哈汽公司高效百万超超临界湿冷机组介绍

1、 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司2015年5月哈汽公司高效1000MW超超临界汽轮机技术介绍2目录目录3目录目录4 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司（原哈尔滨汽轮机厂）是我国一五期间由苏联援建的156项重点工程中之一。1956年动工兴建,1958年投产,公司占地面积59万平方米,已形成30000MW的年综合生产能力。拥有具有世界先进水平的大型精密设备,为制造大型、优质发电设备提供了可靠的技术保证。 公司秉承“承载民族工业希望,彰显中国动力风采”的使命。始终把科技进步和新产品研发作为公司的核心工作。截至目前共获国家级奖励30项,省部级奖励70项,获发明专利120项,实用新型专利286项。哈汽公司简介5哈汽

2、公司简介火力发电蒸汽轮机核能发电蒸汽轮机燃气-蒸汽联合循环项目设备EPC重型燃气轮机及30MW燃压机组太阳能热发电系统设备设计制造及EPC控制保护系统（DCS、DEH、TSI、ETS及其服务）汽机主要本体辅机（凝汽器、低加、MSR等）3.质保体系6哈汽公司简介4.哈汽汽轮机技术发展历程7第一阶段（上世纪50年代 ）：前苏联援建创始阶段 主要生产25MW、50MW以下纯凝和抽汽汽轮机第二阶段（上世纪60 70年代）：自力更生发展阶段 主要生产200MW以下纯凝和抽汽汽轮机（25、50、100、200MW）第三阶段（上世纪80年代2000年）：引进消化西屋公司技术阶段 主要生产反动式300、600

3、MW亚临界以及650MW核电汽轮机第四阶段（20002008年）：引进优化多方技术合作阶段， 三菱： 超临界和超超临界600MW汽轮机，AP1000核电汽轮机 东芝： 超超临界1000MW汽轮机 GE： F级燃机及联合循环机组 ALSTOM：E级燃机及联合循环机组第五阶段（2008年 ）：自主创新、技术升级阶段 自主研发350MW、660MW、1000MW等级汽轮机及在役机组的技术升级 AP1000核电汽轮机技术升级、CAP1400核电汽轮机哈汽公司简介8哈汽公司简介5.300MW等级汽轮机发展历程新型 73B#亚临界300MW(原型机)亚临界300MW改进 73A#优化 73#1980199

4、02000199520022006300MW供热及空冷超临界350MW亚临界300MW300MW两缸双抽2007超临界350MW空冷及供热亚临界350MW(60HZ)2008亚临界350MW（NCB）20102011超临界350MW双抽（两缸、三缸）2012新型超临界350MW湿冷、空冷、低真空供热2014亚临界300MW等级超临界350MW技术升级9哈汽公司简介6.600MW等级以上汽轮机发展历程2005200620081980199020024缸亚临界600MW2002200820122014(原型机)4缸亚临界600MW改进 75A#优化 75#新型 75B#4缸亚临界600MW亚临界6

5、00MW空冷超临界600MW超超临界600MW超超临界1000MW660MW超临界空冷超临界600MW供热超超临界1000MW空冷 660MW超超临界核电AP10001995核电650MW1958年：中国首台25MW汽轮机1959年：中国首台50MW汽轮机1960年：中国首台100MW汽轮机1971年：中国首台200MW汽轮机1984年：中国首台210MW汽轮机（出口巴基斯坦）1989年：中国首台300MW亚临界汽轮机（试验机）1989年：中国首台600MW亚临界汽轮机1989年：中国首台200MW间接空冷汽轮机2001年：中国首台650MW核电汽轮机2004年：中国首台600MW超临界汽轮机

