北重汽轮机产品介绍-660MW超超临界汽轮机20120311

汽轮机产品介绍660MW超超临界机组 1 概述2 设计方案3 开发创新点4 设计专题报告5 制造方案6 质量保证 1 概述2 设计方案3 开发创新点4 设计专题报告5 制造方案6 质量保证 1 1 煤电发展趋势能源形势我国承诺2020年CO2减排指标 单位GDP比2005年减少40 电力工业占50 十一五 及 十二五 装机 单位 亿千瓦 1 概述 1 1 煤电发展趋势产业政策电力工业十二五装机规划方针是 坚持节约优先 优先开发水电 优化发展煤电 大力发展核电 积极推进新能源发电 适度发展天然气集中发电 因地制宜发展分布式发电 加快推进坚强智能电网建设 带动装备工业发展 促进绿色和谐发展 对于火电机组的考虑 包括煤电 气电 1 优化布局 富煤地区煤电集约化开发 东中部地区电网补缺 2 上大压小 3 发展热电联产 4 合理安排天然气发电 5 加强科技创新 拥有自主知识产权600 USC1000MW机组设计 制造技术 研发700 机组 大型循环流化床 整体煤气化联合循环 1 概述 1 1 煤电发展趋势相对于300MW等级亚临界机组350MW超临界 降209 293kJ kW h 50 70kCal kW h 660MW超超临界 降500kJ kW h 120kCal kW h 7900 7400 1887 1767 相同的技术条件下 主蒸汽压力每提高1MPa 热耗约降0 13 0 15 主蒸汽温度每提高10 热耗约降0 25 0 30 再热蒸汽温度每提高10 热耗约降0 15 0 20 从国家能源形势及产业政策 超 超超临界效率看 发展大功率超 超超临界机组是火电发展的必然趋势 1 概述 1 2 技术基础亚临界330MW机组技术引进及系列开发我公司从1986年开始引进ALSTHOM 原 亚临界湿冷330MW机组 至今已生产70余台 在引进纯凝湿冷机组基础上 完成了亚临界330MW汽轮机的系列化二次开发工作 引进ALSTHOM 原 公司330MW凝汽式亚临界汽轮机技术同时 进行了亚临界600MW机组合作生产 1 概述 1 概述 3 92 5 88Mpa a抽汽 0 98 1 27Mpa a抽汽 0 294 0 49Mpa a抽汽 0 98 1 27Mpa a抽汽 总量600t h各等级抽汽 1 2 技术基础亚临界330MW机组技术引进及系列开发在功率方面涵盖了300MW 360MW 其中 空冷300MW 330MW 湿冷330MW 360MW 在冷却方式方面涵盖了湿冷 直接空冷 间接空冷 在功能方面涵盖了纯凝 抽汽 其中抽汽包括 单级抽汽 0 3 0 6 0 98 1 27 3 92 5 88 MPa a两级抽汽 三种单抽的组合 三级抽汽 三种单抽的组合 通过引进330MW亚临界汽轮机技术和系列化二次开发 以及合作生产亚临界600MW机组 在大型机组的设计 制造上积累了丰富的经验 1 概述 1 2 技术基础技术合作交流及360MW机组成功开发自2003年与ALSTOM 现 公司600MW超临界机组合作 至今 仍在电站辅机等很多方面进行合作 自2007年6月至2008年6月的一年多时间 与东芝公司进行了多次关于超 超超临界机组技术合作谈判和技术交流 2009年 超临界350MW双缸双排汽汽轮机的成功开发 在总体设计上为660MW机组的开发打下了良好的基础 超临界350MW双缸双排汽汽轮机 已经在国电大开热电厂通过168小时试运 1 概述 1 2 技术基础借鉴引进技术 合作开发国内主要主机厂从日立 三菱 西门子引进600MW超 