东方电气1000MW二次再热机组汽轮机技术方案

1、东方电气1000MW二次再热机组汽轮机技术方案第一页，共81页。目 录莱芜投标技术方案总体介绍二次再热机组经济性介绍二次再热机组设计特点介绍东汽科研能力与科研发展完善质量控制及先进制造能力结束语2第二页，共81页。31. 投标方案总体介绍1 投标方案总体介绍第三页，共81页。主要蒸汽参数机组型号：N1000-31/600/620/620机组型式：超高压-高压合缸、四缸四排汽铭牌功率：1000MW额定背压：4.80 KPa 夏季背压：10.0 KPa额定转速：3000r/min配汽方式：全周进汽、节流调节运行方式：定滑定通流级数：VHP6 +HP5级、IP27级、LP2 2 5级末叶长度：120

2、0mm回热级数：10级（五高加、一除氧、四低加）最大连续功率(T-MCR): 1048.5MW 【汽动引风机】 额定流量： 2536.7t/h 【汽动引风机】VWO流量： 2758.8t/h 【汽动引风机】保证热耗 详见标书1 投标方案总体介绍第四页，共81页。莱芜投标主要技术参数THATMCRTRLVWO主蒸汽压力29.94313131主蒸汽温度600600600600一次再热压力9.8510.3610.3310.65一次再热温度600620620620二次再热压力2.802.942.923.02二次再热温度600620620620给水温度330.6334.6334.3336.71 投标方案

3、总体介绍第五页，共81页。6双流中压缸超高压、高压合缸对置B低压缸A低压缸1.2 莱芜投标机组总体结构1 投标方案总体介绍第六页，共81页。 本体尺寸：38.310.228.7m(LBH) （不含罩壳） 38.312.678.7m(LBH) （含罩壳） 1.2 机组总体结构及布置7平台上浮动 支撑结构2只高压主汽调节阀4只中压主汽调节阀2只超高压主汽调节阀1 投标方案总体介绍第七页，共81页。81000MW常规机组纵剖面图1000MW二次再机组纵剖面图 超高压-高压反向合缸布置，中压双分流结构，低压双分流结构。机组总体方案具有良好的继承性和先进性。1 投标方案总体介绍第八页，共81页。9超高压

4、、高合缸对置1.3 投标方案设计思路1 投标方案总体介绍 充分利用现有超超临界机组先进技术，使莱芜项目具有良好的技术继承性。四缸四排汽, 同常规百万机组机组滑销系统成熟机组轴系成熟机组辅助系统成熟整体方案继 承性好机组成熟性高第九页，共81页。结论：本机组轴系与东方常规百万机组轴系总长基本相当，同样由四汽机转子、一电机转子组成，轴系支撑系统均相同，计算结果也表明轴系特性基本一致,轴系成熟可靠。活支可倾瓦块型推力轴承高中压可倾瓦轴承低压椭圆轴承1.3.1.具有良好继承性的轴系及轴承设计1#2#3#4#5#6#7#8#五不变：转子数目不变总长基本不变轴承形式不变轴承大小不变连接方式不变1 投标方案

5、总体介绍VHP+HPIPALPBLP第十页，共81页。1.3.2 成熟的滑销系统静子设三个绝对死点：中低压间轴承箱下及A、B低压缸的中心线附近。推力轴承安装2#轴承后，1、2#轴承箱采用滑动设计。自润滑滑块：具有摩擦系数低、终身免维护的优点。抵消动静部分胀差，高、中、低压间动静的胀差小。超高压缸+高压缸1 投标方案总体介绍第十一页，共81页。1.3.2 成熟的辅助系统1 投标方案总体介绍第十二页，共81页。高度集成的润滑油系统采用主油泵-油涡轮供油系统，噪音小、效率高、厂用电少、节能环保采用集装油箱、套装油管路，高度集成，现场施工量小、简化布置辅助油泵、事故油泵和压力低模块联控备用，多重保护，

