泰州电厂汽轮机及其附属系统总体介绍

泰州电厂汽轮机及其附属系统总体介绍1.1概述国电泰州电厂一期工程2×1000MW机组主汽轮机是由哈尔滨汽轮机有限责任公司与日本东芝株式会社联合设计制造的。根据我国规定的汽轮机型号标准为：CLN1000-25.0/600/600，即为超临界凝汽式汽轮机，其蒸汽参数为主汽压25MPa，主再热汽温度600℃，；其东芝型号为TC4F-48”，其中T指单轴（Tandem），C指凝汽式（Condensing），4F指四个排汽口（Four-Flow），48”指末级叶片高度为48英寸，即1219.2mm。它是凝汽式、超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式、八级回热抽汽式汽轮机，最大连续出力为1037.411MW，额定出力1000MW；机组设计寿命不少于30年，但基于一个合理的寿命损耗系数。机组采用定压－滑压－定压运行方式。汽轮机具有八级非调整回热抽汽，额定转速为3000转/分。1.2汽轮机布置方式汽轮机沿厂房纵向布置在运行层（标高17m），机头朝向为厂房固定端。外形尺寸（长×宽×高）为:40m×10.1m×7.5m。汽轮机本体通流部分由四部分组成：1个单流高压缸、1个双流中压缸和两个双流低压缸（A及B）。4个缸均为双层缸（内缸和外缸），水平中分面结构。汽轮机主轴分为4段，亦以刚性联轴器一一相连，形成整体的通流转子。正常运行时，汽轮机采用喷嘴调节方式，共有四组高压缸进汽喷嘴，分归四个高压调门控制。来自锅炉的主蒸汽通过四个高压主汽门、四个高压调门后，由四根导汽管引入高压缸。蒸汽在高压缸内朝机头方向流动做功后排出，送回锅炉再热器加热后，重新返回汽机，经过两个中联门进入中压缸中部，并在其内朝汽缸的两端反向流动，在对称布置的各级汽道内膨胀做功。然后再从中压缸两端顶部的排汽口排出，两股排汽流在一根变直径的连通管内先期混流后，分别流入低压缸A及低压缸B。低压缸A及B的排汽则各自直接向下排入对应的二台汽侧空间各维持不同压力的凝汽器A与B中。图2－1即为本机的纵向剖面图。图2－1主机纵向剖面图从结构上看，本汽轮机具有49级，由热力过程看本机的级数为：1＋9＋7＋6＝23级。表2－1列举了各分段转子的级数。名称单位数值高压转子级2×I+9中压转子级2×7低压转子级2×2×6表2－1各分段转子的级数表2－2列举了主机在THA工况下的各级参数：级号级后压力温度流量反动度HP120,8555672,706,1210.21HP218,2505442,681,9710.19HP315,8915202,681,9710.20HP413,7614962,681,9710.22HP511,8414722,681,9710.23HP610,1184472,681,9710.24HP78,3644192,681,9710.26级号级后压力温度流量反动度HP87,0453942,462,5300.23HP95,9003702,462,5300.27HP104,9133452,462,5300.26IP113,5455712,221,3590.17IP122,8785362,240,1160.18IP132,3155022,240,1160.20IP141,8474652,095,3120.21IP151,4584302,095,3120.24IP161,1373942,095,3120.27IP178743582,095,3120.31LP184842891,808,5160.12LP192562121,808,5160.17LP20123.51401,733,1930.23LP2156.1831,663,6940.54LP2224.2641,604,6390.72LP234.6311,522,140.71级号级后压力温度流量反动度7表2－2典型工况（THA）下通流计算数据汽轮发电机组共有10个支持轴承和一个推力轴承。其中#1～#4轴承均为双向可倾式自位轴承，其他除推力轴承外均为椭圆轴承。