1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機設計簡述

孫明哲

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

1 000 MW二次再熱超超臨界汽輪機設計簡述

孫明哲

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150046）

為適應國內火電機組向高參數發展的需求，研發31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW超超臨界汽輪機是充分必要。汽輪機結構科學的選型是保證整個機組效率及安全性的首要條件。通過對進汽參數合理的分析，保證技術的成熟可靠，最終確定超高壓、高壓、中壓、低壓模塊，并且對整個機組軸系、滑銷系統等充分考慮，保證了機組各方面的成熟可行性，并為后續更高參數機組開發提供了有效的理論支撐。

二次再熱；反動式；單支點；切向進汽；單分流

21世紀以來，世界經濟的支柱產業——能源工業的發展面臨著地球有限資源和環境污染的挑戰，能源安全、環境保護、經濟增長已成為當今世界發展公認的基本準則。開發更高效率的產品是汽輪機設備制造業不可推卸的歷史使命。

大容量、高參數是提高火電機組經濟最為有效的措施［1］。為適應當前國內電力市場技術的發展需求，哈汽開發適應滿足31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW超超臨界二次再熱汽輪機勢在必行。該機組需具有獨特的結構特點，通過科學的分析，選擇合理的結構，充分保證機組安全性，經濟性，確保產品具有較強市場競爭能力，并且為后續更高參數機組的開發提供有效的技術支撐。

1　總體介紹

1 000 MW二次再熱超超臨界機組典型熱力參數如下：

主蒸汽進汽壓力：31 MPa，主蒸汽進汽溫度：600℃.

一次再熱蒸汽進汽壓力：9.9 MPa，一次再熱蒸汽進汽溫度：620℃.

二次再熱蒸汽進汽壓力：3.2 MPa，二次再熱蒸汽進汽溫度：620℃.

主蒸汽流量約為：2 532 t/h.

一般而言，進汽參數越高，電站的熱經濟性越高，相應的制造成本也越大［2］。為保證經濟性及安全可靠性，機組采用模塊化設計理念。最終結構設計方案為：一個單流程的超高壓缸、一個單流程高壓缸、一個雙分流中壓缸和兩個相同的雙分流低壓缸組成，各汽缸串列布置。超高壓主汽調節聯合閥和高壓主汽調節聯合閥分別對稱布置在超高壓缸和高壓缸兩側，與汽缸上下半剛性連接，并采用彈性支架浮動支撐；再熱主汽調節聯合閥對稱布置在中壓缸兩側，與中壓缸剛性焊接，在中壓閥門與基礎之間采用彈簧支撐承擔閥門重量的一部分。對于汽缸設計來說，降低缸體熱應力集中與中分面螺栓的密封載荷是設計的控制指標［3］。五個汽缸均采用了內、外雙層缸結構，超高、高、中壓缸采用雙層缸結構可以改善汽缸的應力分布，提高機組對負荷變化的適應性。汽輪機各汽缸均設計為水平中分面結構，超高壓、高、中壓外缸用雙頭螺栓將汽缸上下半連接起來，并通過外缸下半伸出的貓爪支撐在軸承箱的支座上，兩個低壓缸利用外缸下半的“裙板”坐落在基礎臺板上。整個機組以多級、高效、小焓降反動式設計為主要理念，采用十級回熱系統，進汽形式采用全周進汽，機組保證較高效率和結構穩定性。

整個機組采用N+1軸承支撐形式，有效控制機組整體長度，使其控制在40 m以內。并且采用多死點滑銷系統，轉子膨脹死點設定在超高壓缸與高壓缸之間的軸承箱上，轉子以此為基點，分別向兩側膨脹。機組汽缸死點位于低壓缸I和低壓缸II中心附近及3#軸承箱底部橫向定位鍵與縱向導向鍵的交點處，每個低壓缸分別以本身的死點向電、調端自由膨脹；超高壓、高壓連同前軸承箱、2#軸承箱一起向機頭方向膨脹；中壓缸連同4#軸承箱向電機方向膨脹。最終機組結構簡圖如圖1所示。

