汽轮机绪论.

电厂汽轮机原理2019年12月23日星期一马晓茜[e-mail]87110232吴婕[e-mail]13560429002能源洁净利用20092一、汽轮机绪论能源洁净利用20093法国CHOOZ的世界第一大核电厂的HP/IP转子(1560MW)能源洁净利用汽轮机车间图能源洁净利用比利时一汽机改造项目的优化流动低压转子能源洁净利用美国阿拉巴马州680MW冲动式机组高压缸能源洁净利用20097汽轮机是将蒸汽的能量转换为机械功的旋转式动力机械，是蒸汽动力装置的主要设备之一。又称蒸汽透平（steamturbine），透平是英文turbine的音译﹐源於拉丁文turbo一词，意为旋转物体。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。世界电量的80%以上是由汽轮机作为原动机生产的（火电和核电），因此，汽轮机在国民经济中占有重要的地位。汽轮机设备是火电厂的三大主要设备之一。能源洁净利用20098锅炉发电机蒸汽化学能(燃料)热能机械能电能汽轮机设备是火电厂的三大主要设备之一能源洁净利用200991.高温高压蒸汽流经静叶栅膨胀，形成高速汽流•蒸汽热能转化成蒸汽动能2.高速汽流经过动叶栅，冲转汽轮机转子•蒸汽动能转化为转子机械能汽轮机基本工作原理能源洁净利用200910速度级反动式工作原理冲动式蒸汽主要在各级喷嘴(或静叶)中膨胀汽轮机的分类和型号(CategoryandType)蒸汽在静叶和动叶中都膨胀的反动式汽轮机和蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能在几列动叶上加以利用的速度级汽轮机。20世纪初，美国的C.G.柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机。每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。现在速度级只用于小型汽轮机以驱动泵、鼓风机等，也常用作中小型多级汽轮机的第一级。蒸汽在静叶和动叶中都膨胀。能源洁净利用200911凝汽式背压式抽汽式汽轮机多压式按热力特性分类轮机排出的蒸汽流入凝汽器，排汽压力低于大气压力。具有良好的热力性能，最为常用的一种汽轮机。排汽压力大于大气压力的汽轮机;排汽压力高，通流部分的级数少，结构简单，同时不需要庞大的凝汽器和冷却水系统，机组轻小，造价低。从中间级抽出蒸汽（供热）的汽轮机饱和蒸汽轮机以5～7MPa的饱和状态的蒸汽作为新蒸汽。由于压力、温度都较低，单位质量的蒸汽在汽轮机内膨胀作功时发出的可用热量（焓降）约少一半，即单位功率所需的新汽质量流量约大1倍。又因进汽压力低，容积流量约大3～4倍。因此在较大功率的饱和蒸汽轮机中，高压缸也常与低压缸一样采用分流结构。除直接利用锅炉产生的蒸汽外，在不同压力段还分别引入生产流程中的余汽共同作功。汽轮机的分类和型号(CategoryandType)能源洁净利用200912用途供暖电站工业船用核电厂、电热、太阳能动力装置中用饱和蒸汽轮机工业汽轮机因使用领域不同，它的工作条件和运行方式也各有特点。蒸汽参数、功率和转速等主要技术规范高低、大小不一，结构类型较多。当背压式汽轮机排汽用于供热时，热能可得到充分利用，但这时汽轮机的功率与供热所需蒸汽量直接相关，因此不可能同时满足热负荷和电（或动力）负荷变动的需要，这是背压式汽轮机用于供热时的局限性。单机功率和效率比蒸汽机高，同时运行平稳﹐工作可靠﹐维护方便。然而与船用柴油机和燃气轮机相比﹐它需要锅炉﹑凝汽器和管路等﹐设备较复杂﹔后动过程较长﹐操纵性较差。工业和居民用电都要求频率恒定，因此发电用汽轮机在任何运行工况下保持转速基本不变。我国电网的工频(周波)为50Hz。能源洁净利用2009131910年，瑞典B.&F.容克斯川兄弟制成辐流的反动式汽轮机，但未获普遍应用。