亚临界600MW汽轮机通流优化方案.doc

亚临界600MW机组通流优化方案东方汽轮机有限公司2012年5月1. 东汽已投运亚临界600MW机组总体情况1.1已投运亚临界600MW工程概况目前，东汽亚临界600MW已有多个机型，如下：D600A（日立引进）：邹县电厂；D600B（日立引进）：嘉兴、托克托、河曲、泸州、盘南电厂等；D600F：金堂、滇东电厂等；D600D：正蓝、托克托、韩城、铜川等；D600J：大坝电厂；D600K（出口机型）：印度J、K、M、N厂、越南永兴等电厂。其中D600B、D600F、D600D、D600J、D600K机型高中压模块相同。1.2已投运亚临界600MW经济性分析从多个已投运电厂的热力性能试验结果来看，国内三大汽轮机厂（东汽、上汽、哈汽）的亚临界600MW机组经济性相当，都没有达到机组的保证热耗，统计结果表明，亚临界600MW机组的热耗水平比保证值高2%4%以上。2. 东汽亚临界600MW机组通流改造优化方案随着通流设计工具的更新与通流分析技术的发展，我公司采用了许多新的设计技术与设计理念来进行机组的经济性优化，300MW机组经济性优化在市场上取得了良好的效果，优化型超临界600MW机组也已投运。对于我公司亚临界600MW机组而言，经过综合分析其具有一定的优化潜力，可以在通流的经济性上取得更好的效果。经过论证，决定将新的通流技术应用于亚临界600MW机组，为用户创造更好的经济效益。针对机组的现有问题，提出了亚临界600MW机组的通流改造优化方案，亚临界600MW机组通流优化主要在以下几个方面：。l 宏观热力部分的优化调整：根据调节级通流能力的核算结果，提高调节级级后压力，高压缸级数不变；l 调节级级段优化，优化高压进汽室形状，降低进汽室压损；l 根据优化后调节级级后压力，新设计调节级通流，增加通流面积，优化静、动叶级间匹配，提高调节级效率；l 通流部分的优化调整：全新设计高、中压所有通流级；l 通流级设计：优化通流级焓降分配，使叶片级的速比进一步靠近最佳速比，提高各级效率，满足通流设计规范；l 采用新开发的静、动叶型线，降低型线损失，进一步提高、中压缸通流经济性；l 低压缸优化采用局部优化，更换末三级导叶片型线，提高低压缸效率；l 低压缸动叶片更换为自带冠动叶，提高动叶运行安全性，动叶顶部采用城墙齿汽封，降低顶部漏气损失提高机组经济性；l 根据优化后的高中压通流，优化高、中压排气、中压进气，降低压损，提高机组效率；l 优化机组的汽封系统，动叶叶顶采用高低城墙齿，汽封换用DAS汽封，降低漏气损失，提高机组效率。2.1亚临界600MW湿冷机组改造后主要技术规范 型式：亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。额定功率：600MW最大出力： 660MW汽轮机额定转速：3000r/min旋转方向（从汽机向发电机看）：逆时针主蒸汽压力/温度(主汽阀前)：16.67MPa/538再热温度：538末级动叶高度：1016 mm排汽压力：THA 4.9kPaTHA工况再热压力：3.14 MPaTHA工况流量： 1785.t/hVWO工况流量：2020.t/hTHA最终给水温度: 274.4回热级数：3高压加热器+1除氧器+4低压加热器，除氧器采用滑压运行。通流级数： 高压缸 I调节级+8压力级 中压缸 5压力级 低压缸 227压力级 总热力级21级，总结构级42级。给水泵拖动方式:250%B-MCR汽动给水泵+1台30BMCR启动备用电动给水泵。