中国电力神头2x600MW超临界间冷汽机的选型及优化.doc

中国电力神头发电公司“上大压小”2x600MW超临界燃煤间冷汽机的选型及优化蒋华1 ，詹华忠2，陈恺2, 王鹏2, 马源滨2，（1中国电力神头发电有限公司 山西 0360112北重阿尔斯通（北京）电气装备有限公司 北京 100040）摘要： 本文简要介绍了中国电力山西神头发电公司“上大压小”2x600MW超临界表面式间接空冷汽机的技术特点，及对空冷机组低压缸所做的优化。Abstraction: This article briefly introduces the technical features of steam turbine for Shentou 2x600MW super-critical air cooled (indirect) units in Shanxi, invested by China Power International Holding Ltd.1项目概况 山西神头发电有限责任公司“上大压小”工程电厂规划容量为3200MW燃煤机组，一期建设规模为2600MW，二期建设规模为21000MW。厂址位于山西省朔州市平鲁区东部，西距井坪镇约18km，南距朔州市约22km。该电厂由中国电力山西神头发电有限责任公司投资建设。一期工程采用2x600MW超临界间接冷却机组，三塔合一设计。于2010年4月30日开工建设，计划1号机组于2012年12月30日投产发电，2号机组于20113年2月28日投产发电。 一期工程采用北重阿尔斯通（北京）电气装备有限公司提供的汽轮机和发电机。汽轮机为超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、间接空冷凝汽式（表面式），反动式。额定出力600MW，主汽参数为24.2MPa/566/566, 设计背压12kPa(a),夏季背压28kPa(a)。2. 汽轮机简介2.1 设计特点机组采用模块化设计，包括1个反向单流的高压模块，1个分流的中压模块，2个分流的低压模块，高、中压阀门直接与汽缸连接，减小了进汽管道数量（仅高压过载阀下半进汽有管道相连）（见附图），高、中、低压缸进汽全部为切向全周进汽，高、中压为2个进汽口，低压为1个进汽口（见附图）。1、n+1支点轴系。使轴承有足够的比压，避免油膜震荡，较双支点轴系更稳定。同时减少了轴承数，缩短了机组长度，减少了润滑油量。2、全落地式轴承箱。可适应空冷机组背压高、变化频繁的要求，使轴系支撑稳定可靠。3、筒形红套高压内缸。减小内外缸直径，无内缸法兰，结构紧凑。使缸体特别是内缸受热均匀，热应力小，适合快速启停，有利于机组调峰。4、切向全周进汽。独特的蜗壳结构，配汽均匀，汽流通畅，减小损失，可提高机组的效率。5、直接连接的汽缸和阀门。使总体结构布置更紧凑，同时减少停机时残存的高品质蒸汽，降低时间常数，使飞升转速降低，有利于提高机组的安全性。6、中压透平油控制系统。不使用高压抗燃油，有利于环境保护；同时节省了抗燃油的费用。7、可靠的转速测量机构。测速齿轮装设在中压转子前部本体上，可避免测速不真实情况，大大提高机组安全性。8、内外缸之间设置隔热板。减小内缸及外缸内外壁温差，热应力小，适合快速启停，有利于机组调峰。机组第一级动叶片为整圈成型动叶片，直接焊接在转子上。末级叶片为整体鳍形拉筋结构（见附图）。其余所有动叶片全部为自带冠的整体叶片。本机组的高、中、低压缸全部为内、外缸结构，其中高、中压内缸根据机组参数不同更换材料，高压内外缸、中压内外缸为铸造结构，低压内外缸为焊接结构。其中高压内缸无水平中分面法兰，采用筒形外部加红套环结构（见附图）。2.2 性能特点便利的安装高、中压模块厂内整装后出厂，现场不需解体重装，可缩短现场安装周期，同时确保通流间隙的精确，使机组效率得到保证。