超超临界机组 至今已投运100多台 对机组性能 技术要求等有了进一步了解 与钢铁研究总院合作开展高温材料应用研究 与国内知名对口专业高校 西安交大 权威科研院所 上海成套所联合进行气动设计工作 与国内权威科研院所 上海成套所联合进行气动性能验证工作 与国内权威科研院所 上海成套所联合进行轴系特性 强度分析工作 1 概述 1 3 机组定型国内现有机型 1 概述 1 3 机组定型机型确定机组功率从配套上面考虑 定型在660MW 进汽参数采用国内通常的25MPa a 600 600 总体方案 在超临界350MW基础上 采用国内通用结构布局3缸4排汽总体方案 高中压模块采用合缸结构 在超临界360MW基础上开发设计 低压模块从效率和技术延续性考虑 采用两个成熟的亚临界低压模块 根据660MW机组情况重新进行结构布置 高 中压阀门在引进技术阀门型线基础上设计 前中轴承箱在350MW基础上重新设计 同时配套高中压转子前后轴承 1 概述 1 3 机组定型系列化考虑机组首先考虑超超临界660MW湿冷机组 包括采暖抽汽抽凝两用机组 兼顾湿冷 直接空冷 间接空冷机型 同时考虑降参数超临界机型 同时 考虑2缸2排汽机型 空冷 湿冷兼顾 优先考虑空冷 1 概述 1 概述2 设计方案3 开发创新点4 设计专题报告5 制造方案6 质量保证 2 1 机组总体方案2 2 主要本体结构2 3 附属系统2 4 调节保安系统2 5 主要辅机2 6 机型系列化开发2 7 机组特点 2 机组介绍 2 1 总体方案 指标 布置机型 660MW超超临界 一次中间再热 单轴 三缸四排汽湿冷凝汽式汽轮机 总体尺寸 25 4 12 8 57m 总级数 高压1 7 中压7 低压2 2 5级 回热系统 3高4低1除氧 汽泵 启动方式 中压缸启动 热耗 7400kJ kW h 1767kCal kW h 抽汽 可提供采暖抽汽550t h 0 4MPa a 650t h 0 5MPa a 总体布置 高中压合缸 四分流双低压缸 高中压阀门在高中压模块两侧平台浮动布置 高中压模块前后轴承为落地支撑 低压为连缸结构 高中压滑销系统为下锚爪中分面支撑中分面滑动 高中 低压全部采用双层缸结构 2 机组介绍 总体布置 2 机组介绍 总体布置 2 机组介绍 机组纵剖面 2 机组介绍 高中压模块 2 机组介绍 低压模块 2 机组介绍 2 1 总体方案 主要参数 2 机组介绍 2 机组介绍 2 机组介绍 2 1 总体方案 热力系统一次中间再热 3高4低1除氧八级回热系统 采用汽动给水泵 设置两级串联旁路 容量暂按40 BMCR考虑 经过回热系统的详细优化 确定 一段抽汽供1 高加 GJ1 第6级后二段抽汽供2 高加 GJ2 第8级后 高压排汽 三段抽汽供3 高加 GJ3 第11级后四段抽汽供除氧器 CY 第13级后 含小汽机用汽 五段抽汽供5 低加 DJ5 第15级后 中压排汽 六段抽汽供6 低加 DJ6 第17级后七段抽汽供7 低加 DJ7 第18级后八段抽汽供8 低加 DJ8 第19级后 2 机组介绍 回热系统逆止阀设置见下表 口径及数量将根据具体项目要求重新核算 2 机组介绍 2 1 总体方案 机组轴系轴系临界转速 单位 r min 2 机组介绍 轴系扭振频率 单位 Hz 发电机端两相短路工况轴系各危险截面扭矩及剪应力 2 机组介绍 汽轮机轴系各转子 2 机组介绍 汽轮机轴系各转子 2 机组介绍 2 1 总体方案 滑销系统 滑销系统结构下猫爪 中分面支撑 中分面滑动 特点膨胀灵活 有利于机组启停 升降负荷 2 机组介绍 前后猫爪支撑 固定结构 2 机组介绍 2 