MW超超临界机组汽轮机设计介绍PPT课件

1、目录 1、超超临界的定义 2、国外超超临界机组发展过程 3、国内超超临界机组发展的必要性 4、超超临界机组三大主机的国产化及合作方式 5、汽轮机主要热力性能参数 6、技术支持方相近机型情况 7、国内制造厂订货及投运业绩 8、汽轮机特点对比第1页/共57页1、超超临界的定义 在工程热力学中，水在临界状态点的参数是：压力22.115MPa，温度374.15。在临界点以及超临界状态时，将看不见蒸发现象，水在保持单相的情况下从液态直接变成汽态。当水蒸汽参数大于这个临界点的参数值，则称其为超临界参数。从物理意义上讲，水的物性只有超临界和亚临界之分。 发电厂蒸汽动力装置中汽轮机比较典型的超临界参数为24.

2、2MPa/566/566。有一种观点认为，温度566事实上一直是超临界参数的准则，任何超临界新汽温度或再热汽温度超过这一数值时也被划为超超临界参数范畴，或者称为提高参数的超临界机组。在国外的技术资料上，Ultra Super Critical(USC)通常用来代表这类参数的机组，中文译成超超临界，也可理解为优化的或高效的超临界机组。 第2页/共57页2、国外超超临界机组发展过程 美国首先投运了两台超超临界参数的机组，即1957年投运的Philo#6(容量125MW、参数31.0MPa/621/566/538)和1958年投运的Eddystone#1(容量325MW、参数34.3MPa/649/

3、566/566，后因材质问题参数降为31.0MPa/610/577/577运行)。从这两台机组算起，超超临界机组已有了40余年的历史，积累了丰富的设计、制造及运行经验。 随着材料与关键技术的成熟，国外目前1000MW级初压为24.131.0MPa、温度580600等级一次再热的超超临界机组的设计、制造和运行技术已经成熟，可用率可以说与亚临界机组的不分上下。现阶段的发展主要是集中在日本和欧洲。 第3页/共57页2、日本超超临界机组的发展 日本发展超临界机组起步较晚，但发展速度很快，收效显著。日本对超超临界火电机组的研究始于八十年代初，由于借鉴了欧美国家的成功经验及失败教训，走了一条引进、消化、模

4、仿、材料研究优先的路子，取得了巨大的成功。 目前在日本，450MW以上的机组全部采用超临界参数；从1993年以后已把蒸汽温度提高到566/593以上，一次再热，即全部采用了所谓的超超临界技术(USC)。2000年在橘湾电厂(2#)投运的容量为1050MW、蒸汽参数为25.5MPa/600/610的超超临界机组是目前日本蒸汽温度参数最高的机组。 第4页/共57页2、欧洲超超临界机组的发展 德国是研究、制造超临界机组最早的国家之一，目前，德国已投运和在建的超临界和超超临界机组近20台，其中具有代表性的机组是：2000年在 Niederanbem 电厂投运的965MW超超临界机组(蒸汽参数为26.9

5、MPa/580/600)；2000年在 Hessler 电厂投运的700MW超超临界机组(蒸汽参数为30MPa/580/600)。由于采用了以超超临界参数为主的多项提高效率的措施，净效率高达45.2%，机组滑压运行，可超负荷5%。最低负荷为50%。 丹麦在1998年在Skaebaek发电厂投产的400MW机组，两次中间再过热，蒸汽参数为29MPa/582/582 /582，加以取深层海水直接冷却，额定背压为2.2kPa，净效率高达49%，是当今世界上效率最高的火电机组。 第5页/共57页2、国外超超临界机组的发展结论 从日本和欧洲投运的超超临界机组的运行情况来看，都已基本解决了早期的磨损、泄漏

6、、材质、水动力等一系列问题。从近年来国外高效超临界机组的蒸汽参数来看，为了降低制造成本，近年来并不是一味地提高蒸汽的初压力，而是从超超临界机组的高效性入手，尽量提高蒸汽温度以期“用足”现有材料的耐温特性，以最低的制造成本获得最大的热效益。在这一点上，日本的发展过程最为明显。 但无论是日本还是欧洲，这两大流派都一致地在向大容量方向发展。日本超超临界机组的容量大都在700MW1000MW，欧洲近年来的机组容量也在900MW以上。由此可见，超超临界参数比较适合于大容量机组，特别是百万千瓦等级。 超超临界技术是国际上成熟、先进的发电技术，在机组的可靠性、可用率、热机动性、机组寿命等方面已经可以和亚临界

