熱電聯供聯合循環蒸汽輪機的技術特點

劉緒芳，唐禮

(東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000)

熱電聯供聯合循環蒸汽輪機的技術特點

劉緒芳，唐禮

(東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000)

文章介紹了熱電聯供聯合循環蒸汽輪機的基本特征、設計技術、運行特點。

熱電聯供，聯合循環蒸汽輪機，技術特點

0 引言

隨著科學技術的進步和社會的發展，清潔、高效、環境友好型發電設備日益受到市場的青睞，燃氣-蒸汽聯合循環發電設備在環保、熱效率、調峰性能方面都優于燃煤發電設備，而在熱能需求大的地區，具備熱電聯供能力的聯合循環機組更是用戶的首選。本文介紹了某300 MW等級的熱電聯供聯合循環蒸汽輪機的技術特點。

1 主要技術指標

該蒸汽輪機組為300 MW等級高壓中間再熱、三壓、雙缸雙排汽、單軸、抽凝背式蒸汽輪機組。機組由兩臺燃氣輪機帶的余熱鍋爐提供蒸汽，分為高、中、低壓三檔進汽。

本機組主蒸汽溫度為538℃，再熱蒸汽溫度為566℃，背壓運行時額定供熱量為661 MWt（抽汽量：779.6 t/h、抽汽壓力：0.645 MPa（a）、抽汽溫度：313℃）。

2 機組的布置方式

汽輪機發電機組的布置為：發電機—高、中壓模塊—SSS離合器—低壓模塊—盤車裝置。如圖1所示。

圖1 機組布置圖

3 汽輪機本體結構特點

3.1 通流部分

本機組共有38級壓力級，無調節級，高、中壓和低壓的流道形狀均設計為葉片根徑逐漸降低、葉片中徑逐漸增加的錐筒型，低壓采用雙分流結構。本項目使用40.5″末級葉片。

3.2 高效率反動式葉片

高壓級、中壓級、低壓級全部采用 “全三維”高效率ISB（整體圍帶式）反動式葉片，并采用彎扭葉片大大減少了級損失 （見圖2），動葉全部采用“樅樹型”葉根，靜葉片直接裝配于各個持環內。

圖2“全三維”高效ISB（整體圍帶式）反動式葉片

3.3 汽缸

本機組高、中壓為合缸結構。高、中壓外缸汽缸采用近似圓筒形的薄壁結構，優化了汽缸的結構形狀與支持結構，使其在熱負荷瞬態變化時能均勻而自由地伸縮，減小了汽缸可能出現的變形，滿足了機組快速啟停的要求。相對于常規機組高、中壓缸結構，本機組有以下幾方面不同：

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（1）在高、中壓外缸上、下半均設計有3根平衡管（見圖3）來平衡軸向推力，減少正常運行條件下推力軸承的負載。

圖3 平衡管布置

（2）在高、中壓部分設計了多種冷卻結構，包括：

（a）在中壓進汽處設計了法蘭冷卻結構（見圖4）。通過引入溫度相對較低的蒸汽對高、中壓缸中壓進汽部分進行冷卻，減小了此處法蘭與螺栓之間的溫差，以減少螺栓與法蘭因脹差而產生的附加應力；

圖4 法蘭冷卻

（b）在高、中壓外缸與高壓內缸之間，引入高壓7級后的蒸汽，對高壓進汽夾層進行冷卻，減少高、中壓外缸內、外壁溫差，減小了高、中壓外缸高壓進汽部分的熱應力；

（c）中壓進汽部分設計了進汽室（隔熱罩）結構，使高溫再熱蒸汽直接進入中壓通流，減小了高、中壓外缸中壓進汽部分的內、外壁金屬溫差，減小了高、中壓外缸中壓進汽部分的熱應力。

低壓缸部分為三層缸結構，前后對稱布置。低壓內缸及低壓軸承箱采用落地結構，直接支撐在汽輪機基礎上，避免了機組排汽壓力變化對低壓轉子標高及低壓通流間隙的影響。

3.4 閥門及其布置

本機組設計有2套高壓主汽調節閥、2套中壓主汽調節閥、1套低壓主汽調節閥，在連通管上抽汽口后設計有主抽汽快關閥（MESV）和主抽汽調節閥（MECV），抽汽管道上設計有供熱蝶閥（ELCV）。高壓主汽閥、高壓調節閥、中壓調節閥均為常規提升式結構閥門；中壓主汽閥為擺動止回閥結構閥門；低壓主汽調節閥、主抽汽快關閥、主抽汽調節閥及供熱碟閥均為蝶閥結構閥門。高壓調節閥的閥桿及中壓調節閥的閥座上設計有平衡孔，以減少閥門開啟時的提升力。閥門結構見圖5。