2 主要本体结构2 2 1 高 中压阀门2 2 2 汽缸2 2 3 转子2 2 4 动静叶片2 2 5 隔板2 2 6 轴承及轴承箱2 2 7 主要材料 2 机组介绍 2 2 1 高 中压阀门全部采用主汽 调节联合阀门 高压两个 每个阀门包括1个主汽阀 2个调节阀 中压两个 每个阀门包括1个主汽阀 1个调节阀 阀门全部采用卧式浮动式平台对称布置方式 阀门中心与汽轮机轴线标高一致 高压为独立的主阀 调阀结构 中压为同阀座结构 具体结构见高 中压阀门图阀门气动情况有关阀门气动性能委托西安交大进行气动核算 同时 委托成套所进行吹风试验 验证阀门性能 阀门强度情况除自己进行阀门常规壳体 阀杆 接管等强度计算外 委托成套所进行进一步的热应力分析 2 机组介绍 2 2 1 高 中压阀门 2 机组介绍 2 2 1 高 中压阀门 2 机组介绍 2 2 2 汽缸高中压汽缸采用双层缸结构 内外缸全部为合金铸钢件 采用成熟的大圆角过渡 高窄法兰结构 最大限度减少应力集中 高中压进汽管 内缸抽汽管与外缸采用活塞式配合 内外缸之间局部设置隔热挡板 设置法兰加热 冷却结构 具体结构见内 外缸结构图强度校核在常规强度校核基础上 委托成套所进行热应力分析 2 机组介绍 2 2 2 汽缸 2 机组介绍 2 2 3 转子高中 低压1 低压2转子全部采用整锻转子 具体结构见高中压转子 低压转子图片 强度校核在常规强度校核基础上 委托成套所进行热应力分析 2 机组介绍 2 2 3 转子 2 机组介绍 2 2 3 转子 2 机组介绍 2 2 3 转子 2 机组介绍 2 2 3 转子 2 机组介绍 2 2 3 转子 2 机组介绍 2 2 3 转子 2 机组介绍 2 1 4 3 转子 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片高中压动静叶型主要采用引进ALSTHOM 原 公司330MW机组叶型 叶型全部为经过长期使用验证的高效后加载叶型 喷嘴组为子午面收缩结构 高压2 8级均为加强型后加载叶栅 2 4级直叶片 5 8级弯叶片 中压全部为后加载叶栅 1 4级弯叶片 5 7级弯扭 高中压动叶片全部为自带冠叶片 调节级为4叉叶根 2 3 4级为2叉叶根直叶片 5 6 7 8级为枞树型叶根扭叶片 中压全部为枞树型叶根扭叶片 叶片气动性能方案建立在二维 三维计算上 并委托西安交大 成套所进行验算校核 同时对高 中压叶栅进行积叠优化和试验验证 强度校核按照ALSTHOM 原 设计准则进行强度和频率校核 频率 6 3 频率 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片低压动静叶片沿用引进330MW通流 静叶片全部为后加载高效叶型 1 2级直叶片 3 5扭转倾斜 1 2 3级动叶片自带冠 1 2级三叉 3级五叉叶根 4级为圆弧枞树叶根自由叶片 5级为圆弧枞树叶根自带鳍型拉筋叶片 叶片全部为扭叶片 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片 2 机组介绍 2 2 4 动静叶片 2 机组介绍 2 2 5 隔板高中压隔板全部为带内外围带的焊接钢隔板 焊缝全部采用小应力的窄焊缝 动叶顶部沿用350MW超临界机组采用可退让式径向汽封 隔板强度和挠度校核完全满足设计要求 2 机组介绍 2 2 6 轴承及轴承箱前轴承箱 全焊接 落地式结构 2 机组介绍 2 2 6 轴承及轴承箱后轴承箱 铸焊落地式结构 2 机组介绍 2 2 6 轴承及轴承箱轴承 高中压前后轴承采用可倾瓦轴承 