6、系统安全性高1 投标方案总体介绍第十三页，共81页。安全可靠的顶轴系统 高效进口柱塞泵 两泵互为备用 高度集成 压力联控泵组启停1 投标方案总体介绍第十四页，共81页。高度自动化的自密封系统组成-主汽站、辅汽站、溢流站、减温站、安全阀自动化程度高-调节阀自动开启或关闭，维持供汽母管压力 可靠性高-调节阀采用进口件，安全可靠若机组初参数提高后，管道阀门采用耐高温的材料来满足机组安全运行的需要。超1 投标方案总体介绍第十五页，共81页。目 录莱芜投标技术方案总体介绍二次再热机组经济性介绍二次再热机组设计特点介绍东汽科研能力与科研发展完善质量控制及先进制造能力结束语16第十六页，共81页。2 超超临

7、界二次再热机组经济性介绍第十七页，共81页。18经济性中间二次再热增加2级回热外置蒸汽冷却器前置烟气换热器设置低温省煤器主汽压力提高再热温度提高通流技术结构调整与气动优化系统优化参数优化2 热机组经济性介绍第十八页，共81页。世界上一些具有典型意义的二次再热机组：序号国家电厂机号容量MW汽机参数投运年份压力/温度/温度/温度背压kPa1美国EDDYSTONE 132534.4/649/566/5663.44719582美国EDDYSTONE 232534.4/649/566/5663.44719603日本川越 170031/566/566/5665.0719894日本川越 270031/566

8、/566/5665.0719905丹麦SKE41228.4/580/580/580319976丹麦NRD41029/582/580/580319987日本姬路6#60025/538/552/56651977二次再热属于成熟技术，是提高效率最有效手段之一。第十九页，共81页。世界上的一些高参数机组：序号国家电厂机号制造商容量MW汽机参数投运年份压力/温度/温度1日本新机子1#富士60024.1/600/61020022日本新机子2#日立60025/600/62020093德国日立80025/600/62020134中国重庆万州东方100028/600/6202014提高参数到620技术已经成熟，

9、并已经成为发展趋势。第二十页，共81页。2.1 机组热力系统优化超超临界二次再热机组在热力系统上采取大量优化措施：21东方母型机D1000A新超超临界D1000H二次再热1000MW机组序号措施热耗收益1主蒸汽压力从25MPa提高到31MPa-1.2%2再热温度从600提高到620-0.3%3增加一次再热-1.6%4回热系统由8级增加到10级-0.32%5设置3级外置蒸汽冷却器-0.41%61个前置式烟气换热器+0.16%7设置低温省煤器-0.54%2 热机组经济性介绍第二十一页，共81页。2.1 对成熟结构和系统的继承22前置烟气加热器前置式烟气换热器 前置式烟气换热器布置在省煤器与预热器之

10、间，降低预热器进口温度，从而降低排烟温度。 给水温度提高省煤器出口温度高预热器进口温度高预热器出口（排烟）温度高锅炉效率低 前置式烟气换热器增加了汽机热耗约12kJ/kWh,但可以提高锅炉效率1%，综合降低煤耗。2 热机组经济性介绍低温省煤器 系统可以设置一级低温省煤器，进一步优化热力系统，降低热耗约40kJ/kWh(但投资会增加）。第二十二页，共81页。结构变化提高机组效率2.2 机组结构优化2 热机组经济性介绍第二十三页，共81页。新超采用先进的通流设计技术2 热机组经济性介绍第二十四页，共81页。25 机组全周进汽，因此超高压阀组由母型机的4个变为2个，结构简化，气动优化，阀损更小。原始

11、四阀组 蜗壳进气两阀组 总压损失系数2.73%2.16%2.2.1 超高压阀门结构优化2 热机组经济性介绍第二十五页，共81页。262.2.2 进汽结构原型采用双个对置调节级，并采用回流结构，形成扰流，高压缸效率低二次再热无调节级，采用高效的压力级，优化高压缸通流，提高高压缸效率喷嘴和调节级高效压力级第二十六页，共81页。2.2.3 先进的汽轮机通流优化技术超高压缸整缸全三元分析采用全三元弯曲导叶，全新可控涡高负荷动叶开发的全新三元级具有以下特点：后加载层流静叶与全三元弯曲技术使得级端损更低；全新可控涡高负荷动叶使得叶高分布反动度更合理，提高根部反动度、降低顶部反动度使得根部效率高而顶部漏气损