圖1　縱剖圖

2　主要本體結構設計

（1）超高壓模塊

超高壓模塊進汽參數為31 MPa、600℃，進汽量為2 532 t/h.相對百萬一次再熱28 MPa、600℃在壓力上有了提升，進汽量基本相當。為了保證31 MPa超高壓的有效密封，選擇合理的結構形式是保證安全可靠的必要手段。通過分析采用紅套環結構密封是最為合理的，因為其相對螺栓密封受力接觸面積放大很多，材料強度更易滿足，并且此種技術在阿爾斯通及ABB汽輪機中得到廣泛應用，效果非常明顯。超高壓模塊解決密封后，便在保證高效上進行結構匹配，以百萬一次再熱高壓模塊為模型，單分流反動式設計，保證同流效率；2×180°切向蝸殼全周進汽，配備第1級橫置靜葉，提高整體氣動性能；超高壓缸模塊充分滿足了參數提高的要求，并且具有較高效率。

（2）高壓模塊

高壓模塊再熱蒸汽達到620℃，壓力接近10 MPa，高壓模塊為二次再熱機組與其他機組最為不同之處。目前一次再熱高效汽輪機，再熱蒸汽溫度為620℃，但壓力均在5 MPa左右。二次再熱機組一次再熱（高壓）壓力提高至10 MPa，蒸汽比容較小，如果采用雙分流葉片高度相對較低，單只葉片效率較低，單分流相對比雙分流效率相當，并且可以有效縮短跨距。所以選擇了與超高壓模塊基本相同結構，此種結構具有較高的效率，并且密封由于采用紅套環結構，所有因蒸汽壓力參數的提高，帶來的密封問題解決較為簡單，結構設計時僅需考慮材料溫度的匹配和壁厚強度的考核。通過材料對比分析，內缸、轉子選用了適應620℃以上的新12%Cr鋼（對比分析見圖2），可以完全滿足以上參數。高壓模塊同樣具有著高效性和可靠性，對整個機組的可行性提供了充分的保障。

圖2　材料對比圖

（3）中壓模塊

由于二次再熱機組二次再熱（中壓）參數與一次再熱機組中壓參數對比溫度相同，壓力降低，所以一次再熱中壓模塊完全可以滿足二次再熱中壓模塊的需求，僅需對同流熱力參數匹配即可。經濟性、安全可靠性上均可以充分保障。

（4）低壓模塊

二次再熱低壓模塊主要需考慮低壓轉子向電機端傳導膨脹量較大情況，合理的動靜間隙，將保證機組的安全穩定運行及較高的效率。整個低壓模塊設計采用了單獨落地思想，基本結構與一次再熱機組低壓模塊相同，可保證模塊的合理性和穩定性。

3　結束語

百萬二次再熱設計主要在整機與進汽參數的合理匹配，保證機組的高效、安全性。其設計難度在于需從壓力、溫度、流量、軸系等多方面考慮，選擇合理的模塊。最終通過科學的分析，選擇合理的模塊，充分考慮溫度、強度、軸系、支撐、滑動等多方面因素，設計完成了滿足 31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW二次再熱機組。并且為后續35 MPa/615℃/630℃/630℃的1 000 MW等級機組的研制打下堅實的技術支撐。

［1］黃甌，陽虹，彭澤英.我國超超臨界汽輪機的發展方向［J］.熱力透平，2004，（1）:1-7.

［2］中國動力工程學會主編.火力發電設備手冊.第二卷.汽輪機［M］.北京：機械工業出版社，1998：12.

［3］蔣浦寧.超超臨界汽輪機高溫部件的結構設計［J］.熱力透平，2008，（1）：16-21.

1000 MW Reheat Two Ultra-Supercritical Steam Turbine Design Brief

SUN Ming-zhe
（Harbin Turbine Company Limited，Heilongjiang Harbin 150046，China）

In order to meet the needs of domestic thermal power units to develop to high parameter，the research and development of/620℃/620℃ 31 Mpa/600℃ 1000MW ultra supercritical steam turbine is necessary and sufficient.The type selection of turbine structure is the first condition to ensure the efficiency and safety of the whole unit.Through the steam parameters and reasonable analysis，to ensure that the technology is mature and reliable，and ultimately determine the ultra high-voltage，high-voltage，medium voltage and low voltage module，and the entire unit shaft，a sliding pin system fully considered，ensure the unit the mature feasibility，and for the following high parameter unit development provides effective theoretical support

secondary reheat；the reactionary type；single fulcrum；tangential inlet steam；a single tap

TK262

A

1672-545X（2016）07-0093-02

2016-04-05

孫明哲（1986-），男，黑龍江尚志人，本科，工程師，研究方向為汽輪機本體結構。