7、机组媲美，并有着广泛的商业运行经验。第6页/共57页3、国内超超临界机组发展的必要性 我国燃煤发电存在两大突出问题： 1)能耗高； 2)燃烧后污染物排放量大。 第7页/共57页3、国内超超临界机组发展的必要性 超超临界发展的必要性： 1）降低能耗：超超临界发电技术可以通过节约发电用煤实现环境保护。百万超超临界机组供电标煤耗为280290g/kW.h ，与与2004年全国平均供电煤耗379g/kWh相比，节煤效果明显。 2）降低污染物排放：超超临界机组在提高效率的同时，还可以减少CO2的排放。通常，电站效率每提高1%，CO2的排放就能减少2%。超超临界机组比常规超临界机组效率提高7%，CO2的排

8、放将减少14%。 国内外的专家早已形成共识：火力发电机组采用大容量、超超临界技术是实现洁净发电最有效、最现实的途径。 第8页/共57页4、超超临界机组三大主机的国产化 面对中国对电力的迫切需要和发电行业的激烈竞争以及日益严格的环保要求，中国已经出现对大容量超超临界机组的市场要求。 国内三大动力设备制造集团(上海电气电站集团、哈尔滨动力设备股份有限公司、东方电气集团)通过引进技术、分包生产、到合资经营等方式积极与国外公司进行技术合作和技术转让工作，以应对和满足超超临界机组国产化的技术储备要求，先后提出了各自的超超临界机组设计方案并已经分别在国内工程项目中中标且进入合同实施和设备交付过程。 随着玉

9、环、邹县两个百万项目的投产，国产百万机组的性能将得到进一步的验证和完善提高。 第9页/共57页4、国内三大动力厂百万超超临界汽轮机的合作方式 （上汽西门子）目前上海汽轮机有限公司(STC)为中德合资企业，由中德双方共同参与经营管理。通过玉环41000MW超超临界项目的技术转让及合作设计制造，STC的技术设计开发体系也将与SIEMENS同步接轨。 （东汽日立）东方汽轮机厂通过邹县21000MW超超临界项目的技术转让及合作设计制造引进了日本日立公司的超超临界汽轮机技术。 （哈汽东芝）哈尔滨汽轮机厂通过泰州21000MW超超临界项目的技术转让及合作设计制造引进了日本东芝公司的超超临界汽轮机技术。 第

10、10页/共57页5、汽轮机主要热力性能参数 超超临界，一次中间再热、单轴、四缸、四排汽、双背压、凝汽式、八级回热抽汽。THA工况的保证热耗率不高于7400kJ/kW.h。 上汽采用26.25MPa/600/600的进汽参数 。 哈汽、东汽的进汽参数均为25MPa/600/600 。 排汽压力（凝汽器背压）根据循环水温度经过冷端优化决定。第11页/共57页5、哈汽、东汽原则性热力系统第12页/共57页5、上汽原则性热力系统第13页/共57页5、上汽疏水系统特点 1）末两级低加进入疏水冷却器 2）#6低加采用疏水泵第14页/共57页6、技术支持方相近机型情况 上述参数、容量的机型均处于世界已运行单

11、轴机组的前沿，在与国内制造厂合作之前，基本上没有相同投运机型，因而只能考虑接近机型。 东芝有8台1000MW机组业绩，单轴机组有碧南#4、#5机（60Hz），其余6台为双轴机组；只有1台机组（橘湾#1机）主、再热蒸汽温度达到600/610，其高、中压模块与泰州机型接近。东芝汽轮机48”末级叶片2006年5月在意大利Torviscosa电厂投运。 日立有较多1000MW、双轴机组的业绩，其高、中压模块与邹县机型相当接近，蒸汽温度已达到600/600有3台机组（原町#2、常陆那珂#1、占东厚真#4），在高温材料应用方面业绩最多；但单轴机组业绩只有700MW（是邹县低压模块的母型），在单轴1000M