12、失小；速比更靠近最佳速比；相对传统级设计可使得缸效率提高约1.2%。高压缸整缸全三元分析中压缸整缸全三元分析超高压缸高压缸中压缸低压缸纯通流效率95.53%95.37%95.65%94.30%低压缸整缸全三元分析2 热机组经济性介绍第二十七页，共81页。目 录莱芜投标技术方案总体介绍二次再热机组经济性介绍二次再热机组设计特点介绍东汽科研能力与科研发展完善质量控制及先进制造能力结束语28第二十八页，共81页。3 二次再热机组设计特点介绍第二十九页，共81页。3.1 高温材料的发展与应用3.2 超高压模块结构特点3.3 中压模块结构特点3.4 机组阀门结构特点3.5 机组启动运行与旁路3.6 机组

13、轴系稳定性3.7 低压缸及末级长叶片技术3.8 防止固体微粒冲蚀（SPE）的措施30二次再热机组设计特点介绍目录3 机组设计特点介绍第三十页，共81页。 汽轮机设计对材料高温性能一般要求：转子锻件蠕变100MPa、铸件85MPa；目前采用铁素体12Cr钢使用温度在620时可完全满足汽轮机设计要求。3.1 高温材料的发展与应用313 机组设计特点介绍第三十一页，共81页。 CB2 FB2高温性能 FB2和CB2是欧洲COST522计划中研制的两种用于630等级的锻件和铸件材料。 CB2、FB2新12Cr材料的10万小时高温持久性能比改良12Cr材料在同一温度条件下要高约30-40MPa。323.

14、1 高温材料的发展与应用第三十二页，共81页。 东汽对N-12Cr材料的性能进行了大量试验，高温蠕变持久强度试验正在进行中。试验项目备注化学成分显微组织组织、晶粒度、夹杂物室温拉伸室温冲击硬度高温拉伸物理性能比热20700范围导热系数20700范围线膨胀系数弹性模量20100 -700 范围临界点Ac1,Ac3,Ar1,Ar3,Ms比热导热系数线膨胀系数弹性模量、剪切模量、泊松比高温蠕变持久L-M曲线 CB2 FB2试验：第三十三页，共81页。FB2/CB2钢典型化学成分343 机组设计特点介绍第三十四页，共81页。CB2汽缸与阀门CB2供货商： 奥钢联 德国S+B 德国Sande 日本JSW

15、FB2锻钢转子FB2供货商： 日本JCFC 日本JSW 德国SAAR 意大利FORMAS交货期7-9月3.1 高温材料的发展与应用第三十五页，共81页。3 机组设计特点介绍第三十六页，共81页。汽缸阀门采用CB2，锻件采用FB23.1 高温材料的发展与应用第三十七页，共81页。部套名称莱芜投标机型材质重庆万州项目材质超高压/高压外缸ZG13Cr1Mo1VZG13Cr1Mo1V超高压/高压内缸CB2KT5917中压外缸ZG13Cr1Mo1VZG13Cr1Mo1V中压内缸CB2CB2中压隔板套ZG15Cr1Mo1VZG15Cr1Mo1V超高压主汽调节阀阀壳CB2高、中压主汽调节阀阀壳CB2CB2高

16、、中压1、2级导叶12Cr10Co3W2MoNiVNbNB12Cr10Co3W2MoNiVNbNB高、中压第1、2级隔板体CB2CB2超高压、中压转子FB2FB2低压转子30Cr2Ni4MoV（超纯净）30Cr2Ni4MoV（超纯净）高压1、2级动叶片1Cr11Co3W3NiMoVNbNB1Cr11Co3W3NiMoVNbNB中压1、2级动叶片1Cr11Co3W3NiMoVNbNB1Cr11Co3W3NiMoVNbNB进气管F92锻F92锻主要高温部件材料对照383 机组设计特点介绍第三十八页，共81页。超高压-高压模块材料应用393.1 高温材料的发展与应用第三十九页，共81页。中压模块材料

