简析1000 MW 超临界汽轮机特点及调试技术

简析1000 MW 超临界汽轮机特点及调试技术

作者：齐晔 刘海军

来源：《科学与财富》2013年第01期

摘要：论述上汽 1000 MW 超超临界汽轮机设计特点及运行情况，对热力系统、高温材料、高温部件冷却、通流技术、末级叶片、汽缸、阀门和轴系结构等进行详细介绍，并对机组启动调试进行阐述，充分肯定了机组的先进性和可靠性。 关键词：超超临界 1000 MW 汽轮机 设计特点 运行调试技术

大容量、高参数是提高火电机组经济性最为有效的措施，同时基于世界一次能源资源状况中煤的储量远远超过石油和天然气，环境保护对减少排放污染（ 特别是 CO2、NOx） 的要求，以超超临界机组为代表的高效洁净煤发电技术已成为今后世界电力工业的主要发展方向之一。

1. 汽轮机的设计特点 1.1 独特的圆筒型高压外缸

高压缸由厂家整体发运。高压缸采用双层缸设计，其双层缸由静叶持环组成的内缸和筒形外缸组成，高压缸内不设隔板，反动式的静叶栅直接装在内缸上。外缸为筒形设计，分为进汽缸和排汽缸，其中分面大约在高压缸中部。内缸为垂直纵向平分面结构。采用这种设计，可以减小缸体重量，提供良好的热工况。另外，由于缸体为旋转对称，因而避免了不利的材料集中，各部分温度可保持一致，使得机组在启动停机或快速变负荷时缸体的温度梯度很小，热应力保持在一个很低的水平。 1.2 独特的补汽调节阀技术

上汽 1000MW 汽轮机采用了补汽技术。补汽阀相当于主汽门后的第三个高负荷调节阀，在主调节门开足的情况下，由该阀向机组供汽。通过该阀的流量约为最大进汽量的 8%。补汽阀布置在汽缸下部，补汽进入高压缸第五级后。补汽阀的主要功能有： （ 1） 当汽轮机的最大进汽量与 THA 工况流量之比较大时，可采用补汽技术，超出额定流量的部分由外置的补汽调节阀提供； 此时主调节阀在额定流量下可设计成全开，从而提高额定负荷以下所有工况的效率，机组热耗可至少下降 40kJ/kW？h。（ 2） 根据等焓节流原理，蒸汽进入第五级处的温度将降低约 30℃，通过保持一定的漏汽还可起到冷却高压汽缸作用，有利于提高高温部件的可靠性。（ 3） 补汽阀还具有提高变负荷速率的功能，有利于提高大电网的稳定性。

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1.3 世界上最大尺寸的低压末级叶片

该 1146mm 叶片，末端叶片采用抗腐蚀性能好的 17 - 4PH 材料。末级静叶采取空心叶片结构，有抽出水分的除湿装置。末级动叶片采用新型的激光表面硬化技术，这是上汽公司的一项特有技术。叶片的进汽边硬化层能完全穿透，表面硬度可超过 500HV，在表面形成压应力不但不会降低（ 一般下降 20% -50%） ，反而有利于提高材料的抗疲劳强度和抗应力腐蚀能力。

1.4 润滑油 / 顶轴油系统

润滑油供油系统由主油箱、油泵、阀门和连接管路组成，为所有用油部件提供所需的压力油。汽轮机的进口油温由安装在冷油器出口管路上的油温控制阀来保证，该油温控制阀是一个三向阀，可以控制冷油器的旁路流量。顶轴油泵布置于油箱上部，保证可靠地运行并防止漏油。系统配置 2 ×100% 电动主油泵、1 ×100% 危急油泵和 2 ×100% 顶轴油泵，使系统具有更佳的油泵入口吸入条件（ 不需要注油器或油涡轮） 、较少的管道布置、维护更加方便等优点。

1.5 液压马达盘车装置

上汽 1000MW 汽轮机盘车装置主要由液力调速马达、起速离合器、中间轴和必要的轴承及紧固件组成。液压马达直接由顶轴油驱动，即当顶轴油系统投入时，盘车投入，在液压马达的给油管上装有可调节流阀，用以改变速度。做抬轴试验时，通过关闭节流阀，可以将轴盘车系统从顶轴系统中隔离出来。为了防止轴承在汽轮机正常运行期间发生静止腐蚀，向液力马达输送少量润滑油，使马达缓慢转动。除了液压盘车装置外，还配备有手动盘车装置，使组合轴系统可以手动旋转。手动盘车装置布置在汽轮机低压缸前轴承座中。 1.6 独特的控制油系统