12、W机组轴系的稳定性经验较少。 （邹县已投运） 西门子公司与本工程机组接近机型（900MW1000MW单轴机组）共有6台；但西门子在德国机组的蒸汽温度均未达到600，最高的NIEDERAUSSEM（1025MW）机组为576/599；只有一台机组（日本ISOGO电厂600MW机）为600/610。西门子已投运的6台机组均不带补汽阀。 （玉环已投运）第15页/共57页7、国内百万汽轮机制造厂订货及投运业绩 国内三大动力厂超超临界1000MW汽轮机均有订单并在制、在建或已投运。 上汽24台1000MW超超临界机组（玉环4台、外高桥三期2台、宁海2台、北仑2台、北疆2台、平海2台、漕泾2台、彭城2台、

13、铜陵2台、东营2台和台山2台）。 哈汽6台1000MW超超临界机组（CCLN1000-25.0/600/600）；4台1000MW空冷机组（CCLZK1000-25.0/566/600）； 东汽16台1000MW超超临界机组。 第16页/共57页8、汽轮机特点对比 8.1、本体结构 8.2、转子支撑方式 8.3、进汽方式 8.4、末级叶片 8.5、材料 8.6、防固体颗粒冲蚀 8.7、高温区采取的冷却措施 8.8、启动方式及启动时间 8.9、汽机机座型式 8.10、其它第17页/共57页8.1、本体结构特点哈汽 哈汽采用日本东芝公司技术，是冲动机型。高压缸为单流式，包括1个双流冲动式调节级和9

14、个冲动式压力级。中压汽缸为双流式、双层缸结构，每个流向包括7个冲动式压力级。两个双流低压缸结构相似，每个低压缸叶片正、反向对称布置，每个流向包括6个冲动式压力级，低压末级为48英寸（1219.2mm）钢叶片，轴向排汽面积为11.87m2，总轴向排汽面积为47.48m2。机组总长40m。四个主汽门、调节门及两个中压联合汽门均为浮动式。主汽门为四联贯通结构。 第18页/共57页8.1、本体结构特点哈汽 由于东芝无完全相近机型，泰州项目轴系采用碧南电厂#4、#5轴系设计技术，高、中压缸取用原町#1机组通流和橘湾电厂#1机组高温设计技术，低压缸取用Torviscosa电厂通流设计技术。高温部件都采用了

15、与橘湾电厂#1机组相同的可适应600/610高温的材料。 采用喷嘴调节方式。 高压缸为单流式，采用双层缸结构，高压调节级为双流。 中压缸为双流、双层缸结构，中压转子由高压缸调节级后漏汽进行冷却。 所有转子均为整锻无中心孔的转子，转子之间采用刚性联轴器相互连接。每个转子配有独立的双轴承支撑。 采用迷宫汽封、自带围带叶片、疏水静叶、超大48英寸末级钢叶片来提高机组的安全性和经济性。 每个汽缸之间设两个轴承。 采用高中压缸联合启动方式。 第19页/共57页8.1、本体结构特点东汽 东汽的技术支持方为日立公司，其技术源自美国GE公司，是冲动机型。总体结构布置从机头到机尾依次串联一个单流高压缸、一个双流

16、中压缸及两个双流低压缸。高压缸呈反向布置（头对中压缸），由一个双流调节级与8个单流压力级组成，喷嘴调节。中压缸共有26个压力级。两个低压缸压力级总数为226级。末级叶片高度为43（1092.2mm），轴向排汽面积为10.11 m2，总轴向排汽面积为40.44m2。机组总长为37.9m。四个主汽门、调节门及两个中压联合汽门均为浮动式。主汽门为四联贯通结构。 第20页/共57页8.1、本体结构特点东汽 总体结构布置采用四缸、四排汽、单轴、双背压方案。 单流高压缸呈反向布置(头对中压缸)，由一个双流调节级与8个单流压力级组成。 由于日立无完全相近机型，邹县项目高、中压缸取用已有运行经验的常陆那珂电厂