17、应用403 机组设计特点介绍第四十页，共81页。3.2 超高压模块结构特点41 国内外诸多大公司高中压模块设通常采用合缸结构，如GE、三菱、日立等。二次再热机组采用合缸结构优势更为明显，因此如日本川越电厂（31MPa），姬路电厂6#等二次再热机组均采用合缸结构。莱芜二次再热机组超高压-高压模块采用合缸方案具有以下特点：机组四缸四排汽，汽缸数目及布置不变，相关系统具有良好继承性和借鉴性；机组轴系动力学特性同传统百万机组，技术延续性强，安全可靠；缩短了汽轮机总长，有利于热胀，缩短启动时间，同时可减少基建和厂房投资；与分缸双支撑方案相比，减少支持轴承个数，可降低轴承损失，减少维护费用；机组主蒸汽压力

18、升高，分缸方案需要延长端汽封，使单个模块轴向尺寸加长；温度场中间高，两侧低，分布更为合理。3 机组设计特点介绍第四十一页，共81页。423.2 超高压模块结构特点超高压模块采用双层缸加进汽室结构，内缸合缸布置，进汽室带三级隔板；超高压排汽压力达到11MPa，排汽通过管道直接进入再热冷段；内外缸夹层与三抽相通，形成约5.5MPa左右的压力场；内缸外表面高温段设置隔热罩，减少对流换热，防止温差形成的热变形；外缸内缸进汽室隔板套直接排汽第四十二页，共81页。 VHP 汽 缸3 机组设计特点介绍第四十三页，共81页。44 汽缸采用双层缸加进汽室结构，各层汽缸承受压差合理分布，小于常规超超临界机组。 超

19、高压-高压缸压力场分布3 机组设计特点介绍第四十四页，共81页。45 进汽室带三级隔板，承受约12MPa压差，采用圆筒形汽缸，沉头螺栓拧紧，结构紧凑。经有限元分析表明中分面接触良好，气密性好，采用CB2铸钢，壁厚较薄，热应力较小。3 机组设计特点介绍第四十五页，共81页。46 经分析表明内外缸强度与汽密性满足设计要求。内缸强度与气密性分析内缸强度与气密性分析第四十六页，共81页。刚性和强度分析外缸的热变形量外缸的热变形 机组从启动到稳定运行阶段，外缸经历从常温到高温,整个外缸受热膨胀变形，变形量见下图:第四十七页，共81页。3.3 中压模块结构特点48对称双流、双层缸、水平中分面法兰结构、上猫

20、爪支撑；内缸分段包围在五抽蒸汽中，内外壁温差小、压差小，不易变形； 中压四进汽，三级抽汽，2个排汽口； 对应中压阀门采用四个阀门。 二次再热机组中压缸主要特点进口温度高、压力低（容积流量大），因此中压缸主要是在母型机上适当放大。进口气动优化3 机组设计特点介绍第四十八页，共81页。49 内缸受力分析3 机组设计特点介绍第四十九页，共81页。3.4 主汽调节阀设计50 机组超高压主汽调节阀承受高压，高压、中压主汽调节阀承受高温。3 机组设计特点介绍高压31MPa高温620CB2第五十页，共81页。 机组超高压主汽调节阀采用双层阀盖、伍德式密封结构，承压能力更强，密封性更好 东方双层阀盖设计示意

