現代雙缸汽輪機設計

李家春

摘 要：近年來，電力市場需求發生了變化。高靈活性、高效率、長修期、壽命≥20萬小時、投資少，依據電廠發展趨勢改進了設計和材料，滿足高效率的要求，一種可能的方法是亞臨界蒸汽發電廠。當溫度≥565°C，為優化蒸汽循環路徑在設計容量高達700兆瓦的雙缸汽輪機方面出現了新的挑戰。此外，臨界渦輪部件需要改進的設計和材料，為成本效益和靈活性提供了各種可能性。同時，聯合循環功能發電市場要求高性能、高可靠性和操作靈活性，以適中的價格競爭生命周期成本。對于這個功率范圍，雙缸設計也是典型的。

關鍵詞：雙缸；蒸汽；700MW

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

1 引言

過去幾年，全球電力市場在很大程度上放松了管制，為了保持競爭力，發電廠需要有自己的優勢，符合不斷變化的市場需求的產品。隨著人們對節約型電力生產的關注，當今社會最重要的要求是低成本、可靠性、可用性和操作靈活性。此外，發電廠和零部件供應商需要滿足特定的客戶和當地的現場要求。與此同時，市場需求不斷減少渦輪交付時間和價格。因此，所有汽輪機制造商的主要要求之一是標準化他們的產品以滿足成本和交貨時間的目標，同時提供高靈活性。這也有助于獲得最佳的性能水平和產品質量。

2 蒸汽參數

汽輪機的主要設計參數是功率輸出、蒸汽工況、環境溫度和電廠結構。在發電廠中，這些數量和安裝的燃氣輪機式相關。在單軸機組中，燃氣輪機和蒸汽輪機通常驅動單個發電機用于啟動和關閉操作，這種配置需要一個開關裝置來將汽輪機與軸系分開。多軸配置采用獨立的燃氣汽輪發電機和蒸汽汽輪發電機組。通常一個或兩個燃氣輪機為熱回收蒸汽發生器（HRSG）提供動力，它驅動汽輪機組。

在給定的CCPP結構中，蒸汽條件取決于燃氣輪機的功率輸出和溫度水平。因此，由于正在進行的燃氣輪機發展，蒸汽質量和流量不斷增加。典型地CCPPS的電流產生被設計用于157帕和565℃的主蒸汽條件，以及再熱溫度 565℃。然而，由于市場上有大量的燃氣輪機，蒸汽渦輪機需要能夠覆蓋廣泛的功率范圍.如果應用導管點火，這個功率范圍會大大增加。

對于亞臨界蒸汽發電廠（SPP），市場要求主蒸汽溫度高達600℃，主蒸汽壓力為177帕。此外，用于SPP的汽輪機需要具有蒸汽外溢特性條件，以及過載注入，以支持最佳蒸汽循環設計。

近年來，西門子發電集團的汽輪機部一直致力于開發兩缸設計，以涵蓋ccpp和spp up的全部應用。以700 MW的汽輪機功率輸出，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流應用范圍。對于這兩個產品系列，已經做出了特別的努力，以滿足市場的要求，性能，可用性，啟動時間和交貨時間。為了在市場上挑戰價格水平，只能通過模塊化設計概念來實現。該概念允許在設計階段具有高度的靈活性，以便提供客戶特定服務（見圖1）。

3 700MW雙缸設計

對于功率范圍從100 MW到700 MW，西門子提供了兩種優化的雙缸汽輪機設計，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生產線。平底安裝的HE汽輪機組由高壓渦輪模塊（H）和單流聯軸器組成。具有軸向排氣的中/低壓模塊（E）。

H型渦輪機是一種單流全弧進給機.。蒸汽通過一個聯合控制和截止閥進入。H型渦輪機殼采用已證實的桶型設計，但沒有外套管水平法蘭，以確保主蒸汽壓力和熱負荷力的均勻分布。此外，該設計還改進了渦輪的對稱膨脹特性。從而實現了固定葉片與運動葉片之間的小徑向間隙。

新的E型水輪機設計包括一個單流中壓段和一個單流低壓段組合在一個缸內。它被設計成一種直流機械。雙層外殼（內、外套管），可承受600℃的溫度。對于spp應用程序，ip和lp段的蒸汽提取可以通過類似的模塊實現。

KN渦輪系列由聯合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、側和單側排氣）配置，以精確地滿足客戶需求。

4 結論

綜上所述，組合的HP/IP模塊，稱為K型渦輪，是一個緊湊的，雙殼設計水平分裂的內外殼。鑄內套管通過支架在鑄造外套管內居中，這種設計最小化了轉子和套管之間的差異擴展，以防止渦輪對準中的任何變化。HP/IP渦輪機通過熱套筒經過高壓葉片后，蒸汽被輸送到再熱器。蒸汽再進入K型渦輪機的ip段，再次靠近機械中心，然后流向低壓渦輪機。彈簧支持軸壓蓋密封分開兩個單流HP和IP擴展部分。此外，耐磨涂層也可應用于回彈 ED密封節進一步提高密封效率。此雙缸設計大大滿足了高效率的需求，展現了高性能、高可靠性和操作靈活性。