汽轮机外形尺寸（长宽高） 27.8210.686.29汽封系统及运行方式：采用自密封系统（SSR）。运行方式：定-滑-定，带基本负荷机组并调峰运行。THA工况热耗（改造目标值）：7828.kJ/kw.h(1870.kcal/kW.h)THA工况高、中、低压缸效率：86.6%、92.5%、90.0%THA工况环形速度：221.m/s2.2通流方案优化设计2.2.1 高压缸通流匹配高压缸通流设计结果：根据宏观热力参数，优选根径、叶高、出汽角与各级焓降分配，高压缸级数不变，设计为I+8级，2-6级根径1100mm，7-9级根径1074mm。2.2.2中压缸通流匹配中压缸通流设计结果：根据宏观热力参数，优选根径、叶高、出汽角与各级焓降分配，中压缸级数不变，设计为5级，根径1350mm。 2.2.3低压通流匹配低压缸通流设计结果：保持根径、叶高、级数不变，通过全三元整缸分析优化技术优化级内匹配，提高低压缸效率。2.3先进通流技术应用2.3.1调节级级段优化技术应用高性能计算机完成调节级级段分析，三维计算进汽段流线图见图2.1。图2.1 设计工况下调节级段三维流线图利用全三元优化技术优化喷嘴室结构，优化腔室的截面形状，降低喷嘴室压损，提高调节级级段效率。计算结果见表2.1。表2.1 优化结果原型优化后腔室压损2.6%0.4%级段效率66.3%71.1%2.3.2全三维通流设计先进技术 透平级采用先进涡流型设计，叶片各截面及三维空间成型采用NUB曲线曲面造型技术生成，结合数值优化算法及先进的数控加工技术使叶型损失和二次流损失得到有效减少。用先进的弯曲叶片技术，减小二次流损失，级效率可提高 1-2 %，三维扭曲动叶成型技术和优化可控涡技术，级效率可提高2-3。 典型级开发选取高压某一级次作为典型级，进行优化设计。开发了新一代的可控涡导叶，替换原有机组导叶，同时使用优化动叶替换原始高负荷动叶，形成全新优化典型级，叶型示意图见图4。（a）原有典型级 （b）全新开发典型级图2.2 优化前、后典型级型线示意图采用全三元CFD分析软件对典型级进行分析，以验证其效率差异，方案共两个，设计几何参数与气动边界条件完全一样，分析结果显示，其导叶损失大幅降低，其损失沿叶高的分布见图2.3曲线（a），几乎在整个叶高范围导叶损失都呈现降趋势。总体性能结果显示，其级效率相对提高了3.7%以上（见表2.2）。整个叶高范围内效率获得提升，沿叶高的效率曲线见图2.3的曲线（b）。表2.2 典型级级效率原始典型级优化典型级相对提高值总效率（%）100104.044.04级效率（%）100103.743.74（a） 导叶损失 （b） 级效率图2.3 性能沿叶高的分布曲线2.3.3低压缸整缸优化技术采用全三元分析优化技术对整个低压缸进行优化，使得低压缸效率提高。图2.4给出了东汽40英寸低压缸（带抽汽口）的几何模型示意图，没有考虑叶顶汽封，在第2、3、5级动叶后分别有三个抽汽口。 （a）低压缸透平（带抽汽口）计算模型（b）子午面示意图图2.4 东汽40英寸低压缸几何模型示意图图2.5和图2.7是原始末级静、动叶内部流场图，图2.6、图2.8为优化后末级静、动叶内部流场图，优化使得末级效率提升2.4%。（a）相对马赫数等值线（b）表面极限流线图2.5 原始末级动叶流场图（a）相对马赫数等值线（b）表面极限流线图2.6 优化后末级动叶流场图（a）末级导叶根部（b）末级动叶顶部（c）导叶根部极限流线图2.7 原方案末级流场特征（a）末级导叶根部（b）末级动叶顶部（c）导叶根部极限流线图2.8 优化方案末级流场特征2.4亚临界600MW机组改造后主机方案设计2.4.1高压通流部分调节级根径不变，叶高加长，静叶由55.9加长至70.0，动叶由58.9加长至73.3。