低压轴承采用椭圆瓦轴承 2 机组介绍 2 2 6 轴承及轴承箱推力轴承采用双推力盘 带自平衡结构的可倾瓦结构 2 机组介绍 2 2 6 轴承及轴承箱推力轴承采用双推力盘 带自平衡结构的可倾瓦结构 2 机组介绍 2 2 7 主要材料选型原则 a 部件使用条件包括部件工作温度 压力 应力水平 接触介质以及部件设计寿命等 b 经济适用性根据部件的使用条件对材料的要求 合理使用材料物理性能 机械性能以及其他耐腐蚀冲蚀等性能 c 可靠性使用的材料必须保证部件在设计寿命期内安全可靠 不出现任何缺陷和损伤 d 工艺性材料的热工艺冷工艺尽可能简单 易于保证质量 e 标准系列化合理划分部件材料应用类别 减少应用种类 采用国内外标准体系内的材料 2 机组介绍 2 2 7 主要材料 2 机组介绍 2 2 7 主要材料 2 机组介绍 2 3 附属系统 润滑 顶轴 盘车润滑油系统的作用 1 润滑 冷却和清洗2 为调节系统 保安系统提供部分油源3 为顶轴油系统提供油源4 发电机密封油系统提供油源润滑油系统的特点 1 主油泵 斜齿轮式 直接供油方式 避免主油泵 射油器系统的低效 高噪音 2 在我公司330MW机组的基础上 充分调研北仑港 沙角C项目 安全 成熟 可靠 2 机组介绍 2 3 附属系统 润滑 顶轴 盘车 2 机组介绍 2 3 附属系统 润滑 顶轴 盘车顶轴油系统采用母管制 配置2x100 顶轴油泵 安全可靠 2 机组介绍 2 3 附属系统 润滑 顶轴 盘车盘车装置1 SSS离合器式机械自动盘车 无电液控制系统 简单 安全 可靠 2 盘车齿轮小 无鼓风问题 3 盘车转速50rpm 可以形成足够厚度的油膜 利于暖机和缩短机组启动时间 2 机组介绍 2 3 附属系统 润滑 顶轴 盘车盘车装置 2 机组介绍 2 3 附属系统 汽封系统汽封系统采用自密封系统 汽封汽源采用以下几种 辅助汽源 经过截止阀和调节阀供汽 再热冷段 此路温度在366 左右 压力为4 98 5 6MPa a 新蒸汽 此路温度为600 压力为25MPa a 汽封母管内压力为0 115MPa a 随着机组负荷的增大 当机组负荷超过80 额定负荷 形成自密封 进入低压轴封的蒸汽温度由喷水减温阀维持在150 160 范围内 系统配套一台100 流量的150 的汽封蒸汽冷却器 汽封蒸汽冷却器为卧式列管表面式结构 换热管材料为TP304 设有轴封风机两台 一备一用 风机装在汽封冷却器壳体上 疏水系统机组设置疏水系统 确保启停机的疏水 系统设置2台背包式疏水扩容器 一个为本体疏水扩容器 一个为危急疏水扩容器 每个容积为24m3 2 机组介绍 2 4 调节保安系统超超临界660MW机组选用全数字高压抗燃油调节系统 ETS保护系统采用PLC控制和DEH硬件一体化两种形式 TSI系统采用EPRO或者BN公司硬件 盘车柜选用就地可以启动的结构形式 DEH系统电子部分可以采用OVATION ABB FOXBORO 西门子等进口硬件 也可以采用GE新华 和利时 国电智深等国产硬件 EH部分采用高压抗燃油系统 自带油源和蓄能器装置 2 机组介绍 2 5 主要辅机设备 冷凝器凝汽器采用双壳体 双背压 单流程表面式的型式 由两个独立的矩形壳体组成每个壳体与一个汽轮机低压缸相连 凝汽器按VWO工况设计换热面积为36965 设计预留最大换热面积42000 根据具体项目循环水配置及运行方式进行优化 在高低压凝汽器壳体内分别布置两组管束 管束采用教堂窗式布局 凝汽器与汽轮机低压缸排汽口采用膨胀节连接 即柔性连接 底部与基础刚性相连 2 机组介绍 凝汽器主要参数如下 冷却蒸汽 