百万千瓦级汽轮机选型研究

电力18讯：    0 概述

一次能源结构决定了我国在较长一段时期内，电力是以燃煤发电为主。燃煤在提供巨大动力的同时，也产生了大量污染物。因而，努力通过技术进步降低燃煤发电对环境的污染，是目前电力发展面临的重大课题。在诸多洁净煤发电技术中，超超临界发电技术配之以高效烟气净化技术是最具有继承性、最具有条件在短时间内实现规模化生产的重要技术方向，对优化火电结构，提高资源利用率具有重大的现实意义。积极引进和建设低煤耗、大容量的超临界大型火电机组势在必行，实际上已于近年全面展开。超临界发电技术的经济性与单机容量紧密相关，特别是超临界汽轮机的容量、型式、调节方式、参数和旁路系统的选择将直接关系到技术引进的成败。根据超临界机组的特点，科学合理地选择超临界汽轮机，将对我们引进消化国外先进技术起到事半功倍的效果。

1 超临界汽轮机单机容量的选择

超临界汽轮机单机容量的增大，不仅对降低单位千瓦的造价大有好处，而且可以相应提高机组的运行效率。汽轮机进汽量随单机容量的增大而增加，使轴端泄漏损失所占比重减小，以及由于通流面积的增大，通流部分漏汽损失也相对减小。但是机组容量的增大，其相对应的最佳设计参数也随之提高，其所需的设备制造材料的等级也随之提高，设备造价大幅提高。另外，汽轮机进汽初压的提高对热耗影响的大小与机组容量的大小和初压变化幅度有关，机组容量愈大，汽轮机最佳进汽压力也相应提高。根据汽轮机设计参数对热耗的影响和我国电网容量的大小，及我国现有超临界机组容量的大小（我国已投产600MW/800MW/900MW等多台超临界机组），并结合国际上的先进技术，应大规模建造1000MW级的超临界机组。

2 超临界汽轮机轴系的选择

2.1超临界汽轮机单轴与双轴的选择

超临界汽轮机为减少轴系长度，通常采用双轴布置。现役大机组既有单轴布置的也有双轴布置的。无论何种布置方式，都是为了满足排汽面积。当末级长叶片的制造加工可以满足需要，且汽轮发电机组在同一直线布置，其轴系的稳定性可以保证时，应首选单轴机组。汽轮发电机组的运行实践证明，相同容量的机组单轴机组较双轴机组具有更好的“经济型规模”，且易于布置、降低造价、节约材料、缩短建设工期。

2.2 超临界汽轮机高、中压通流的选择

超临界机组由于进汽参数高，汽轮机的高、中压汽缸、主蒸汽管道等金属部件较为厚重，蒸汽参数的变化会引起高、中压汽缸、转子、喷嘴室及主蒸汽管道等金属部件有较大的交变应力，而影响机组变负荷运行能力及灵活性。为此，在结构设计上通常措施除采用多层汽缸结构，以降低每层汽缸的内外压差、温差，减少壁厚外，BBC公司还采用两半圆筒式无中分面法兰的套嵌式内缸，西门子公司采用过整体圆筒式无水平中分面轴向装配式汽缸。这两种结构对降低汽缸热应力和热变形是有利的，但检修工艺复杂。另一种传统结构是采用尽可能窄的水平中分面法兰。实践证明：采用高窄水平中分面法兰既能满足机组变负荷运行的需要，又便于安装检修。

2.3超临界汽轮机低压通流的选择

现役的1000MW级超临界汽轮机基本上皆为5缸6排汽布置，技术已非常成熟。随着冶金和机械加工技术的发展，加工制造43英寸以上长度的低压末级叶片技术已经十分成熟，因此设计制造4缸4排汽的1000MW级超临界单轴汽轮机在技术和工艺上是完全可行的。设计制造4缸4排汽的汽轮发电机组，既可以缩短汽轮机轴系长度，节约材料，又可以增加轴系的稳定性，提高机组整体运行可靠性。另外，在选择4缸4排汽的1000MW级超临界单轴汽轮机时，应尽量选用单轴瓦结构，如果选用双轴瓦，则轴系太长，汽轮机轴系的稳定性难以保证。

3 超临界机组调节方式的选择

超临界机组进汽参数高、进汽密度大，特别是在低负荷时，若采用定压喷嘴调节，调节级叶片负荷特别大，会产生巨大的应力。无论在叶片结构上采取何种措施，调节级叶片应力对机组的运行安全都是一个潜在的威胁。如果采用滑压运行、全周进汽方式，不仅能减少汽缸及转子的热应力交变循环，而且有利于快速启停和提高机组负荷适应性。在机组滑压运行时，汽轮机进汽容积流量不变，调节汽阀呈全开状态，喷嘴面积不变，此时汽轮机进汽压力和锅炉出口汽压均随电负荷的变化而变化，它是由机、炉、电统一控制来实现的。由于调节汽阀呈全开状态，无节流损失，部分负荷下汽轮机内效率可基本保持与设计工况一样。在部分负荷下，锅炉出口汽压降低了，因此给水压力也可相应降低，这样可以减少给水泵的功耗，以提高部分负荷下的热经济性。由于在不同负荷时，高压缸的压比不变，而且负荷变化时，温度的相对变化幅度小，因此，不仅能保持汽轮机在部分负荷下有较高的内效率，而且由于温度变化小，减少了汽轮机重要部件汽缸、转子的热应力交变循环，有利于快速启停和提高机组负荷适应性。此外，采用滑压运行，锅炉、汽轮机、管道等有关部分在部分负荷时其工作压力降低，也提高了这些部分