轴流式多级反动式汽轮机示意图轴流式辐流式周流式按汽流方向分类能源洁净利用200914按进汽参数分类汽轮机类别主蒸汽压力（MPa)低压汽轮机0.12~1.5中压汽轮机2~4高压汽轮机6~10超高压汽轮机12~14亚临界压力汽轮机16~18超临界压力汽轮机22.1超超临界压力汽轮机30（28～35）能源洁净利用200915汽轮机与锅炉容量的匹配锅炉容量（t/h）汽轮机功率（MW）356651213025220504101256702001000,10253002000,1980600防止锅炉富裕度不够，以及“大马拉小车”现象何谓600MW机组？能源洁净利用200916汽轮机的型号表示汽轮机型式（代号）额定功率（MW)蒸汽参数变型设计次序注意：蒸汽参数表示法和汽轮机类型有关N300-16.7/538/538；N110/C68-8.83/0.981；B50-8.82/0.98哈汽百万机组(泰州)CLN1000-25.0/600/600,东芝型号为TC4F-48”代号型式代号型式代号型式N凝汽式CC两次调整抽汽式Y移动式B背压式CB抽汽背压式HN核电汽轮机C一次调整抽汽式CY船用CL超临界用汉语拼音表示的汽轮机型式代号能源洁净利用200917汽轮机类型蒸汽参数表示方法示例凝汽式中间再热式一次调节抽汽式两次调节抽汽式背压式抽汽背压式主蒸汽压力/主蒸汽温度主蒸汽压力/主蒸汽温度/中间再热温度主蒸汽压力/调节抽汽压力主蒸汽压力/高压抽汽压力/低压抽汽压力主蒸汽压力/背压主蒸汽压力/抽汽压力/背压N50-8.82/535N300-16.7/537/537C50-8.82/0.118CC25-8.82/0.98/0.118B50-8.82/0.98CB25-8.82/0.98/0.118能源洁净利用第18页共22页汽轮机发展概述公元一世纪时，亚历山大的希罗记述了利用蒸汽反作用力而旋转的汽转球，又称为风神轮，这是最早的反动式汽轮机的雏形；1629年意大利的布兰卡提出由一股蒸汽冲击叶片而旋转的转轮。19世纪末，瑞典拉瓦尔和英国帕森斯分别创制了实用的汽轮机。拉瓦尔于1883年制成了第一台5马力(3.67千瓦)的单级冲动式汽轮机，并解决了有关的喷嘴设计和强度设计问题。单级冲动式汽轮机功率很小，现在已很少采用。20世纪初，法国拉托和瑞士佐莱分别制造了多级冲动式汽轮机。多级结构为增大汽轮机功率开拓了道路，已被广泛采用，机组功率不断增大。帕森斯在1884年取得英国专利，制成了第一台10马力的多级反动式汽轮机，这台汽轮机的功率和效率在当时都占领先地位。20世纪初，美国的柯蒂斯制成多个速度级的汽轮机，每个速度级一般有两列动叶，在第一列动叶后在汽缸上装有导向叶片，将汽流导向第二列动叶。风神轮能源洁净利用200919与其它动力机械相比，汽轮机具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本低和使用寿命长等优点。与往复式蒸汽机相比，汽轮机中蒸汽流动是连续的、速度高，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机发展的主要特点是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。汽轮机与其他动力机械比较能源洁净利用200920汽轮机发展的主要特点：1、增大单机功率。单机功率必须与当地电网容量相适应，一般不超过电网容量的6～10％，许多国家常用的单机功率为300～600兆瓦。汽轮机的蒸汽从进口膨胀到出口，单位质量蒸汽的容积增大几百倍，甚至上千倍，各级叶片高度必须逐级加长。大功率凝汽式汽轮机所需的排汽面积很大。在末级叶片采用760、851、869、900等一批型号叶片时，最大的单排汽口做功量为150MW。采用末级长叶片。目前末级叶片高度已达到1.74m，唯一的缺点是价格昂贵。GE与东芝共同开发设计的48英寸钢制叶片，是世界上最长的3000rpm钢制末级叶片，环形面积增加到11.87m2。