彭泽瑛-----外三-高参数大容量关键技术及解决方案

上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd开发高参数大容量汽轮机的关键技术和最佳解决方案上海电气电站设备有限公司汽轮机厂何阿平--总工程师阳虹--副总工程师,设计研究所所长彭泽瑛—通流与叶片技术研究所所长上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd高超超临界（HUSC）超超临界（USC）35MPa-37.5MPa;目前最高应用27MPa≥700℃/720℃;/760℃600℃/600-620℃比超超临界热耗降低6-7%以上比超临界热耗降低1.8%Ni基材料系列铁素体9%Cr-10%Cr先小容量开始,500MW样机-欧盟2014年后,美国2019年样机750MW目前最大VWO-1100MW国内外高参数大容量的发展状况铁素体材料-超超临界,下一步可实现产品上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd电厂VWO-MW投运压力温度邹县、泰州等1050-10902006-200825600/600玉环4台1050200626.25600/600外高桥III，宁海等50台1060-11002007-27（26.25）600/600Westfalen6x800-27.5600/610Dattle110027.5600/620目前USC产品（单轴）参数、容量状况•国内-27MPa/600℃/600℃；VWO-1100MW•国际-27.5MPa;600℃/6210℃(未投运)VWO-1100MW上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd高经济性（热耗及成本）高可靠性；高运行灵活性基本原则上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd提高参数及容量的关键技术高参数材料？结构？大容量进汽端？高中压容量？低压排汽端？上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd材料？汽轮机高温材料的分等参数——达到下列“强度指标”所对应的温度转子锻件10万h-持久100MPa；铸件-85MPa的温度？；常温屈服-锻件≥700MPa；铸件≥450MPa12%Cr-570℃10%Cr温度提高30℃9%Cr温度再提高20℃上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd（1）600℃运行至今已超过十年，无论是含W或不含W的9Cr-11Cr%都能在600℃条件下安全工作；（3）除非在强化相或抗氧化方面取得新突破，650℃的9～11%Cr钢近期内不会问世，625℃可能是9～11%Cr钢的使用温度上限（2）625℃的9%Cr钢（代号FB2）已完成用于产品前的全部试验，“625℃超超临界参数”的汽轮机已不存在任何材料技术问题，主要是价格；高温材料的研究状况×(4)跳跃到700度以上-Ni-Co相材料上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd独特结构？降低高中压转子的温度大幅度降低高温高压部件的应力大幅度减少流动损失提高内效率排汽端能力提高50%，满足容量及冷端优化幻灯片12幻灯片9超超临界参数的独特结构降低10℃，强度提高20%；应力下降20%，温度可升高10℃上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,LtdFigure6:HPturbineshowingcoolingsteamflowpath降低高中压转子的温度600℃超超临界机组平衡活塞温度降低40℃，与传统结构566℃超临界机组相同上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd中压再热蒸汽切向旋涡冷却技术涡流原理降低温度约15度传统的中压冷却蒸汽高压中压上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd12年大修间隔/快速5分钟冲转/可用于高超超临界（HUSC）35MPa/700℃/720℃光滑圆筒型内外高压缸内缸压差仅亚临界机组水平，内外温差小外缸无水平中分面高温螺栓问题，轴向自密封大幅度降低高温高压部件的应力幻灯片8上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd阀门前→阀门→汽缸进口→第一级喷嘴前→喷嘴→第一级叶片→高压无法兰冷却损失→高中压叶片级→中压进口切向涡流冷却→中压排汽口→中低压连通管→低压排汽可采取更高的压力得益在14-110kJ/kWh7倍面积的永久滤网减少压损无主汽管道，阀门直接安装在汽缸上1%压损5kJ/kWh直接到达喷嘴，无进汽管、蒸汽室和折转45度斜置无漏汽、低反动度静叶，流动损失小；无部分进汽损失无180度回转、无混合分流损失、单流端损小、流道光滑，从进口到第一级得益至少30kJ/kWh独特结构对应的高效率-从进口到出口的结构对比所有叶片均全3D的动静叶片、狭窄、无漏汽的T型叶根，效率高3%得益60kJ/kWh单个排汽口结构，减少混合损失.排汽压力0.5MPa,得益15kJ/kWh进口气流涡流作用冷却、损失小、效果好而稳定，可以采取620℃得益30kJ/kWh单个大口径连通管压损仅0.6%,得益8kJ/kWh不需法兰冷却上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd高参数材料-铁素体到625℃水平;独特结构铁素体9%Cr-11%Cr最高到625℃（620-630）;供应商能力及价格因素：T=600℃/600-610℃；仍为600℃的10%Cr钢T=600℃/620℃：为含Co和B的9%Cr钢上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd大容量进汽端？高中压容量？低压排汽端？