熱電聯(lián)供聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

劉緒芳，唐禮

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000)

熱電聯(lián)供聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

劉緒芳，唐禮

(東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000)

文章介紹了熱電聯(lián)供聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)的基本特征、設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)行特點(diǎn)。

熱電聯(lián)供，聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)，技術(shù)特點(diǎn)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，清潔、高效、環(huán)境友好型發(fā)電設(shè)備日益受到市場(chǎng)的青睞，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備在環(huán)保、熱效率、調(diào)峰性能方面都優(yōu)于燃煤發(fā)電設(shè)備，而在熱能需求大的地區(qū)，具備熱電聯(lián)供能力的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組更是用戶的首選。本文介紹了某300 MW等級(jí)的熱電聯(lián)供聯(lián)合循環(huán)蒸汽輪機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)。

1 主要技術(shù)指標(biāo)

該蒸汽輪機(jī)組為300 MW等級(jí)高壓中間再熱、三壓、雙缸雙排汽、單軸、抽凝背式蒸汽輪機(jī)組。機(jī)組由兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)帶的余熱鍋爐提供蒸汽，分為高、中、低壓三檔進(jìn)汽。

本機(jī)組主蒸汽溫度為538℃，再熱蒸汽溫度為566℃，背壓運(yùn)行時(shí)額定供熱量為661 MWt（抽汽量：779.6 t/h、抽汽壓力：0.645 MPa（a）、抽汽溫度：313℃）。

2 機(jī)組的布置方式

汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的布置為：發(fā)電機(jī)—高、中壓模塊—SSS離合器—低壓模塊—盤車裝置。如圖1所示。

圖1 機(jī)組布置圖

3 汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 通流部分

本機(jī)組共有38級(jí)壓力級(jí)，無調(diào)節(jié)級(jí)，高、中壓和低壓的流道形狀均設(shè)計(jì)為葉片根徑逐漸降低、葉片中徑逐漸增加的錐筒型，低壓采用雙分流結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目使用40.5″末級(jí)葉片。

3.2 高效率反動(dòng)式葉片

高壓級(jí)、中壓級(jí)、低壓級(jí)全部采用 “全三維”高效率ISB（整體圍帶式）反動(dòng)式葉片，并采用彎扭葉片大大減少了級(jí)損失 （見圖2），動(dòng)葉全部采用“樅樹型”葉根，靜葉片直接裝配于各個(gè)持環(huán)內(nèi)。

圖2“全三維”高效ISB（整體圍帶式）反動(dòng)式葉片

3.3 汽缸

本機(jī)組高、中壓為合缸結(jié)構(gòu)。高、中壓外缸汽缸采用近似圓筒形的薄壁結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了汽缸的結(jié)構(gòu)形狀與支持結(jié)構(gòu)，使其在熱負(fù)荷瞬態(tài)變化時(shí)能均勻而自由地伸縮，減小了汽缸可能出現(xiàn)的變形，滿足了機(jī)組快速啟停的要求。相對(duì)于常規(guī)機(jī)組高、中壓缸結(jié)構(gòu)，本機(jī)組有以下幾方面不同：

在洛陽(yáng)城里，從朝陽(yáng)到夕陽(yáng)，平時(shí)溫暖的風(fēng)，漸漸有了寒意，平時(shí)那些充滿活力的翠綠葉子，也變成了經(jīng)歷人間滄桑的枯黃葉子，以往繁華熱鬧的街道也變得冷清了，洛陽(yáng)城里一切都變了。

（1）在高、中壓外缸上、下半均設(shè)計(jì)有3根平衡管（見圖3）來平衡軸向推力，減少正常運(yùn)行條件下推力軸承的負(fù)載。

圖3 平衡管布置

（2）在高、中壓部分設(shè)計(jì)了多種冷卻結(jié)構(gòu)，包括：

（a）在中壓進(jìn)汽處設(shè)計(jì)了法蘭冷卻結(jié)構(gòu)（見圖4）。通過引入溫度相對(duì)較低的蒸汽對(duì)高、中壓缸中壓進(jìn)汽部分進(jìn)行冷卻，減小了此處法蘭與螺栓之間的溫差，以減少螺栓與法蘭因脹差而產(chǎn)生的附加應(yīng)力；