推力轴承则为金丝巴里型，由上下两半组成，工作面和非工作面各有八个推力瓦块，瓦块表面是巴氏合金。汽轮机轴系由高压转子、中压转子、低压转子A、低压转子B及发电机转子组成，各转子之间均采用刚性靠背轮连接，转子均采用双轴承支撑结构，其轴系布置如图2－2。HPIPLPALPBG图2－2轴系布置示意图本机采用了高、低压两级串联旁路，旁路的容量为35％BMCR，能满足机组安全启动、停运和负荷快速升降的需要，并能保证机组任何工况下启动（冷态、温态、热态、极热态启动）时，主汽温度和汽轮机金属温度能相匹配。另外，主机还设有8级非调整回热抽汽：三级供高压加热器，四级供低压加热器，一级供除氧器加热。1.3汽轮机主要特点1．由于本机容量大，因此在中压缸部分，蒸汽就采用了分流式，籍此来减少中压缸叶片的高度；在低压缸部分，由于蒸汽容积流量很大，所以采用了四分流式，即低压缸A及B各为对向分流，这样在末级叶片高度为1219.2mm下，蒸汽可膨胀到0.0049MPa（平均），进入二个凝汽器。中低压缸的分流布置最大程度上平衡了机组的轴向推力。2．四个汽缸采用模块设计，均为双层缸、水平中分面结构，并保证汽缸和隔板精确的同心度。其目的在于：减少汽缸壁厚，以降低汽缸壁的热应力，使之有利于缩短机组的启动时间和提高汽轮机对负荷的适应性。3．汽轮机各个转子与发电机各转子采用刚性连接方式，并采用无中心孔的整锻转子，每个转子配有独立的双轴承支撑。4．本汽机参考了国外同类型多种机组的优秀设计技术，如表2－3：参考电厂名称轴系碧南电厂4#、5#轴系设计技术高压缸原町1#机组通流设计技术橘湾电厂1#高温设计技术中压缸原町1#机组通流设计技术橘湾电厂1#高温设计技术低压缸Torviscosa电厂通流设计技术表2－3本机组与其它机组的相似性比较5．本机的末级叶片采用由GE公司动力系统与东芝公司共同研发的48英寸钢制叶片。就环形面积来说，48英寸叶片是世界上最长的3000rpm钢制末级叶片。叶片采用了圆弧枞树型叶根和作为减振件的拉金凸台、套筒，以及整体围带。48英寸末级叶片的应用，将明显提高汽轮机的性能和可靠性。6．在易受固粒腐蚀的区域采取了防蚀措施：高压喷嘴采用渗硼的方法防止腐蚀，中压第1级的静叶片采用涂陶瓷材料的方法防止腐蚀。7．为减少和避免激振力的影响，从设计和按装上采取了多种措施。比如每根转子在出厂前进行低速和高速动平衡试验，将不平衡量降到最小；转子的临界转速和额定速度不产生相互的影响；转子设计精确对中，保证在运转时不会产生额外的力和力矩；合理设计动静之间的间隙，保证在启动和停机时转子和汽封不会发生摩擦；安装防汽流涡动的汽封，防止转子的不稳定振动等等。8．采用了转子冷却系统设计，防止高中压转子在高温部位的热损伤，并在机组高温区域选用合适的材料来适应高蒸汽参数。在中压缸部分还首次设置了预暖系统，这在保障机组冷态启动的安全性方面大大向前迈出了一步。9．低压末级隔板由内环、外环、静叶片组成，内环、外环、静叶片均采用空心设计。静叶片的吸力面及压力面均设有疏水缝隙，末级产生的水滴由疏水缝隙收集，通过空心静叶片、空心内环、空心外环及在中分面的连接管，最后经下半面的疏水管流入冷凝器，防止水蚀。10．采用高效率的冲动式叶型及经过验证的叶片固定方式，提高了汽轮机的效率。1.4汽轮机各工况的定义和技术规范2.4.1TRL工况汽轮发电机组能在下列条件下，在保证寿命期内任何时间都能安全连续运行，此工况称为铭牌工况（TRL），也即夏季工况。此工况下的进汽量称为铭牌进汽量，此为出力保证值的验收工况。TRL工况要求的条件：1）额定主蒸汽参数、再热蒸汽参数及所规定的汽水品质。2）汽轮机低压缸排汽平均背压为9.1kPa(a)。3）补给水量为3％。4）最终给水温度为299.5℃。5）全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽。6）两台给水泵汽轮机全部投入运行，汽动给水泵满足额定给水参数。