21、常规阀门设计大螺栓拧紧高应力密封小螺栓固定定位环受力垫片自密封内阀盖承压分压腔室引汽装置高压腔室传统结构在高压力下螺栓设计困难，应力大。双阀盖设计自密封效果好，应力低，承压能力强3.5 主汽调节阀设计第五十一页，共81页。 超高压主汽阀双层阀盖内部密封件弹塑性计算分析密封结构等效应力云图密封齿接触应力分布经计算分析，密封垫片在各工况下均安全、密封性能良好。523 机组设计特点介绍第五十二页，共81页。高、中压主汽调节汽阀设计53仅考虑蒸汽压力工况下,高压阀壳平均应力48MPa，安全系数1.7倍，中压阀壳平均应力21.6MPa，安全系数3.7倍HPIP3.5 主汽调节阀设计第五十三页，共81页。

22、 考虑蒸汽压力载荷和温度载荷，启动、停机、变负荷最危险工况，按阀壳内外壁极限温差85强度校核：54高压阀壳的最大Mises应力218MPa中压阀壳的最大Mises应力263MPa计算应力小于CB2铸钢在620下屈服强度，满足设计规范3 机组设计特点介绍第五十四页，共81页。3.5 机组启动运行、旁路系统55 汽轮机厂不负责旁路系统的设计，但汽轮机本身可满足设计院不同旁路系统配置和要求下的各种启动方式。 本机组设计满足三缸联合启动、超高压缸启动或高中压缸联合启动，推荐使用超高压-高压-中压同时进汽的联合启动。 3 机组设计特点介绍第五十五页，共81页。56 华能莱芜2x1000MW二次再热汽轮机

23、采用节流滑压配汽方式，超高压调节阀在滑压范围内有3%节流度，满足电网一次调频需要。3.5机组启动运行、旁路系统29.49MPA31MPA第五十六页，共81页。573 机组设计特点介绍3.6 机组轴系稳定性 超超临界1000MW二次再热机组汽轮机轴系由一根超高压转子、一根中压转子、两根低压转子、一根电机转子组成。超高压、中压模块采用可倾瓦轴承，低压采用椭圆瓦轴承。 轴系总长与常规1000MW机组基本相当。第五十七页，共81页。阶次1#2#3#4#5#6#临阶转速(RPM)840.41819.91976.21948.81761.82511.2对应振型电机一阶中压一阶A低压一阶B低压一阶高压一阶电机

24、二阶临界转速满足避开工作转速15%扭振频率(Hz)1阶12.82阶22.63阶25.74阶41.95阶91.86阶122.37阶125.78阶149.458扭转频率满足避开45Hz55Hz 93Hz108Hz3 机组设计特点介绍第五十八页，共81页。对数衰减率涡动转速（rad/min）对数衰减率超高-高压X一阶20240.3569超高-高压Y一阶16310.575中压X一阶17140.2749中压Y一阶15410.8538A低压X一阶10490.1473A低压Y一阶18560.292B低压X一阶9930.1747B低压Y一阶18920.2796电机X一阶6900.1511电机Y一阶8400.1

25、3953000转速时，机组轴系对数衰减率汽机最小0.147， 满足大于0.1的设计规范。3.6 机组轴系稳定性第五十九页，共81页。Q-Factor:Q系数满足ISO10184:1996轴承最大响应峰值（m）1#7.72#3.43#7.34#11.45#5.46#9.87#8.58#9.09#10.710#16.8最大不平衡响应:满足大机组设计导则小于50m3 机组设计特点介绍第六十页，共81页。防汽流激振设计防旋齿机组全周进汽轴系高稳定性设计汽封采用防旋汽封采用喇叭型渐扩汽封613.6 机组轴系稳定性第六十一页，共81页。外缸在重力和真空载荷作用下天地向、轴向和横向的变形低压缸的三维模型 计

26、算表明，低压内、外缸刚性优于比已投运的600MW 1000MW机组。轴承座很好的避开了50Hz的共振频率，其振动特性满足设计要求。 该低压缸在东方六横项目、大唐抚州、重庆万州、三门峡等多个超超临界百万机组中。623.7 低压模块及末级长叶片技术3 机组设计特点介绍第六十二页，共81页。性能优异的1200mm末级叶片48英寸叶片 43英寸叶片叶片名称单位43英寸(钢材)1200(钢材)叶片高度mm1090.21200节圆直径mm2946.43124.2环形面积m210.1111.71叶片只数8570围带结构CCBCCB拉筋结构Tie-Boss叶根型式8叉斜齿枞树形叶片材料12Cr-Nb钢改良12

