超超臨界1 000 MW汽輪機(jī)供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

黃建強(qiáng)+尹明艷+陳曉明

摘 要：以某供熱工程為依托，對公司首臺超超臨界1 000 MW供熱機(jī)組供熱系統(tǒng)的本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單介紹、分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；供熱系統(tǒng)；供熱蝶閥；供熱管道

中圖分類號：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.137

隨著電力市場長期以來的蓬勃發(fā)展，市場對汽輪機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)保要求上都提出了更高的要求。在此背景下，高參數(shù)、低煤耗、低排放、成熟可靠的超超臨界1 000 MW機(jī)組登上了歷史舞臺。

隨著環(huán)境保護(hù)工作的深入開展，取消分散小鍋爐，實(shí)行集中供熱項(xiàng)目的推進(jìn)實(shí)施，熱用戶及工業(yè)用汽用戶的不斷增多，越來越多的電廠用戶對汽輪機(jī)組的抽汽量提出了更高的要求。因此，在代表目前汽輪機(jī)先進(jìn)技術(shù)的超超臨界1 000 MW機(jī)組上增設(shè)供熱抽汽系統(tǒng)，以滿足業(yè)主發(fā)電和供熱的雙重任務(wù)，成為目前我們工作的一個(gè)重點(diǎn)和方向。

1 1 000 MW機(jī)組供熱系統(tǒng)設(shè)置

東方超超臨界1 000 MW汽輪機(jī)為超超臨界一次中間再熱單軸四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)，從機(jī)頭到機(jī)尾依次串聯(lián)一個(gè)單流高壓缸、一個(gè)雙流中壓缸及兩個(gè)雙流低壓缸。高壓缸呈反向布置（頭對中壓缸），由一個(gè)雙流調(diào)節(jié)級和8個(gè)壓力級組成。中壓缸共有2×6個(gè)壓力級。兩個(gè)低壓缸壓力級總數(shù)為2×2×6級。濕冷機(jī)組末葉為1 092.2，機(jī)組按中壓缸啟動設(shè)計(jì)。

該工程為福建鴻山石獅熱電廠二期擴(kuò)建工程，為保證一期工程停機(jī)時(shí)保證供熱量，該機(jī)組在發(fā)電的同時(shí)需滿足抽汽600～900 t/h，抽汽壓力為1 MPa。該機(jī)組主要技術(shù)規(guī)范如下：

機(jī)組型號：C1000/821.6-26.25//1.0/600/600；

額定功率：1 000 MW；

主蒸汽壓力：26.25 MPa；

主蒸汽溫度：600 ℃；

再熱蒸汽壓力：4.0 MPa；

再熱蒸汽溫度：600 ℃。

根據(jù)本機(jī)組的熱力參數(shù)及業(yè)主供熱參數(shù)要求，將供熱抽汽口設(shè)置在中壓排汽處，同時(shí)為使抽汽壓力可調(diào)，選用供熱蝶閥進(jìn)行壓力調(diào)整。該方案比常規(guī)采用旋轉(zhuǎn)隔板以及座缸閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的節(jié)流損失更小。

本機(jī)組與300 MW、600 MW供熱機(jī)組的不同之處在于：①供熱量大。300 MW、600 MW機(jī)組供熱量大多在100～400 t/h之間，本機(jī)組正常供熱要求600 t/h，最大能滿足900 t/h要求，供熱參數(shù)要求為1.0 MPa。②1 000 MW機(jī)組中壓采用對稱雙分

流中壓缸，中排兩排汽口結(jié)構(gòu)比300 MW、600 MW機(jī)組單流單排汽口中壓缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很大差別，難度也較大。

常規(guī)300 MW、600 MW汽輪機(jī)組中壓缸為單流結(jié)構(gòu)，采用中排供熱時(shí)只需在中排處設(shè)置供熱蝶閥，中壓缸排汽處下半設(shè)置供熱管道即可。供熱蝶閥及供熱管道布置如圖1所示。

超超1 000 MW機(jī)組中壓缸采用對稱雙流結(jié)構(gòu)，不同于600 MW及以下等級機(jī)組的中壓缸單流結(jié)構(gòu)，則需要重新考慮供熱蝶閥及供熱管道的布置問題。

1.1 供熱蝶閥的布置

由于供熱抽汽在中壓排汽處，因而供熱蝶閥的選取和布置有三個(gè)方案。

1.1.1 方案一

方案一：選用1個(gè)與連通管主管口徑一致的蝶閥，串聯(lián)在連通管主管。

優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)閥門操作控制簡單，串聯(lián)在連通管上，不影響閥前兩個(gè)排汽口的流動狀態(tài)及閥后兩個(gè)低壓缸進(jìn)口處的流動狀態(tài)。