圖4 法蘭冷卻

（b）在高、中壓外缸與高壓內(nèi)缸之間，引入高壓7級(jí)后的蒸汽，對(duì)高壓進(jìn)汽夾層進(jìn)行冷卻，減少高、中壓外缸內(nèi)、外壁溫差，減小了高、中壓外缸高壓進(jìn)汽部分的熱應(yīng)力；

（c）中壓進(jìn)汽部分設(shè)計(jì)了進(jìn)汽室（隔熱罩）結(jié)構(gòu)，使高溫再熱蒸汽直接進(jìn)入中壓通流，減小了高、中壓外缸中壓進(jìn)汽部分的內(nèi)、外壁金屬溫差，減小了高、中壓外缸中壓進(jìn)汽部分的熱應(yīng)力。

低壓缸部分為三層缸結(jié)構(gòu)，前后對(duì)稱布置。低壓內(nèi)缸及低壓軸承箱采用落地結(jié)構(gòu)，直接支撐在汽輪機(jī)基礎(chǔ)上，避免了機(jī)組排汽壓力變化對(duì)低壓轉(zhuǎn)子標(biāo)高及低壓通流間隙的影響。

3.4 閥門及其布置

本機(jī)組設(shè)計(jì)有2套高壓主汽調(diào)節(jié)閥、2套中壓主汽調(diào)節(jié)閥、1套低壓主汽調(diào)節(jié)閥，在連通管上抽汽口后設(shè)計(jì)有主抽汽快關(guān)閥（MESV）和主抽汽調(diào)節(jié)閥（MECV），抽汽管道上設(shè)計(jì)有供熱蝶閥（ELCV）。高壓主汽閥、高壓調(diào)節(jié)閥、中壓調(diào)節(jié)閥均為常規(guī)提升式結(jié)構(gòu)閥門；中壓主汽閥為擺動(dòng)止回閥結(jié)構(gòu)閥門；低壓主汽調(diào)節(jié)閥、主抽汽快關(guān)閥、主抽汽調(diào)節(jié)閥及供熱碟閥均為蝶閥結(jié)構(gòu)閥門。高壓調(diào)節(jié)閥的閥桿及中壓調(diào)節(jié)閥的閥座上設(shè)計(jì)有平衡孔，以減少閥門開啟時(shí)的提升力。閥門結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 閥門結(jié)構(gòu)

圖6 閥門布置

3.5 軸系布置與軸承

汽輪機(jī)軸系布置見圖1，與常規(guī)機(jī)組相比，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子布置在高、中壓轉(zhuǎn)子前端，并在中、低壓轉(zhuǎn)子間布置了SSS離合器 （SSS離合器可以吸收其兩端轉(zhuǎn)子的相對(duì)脹差），這樣可以使機(jī)組在運(yùn)行過程中無擾地進(jìn)行冷凝、抽汽與背壓運(yùn)行模式的切換，增加了機(jī)組運(yùn)行的靈活性，也提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

本機(jī)組共有7個(gè)支持軸承 （發(fā)電機(jī)2個(gè)，汽機(jī)5個(gè)）和2個(gè)推力軸承 （高壓前與低壓后各一個(gè)）。汽輪機(jī)的5個(gè)支持軸承為四瓦塊的自對(duì)中式可傾瓦軸承，由于軸承的特殊設(shè)計(jì)，故本機(jī)組不需要設(shè)計(jì)頂軸系統(tǒng)，支持軸承見圖 7。推力軸承（見圖8）為自對(duì)中式軸承，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及高、中壓轉(zhuǎn)子以高壓前的推力軸承為死點(diǎn)膨脹，低壓轉(zhuǎn)子以低壓后的推力軸承為死點(diǎn)膨脹。

圖7 支持軸承

圖8 推力軸承

本機(jī)組可以供冷凝/抽凝運(yùn)行模式時(shí)不停機(jī)切換至背壓運(yùn)行模式，此時(shí)低壓轉(zhuǎn)子與高、中壓轉(zhuǎn)子在SSS離合器處脫開，低壓轉(zhuǎn)子最終以200～300 r/min的轉(zhuǎn)速隨高、中壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，低壓轉(zhuǎn)子以低壓后的推力軸承為定位死點(diǎn)，低壓轉(zhuǎn)子兩端的支持軸承也可以在此轉(zhuǎn)速下正常工作。