低压缸排汽 流量1143 18t h 焓值2314 6kJ kg 小汽机排汽 流量104 78t h 焓值2441 4kJ kg 凝汽器压力 0 0049MPa流程数 2冷却管规格 26 0 5 0 7 不锈钢 冷却倍率 55过冷度 0 5 循环水进口温度 20 循环水流速 2 2m s 不锈钢管不大于2 4m s 循环水量 68817t h清洁系数 0 9 不锈钢管材 循环水温升 10 2 5 主要辅机设备 冷凝器 2 机组介绍 2 5 主要辅机设备 冷凝器 2 机组介绍 2 5 主要辅机设备 低加设有四台卧式低压加热器 采用全焊接结构 疏水逐级自流方式 5 低加设过热段 凝结段 疏冷段 6 7 8 低加设凝结段 疏冷段 其中7 8 A 7 8 B低加为组合式 分别布置在高低压凝汽器喉部 根据VWO工况进行热力计算 5 6 低加包含5 堵管裕量 7 8 低加包含10 堵管裕量 2 机组介绍 2 5 主要辅机设备 低加 2 机组介绍 2 6 机型系列化开发2 6 1 系列化方案2 6 2 系列化设计原则2 6 3 主要参数2 6 4 空冷机型布置总图2 2 5 两缸两排汽机型 2 机组介绍 2 6 1 系列化方案 超超临界660MW湿冷 直接空冷 间接空冷机型 超临界660MW湿冷 直接空冷 间接空冷机型 2 机组介绍 2 6 2 系列化设计原则 高中压模块通用无论超超临界或超临界 湿冷或直接空冷以及间接空冷 高中压模块通用 根据功率 进汽参数 进汽量变化调整高中压通流尺寸 机组总体尺寸不变无论湿冷或直接空冷以及间接空冷 机组总体尺寸变 空冷机组仅为满足要求更换低压模块 轴承落地 低压跨度不变 机组总长不变 部件材料不变机组参数从超超临界参数降为超临界参数 主要高温部件材料不变 2 机组介绍 2 6 3 主要参数 超超临界 2 机组介绍 2 机组介绍 2 机组介绍 2 6 3 主要参数 超临界 2 机组介绍 2 机组介绍 2 机组介绍 2 6 4 空冷机型总图 布置图 2 机组介绍 2 6 4 空冷机型总图 纵剖面图 2 机组介绍 2 7 机组特点 机型适于采暖供热中低压分缸压力0 5MPa a 为最大满足采暖抽汽机型发展提供基础 下抽汽达650t h 上抽汽900t h 超超临界 超临界 湿冷 空冷系列化机组设计统一考虑 适于统一电站布置 先进成熟可靠的设计本体结构采用先进成熟的亚临界 超临界机组结构 包括总布置 缸 阀 转子 动叶 静叶 隔板 滑销系统 附属系统和电站辅机基本不变 特别是中分面支撑中分面滑动的滑销系统 结构优良 2 机组介绍 2 7 机组特点 材料等级高采用国内USC1000MW等级材料 效率高静 动叶型线损失小 灵活快捷的中压缸启动启动性能良好 热应力小 寿命长 2 机组介绍 1 概述2 设计方案3 开发创新点4 设计专题报告5 制造方案6 质量保证 在引进消化亚临界技术基础上 借鉴国内外先进技术 在国内知名高校和研究院支持下 自主开发 具有自主知识产权 采用系列化概念进行开发 采用一维 准三维 全三维气动优化设计 600 高温材料应用和验证 主要高温部件采用有限元强度分析 采用三维立体结构设计 3 开发创新点 1 概述2 设计方案3 开发创新点4 设计专题报告5 制造方案6 质量保证 4 设计专题报告 4 设计专题报告 4 1 热力系统设计专题1 热力系统边界点设定 回热系统抽汽点 给水温度 高中压分缸压力 中低压分缸压力 2 各缸分解设计 高压缸 调节级后压力 高排压力 回热点及给水温度 通流1 7级或1 8级对比分析 中压缸 再热压力 中排压力 回热点对应级段 