缺點(diǎn)：由于閥門口徑大、質(zhì)量大、安裝位置高，所以安裝維修困難，需專門的閥門支架，且支架無布置空間。如圖2所示。

1.1.2 方案二

方案二：選用2個(gè)與低壓缸進(jìn)汽口口徑一致的蝶閥，布置于低壓缸進(jìn)汽口處。

優(yōu)點(diǎn)：不影響兩個(gè)排汽口的蒸汽流動情況，連通管高度增加較小。

缺點(diǎn)：由于低壓缸為裝焊件，且跨距大，造成低壓缸剛性較差。如果將蝶閥布置在低壓缸上，則需要對低壓缸進(jìn)行加強(qiáng)。如圖3所示。

1.1.3 方案三

方案三：選用2個(gè)與中壓排汽口徑一致的蝶閥，布置于中壓前后排汽口處。

優(yōu)點(diǎn)：中壓缸強(qiáng)度和剛度較好，能滿足蝶閥布置需要。

缺點(diǎn)：連通管高度上升，造成機(jī)組整體高度增加。

經(jīng)過綜合考慮，我們決定采用方案三，即選用2個(gè)與中壓排汽口徑一致的蝶閥，布置在中壓前后排汽口處。如圖4所示。

1.2 抽汽管道布置

由于1 000 MW超超臨界機(jī)組中壓采用對稱雙流布置，為了避免產(chǎn)生額外的軸向和橫向推力，同時(shí)由于抽汽量大，我們在中壓缸排汽下半進(jìn)汽中心前后對稱、軸向左右對稱處設(shè)置了4-φ730×20的供熱管道。

同時(shí)，為了避免一端閥門突然關(guān)閉造成額外的過大推力，我們在中壓缸下半設(shè)置了2根壓力平衡管，將中壓缸前后抽汽管連接，連接后再合成2-φ1020管道供電廠供熱管道。由于中排還要抽工業(yè)用汽，造成左右供熱量不同，在兩根壓力平衡管上設(shè)置一根流量平衡管來平衡流量。

2 機(jī)組安全性分析

由于供熱系統(tǒng)給機(jī)組汽缸增加了額外的負(fù)荷，且供熱時(shí)的變工況會造成中壓末級壓差增大，所以對中壓末幾級隔板、導(dǎo)葉強(qiáng)度提出了更高的要求，需對機(jī)組進(jìn)行強(qiáng)度分析。另外，由于增設(shè)供熱系統(tǒng)增加了額外的供熱管道和如圖4中所示的壓力平衡管、流量平衡管等，因此增加了機(jī)組的容積，考慮閥門突然關(guān)閉的情況，需要考慮機(jī)組“飛升轉(zhuǎn)速”的問題。

2.1 強(qiáng)度分析

2.1.1 汽缸強(qiáng)度分析

由于在中排上半增加了兩個(gè)供熱蝶閥，以及中排下半增加了供熱管道、壓力平衡管和流量平衡管，給中壓缸增加了超過10 t的額外負(fù)荷。為此，對中壓缸進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析，并根據(jù)分析結(jié)果對中壓外缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1.2 隔板、導(dǎo)葉強(qiáng)度分析

抽汽系統(tǒng)的增加造成了中壓末幾級變工況的增加。抽汽時(shí)，中壓末幾級相對常規(guī)1 000 MW機(jī)組壓差增大。經(jīng)過計(jì)算，常規(guī)機(jī)組中壓末級隔板動、靜葉強(qiáng)度不能滿足要求，需對該處進(jìn)行加強(qiáng)。經(jīng)過重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，對中壓末級動葉進(jìn)行了加寬處理，同時(shí)增加末級靜葉只數(shù)，使末級動、靜葉強(qiáng)度滿足要求。

2.2 對機(jī)組超速的影響

由于供熱系統(tǒng)的設(shè)置，新增的供熱系統(tǒng)中增加了供熱管道，而壓力平衡和流量平衡增加的壓力平衡管和流量平衡管增大了機(jī)組的容積（超過10 m3）。機(jī)組在突然甩負(fù)荷時(shí)，這些容積將返回汽缸內(nèi)做功，造成機(jī)組轉(zhuǎn)速飛升。經(jīng)過分析計(jì)算，為滿足機(jī)組安全運(yùn)行，在流量平衡管上增設(shè)BDV閥（如圖4所示），在壓力升高時(shí)通過BDV閥排汽，以對機(jī)組進(jìn)行超速保護(hù)。

3 結(jié)束語

在開發(fā)東汽超超臨界1 000 MW供熱抽汽汽輪機(jī)時(shí)，采用了大量的先進(jìn)技術(shù)，參照了以往機(jī)組的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，成功設(shè)計(jì)出超超臨界1 000 MW供熱抽汽汽輪機(jī)。經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)都達(dá)先進(jìn)水平，能同時(shí)滿足機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性以及對供熱抽汽的需要，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]陶鼎文.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊（第二卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

〔編輯：王霞〕