6、2004年：中国首台300MW亚临界直接空冷汽轮机2005年：中国首台600MW亚临界直接空冷汽轮机2007年：中国首台600MW超超临界汽轮机(2缸)2008年：中国首台350MW超临界汽轮机2009年：中国首台660MW超临界直接空冷汽轮机2010年：中国首台350MW(60HZ)亚临界汽轮机（出口巴西）7.历史年表10哈汽公司简介11目录目录高效1000MW汽轮机设计理念： 600MW超超临界、AP1000核电设计理念。整机通流采用哈汽最新反动式设计技术，拥有自主知识产权。高效1000MW汽轮机主要技术特点： 1.借鉴600MW超超临界阀门优化设计高压阀门； 2.节流调节方案（无调节级、

7、全周进汽），高中压通流采用哈汽最新反动式设计技术，高中压缸效率进一步提高； 3.低压进汽压力降为0.5MPa，改善低压缸运行环境，减少漏汽损失，低压内缸、外缸端汽封、轴承箱全部采用落地结构。 12高效1000MW超超临界汽轮机高效1000MW超超临界汽轮机14单流程高压缸双分流中、低压缸高压阀对称布置高压缸两侧，与汽缸刚性连接，弹性支架支撑；再热阀对称布置在中压缸两侧，与中压缸刚性焊接，弹簧支撑；高效1000MW超超临界汽轮机15高效1000MW超超临界汽轮机 根据经典理论：按反动度大小，汽轮机的级分为纯冲动级（反动度0）和纯反动级（反动度0.5），相应的机组称为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。冲

8、动级蒸汽主要在喷嘴栅（静叶）中膨胀， 在动叶栅中只有少量膨胀，反动级蒸汽在汽轮机的喷嘴栅和动叶栅中都有相当程度的膨胀。16高效1000MW超超临界汽轮机冲动级反动级 1. 反动式的动、静叶型线基本相同，冲动式的则不同，导致冲动式动叶栅的气流转折角较大，以及叶栅反动度的差异，造成冲动式叶型损失比反动式叶栅大。2. 反动式叶型进汽侧小圆直径大，攻角适应范围广，部分负荷的效率高。3. 反动式隔板厚度小，可以多布置级数，重热系数大，且反动式级不存在平衡孔漏汽，泄露损失小，可提高机组效率。4. 冲动式采用隔板结构，由于承受的压差较大，隔板内径又小，因此隔板的厚度较厚。虽然级数反动式少，但通流长度却相差不

9、多。5. 反动级的静叶出汽侧至动叶进汽侧的轴向间隙较冲动级大，可减少对动叶的激振力，同时可容许转子和静子间有较大的相对膨胀，对提高机组的负荷适应性有利。6. 反动式机组在设计、加工制造方面，相对冲动式更简单，冲动式隔板需要焊接，反动式隔板可采用装配方案，无焊接及热处理导致的变形，精度好，效率高。7. 反动式叶型的叶栅损失比冲动式的小，但隔板汽封直径大，平衡鼓汽封直径大，这两处的泄露损失比冲动式大。8. 大机组功率大，流量大，汽封漏汽损失占的比重小，所以大机组宜采用反动式设计。17高效1000MW超超临界汽轮机 哈汽公司是国内唯一在350MW600MW1000MW全系列机组同时拥有反动式和冲动式

10、设计技术的制造厂。 对于高效600MW1000MW机组，国际上通流采用反动式技术设计的厂家有：法国ALSTOM，德国西门子，日本三菱。美国GE公司是冲动式技术流派的鼻祖，但GE公司最新设计开发的用于联合循环的D650机组也采用了反动式设计技术。 综上所述：300MW以上容量机组通流一般采用反动式设计, 300MW以下容量机组通流一般采用冲动式设计，这一点从目前各大汽轮机制造厂的主要产品上也可以得到证明。18高效1000MW超超临界汽轮机19高效1000MW超超临界汽轮机20高效1000MW超超临界汽轮机序号项 目单位高效1000MW等级1机组型式 超超临界，一次再热，单轴、四缸四排汽、湿冷凝汽