上汽 1000MW 汽轮机控制油系统具有以下特点：

（ 1） 冷油器采用空冷，保证了冷却效果，节约了水资源，还防止水进入油的可能。 （ 2） 不设机械超速，而采用两套电子超速装置，无隔膜阀，简化了系统，使超速保护更加可靠；另外，还节约了电厂运行成本。采用机械超速，在超速试验时不但要消耗大量的燃料，而且试验对汽轮机转子的寿命还有影响。

（ 3） 不采用停机电磁阀和超速保护电磁阀，无安全油和 OPC 油设计，每只油动机设 2 只冗余的快关电磁阀。系统结构简单，调试维护方便，部套间不存在相互影响的问题。 （ 4） 油箱和油动机之间的管道连接不采用总管形式，而是每组阀门用单独的压力油管和回油管，避免了油动机之间的相互影响。

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（ 5） 行程反馈采用内置式的磁滞式位移传感器，信号更加稳定、可靠。安装在油动机活塞杆内，减少了设备的机械磨损，避免了常规的 LVDT由于安装不同心将线圈磨坏的情况。 2.调试关键技术 2.1 高低加调试关键点

调试高加时，如只有 1 条高压给水管线在运行，即由于某种故障，流经 3 台高加（ A 列或 B 列） 的高压给水量须减小到 75% 额定负荷下。因为在较大的高压给水量情况下，系统即使只运行很短的时间，也会导致管子和壳体内部结构件发生损坏。 2.2 轴承座的真空度

为防止轴封处泄漏油蒸汽，轴承座中的真空度应当调整至 -25 ～ -40 mm 水柱。主润滑油箱也要调整到合适的真空度。由于润滑油回油管会出现额外的吸力，即使每个轴承座的节流阀关闭，仍会产生过高的真空度。如有必要，改变节流阀的位置。任何节流阀挡板位置发生变化后，轴承座真空度就会改变。运行期间节流阀挡板位置发生改变之后，在进行盘车操作时必须重新检查压力。

2.3 汽轮机启动过程中的温度制约与实践

上汽 1 000 MW 汽轮机设计的快速启动方式受温度准则和温度限制的制约，特殊情况下前者的快速性与后者的不易实现存在矛盾。温度准则和温度限制不易满足的原因很多，其中主蒸汽温度对此影响最大。启动初期主蒸汽温度控制困难，汽温波动直接影响到主汽门与调节汽门的内外壁温差，经常造成主汽门和调节汽门的温度裕量不满足要求而使启动受阻，不能发挥快速启动的作用。超临界直流炉的运行特点与高负荷时汽轮机跳闸后，因电泵出口压力较低而被迫降低主蒸汽压力所带来的主蒸汽温度下降是该机组在极热态启动时较难克服的障碍。为此，通过分析每个准则的实际意义和偏差要求，在机组整套启动过程中，提前加强运行参数调整，使汽温保持匀速缓慢的变化，缩短启动时间。 3.结论

我国在超临界和超超临界机组的设计和制造方面，尚在起步阶段起步，要发展超临界燃煤发电技术需要有针对性地解决一些汽轮机的关键技术。国外在发展超临界和超超临界发电技术方面已经走过了近半个世纪的历程，积累了很多成功和失败的经验，我们应研究、分析、对比国外主要汽轮机技术特点，学习并借鉴国外超临界及超超临界技术的发展经验，对于发展我国的超临界及超超临界发电技术无疑具有重要的参考意义。在新一轮的电力发展中，我国应具有一定的前景性，优先发展超超临界火电机组，同时加紧各方面技术的国产化研究，使我们这样一个煤炭资源大国能在电力、环保及国民经济等方面协调快速发展。 参考文献

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[1]1000MW 超超临界中间再热凝汽式蒸汽轮机说明书[Z]. 上海汽轮机厂内部文件.2008. 10. [2] 江哲生，董卫国，毛国光.国产1000MW超超临界机组技术综述.电力建设.2007.8 作者简介：齐晔（1973—），男 ，河北保定人，硕士，工程师，从事电厂生产技术管理工作。