600 MW机组汽轮机设备特点的比较

600600 MWMW 机组汽轮机设备特点的比较机组汽轮机设备特点的比较 徐雪波徐雪波 浙江省电力设计院 浙江杭州 浙江省电力设计院 浙江杭州 310007310007 摘摘 要要 对目前国内引进的和曾参加过国内工程投标的几种典型 600 MW 机 组的汽轮机设备进行了比较 并对这些汽轮机组的设计特点进行了概括与分析 关键词关键词 600 MW 机组 汽轮机 特点 0 0 概述概述 600 MW 单机容量的亚临界机组 以其热经济性和综合技术经济效益的优势 已逐渐成为我国火力发电的主力型机组 在汽轮机设备与系统设计上 阿尔斯 通 ALSTHOM 东芝 TOSHIBA 及采用美国西屋 WESTINGHOUSE 技术的哈 尔滨汽轮机厂的 3 种汽轮机制造技术在我国目前投运的 600 MW 机组中比较典型 如内蒙古元宝山发电厂二期工程 1 台 600 MW 机组 浙江北仑发电厂一期工程 2 号机组采用法国阿尔斯通机型 北仑发电厂一期 1 号机和二期 3 4 5 号机均 为日本东芝 600 MW 机型 安徽平圩发电厂一期 2 台 600 MW 机组 哈尔滨第三 发电厂二期工程 2 台 600 MW 机组及元宝山发电厂三期工程 2 台 600 MW 机组均 采用哈尔滨汽轮机厂的国产机组 此外 ABB 西门子 SIEMENS 的同类型机 组曾参加国内发电工程的投标 也属比较典型的机组 比较这些机型的汽轮机设备 其型号和型式见表 1 了解其设计特点 对于 600 MW 机组的研究和设计工作是十分必要的 1 1 汽轮机设备性能的比较汽轮机设备性能的比较 现对东芝 ABB 西门子和西屋公司机组的可靠性 运行经济性和机组灵活 性分析比较如下 1 1 1 1 可靠性可靠性 可靠性主要指机组的运行可用率和强迫停运率 东芝 1963 1996 年共生产 44 台 600 MW 及以上机组 其国内有 6 台 除 1 台可用率为 99 87 其余均为 100 安装在澳大利亚的 8 台 660 MW 机组 1991 年 7 月至 1994 年 7 月 3 年的强迫 停运率为 0 16 ABB1968 1996 年共生产 39 台 600 MW 及以上机组 全部机组可用率为 91 3 强迫停运率为 1 23 西屋 1965 1996 年共生产 111 台 600 MW 及以上机组 全部机组可用率为 93 51 强迫停运率为 1 14 西门子 1969 1996 年共生产 30 台 600 MW 及以上机组 全部机组可用率为 99 53 强迫停运率为 0 77 1 1 2 2 运行经济性运行经济性 运行经济性主要指机组日常运行经济性 最具代表性的为机组的净热耗率 见表 2 由表可见 西门子机组的净热耗率相比最小 其次为 ABB 分析西门子机 组低热耗率的主要原因是 1 改进了叶片型线 西门子根据以往多年的设计和运行经验 对其叶片不断改进 采用效率更 高并已大量使用的 Tx 型叶片 在中低压缸的最后几级采用扭曲叶片 使中低压 缸的效率进一步提高 2 改进进汽通道 高压缸进汽分四路 较对称 蒸汽进汽室前尽量保持通道平直 减少了压 力损失 中压缸进汽联合汽门导汽管较平直 低压缸采用蜗壳结构 并设置径 向导流叶片 大大减小流动阻力 3 减少漏汽损失 各级动叶片均设置多齿阻汽片 静叶顶端也设置多道汽齿 高中压缸轴端 设置足够的迷宫汽封 两个低压缸两端汽封外壳伸出端与轴承座相连 内端与 相应外缸相连 故低压缸汽封间隙可做到任何工况下始终保持不变 汽封严密 性也始终保持不变 进汽部位及膨胀接头采用波纹管连接 使这些部位既保持 胀缩自由 又保证严密不漏汽 1 1 3 3 设备的结构特点设备的结构特点 