7）在额定电压、额定频率、额定功率因数0.9(滞后)、额定氢压、发电机冷却器冷却水温为38℃时，发电机效率为99.0%。2.4.2TMCR工况汽轮机进汽量等于夏季工况（TRL）进汽量，汽轮发电机组应能在下列条件下，在保证寿命期内任何时间都能安全连续运行，此工况（即汽轮机TMCR工况）下发电机输出功率（当采用静态励磁、电动主油泵时，应扣除各项所消耗的功率）称为最大连续输出功率。此功率为1037.411MW。(1)额定主蒸汽再热蒸汽参数及所规定的汽水品质；(2)汽轮机低压缸排汽背压（平均）为4.9kPa(a)；(3)补给水量为0％；(4)所规定的给水温度；(5)全部回热系统正常运行，但不带厂用辅助蒸汽；(6)汽动给水泵满足规定给水参数；(7)在额定电压、额定频率、额定功率因数0.9(滞后)、额定氢压、发电机冷却器冷却水温为25℃时，发电机效率为99%。2.4.3VWO工况汽轮发电机组在调节阀全开，其它条件同TMCR工况时，汽轮机的进汽量不小于103％的铭牌工况（TRL）进汽量，此工况称为阀门全开（VWO）工况，数值为1069.347MW。2.4.4THA工况当机组功率（当采用静态励磁、电动主油泵时，已扣除各项所消耗的功率）为铭牌功率时，除进汽量以外其它条件同TMCR工况时称为机组热耗率保证值的验收工况。2.4.5主机各工况下的技术规范工况项目TRL夏季工况TMCR工况VWO工况THA工况功率MW10001037.4111069.3471000热耗率kJ/kWh7552738773597366主蒸汽压力MPa(a)25.025.025.025.0再热蒸汽压力MPa(a)4.6254.6564.7904.442主蒸汽温度℃600600600600高压缸排汽温度℃351.8352.6354.3345.8再热蒸汽温度℃600600600600主蒸汽流量kg/h2886827288682729800002740881再热蒸汽流量kg/h2339014235488424237332245420高压缸排汽压力5.1395.1735.3234.935工况项目TRL夏季工况TMCR工况VWO工况THA工况MPa(a)中压缸排汽压力MPa(a)0.8830.9080.9310.869低压缸排汽压力kPa(a)9.104.904.904.90低压缸排汽流量kg/h1582413159905716375511535741补给水率%3.00.00.00.0末级高加出口给水温度℃299.5299.8302.0295.9发电机氢压MPa(a)0.5200.5200.5200.520高压缸缸效(通流缸效/含门损)92.4/89.892.4/89.893.6/9192.6/90.2中压缸缸效(通流缸效/含门损)95.5/94.395.5/94.395.6/94.795.6/94.5低压缸缸效(通流缸效)89.888.888.889.2推力(kN)139139146131表2－4主机各典型工况下参数表1.5汽轮机主要系统1）主蒸汽系统主蒸汽管道从过热器出口联箱两侧引出，平行接到汽轮机前，在主蒸汽进入主汽阀前分成四路，分别接至汽轮机四个高压主汽门。在汽轮机入口前设压力平衡连通管。这样既可以减少由于锅炉两侧热偏差和管道布置差异所引起的蒸汽温度和压力的偏差，有利于机组的安全运行，同时还可以选择合适的管道规格，节省管道投资。主蒸汽管道设有一路支管至汽轮机轴封系统，在机组热态及极热态启动时为轴封系统供汽。2）再热蒸汽系统热再热蒸汽管道从再热器的出口联箱两侧引出，平行接到汽轮机前，分别接入左右侧中联门。在汽轮机入口前设压力平衡连通管。冷再热蒸汽管道从高压缸的两个排汽口引出，在机头处汇成一根总管，到锅炉前再分成两根支管分别接入再热器进口联箱。冷再热蒸汽可作为给水泵汽轮机备用汽源。冷再热蒸汽系统另外还为2号高压加热器、轴封系统、辅助蒸汽系统提供汽源。在高压缸排汽的总管上装有高排逆止阀，防止在事故情况下蒸汽返回到汽轮机，引起汽轮机超速。3）旁路系统本机组采用高、低压二级串联旁路系统，其中高旁容量为35%BMCR，低旁容量为35％BM