17、的高、中压缸模块，低压缸取用已有运行经验的苫东厚真电厂的低压缸模块组合而成。串联在一根轴上之后，对轴系稳定性进行重新校核，结果数据满足设计要求。 配汽方式采用阀门管理方式，兼具节流、喷嘴两种配汽功能，能在任何工况下实现无扰切换。 对高温部件作特殊设计：在结构上采取有效对策，高压主汽管壁上开有小孔，引入冷却蒸汽对CrMoV锻钢制成的高压外缸进行冷却。中压缸进汽部分除了有类似的高压缸的冷却结构外，还设置专门的管道用冷却蒸汽去冷却双流型中压转子温度最高的中间部位。对高中压转子的轴颈部位用CrMo钢进行表面堆焊，防止被轴承表面磨损。 采用多项先进通流技术，保证较高经济性：针对不同部位的通流部分，采用了

18、多项有效的先进通流技术，以提高通流内效率，如平衡层流叶栅、AVN-S及AVN-L静叶成型技术等等。 每个汽缸之间设两个轴承。 采用高压缸启动方式。 第21页/共57页8.1、哈汽、东汽汽机外形图第22页/共57页8.1、哈汽、东汽主汽阀、中压联合汽阀结构特点 四个高压主汽阀与四个独立的高压调节阀连为一体，四个高压调节阀腔室互相连通。每个主汽阀和调节阀均带有自己的油动机和操纵机构，主汽调节阀以及油动机操纵机构一体，采用浮动铰链吊架支撑，布置在汽轮机机头前运行层下方，检修空间充足，便于维护。 两个中压联合阀均由液压操作，具有独立阀壳。中压调节阀为球型阀，中压主汽阀为套阀，两阀共用一个阀座。阀杆上有

19、堆焊司太利合金的密封反阀座，正常工况下中压主汽阀和中压调节阀全开时阀杆无漏汽。中压联合阀布置在中压缸中部两侧下方，其重量由汽缸和两侧支架分担。 第23页/共57页8.1、哈汽、东汽主汽阀、中压联合汽阀结构特点第24页/共57页8.1、哈汽、东汽主汽阀布置示意平面图第25页/共57页8.1、哈汽、东汽主汽阀布置示意断面图第26页/共57页8.1、东汽、哈汽滑销系统高压缸、中压缸膨胀1#1#低压缸膨胀2#2#低压缸膨胀膨胀死点膨胀死点膨胀死点转子膨胀死点1#1#低压缸2#2#低压缸中压缸高压缸推力轴承转子膨胀 滑销系统第27页/共57页8.1东汽、哈汽滑销系统特点 机组共设有三个绝对死点，分别位于

20、3轴承箱下及A低压缸和B低压缸的中心线附近，转子死点位于2轴承箱内。 死点处横键限制汽缸的轴向位移，在1、2轴承箱及两个低压缸的纵向中心线前后设有纵向键，它引导汽缸沿轴向自由膨胀而限制横向跑偏。 机组1、2轴承箱与基架间采用低摩擦自润滑滑块，机组膨胀或收缩时，1号和2号轴承箱可沿轴向自由顺畅地滑动。 第28页/共57页8.1、上汽滑销系统 第29页/共57页8.1、上汽滑销系统特点 所有高中压汽缸、低压内缸及转子均通过轴承座直接支撑在基础上，采用小摩擦系数的金属保证机组的运行灵活（不采用润滑剂）。整个机组的膨胀系统设计具有下列特点： 高、中、低压轴承座固定在基础上，其支撑汽缸的结合面采用小摩擦

21、系数金属使汽缸能自由膨胀。 高中压与基础的支架（死点）在高中缸之间。 低压内缸也通过轴承座直接支撑在基础上，为保证低压缸内的动静间隙，内缸通过推力拉杆与中压外缸连接。 凝汽器与低压缸焊接刚性连接，凝汽器支撑在基础上，也可轴向膨胀。 转子的推力轴承（相对死点）也在高中压之间。 第30页/共57页8.1、本体结构特点上汽 上汽采用德国西门子技术，是反动机型。总体结构布置从机头到机尾依次串联一个单流程 “H”型圆筒高压缸、一个“M”型双流中压缸及两个“N”型双流低压缸。高压缸共14级，中压缸共213级，两个低压缸压力级总数为226级，末级叶片高度为1146mm，轴向排汽面积为10.96 m2，总轴向