高压26级径由939.8抬高至1100，高压79级径由939.8抬高至1074，叶片高度相应减小。因隔板径向汽封改为汽封圈结构，高压内缸单边需抬高19，经计算，高压内缸第9级隔板持环单边需抬高69。高压通流级数没有增加，动、静叶全新设计。2.4.2中压通流部分抬高中压通流根径，中压根径由1231.9抬高至1350，叶片高度增加；因隔板径向汽封改为汽封圈结构，中压内缸单边需抬高19，经计算，中压内缸第14级隔板持环单边需抬高97。中压通流级数没有增加，动、静叶全新设计。2.4.3低压通流部分借用D600B低压通流级数、根径、叶高。2.4.4主机结构的优化1 高中压通流全新设计，1、2轴承跨距5970不变，高中压外缸、高中压间汽封体借用D600B。2 隔板汽封、径向汽封及端汽封改为DAS汽封下列汽封需优化为DAS汽封：高压29级隔板汽封、中压15级隔板汽封、A、B低压27级隔板汽封、高中压隔板的径向汽封、1#轴封的35段汽封、2#轴封的15段汽封、3#轴封的13段汽封、4#/6#轴封的23段汽封、5#/7#轴封的12段汽封。低压隔板径向汽封改为汽封圈结构。4#/6#轴封的1段汽封、5#/7#轴封的3段汽封改为接触式汽封考虑汽封的密封效果，外端（与空气相接）的轴封均不使用DAS汽封。这是我们的设计准则。并不是所有的汽封圈都用DAS汽封，在超临界机组及超超临界机组上也是这样设计的(叶顶汽封更改DAS汽封后径向间隙可以适当缩小)。 常规汽封结构 DAS汽封结构3 低压内缸末级导叶片疏水孔改进措施：低压末级导叶片疏水孔需减小孔径，减少漏汽漏点。在低压内缸末级导叶疏水管（图号D600B-030100A076，规格：钢管15912/20）上加180堵板，中间开30的疏水孔，计算VWO工况流速为1.17m/s，THA工况流速为1.08m/s。4 低压前3级隔板定位肩胛出汽侧增设密封挠性结构，具体参考D600R低压前3级隔板。2.4.5改造后主要部套的变化情况各通流部件的设计如下：1、高中压外缸借用D600B。2、高压内缸新设，隔板持环处直径增大，外径增大。3、中压内缸新设，隔板持环处直径增大，外径增大。 4、喷嘴室及喷嘴组新设：在D600B基础上新设计，调节级根径不变，叶高加长，静叶由55.9加长至70.0，喷嘴腔室相应增大。5、高中压转子新设：高压26级径由939.8抬高至1100，高压79级径由939.8抬高至1074，叶片高度相应减小；中压根径由1231.9抬高至1350，叶片高度增加。6、高中压隔板新设：高中压隔板根径抬高，径向汽封改为汽封圈结构。7、高中压端汽封体新设，高中压间汽封体借用D600B。8、隔板汽封及端汽封圈新设：隔板汽封改为DAS汽封，径向汽封改为汽封圈结构（高中压隔板径向汽封为DAS汽封），高中压端汽封改为DAS汽封，低压端汽封改为DAS汽封或接触式汽封。9、低压模块借用D600B（隔板需调整：径向汽封改为汽封圈结构，低压前3级隔板定位肩胛出汽侧增设密封挠性结构）。10、高压主汽调节阀和中联阀均借用D600B。11、轴承箱、盘车、连通管借用D600B。2.4.6 主机具体供货范围亚临界600MW合缸机组优化项目供货范围 表2.1 供货范围序号名称1高中压转子2喷嘴室及喷嘴组3高压内缸4中压内缸5高压第19级动叶6中压第1014级动叶7高压第29级导叶8中压第1014级导叶9高压第29级隔板10中压第15级隔板11A、B低压正反第17级隔板12高中