1 高压缸结构的改进 为改善机组启动运行的灵活性 西门子将高压缸外缸改成圆桶型 做到结 构完全对称 厚薄均匀 安装时 内缸及高压转组装完毕后 整体从进汽端装 入其中 在进汽端部盖上端盖 内缸结合面也与众不同 是垂直的 这种高压 缸结构使启动及运行中变工况时热应力最小 因此冷态下启动 冲转至满负荷 所需时间仅 135 min 即使在汽缸金属温度 50 以下启动冲转至满负荷所需时 间仅 213min 极热态 热态 温态下的上述时间分别为 14min 14 min 和 80 min 每次启动消耗寿命 0 000167 0 000 17 该机组在运行中对负荷 适应性非常好 ABB 公司为改善机组的灵活性 将高压缸内缸改为两个半圆筒 再用热紧 箍将两个圆筒合成一个圆筒 结构也对称且厚薄均匀 使其在启动和运行变工 况时所产生的热应力最小 其冷状态启动冲转至满负荷所需时间为 196 min 停机 120 h 后启动冲转至满负荷所需时间为 263 min 极热态 热态 温态下 的上述时间分别为 65 min 77 min 和 154min 每次启动所消耗寿命为 0 000 113 0 0125 之间 东芝及西屋的汽缸结构均常规 其中东芝机组中压缸为单层 2 汽轮发电机组支承 东芝和西屋机组每个转子均用两道轴承支持 发电机转子支承视励磁方式 而定 ABB 与西门子机组平均每个转子仅用一道轴承支持 如 ABB 机组高压转子 用两道轴承支持 中压转子前端借助于高压转子后轴承 而后端借助于低压转 子前端的轴承 两个低压转子前端各一道轴承 发电机转子前端轴承与低压缸 转子合用一道轴承 后端与励磁机合用一道轴承 因此机组 6 个转子仅需 7 道 轴承 这样就大大缩短了机组的轴向长度 降低了造价 而且给安装 检修和 运行均带来了极大的好处 东芝 西屋和西门子的机组轴承座 低压缸以及发电机定子底部均为搁置 在相应的基础台板或基础上 这些设备的底部与基础台板或基础间需填入垫铁 或精致的砂浆块以调整它们的高度和扬度 调整完毕后再进行二次灌浆 这点 从施工工作量和机组以后长期安全运行上考虑机组以后长期安全运行上考虑均 不够理想 ABB 机组在此问题上作了彻底的改进 在各道轴承座底部设置了 4 6 只可 调整垫盘 轴承座的高低和扬度完全可用垫盘来调整 而且精度相当高 对机 组中心的误差在 0 01 mm 以内 低压缸两侧 发电机定子两侧也均使用了这种 支承 调整极为方便 如需要 机组运行中也可调整 最重要的是这种支承方 式彻底取消了二次灌浆 3 叶片 东芝汽轮机的叶片为冲动式 按可控旋涡设计 各级均带有复环 末级叶 片为菱形复环 ABB 西屋 西门子和阿尔斯通的汽轮机叶片均为反动式 其中西屋的叶片级数 最多 共 44 级 86 列 西门子次之 为 35 级 72 列 阿尔斯通为 28 级 38 列 东芝级数最少 为 19 级 40 列 4 转子和联轴器 东芝 西屋 西门子 阿尔斯通机组的高 中 低压转子均为整锻式 联 轴器对轮也为一体 均无中心孔 唯有 ABB 的机组 其高 中 低压转子均为 用类似环型饼焊接而成 其各段所用材料可根据各段所处温度和所受应力的大 小而选用 这对降低制造成本大为有利 但焊接工艺和技术的难度很大 东芝和西屋机组联轴器对轮结合面均无止口要求 但 ABB 和西门子机组联 轴器对轮面间有严格的止口结合要求 ABB 的联轴器螺栓较特殊 为膨胀套筒 式 拆装中使用专用工具较为方便 且螺栓不易损坏 最重要的是该结构传逆 力矩合理安全 东芝和西屋均用 5 r min 和 3 r min 的低速盘车 而 ABB 和 西门子则采用 60 r min 的高速盘车 阿尔斯通盘车转速为 50 r