能源洁净利用200921其他方法还有：①倒数第二级采用双层叶片，将蒸汽流量的大约1/3通过上层流道，直接排向凝汽器，2/3的蒸汽通过下层流道，再流过末级叶片排向凝汽器。这样就可在采用同样高度的末级叶片的情况下，增大单机功率约30％以上，但效率略有牺牲。这种方法已应用不多。1、增大单机功率②采用多排汽口结构。蒸汽从汽缸中部进入，分别由两端两个排汽口排出。在采用同样高度的末级叶片的情况下流量可增加一倍，功率也可增加一倍。流量特别大的汽轮机，高、中压缸也可用双流结构，低压部分可用几个双流结构低压缸，功率还可相应增大。能源洁净利用200922③改变汽轮机转速。电站汽轮机的转速决定于电频率，中国采用50赫，转速为3000转／分，其他国家有时采用60赫，转速为3600转／分，如果用半转速，即1500转／分或1800转／分，则可在同样的材料许用应力的条件下增加末级叶片长度，以增大排汽面积。这种方式会增大汽轮机的尺寸和重量，常用于容积流量很大的核电站饱和蒸汽轮机。有些火电站汽轮机采用双轴结构，低压级和高、中压级分别装在两根轴上，各驱动一台发电机，高中压轴仍用全转速，低压轴用半转速以增大排汽面积。1972年ABB公司制造的1300MW双轴全速汽轮机（24Mpa/538℃/538℃/538℃、3600rpm)在美国投入运行；低压轴有4个双流低压缸，共8个排汽口，末级叶片长760mm。1、增大单机功率能源洁净利用2009231976年联邦德国KWU公司制造的单轴半速(1500rpm)1300MW饱和蒸汽参数汽轮机投入运行；1982年世界最大1200MW单轴全速汽轮机(24MPa／540℃／540℃)在前苏联投入运行。有1个单流高压缸、1个双流中压缸和3个双流低压缸，共6个排汽口，末级叶片长1200毫米。前苏联UKTH正在全力推进2000MW的高参数全速汽轮机的开发。工业汽轮机转速较高，单级工业汽轮机的转速可达20000转／分以上。多级工业汽轮机的功率最大可超过100兆瓦。船用汽轮机为了减轻重量，转速常用4000～10000rpm，通过减速器驱动螺旋桨，功率最大可达60兆瓦。1、增大单机功率能源洁净利用凝汽式火力发电厂生产系统组合示意图汽轮机装置在电厂中的地位能源洁净利用汽轮机装置在电厂中的地位345G141312主蒸汽至锅炉自锅炉来图1－11汽轮机设备组合示意图1－主汽门；2－调节阀；3－汽轮机；4－凝汽器；5－抽汽器；6－循环水泵；7－水泵凝结；8－低压加热器；9－除氧器；10－给水泵；11－高压加热器；12－供油系统；13－调节装置；14－保护装置能源洁净利用200926增大单机功率不仅能迅速发展电力生产，而且具有下列优点：（1）单位功率投资成本低。如前苏联800MW机组的单位功率成本比500MW机组的低17％，而1200MW机组的单位功率成本又比800MW机组的低15％～20％。（2）单机功率越大，机组的热经济性越好。如法国的600MW机组的热耗率比125MW机组的热耗率降低了276．3kJ／(kW·h)，即每年可节约标准煤4万t。华能玉环电厂百万千瓦超超临界机组热效率高达45%，供电煤耗为288.5克/千瓦时，比常规超临界（600MW机组）低7~11g/kWh，比亚临界（600MW）机组低18g/kWh，。1、增大单机功率能源洁净利用200927①提高蒸汽参数。2、提高热经济性EntropyTemperature超超临界20世纪早期，高压非再热机组1960年代，亚临界再热机组超临界1940年代，亚临界非再热机组21TT＝1－按照热力学基本原理，提高动力循环热效率的基本途径是提高吸热温度，而提高平均吸热温度的方法是提高蒸汽压力和温度。能源洁净利用200928②降低排汽压力:排汽压力越低，循环的热效率就越高。但排汽压力主要取决于冷却水温度。如果采用过低的排汽压力，就需要增大冷却水流量或增大凝汽器冷却面积，同时末级叶片也较长。凝汽式汽轮机常用的排汽压力为0.005～0.008兆帕。船用汽轮机组为了减轻重量，减小尺寸，常用0.006～0.01兆帕的排汽压力。排汽压力每降低1kPa，效率提高0.