通流7级或8级对比分析 低压缸 0 53MPa a确定以及与Sub0 41MPa a对比分析 中低压级数7 5与6 6对比分析 3 配汽等方面设计 配汽方式 调节级焓降及级后压力 阀门及调节级2 3 4阀配汽设计 汽封系统设计 回热口结构尺寸 轴向推力计算 4 系列化机型计算汇总 包括超超临界 超临界参数湿冷 间接空冷 直接空冷机型 以及两缸两排汽空冷机型 4 设计专题报告 4 2 通流气动设计专题高压通流气动分析 包括准三维 全三维验算 优化 定型 中压通流气动分析 包括准三维 全三维验算 优化 定型 高 中压叶轮平衡孔气动分析 分析是否设置平衡孔 平衡孔如何设置 定型 通流环形叶栅对比气动试验 验证气动分析 该项工作立项未展开 4 设计专题报告 4 3 进汽阀门气动设计专题高 中压进汽结构气动性能分析 确定流动性能压损情况 调节阀内部流动特性 确定高压调节阀和中压调节阀流量系数 提升力系数 阀门气动试验 验证设计计算结果 该项工作立项未展开 4 设计专题报告 4 4 主要部件材料专题主要部件材料应用原则及应用情况 主要有大锻件 大铸件 小锻件 管件 中锻件5大类 部件材料应用说明 选择标准的 成熟可靠的 有使用业绩的 易于采购的材料 主要材料性能验证 针对高中压转子 高温动叶片材料进行物理和力学性能 特别是高温性能 验证 其中转子材料以供应商提供其他用户成品转子试料进行验证 4 设计专题报告 4 5 通流结构设计专题结构设计 包括内外缸体 转子及动叶片 隔板及静叶片三部分 强度校核 详细校核转子各典型部位强度 各级叶片典型部位强度及叶片频率 隔板强度和挠度 通流间隙校核 采用有限元方法 对机组启动 稳态 停机各种工况 进行所有部位轴向通流间隙校核 4 设计专题报告 4 6 轴系特性专题轴系转子结构 支撑方案设计 判定准则 初始轴系计算情况 4种轴承支撑方案 轴系分析优化计算情况 定型及结论 正在进行汽流激振对轴系稳定性影响分析 4 设计专题报告 4 7 主部件有限元应力分析专题给出了基本分析方法 对高压阀 中压阀 内缸 外缸 转子5个主要部件进行稳态 瞬态工况的校核 正在进行高压阀 中压阀 内缸 外缸 转子5个主要部件进行长期高温蠕变工况的校核 高中压外缸的稳定性分析 转子的低周疲劳分析 转子寿命分析 4 设计专题报告 4 8 防颗粒侵蚀专题通过气动优化设计改善叶片的抗冲蚀性能 通过表面强化提高抗冲蚀性能 涂层效果的试验验证和寿命预测 4 设计专题报告 4 9 附属系统设计专题润滑油系统设计 顶轴盘车系统设计 汽封系统设计 疏水系统 4 设计专题报告 4 10 调节保安系统设计专题DEH系统 TSI本体监测系统 ETS危急遮断系统 机组启动方式的确定 4 设计专题报告 4 11 辅机设计专题低加设计 冷凝器设计 4 设计专题报告 4 12 两排汽空冷660MW汽轮机初步设计专题总体设计思路 主要规范数据 低压模块 通流 末级动叶片 缸体 轴承箱各部分的设计 正在进行末级动叶片动应力 动频计算和测量 正在进行轴系特性详细计算 1 概述2 设计方案3 开发创新点4 设计专题报告5 制造方案6 质量保证 5 制造方案 从1986年引进亚临界330MW机组技术以来 工艺技术得到不断提升 近几年又先后购置了许多大型数控设备 如5 5m数控龙门铣 8m重型数控立车 18m卧车 数控激光切割机 窄间隙焊接机 三坐标叶片检测仪等 形成了具有自己特色的产品工艺流程 在新产品开发 提高产品质量和生产效率提高等方面发挥了巨大的作用 超临界350MW机组的成功开发与制造 奠定了高参数机组制造基础 无论耐