1200MW独特结构上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd进汽端—全周进汽和喷嘴部分进汽百万千瓦超超-喷嘴调节最小允许进汽度提高到75%，即定-滑-定的最大负荷接近100%幻灯片161，滑压压力高的优势没有；2，部分进汽损失依然存在；喷嘴调节效率高优势无幻灯片183，叶片负荷大30%；冲击应力加倍；周向不均的汽隙激振，硬质颗粒冲蚀部分进汽可靠性差幻灯片19上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,LtdSTP喷嘴调节机型最小部分进汽度的限制机型及容量等级亚临界300MW亚临界600MW超临界600MW西屋超超临界1000MW（无产品）允许最小部分进汽度%33～505050751000MW超超临界不同配汽的负荷-滑压压力MPa最大负荷100%负荷75%负荷50%负荷40%负荷喷嘴部分进汽方式252518.912.610.4全周进汽26.2523.2717.311.49.28全周进汽+旁通进汽26.2526.2519.412.810.4全周进汽+旁通与喷嘴调节滑压压力相同上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd负荷—滑压压力曲线051015202530020406080100120负荷率%主蒸汽压力MPa75%进汽滑压全周进汽滑压+旁通阀全周进汽滑压幻灯片15上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,LtdThrottledHPstagebypassPureslidingpressure60402009095100105Ratedoutput[%]DeficitinheatRatekJ/kWh8080ControlStageVWO,bypassvalveclosedVWO,bypassvalveopenValves5%throttledVWO幻灯片15最佳方案带基本负荷-全周进汽;调峰运行-全周进汽+旁通上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,LtdFigure5:HPturbinewithHPstagebypass主蒸汽阀承担100%负荷超负荷开旁通阀高参数大容量汽轮机进汽端的最佳选择——全周进汽+超负荷旁通阀上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd大容量进汽端？高中压容量？低压排汽端？1200MW独特结构上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd提高参数、容量增加保证最佳速比和效率及强度增加叶片高度、宽度(1)通用1000MW-径向轴向尺寸限制，缸效率下降1%-2%，影响热耗0.5%以上;(2)同步增加高中压模块尺寸-最佳方案高中压缸通流能力更高参数大容量的2种选择方案上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd容量MW600～11001200～1300说明高压缸模块代号“H75”“H80”跨度mm42754540轴向增加265mm中压缸模块代号“I60”“I70”跨度mm60756770轴向增加695mm目前50台1000MW机组均采用”H75””I60”模块大高压模块“H80”2006年完成开发，等待定单设计大中压模块“I70”已有运行业绩1200MW容量的特大高中压模块上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd大容量进汽端？高中压容量？低压排汽端？1200MW独特结构上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd排汽损失占总损失1%-2%，损失与余速的平方成正比!影响热耗的重要因素.甚至超过参数提高的数量级;按容积流量选配长叶片排汽面积26.12326.123上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd排汽容积流量增加20%-30%下的选配方案方案1-仍为4排汽,通用现有1220长叶片;方案2-仍为4排汽同步增加面积—1430mm钛合金；或者半速双轴;方案3-同步增加排汽面积,6排汽较小低压缸;上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd方案1-仍为4排汽,通用现有1220长叶片强度和能力可行;余速损失比1000MW增加1.5倍;额定工况轴向余速由240m/s增加到288m/s-312m/s,再加切向速度增加,热耗增加0.75%-1.2%--55-88kJ/kWh;经济性角度应完全否定1kJ/kWh—240万元上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd方案2-仍为4排汽同步增加面积—1430mm钛合金；或者半速双轴钛合金-1430mm,排汽面积14.5㎡-4排汽58㎡;经济性佳,但价格太高;2010年才有运行业绩半速叶片-1250mm,排汽面积14.5㎡-4排汽58㎡;经济性佳,但双轴-复杂,价格高;性价比角度也是否定的方案!!上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd方案3-6排汽3个低压缸排汽损失不增加,可按最优配置4.9kPa-6排汽,6.3kPa-4排汽；幻灯片29独特单轴承结构可采用3个小尺寸低压缸（54㎡）,,5缸才6个轴承\总长34.5m;比常规结构1000MW,4缸8个轴承,40m轴承少2个,短5m!有成熟的5缸6排汽业绩排汽损失不增加的最佳选择幻灯片30上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd加权排汽损失-排汽面积曲线幻灯片28排汽面积-加权损失曲线0.81.21.64050607080排汽面积加权损失%1200MW-6.3kPa1300MW-6.3kPa1200MW-4.9kPa1300MW-4.9kPa6×9.2㎡4×11㎡46-70㎡上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd德国BOXBERG-5缸6排汽(6X10㎡)德国Niederaussem-5缸6排汽(6X12.5㎡)上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd经济性-必须高于现有1000MW机组参数容量提高约0.5%的热耗得益;高中压大模块保证效率不低于现有1000MW单轴承低压缸配置，同步增加排汽面积,保证排汽损失不增加单位容量成本不增加；电厂总的单位造价下降上海汽轮机有限公司ShanghaiTurbineCo.,Ltd成熟性和可靠性独特的结构_参数和容量提高下保证经济性\安全可靠性\运行灵活性超过和不低于现有1000MW机组所有高中低压缸模块先进成熟的,有运行业绩；5缸6排汽有10多年的成熟业绩,单轴承轴向跨度的优势,使低压缸组合(2个或3个)可充分满足各种背压及排汽面积的要求上海汽轮机有限公司ShanghaiT