3.6 滑銷系統(tǒng)

汽輪機(jī)的絕對(duì)死點(diǎn)分別位于中、低壓軸承箱處、低壓外缸兩側(cè) （低壓進(jìn)汽中心線附近）和低壓后軸承箱處，如圖9所示。高、中壓缸及前軸承箱以中、低壓軸承箱處的死點(diǎn)為基點(diǎn)沿軸向膨脹，低壓外缸以低壓外缸兩側(cè)的死點(diǎn)為基點(diǎn)沿軸向膨脹。

圖9 滑銷系統(tǒng)布置圖

高、中壓缸通過前軸承箱及中、低壓軸承箱支撐在汽輪機(jī)基礎(chǔ)上，低壓外缸直接支撐在汽輪機(jī)基礎(chǔ)上，低壓內(nèi)缸通過低壓外缸直接支撐在汽輪機(jī)基礎(chǔ)上，這些部件通過各自的定位鍵進(jìn)行限位，保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)的相互對(duì)中并能自由熱膨脹。

3.7 自動(dòng)調(diào)整間隙式汽封（ACC汽封圈）

ACC汽封圈是一種利用彈簧力與汽封圈內(nèi)、外部壓差共同作用的汽封結(jié)構(gòu)。其工作原理（見圖10）是：（1）汽輪機(jī)啟動(dòng)/停止過程中，汽封圈內(nèi)/外側(cè)壓差小于汽封圈彈簧力時(shí)，汽封圈向外張開，汽封齒與轉(zhuǎn)子之間間隙較大，避免動(dòng)、靜部件的碰磨；（2）汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，汽封圈內(nèi)/外側(cè)壓差大于汽封圈彈簧力時(shí)，汽封圈向內(nèi)收縮，汽封齒與轉(zhuǎn)子之間間隙變小，減小機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的汽封漏汽。

圖10 ACC汽封圈工作原理

4 與燃煤機(jī)組相比的優(yōu)點(diǎn)

（1）在汽缸上設(shè)計(jì)多種冷卻結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了汽缸壁厚的設(shè)計(jì)，有利于機(jī)組的快速啟停和調(diào)峰能力；

（2）采用三壓進(jìn)汽，更充分地利用了燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱，增大了機(jī)組的發(fā)電量和供熱量，提高了機(jī)組效率；

（3）更加可靠的軸承設(shè)計(jì)，無需設(shè)計(jì)頂軸系統(tǒng)；

（4）轉(zhuǎn)子之間增設(shè)SSS離合器，為熱網(wǎng)提供了更大的供熱量，并減少了汽輪機(jī)低壓通流冷卻浪費(fèi)的流量。

5 結(jié)束語(yǔ)

本機(jī)組與配套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合運(yùn)行后，設(shè)計(jì)工況下總熱耗率試驗(yàn)值均優(yōu)于設(shè)計(jì)值 （設(shè)計(jì)工況下，汽輪機(jī)在冷凝工況、機(jī)組聯(lián)合循環(huán)時(shí)的試驗(yàn)熱耗率為6 107.8 kJ/kW·h（效率58.94%）），經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于同等級(jí)300 MW燃煤機(jī)組。

本機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱耗率低、供熱功率大、啟停靈活、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)便并具有良好的抽/凝/背運(yùn)行模式無擾切換能力，具備良好的調(diào)峰性能和較大的供熱能力，可與燃?xì)廨啓C(jī)配套或單獨(dú)運(yùn)行。

Technical Characteristic of Cogeneration Combined Cycle Steam Turbine

Liu Xufang，Tang Li

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

This article introduces the basic characteristic,design technology and operation characteristic for cogeneration combined cycle steam turbine.

cogeneration，combined cycle steam turbine，technical characteristic

TK262

A

1674-9987（2017）01-023-04

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.01.005

劉緒芳 （1978-），女，工學(xué)學(xué)士，工程師，2001年畢業(yè)于四川西華大學(xué)水利水電動(dòng)力工程專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪機(jī)主機(jī)設(shè)計(jì)工作。