現(xiàn)代雙缸汽輪機(jī)設(shè)計(jì)

李家春

摘 要：近年來(lái)，電力市場(chǎng)需求發(fā)生了變化。高靈活性、高效率、長(zhǎng)修期、壽命≥20萬(wàn)小時(shí)、投資少，依據(jù)電廠發(fā)展趨勢(shì)改進(jìn)了設(shè)計(jì)和材料，滿(mǎn)足高效率的要求，一種可能的方法是亞臨界蒸汽發(fā)電廠。當(dāng)溫度≥565°C，為優(yōu)化蒸汽循環(huán)路徑在設(shè)計(jì)容量高達(dá)700兆瓦的雙缸汽輪機(jī)方面出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。此外，臨界渦輪部件需要改進(jìn)的設(shè)計(jì)和材料，為成本效益和靈活性提供了各種可能性。同時(shí)，聯(lián)合循環(huán)功能發(fā)電市場(chǎng)要求高性能、高可靠性和操作靈活性，以適中的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)生命周期成本。對(duì)于這個(gè)功率范圍，雙缸設(shè)計(jì)也是典型的。

關(guān)鍵詞：雙缸；蒸汽；700MW

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.047

1 引言

過(guò)去幾年，全球電力市場(chǎng)在很大程度上放松了管制，為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)電廠需要有自己的優(yōu)勢(shì)，符合不斷變化的市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。隨著人們對(duì)節(jié)約型電力生產(chǎn)的關(guān)注，當(dāng)今社會(huì)最重要的要求是低成本、可靠性、可用性和操作靈活性。此外，發(fā)電廠和零部件供應(yīng)商需要滿(mǎn)足特定的客戶(hù)和當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)場(chǎng)要求。與此同時(shí)，市場(chǎng)需求不斷減少渦輪交付時(shí)間和價(jià)格。因此，所有汽輪機(jī)制造商的主要要求之一是標(biāo)準(zhǔn)化他們的產(chǎn)品以滿(mǎn)足成本和交貨時(shí)間的目標(biāo)，同時(shí)提供高靈活性。這也有助于獲得最佳的性能水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

2 蒸汽參數(shù)

汽輪機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是功率輸出、蒸汽工況、環(huán)境溫度和電廠結(jié)構(gòu)。在發(fā)電廠中，這些數(shù)量和安裝的燃?xì)廨啓C(jī)式相關(guān)。在單軸機(jī)組中，燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)通常驅(qū)動(dòng)單個(gè)發(fā)電機(jī)用于啟動(dòng)和關(guān)閉操作，這種配置需要一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置來(lái)將汽輪機(jī)與軸系分開(kāi)。多軸配置采用獨(dú)立的燃?xì)馄啺l(fā)電機(jī)和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組。通常一個(gè)或兩個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)為熱回收蒸汽發(fā)生器（HRSG）提供動(dòng)力，它驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組。

在給定的CCPP結(jié)構(gòu)中，蒸汽條件取決于燃?xì)廨啓C(jī)的功率輸出和溫度水平。因此，由于正在進(jìn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展，蒸汽質(zhì)量和流量不斷增加。典型地CCPPS的電流產(chǎn)生被設(shè)計(jì)用于157帕和565℃的主蒸汽條件，以及再熱溫度 565℃。然而，由于市場(chǎng)上有大量的燃?xì)廨啓C(jī)，蒸汽渦輪機(jī)需要能夠覆蓋廣泛的功率范圍.如果應(yīng)用導(dǎo)管點(diǎn)火，這個(gè)功率范圍會(huì)大大增加。

對(duì)于亞臨界蒸汽發(fā)電廠（SPP），市場(chǎng)要求主蒸汽溫度高達(dá)600℃，主蒸汽壓力為177帕。此外，用于SPP的汽輪機(jī)需要具有蒸汽外溢特性條件，以及過(guò)載注入，以支持最佳蒸汽循環(huán)設(shè)計(jì)。