圖5 閥門結構

圖6 閥門布置

3.5 軸系布置與軸承

汽輪機軸系布置見圖1，與常規機組相比，將發電機轉子布置在高、中壓轉子前端，并在中、低壓轉子間布置了SSS離合器 （SSS離合器可以吸收其兩端轉子的相對脹差），這樣可以使機組在運行過程中無擾地進行冷凝、抽汽與背壓運行模式的切換，增加了機組運行的靈活性，也提高了機組運行的經濟性。

本機組共有7個支持軸承 （發電機2個，汽機5個）和2個推力軸承 （高壓前與低壓后各一個）。汽輪機的5個支持軸承為四瓦塊的自對中式可傾瓦軸承，由于軸承的特殊設計，故本機組不需要設計頂軸系統，支持軸承見圖 7。推力軸承（見圖8）為自對中式軸承，發電機轉子及高、中壓轉子以高壓前的推力軸承為死點膨脹，低壓轉子以低壓后的推力軸承為死點膨脹。

圖7 支持軸承

圖8 推力軸承

本機組可以供冷凝/抽凝運行模式時不停機切換至背壓運行模式，此時低壓轉子與高、中壓轉子在SSS離合器處脫開，低壓轉子最終以200～300 r/min的轉速隨高、中壓轉子轉動，低壓轉子以低壓后的推力軸承為定位死點，低壓轉子兩端的支持軸承也可以在此轉速下正常工作。

3.6 滑銷系統

汽輪機的絕對死點分別位于中、低壓軸承箱處、低壓外缸兩側 （低壓進汽中心線附近）和低壓后軸承箱處，如圖9所示。高、中壓缸及前軸承箱以中、低壓軸承箱處的死點為基點沿軸向膨脹，低壓外缸以低壓外缸兩側的死點為基點沿軸向膨脹。

圖9 滑銷系統布置圖

高、中壓缸通過前軸承箱及中、低壓軸承箱支撐在汽輪機基礎上，低壓外缸直接支撐在汽輪機基礎上，低壓內缸通過低壓外缸直接支撐在汽輪機基礎上，這些部件通過各自的定位鍵進行限位，保證機組運行時的相互對中并能自由熱膨脹。

3.7 自動調整間隙式汽封（ACC汽封圈）

ACC汽封圈是一種利用彈簧力與汽封圈內、外部壓差共同作用的汽封結構。其工作原理（見圖10）是：（1）汽輪機啟動/停止過程中，汽封圈內/外側壓差小于汽封圈彈簧力時，汽封圈向外張開，汽封齒與轉子之間間隙較大，避免動、靜部件的碰磨；（2）汽輪機正常運行時，汽封圈內/外側壓差大于汽封圈彈簧力時，汽封圈向內收縮，汽封齒與轉子之間間隙變小，減小機組正常運行時的汽封漏汽。

圖10 ACC汽封圈工作原理

4 與燃煤機組相比的優點

（1）在汽缸上設計多種冷卻結構，簡化了汽缸壁厚的設計，有利于機組的快速啟停和調峰能力；

（2）采用三壓進汽，更充分地利用了燃氣輪機的排氣余熱，增大了機組的發電量和供熱量，提高了機組效率；

（3）更加可靠的軸承設計，無需設計頂軸系統；

（4）轉子之間增設SSS離合器，為熱網提供了更大的供熱量，并減少了汽輪機低壓通流冷卻浪費的流量。

5 結束語

本機組與配套燃氣輪機聯合運行后，設計工況下總熱耗率試驗值均優于設計值 （設計工況下，汽輪機在冷凝工況、機組聯合循環時的試驗熱耗率為6 107.8 kJ/kW·h（效率58.94%）），經濟效益遠高于同等級300 MW燃煤機組。

本機組結構簡單、熱耗率低、供熱功率大、啟停靈活、運行可靠、操作簡便并具有良好的抽/凝/背運行模式無擾切換能力，具備良好的調峰性能和較大的供熱能力，可與燃氣輪機配套或單獨運行。

Technical Characteristic of Cogeneration Combined Cycle Steam Turbine

Liu Xufang，Tang Li

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

This article introduces the basic characteristic,design technology and operation characteristic for cogeneration combined cycle steam turbine.

cogeneration，combined cycle steam turbine，technical characteristic

TK262

A

1674-9987（2017）01-023-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.01.005

劉緒芳 （1978-），女，工學學士，工程師，2001年畢業于四川西華大學水利水電動力工程專業，現從事汽輪機主機設計工作。