min 5 轴承型式 东芝 西屋高中压转子均使用双向自调式可倾轴承 东芝低压和发电机转 子采用椭圆轴承 西屋则仅发电机采用椭圆轴承 阿尔斯通 8 个支承轴承全部 为三油楔可倾瓦自位轴承 ABB 采用袋式轴承 西门子高中压采用双面进油油 膜轴承 双向自调式可倾瓦稳定性好 但结构较复杂 袋式和双楔瓦稳定性同样好 且结构更简单 对安装及检修较为方便 6 控制系统 均为电液控制系统 其中 ABB 和西门子的控制系统功能较全 既可开环控 制又可闭环控制 使机组启停及运行工况变化时消耗寿命最小 此外还包括运 行监视和保安系统 均备有一个机械式的危急保安器和电气超速保护 2 2 汽轮发电机组的运行特点汽轮发电机组的运行特点 西门子与 ABB 的机组启动速度及寿命损耗已在前面提及 比较四家公司 极热态 热态 温态 冷态的启动速度均以西门子的机组最快 寿命损耗最小 为东芝 其次为西门子和 ABB 机组 超速危急情况下主要阀门 再热截止阀与 调节阀 主汽门与调节门 关闭时间 ABB 西屋 西门子均为 0 2 0 25 s 东芝较大为 0 5 s 具有特色的是阿尔斯通机组所具有的中压缸启动冲转方式 可避免高压缸 在小流量 高背压的工况下运行 从而降低高压缸热应力 避免高压缸排汽口 温度过高 同时 再热热段蒸汽压力维持在 1 5 MPa 有利于提高再热蒸汽汽 温 另外 这种方式运行灵活 可带厂用电运行不受时间限制 在运行启动方式中机组连续运行最低允许负荷 西门子与 ABB 均为 0 即允许长时间空负荷运行 西屋为 5 额定负荷 东芝为 2 额定负荷 加热器停役时机组允许带的最高负荷 以 ABB 最为灵活 3 只高加全部撤 出时最高负荷为 638 89MW 西门子为 600 MW 东芝机组无顶轴油系统 其他机组均需顶轴油系统 润滑油系统中 东芝 ABB 西屋均以主轴带动主油泵 其中 ABB 为经减速后的齿轮油泵 西门子的主 油泵由交流马达带动 起停过程中兼作交流辅助油泵 这种设置使主油箱布置 的位置不再受泵吸水头的限制 通过润滑油系统的油流量以西屋最大 达 90 45 L s 325 62 m3 h 以 ABB 42 7L s 和西门子 46 L s 最 小 机组启动过程中所需辅助蒸汽量 东芝为 35 400kg h 西屋为 54 300 kg h 西门子为 36 000 kg h 电液控制系统中液压油容量 东芝为 2 0 m3 西屋为 1 16 m3 西门子为 0 6 m3 3 3 汽轮机设备主要特性参数对照汽轮机设备主要特性参数对照 几种机型汽轮机设备主要特性见下表 3 4 4 结束语结束语 自 1985 年和 1989 年分别投运了法国阿尔斯通 600 MW 机组和我国自行制造 的 600 MW 机组以来 我国新建和扩建电厂所采用的汽轮发电机已在增大单机容 量和提高蒸汽参数的同时 着重提高经济性和可靠性 随着技术的进步和电力 负荷的不断增长 百万千瓦级的汽轮机将获得进一步发展 除了本文中介绍的 几种 600 MW 机组外 美国通用电气公司 CE 日本的日立 HITACHI 意 大利的安莎多 ANSALDO 英国通用电气公司 GEC 俄罗斯列宁格勒金属 工厂 M3 和哈尔科夫透平发电机厂 XTT3 的冲动式汽轮机和日本三菱 西德 KWU 英国帕森斯的反动式汽轮机也各有其特点 有许多长处可以采纳 目前国内主要大型汽轮机制造厂家已引进西屋 日立 阿尔斯通等公司及 其他公司的制造技术 同样 在 600MW 机组设计上也可集世界各厂家长所长 为发展中国自己的技术 建造具有自己特色的典型机组奠定基础 参考文献参考文献 1 中国电力百科全书 火力发电卷 M 北京 中国电力出版社 1995 2 TOSHIBA