22、排汽面积为43.84m2，机组总长为29m。主汽门、调节门直接和高压缸连接，中压联合汽门直接和中压缸连接，本机组无主蒸汽和再热蒸汽导汽管。上汽高压模块的解体和重装必须使用专用工具，且要切除高排及抽汽等管道，较为困难。 第31页/共57页8.1、本体结构特点上汽 无中分面的单流圆筒型高压缸：圆筒型高压缸以紧凑的轴向法兰连接，可承受更高的压力和温度，有很高的承压能力。 高压缸第一叶片级的独特技术风格：第一级低反动度20%，以降低转子温度；全周进汽、无附加汽隙激振；大动静距离有利防冲蚀；滑压运行低负荷效率高;滑压运行大幅降低第一级载荷，解决强度问题，单流程效率高。 全周进汽滑压运行与补汽阀调频技术：

23、汽轮机补汽阀技术是从TMCR工况开始，在汽轮机主汽阀后、主调阀前引出一些新蒸汽(最大为8%TMCR进汽量)，经节流降低参数后进入汽轮机高压第五级动叶后空间，主汽流与补充蒸汽混合后在以后各级继续膨胀做功的一种措施。大于额定负荷或调频时开启补汽调节阀，但有节流时会降低机组效率。 主调门及再热调门的独特技术风格：无蒸汽管道，直接与汽缸相连。切向进汽，结构紧凑、损失小、附加推力小。 双流中压缸的进汽结构：在中压缸进口有四个切向进汽孔，利用涡流原理，能量转换为动能后，温度可下降15左右，起到冷却中压转子的作用。 全三维的弯扭(马刀型)叶片：所有的高中低叶片级(除末三级)均为弯扭的马刀型动、静叶片；较低反

24、动度的叶片级；整体自带围带结构，动应力小，抗高温蠕变性能好。 高中压转子通流部分采取独有技术风格：小直径、多级数，制造成本会增加，但效率高，转子应力小。 汽缸落地设计：轴承座全部支撑在基础上、动静间隙变化小；低压外缸与凝汽器刚性连接；低压内缸以推拉装置与中压外缸连接，减少低压的相对膨胀。 单轴承结构：每两根转子之间只设一个轴承，汽机轴向宽度比其他形式短810m。 采用高中压缸联合启动方式。 第32页/共57页8.1、上汽汽机外形图第33页/共57页 8.1、上汽高压缸结构特点第34页/共57页8.1、高压缸装配（无中分面的单流圆筒型高压缸：圆筒型高压缸以紧凑的轴向法兰连接）第35页/共57页8

25、.1、补汽阀结构特点 进 口 与 主 汽门 相 连 第36页/共57页8.1、补汽阀特点 1) 与全周进汽、滑压运行配套的标准设计； 2) 相当于主汽门后的第三个(高负荷调节阀)； 3) 等焓节流,减低温度还可起到冷却高压汽缸作用； 4)补汽阀能执行单独动作指令； 5)补汽阀不是补主汽阀流量不足，而是为提高滑压运行的进汽压力，提高效率。补汽阀取代节流调频。第37页/共57页8.2、汽轮机转子支承方式 哈汽、东汽采用转子双轴承支承方式，共8个径向轴承，前4个为可倾瓦，后4个为椭圆瓦； 上汽采用转子单轴承支承方式（除发电机转子轴承），共5个径向轴承，全部为椭圆瓦，机组长度要短8.9 m11m，对轴

26、系的稳定性也较为有利。 第38页/共57页汽轮机转子支承方式简图第39页/共57页8.3、汽轮机进汽方式 哈汽采用喷嘴调节方式，东汽采用复合配汽（喷嘴调节节流调节）调节方式，使用双流调节级。上汽采用全周进汽+补汽阀调节方式，无调节级，高压第一级为斜置静叶，第一级动叶的设计与一般压力级无异，不存在调节级特殊的强度和振动问题，THA工况以上采用加开补汽阀运行方式。阀门（不含补汽阀）全开对提高汽轮机效率有利，但在夏季工况补汽阀开启后效率要降低。 哈汽、东汽采用的进汽方式是常规的设计，上汽的全周进汽方式在欧洲应用较普遍，但加补汽阀的进汽方式在大型机组的业绩较少。 第40页/共57页8.4、末级叶片 哈