近年來(lái)，西門(mén)子發(fā)電集團(tuán)的汽輪機(jī)部一直致力于開(kāi)發(fā)兩缸設(shè)計(jì)，以涵蓋ccpp和spp up的全部應(yīng)用。以700 MW的汽輪機(jī)功率輸出，單流量lp的HE系列適用于低功率范圍和高背壓，而kn系列則適用于上功率范圍和大的LP流應(yīng)用范圍。對(duì)于這兩個(gè)產(chǎn)品系列，已經(jīng)做出了特別的努力，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求，性能，可用性，啟動(dòng)時(shí)間和交貨時(shí)間。為了在市場(chǎng)上挑戰(zhàn)價(jià)格水平，只能通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)概念來(lái)實(shí)現(xiàn)。該概念允許在設(shè)計(jì)階段具有高度的靈活性，以便提供客戶(hù)特定服務(wù)（見(jiàn)圖1）。

3 700MW雙缸設(shè)計(jì)

對(duì)于功率范圍從100 MW到700 MW，西門(mén)子提供了兩種優(yōu)化的雙缸汽輪機(jī)設(shè)計(jì)，單缸和雙流低壓段。適用于低壓輸出或高背壓的情況下，采用單流量LP的HE生產(chǎn)線。平底安裝的HE汽輪機(jī)組由高壓渦輪模塊（H）和單流聯(lián)軸器組成。具有軸向排氣的中/低壓模塊（E）。

H型渦輪機(jī)是一種單流全弧進(jìn)給機(jī).。蒸汽通過(guò)一個(gè)聯(lián)合控制和截止閥進(jìn)入。H型渦輪機(jī)殼采用已證實(shí)的桶型設(shè)計(jì)，但沒(méi)有外套管水平法蘭，以確保主蒸汽壓力和熱負(fù)荷力的均勻分布。此外，該設(shè)計(jì)還改進(jìn)了渦輪的對(duì)稱(chēng)膨脹特性。從而實(shí)現(xiàn)了固定葉片與運(yùn)動(dòng)葉片之間的小徑向間隙。

新的E型水輪機(jī)設(shè)計(jì)包括一個(gè)單流中壓段和一個(gè)單流低壓段組合在一個(gè)缸內(nèi)。它被設(shè)計(jì)成一種直流機(jī)械。雙層外殼（內(nèi)、外套管），可承受600℃的溫度。對(duì)于spp應(yīng)用程序，ip和lp段的蒸汽提取可以通過(guò)類(lèi)似的模塊實(shí)現(xiàn)。

KN渦輪系列由聯(lián)合HP和IP段（K-渦輪）和雙流LP段（N-渦輪）組成。它通常適用于250兆瓦和700兆瓦的功率范圍。組合不同尺寸的超視距模塊（k和n）可以在不同的布局（下、側(cè)和單側(cè)排氣）配置，以精確地滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

4 結(jié)論

綜上所述，組合的HP/IP模塊，稱(chēng)為K型渦輪，是一個(gè)緊湊的，雙殼設(shè)計(jì)水平分裂的內(nèi)外殼。鑄內(nèi)套管通過(guò)支架在鑄造外套管內(nèi)居中，這種設(shè)計(jì)最小化了轉(zhuǎn)子和套管之間的差異擴(kuò)展，以防止渦輪對(duì)準(zhǔn)中的任何變化。HP/IP渦輪機(jī)通過(guò)熱套筒經(jīng)過(guò)高壓葉片后，蒸汽被輸送到再熱器。蒸汽再進(jìn)入K型渦輪機(jī)的ip段，再次靠近機(jī)械中心，然后流向低壓渦輪機(jī)。彈簧支持軸壓蓋密封分開(kāi)兩個(gè)單流HP和IP擴(kuò)展部分。此外，耐磨涂層也可應(yīng)用于回彈 ED密封節(jié)進(jìn)一步提高密封效率。此雙缸設(shè)計(jì)大大滿(mǎn)足了高效率的需求，展現(xiàn)了高性能、高可靠性和操作靈活性。