11、式超超临界，一次再热，单轴、四缸四排汽、湿冷凝汽式2汽轮机型号 N1000-28/600/620N1000-27/600/6103主蒸汽额定进汽量t/h2721.52730.94配汽方式 节流调节节流调节5额定转速r/min 300030006给水回热级数（高加除氧低加） 3+1+5(带外置式蒸汽冷却器)3+1+5(带外置式蒸汽冷却器)7低压末级叶片长度mm122012208通流级数高压缸级1515中压缸级212212低压缸级2252259低压缸进汽压力MPa 0.500.5021项目收益 kJ/kW.h备注主汽参数28/600/62027/600/610提高参数56（减少对热耗）33.5参数

12、由25/600/600提高取消调节级3434高压缸效率提高2%高压缸多级反动式1717高压缸效率提高1%阀门改进44无主汽管道、低压损型阀门中压缸多级反动式2020中压缸效率提高1%九级回热2222相对原八级回热外置式蒸冷器1212提高给水温度总计165142.5高效1000MW超超临界汽轮机高压末三级三维实体图 静、动叶型线高压末三级中部截面马赫数云图 具有较小的二次流损失和叶型损失的后加载叶型 控制二次流损失-合理控制展弦比 -采用后加载叶型 -弯叶片 降低叶片的根径（顶径）以减小静叶根部和动叶顶部漏汽面积 利用增加重热系数来提高通流部分效率 控制漏气损失-弯曲静叶片 -可控涡流型 高效1

13、000MW超超临界汽轮机高效1000MW超超临界汽轮机100%负荷下高压典型级中截面马赫数等值线60%负荷下高压典型级中截面马赫数等值线100%负荷下高压典型级中截面叶型表面压力60%负荷下高压典型级中截面叶型表面压力与100%负荷工况相比，60%负荷工况下各排叶片前缘不可避免地产生了较大的负攻角。但由于叶型具有良好的攻角适应性，负攻角的存在并没有对级效率产生很大的影响，级效率仅仅下降了0.3%。装配式隔板实体图焊接隔板实体图 参照动叶片的设计理念和装配方式 装配式导叶的围带与围带、叶根与叶根之间有接触紧力，能够保持相互连接的稳定性 拆装的便利性，装配式隔板有损坏时可以更换指定的叶片，安装拆卸

14、方便 装配式隔板不进行焊接，因此不存在由于焊接和焊接后进行热处理带来的叶片变形，从而更好保证叶片通流的精度，提高机组效率高效1000MW超超临界汽轮机焊接隔板纵剖图装配式隔板纵剖图焊缝焊缝导叶25 主汽调节联合阀就近布置在高压缸两侧运转层上，减少阀后管路沿程损失，结构紧凑，方便检修 采用低压损型主汽调节联合阀，阀门全开压损小于2% 切向蜗壳进汽，节流调节高压第一级采用横置静叶 各级动叶采用T型叶根 内缸采用紧箍环密封技术 高压模块整体运输。高效1000MW超超临界汽轮机高压内缸采用规则的圆筒形结构，取消水平结合面的法兰。内缸材料ZG1Cr10MoVNbN，红套环的材料为2Cr10MoVNbN

15、26高效1000MW超超临界汽轮机27 高压缸进汽采用切向蜗壳，减小第一级导叶进口参数的切向不均匀性，提高效率。 涡壳结构能够减小进口部分的流动损失。 蒸汽在速度和方向不发生骤变的情况下流入叶片。 允许提高蒸汽流速，并具有很高的蒸汽动能转换效率 第1级静叶与进汽蜗壳联合计算，总压损失系数0.6%。 汽轮机进汽蜗壳实体图高压进气蜗壳压力云图高效1000MW超超临界汽轮机u 配合切向蜗壳全周进汽形式，高压缸第一级静叶片采用轴向布置形式，采用低反动度大焓降叶片级，有效降低高压转子接触到的最高蒸汽温度。u 气动性能提高1.3%。且由于第一级静叶不存在漏汽损失，级效率会进一步提高。u 全周进汽，滑压运行