27、汽采用1219.2mm末级叶片，叶身中部带阻尼凸台/套筒+自带围带整圈连接；叶根为圆弧枞树形。此叶片由GE公司与东芝公司共同开发设计，在2001年完成了全部开发设计工作和试验验证工作。其抗水蚀方式为：末级内环、外环、静叶片均采用空心设计，静叶片的吸力面及压力面均设有疏水缝隙；动叶片采用15C r高硬度材料（Hv 380415），与司太力合金的硬度（Hv 390）相当。 东汽采用1092.2mm带整体围带和凸台阻尼拉筋的叶片；叶根型式为8叉叶根，其抗水蚀方式为：采用空心导叶和去湿槽；叶片顶部进汽边采用高频淬硬。 上汽采用1146mm自由叶片作为末级叶片，叶根型式为枞树型叶根。该叶片从1997年开

28、始使用，已有数万小时的运行业绩。末级的抗水蚀方式为：采用带抽汽槽的空心静叶；加大动静叶距离；动叶进汽边激光表面硬化。 哈汽1219.2mm末级叶片2006年刚有一台机组投产使用，东汽1092.2mm叶片的运行业绩已有4年，上汽1146mm末级叶片的运行业绩已有9年。 第41页/共57页8.5、材料 哈汽、东汽高压主汽调节阀、再热调节联合阀采用GX12CrMoWVNbN1011材料 （ 12Cr铸钢）； 上汽高压缸进汽部分、高中压的内缸、高压主汽门以及中压联合汽门材料选用为GX12CrMoVNbN9-1，属于600610档次的910%Cr钢，均满足要求。 三家制造厂高中压转子均为10Cr钢并含W

29、（日立0.6，其他二家为1%），其100,000小时蠕变断裂强度，取自短期（约30000小时）试验结果使用拉森米勒公式推算出来，约为100MPa。 低压转子材料，哈汽低压缸进汽温度为350，使用进口纯净钢。东汽低压缸进汽温度为390，使用超纯净钢材料。上汽由于低压缸进汽温度低，对材料没有特殊要求。 三个厂家所用的以上材料均有相应模块的运行业绩。 第42页/共57页8.6、防固体颗粒冲蚀 哈汽在高压喷嘴表面渗硼；中压第一级静叶表面涂陶瓷材料处理。 东汽在高压调节级采用斜面喷嘴型线技术和Cr-C保护涂层技术；中压第一级加大动静叶间距，中压第一级静叶表面采用Cr-C保护涂层。 上汽未采取专门的防固体

30、颗粒侵蚀（SPE）措施。上汽认为：无冲动式调节级，高中压第一级叶片的反动度为20%，冲蚀性低于冲动级；第一级静叶为切向斜置式，静动叶片的距离较大；全周进汽的滑压运行，使第一级的压比及焓降不会随负荷降低而大幅度的增加，静叶出口流速基本保持在较低的水平。 第43页/共57页8.7、高温区采取的冷却措施 哈汽 高压冷却措施 ：电端调节级出口压力PG略高于压力调端调节级出口压力PT，调节级出口的部分蒸汽，可以从电端向调端流动，防止高温蒸汽在转子和喷嘴室之间的腔室内停滞，冷却高温喷嘴室和转子 ； 中压缸冷却措施：中压转子的冷却蒸汽来自一段抽汽和高压缸，两股蒸汽相互混合使温度达到中压转子冷却的要求。通过冷却蒸汽管进入中压汽轮机，利用菌型叶根与叶轮的预留间隙流动，冷却中压前2级叶根。 第44页/共57页8.7、高温区采取的冷却措施 东汽 高压冷却措施 ： 高压缸进汽管引入第一级抽汽进入进汽段内外缸夹层进行冷却。 螺栓冷却加热系统：高压内缸中分面高温段螺栓孔设计有小孔与高压6级后通流相通，利用螺栓小孔内蒸汽的自动倒流，启动过程中对螺栓进行加热，正常运行时对螺栓进行冷却，从而减少螺栓与法兰间温差,降低正常运行时螺栓使用温度,提高螺