫停机率2，机组两次大修之间的间隔不小于4年。3.2 机组运行模式符合以下方式：负 荷每年小时数1004200752120501180 403003.3 机组的允许负荷变化率为：1）在50100TMCR负荷范围内 不小于5/每分钟2）在3050TMCR负荷范围内 不小于3/每分钟3）30额定负荷（THA）以下 不小于2/每分钟4）允许负荷阶跃 10额定负荷（THA）/每分钟4. 高压转子的低频振动在超临界大功率汽轮机中，高压缸可能发生低频振动。低频振动是高压转子的非同步振动。4.1 低频振动产生的原因根据三菱公司的研究，振动是由几类原因造成的，即：4.1 .1 蒸汽涡动蒸汽涡动是高负荷运行时，HP/IP转子系统中一阶振动模式的自激振动。蒸汽涡动的机理相对较复杂，但研究表明下列情况结合会发生这种涡动。4.1.1.1根据阀门开启顺序，如果调节级喷嘴向转子施加向上的力，转子系统将处于不稳定状态。4.1.1.2 HP/IP转子系统的刚性与可靠机组相比相对较低。4.1.1.3转子系统抵抗迷宫汽封激振力的阻尼相对较低。4.1.2 由调节级汽流扰动造成的强迫振动4.1.3 由转子和汽缸间摩擦造成的强迫振动4.2 低频振动的防止为了防止涡动，三菱公司采用下列设计特点4.2.1阀开启顺序安排在任何运行条件下，在HP/IP转子上都会产生适当的向下的力。4.2.2单跨的刚性临界速度（一阶模式频率）应在2000rpm以上。所提供的汽轮机刚性临界速度约为2200 rpm。4.2.3高、中压转子采用可倾瓦轴承以便给转子系统提供足够的阻尼。4.2.4为防止调节级的汽流扰动造成的强迫振动，将高压缸中调节级出力限制在20%左右。这不仅降低调节级激振力水平而且减少了蒸汽涡动。4.2.5为防止由于转子和汽缸间的摩擦造成的强迫振动，根据大量的600MW超临界机组运行经验，确定转子与汽缸间的适当的间隙。因此基于富有经验的设计，三菱公司所提供的汽轮机