27、Cr-Nb钢3.7 低压模块及末级长叶片技术第六十三页，共81页。东方1200mm湿冷末级叶片设计特点动试验结论：试验获得的频率特性与有限元分析（FEM）结果吻合，误差小于2%，证明数值分析结果可靠。在许用工作转速范围内，避开了叶片的“三重点”。1200mm叶片的频率特性是合格的。动试验证明本叶片已成功开发，经过专家评审，已投入工程应用。3.7 低压模块及末级长叶片技术第六十四页，共81页。1200mm叶片验收结论 3 机组设计特点介绍第六十五页，共81页。低压末叶防水蚀措施适当增大动、静叶间的轴向距离，减小水滴对动叶的冲击能量，延缓水蚀的影响。末级导叶采用空心导叶，从内部抽出水分，末级隔板上

28、采用去湿槽结构。优化末级流场，提高根部反动度，避免在低负荷时，动叶根部出现倒流引起根部冲刷。末叶采用自防水蚀性能优的材料2Cr12Ni4Mo3VNbN。末级动叶顶部采用高频淬火强化技术，提高叶片抗水蚀能力。末三级动叶采用了喷丸强化的方式，提高了叶片表面的疲劳强度，可有效地抗应力腐蚀。汽机低压段设有足够的疏水口。自动化高频淬火设备百万超超临界大修末叶照片东方超超临界机组抗水蚀措施切实有效，已投运机组在大修时未发现明显水蚀痕迹。第六十六页，共81页。3.8 防止固体微粒冲蚀（SPE）的措施高压第1级采用新的斜面型线（SPE叶型）技术优化中压第1级动、静叶轴向间隙采用Cr-C涂层保护技术提高持久效率

29、各第1、2级动静叶采用耐冲蚀性能良好的含铌钢阀门安装滤网，防止大颗粒固粒进入通流部分采用三级串联旁路SPE叶型技术Cr-C涂层保护67东方锅炉采用喷丸等多种方法从根源上减少氧化物。3 机组设计特点介绍第六十七页，共81页。目 录莱芜投标技术方案总体介绍二次再热机组经济性介绍二次再热机组设计特点介绍东汽科研能力与科研发展完善质量控制及先进制造能力结束语68第六十八页，共81页。 稳定设计人才队伍 完善的设计管理制度、规范的设计流程 先进的数值分析手段 一流的实验设施4 东汽科研能力与科研发展69第六十九页，共81页。 一流试验室 试验验证透平试验中心多级空气透平试验台风洞实验装置 汽封研究及试验

30、装置704 东汽科研能力简介第七十页，共81页。71全尺寸轴承、油系统试验台试验转子试验轴承714 东汽科研能力简介第七十一页，共81页。大功率发电设备自主研发能力自主研发世界首台超超临界百万空冷机组已在宁夏灵武成功投运；自主研发大功率核电汽轮机CAP1400预中标；自主研发50MW燃机已获核心技术突破。724 东汽科研能力简介第七十二页，共81页。目 录莱芜投标技术方案总体介绍二次再热机组经济性介绍二次再热机组设计特点介绍东汽科研能力与科研发展完善质量控制及先进制造能力结束语73第七十三页，共81页。5 东汽完善的质量控制及先进的加工能力与服务 为深化质量管理，提高产品质量整体水平， 我公司研究制定了 “深化质量管理十二条意见”,并已贯彻实施。 机组的加工安装质量对机组的经济性至关重要，为此我公司将严格控制过程质量。 控制静动叶片的型线精度和表面光洁度质量。 控制隔板导叶片组装质量，保证轴向和切向位置精度。 控制隔板焊接变形量，保证隔板