良好的启动运行性能采用紧凑的缸体结构，降低热应力，可大大提高机组的启停灵活性，方便电厂的运行。冷态启动带满负荷仅需210分钟。较高的安全性稳定的轴系和可靠的测速结构，大大提高机组安全性，其安全可靠性能已在世界范围内的多台机组上得到验证。3. 汽轮机通流优化采用湿冷机组的高、中压模块，为确保本机的出力和性能，对高压和中压通流做了相应的优化和调整，外部结构不变；着重根据空冷机组的特点对低压通流进行了优化。采用成熟可靠的适应空冷机组特点的末级动叶片，根据神头电厂600MW方案的具体条件，从机组效率和安全性两个方面进行了详细的分析比较，最终确定采用766mm的末级叶片。3.1 高中压缸通流优化 高中压缸为600MW级湿冷机组的高中压缸，并跟据空冷机组的需要做调整。该模块在平圩二期、大别山、贵溪600MW超临界湿冷及平凉二期超临界直接空冷已成功应用。3.2 低压缸通流的优化低压缸的总体布置该低压缸来源于成熟高效的低压缸模块ND33GU, 经过全三维数值计算和模拟实验, 示意图如下: 由于高背压运行的限制,采取较小的排汽面积是必要的.1. 排汽蜗壳的优化 对排汽涡壳进行了详细的全三维数值计算, 覆盖了大范围运行工况. 下图显示了计算结果的分析, 图中所显示出的流动分离情况表明, 经过优化, 排汽蜗壳的性能明显提高。2. 末级叶片研发在开发末级动叶片(LSB)时除了效率，在各种运行条件与各种负荷点下，长期安全、可靠的运行是最重要的考虑因素。所以要对叶片的机械尺寸、特别要对叶片的静、动应力特别注意。研发不仅基于复杂的三维计算方法，还基于试验和现场测量结果，这些组成坚实的基础，所以能很好地预测运行情况，并阐述叶片运行的限制条件试验3. 整圈和自由末级叶片L-1 / L-0围带 L-0凸台 L-0自由叶片ALSTOM 末级动叶片的代表阿尔斯通的钢制末级长叶片，刚度很大，且非常坚固。自由叶片具有很高的强度, 采用整圈设计的叶片更可以与空冷凝汽器一起使用。4. 安全性 由于叶片本身与整圈设计刚度很大，因此即使在远离给定的夏季条件，例如系统扰动期间，对保证机组的安全运行还有足够的裕量。 下图给出了766mm末级叶片坎贝尔图，该叶片在频率特性上是安全可靠的。5. 低压缸业绩 所选择的末级叶片结合了前BBC/ABB应用于各种空冷机组最末级叶片的经验，同时，特别是前MAN公司，即应用于南非MATIMBA机组中GEC/ALSTHOM叶片的经验。 766mm叶片具有在国电龙山电厂16kPa，华能国际平凉二期14Kpa设计背压下的运行业绩。4. 1000MW空冷机组通流优化高中压采用1000MW超超临界湿冷汽机模块，低压缸仍采用ND33GU。ND33GU的模块基于高背压的空冷机组设计,满足百万空冷机组的运行要求，排汽面积范围内效率最高的低压汽轮机之一，因其空气动力设计采用三维数字准则。夏季高温高背压运行，为了避免轴向蒸汽流速过低，因而有必要采用小的排汽面积。这是优化机组全年运行的一个方面。导流装置的优化设计采用了数字技术，以保证在大的背压范围内效率很高。5. 其他针对现场问题的优化5.1针对近年电网安全的高要求，设置过载阀，缩短调频响应时间，同时避免了主调门参与调频的节流损失。可以有效降低了节流损失. 过载阀的疏水阀的控制逻辑修改延长,可以进行充分疏水。5.2基于以前项目的经验反馈，在神头项目对轴封系统进行了以下优化：增加了轴加的换热面积，加强对轴封漏汽的冷却，在轴加形成有效真空,，降低外漏的可能性。增加轴加换热面积的同时，也加大了轴加风机容量，以便在轴加建立可靠真空，保证轴封漏气的持续流动，减少蒸汽在漏气腔室的堆积。改变管路布置，让高压漏气靠近轴加布置，缩短管路以便尽快排入轴加，避免排汽不畅。5.3 从以往项目运行