16、，无部分进汽损失， 滑压及全周进汽根本上消除了喷嘴调节造成的汽隙激振问题。28第一级轴向布置静叶实体图第1、2级子午面温度云图高效1000MW超超临界汽轮机调节汽阀开度100%75%50%25%主汽阀压损 %0.5230.5020.5000.435调节汽阀压损%0.7070.8561.6349.187总压损 %1.2301.3582.1349.62229高效1000MW超超临界汽轮机u增加高压转子刚度，提高汽轮机高压转子临界转速；u所有轴承采用油膜动特性系数交叉耦合项小、稳定性更好的四瓦可倾瓦轴承；u进行考虑汽流激振影响的轴系稳定性的计算分析，减小高压转子的强迫挠度系数，减小汽流激振发生的概率

17、；u取消喷嘴进汽，采用全周进汽的方式；u采用防汽流涡动汽封；30高效1000MW超超临界汽轮机u表面硬化处理(扩散渗透法渗硼)；提高表层材料的硬度最小950Hv。实践证明采用渗硼的方法强化喷嘴表面腐蚀程度下降到原来的20%u新型的防侵蚀叶型，合理的动静间隙，减少固体颗粒的碰撞速度，改变碰撞角度，使固体颗粒避开材料的高冲蚀区，因而减少对叶片的冲蚀。u利用旁路系统，启动前可用旁路带走一部分固体颗粒。31高效1000MW超超临界汽轮机高压模块包装后尺寸6.6m3.9m3.8m，高压模块总重约160T（带支架）。 现场安装：将高压模块整体起吊，缓慢落在轴承箱中，外缸猫爪支撑在轴承箱上，转子支撑在轴承上

18、。调好后，拆卸定位环，连接转子对轮，高压模块与阀门连接。32高效1000MW超超临界汽轮机u中压主汽阀碟与调节阀碟共享一个阀座；u降低中低压缸分缸压力。33高效1000MW超超临界汽轮机u中压通流采用正反向布置的12级反动式压力级，中压转子、中压内缸以及中压前2级静叶材料选取高温性能更好的CB2（铸件）和FB2（锻件）材料。34高效1000MW超超临界汽轮机35降低低压缸进汽压力至0.5MPa,一方面将更多焓降放在效率更高的中压缸，提高整机效率，一方面降低低压进汽压力，从根本上杜绝低压缸中分面和抽汽管泄露导致的机组效率降低，提高机组运行安全性。这个参数也兼顾到了将来供热抽汽的要求。高效1000

19、MW超超临界汽轮机落地轴承箱落地内缸落地端汽封1220mm末叶片36转子和内缸在真空变化、低压喷水、低负荷运行等各种工况下都保持完美的同心度，因为外 缸的变形不会导致通流部件动静中心变化； 可将因转子和静子零件接触而产生摩擦振动的危险降到最小。高效1000MW超超临界汽轮机37落地轴承、 落地内缸转子直接支撑在基础上 汽缸与转子系统同心高效1000MW超超临界汽轮机381220mm叶片设计参数叶高1219mm根径1728mm环形面积11.3m2叶顶圆周速度678m/s叶根形式加强枞树形连接形式阻尼凸台+自带围带整圈连接材料17-4PH钢1220mm叶片开发历程1998199920002001气

20、动设计和结构设计性能验证试验 阻尼围带 高抗振衰减性 凸台拉筋 高抗振衰减性 17-4PH不锈钢 高强度 薄叶片 高效率 减少离心力 枞树型叶根 降低叶片重量 降低离心力 高效1000MW超超临界汽轮机导叶出汽侧排水对比分布图导叶高度相对排水量实心导叶空心导叶导叶外环出汽侧开缝进汽侧开缝导叶内环末级叶片39高效1000MW超超临界汽轮机 汽轮机为防止漏气，降低热耗，主要通过叶顶围带汽封、轴封等实现高温高压气体的密封； 为保证机组安全起动，降低汽封片同围带或转子轴摩擦的风险，密封位置均存在0.5-0.75mm间隙； 随着机组参数不断提高，通过汽封间隙损失的蒸汽质量流量增多，而且造成级间主流道气流

21、扰动，影响机组效率。考虑汽封漏汽的全三维数值计算 动叶顶部的漏汽损失占全部损失的22%，轴封漏汽占全部损失的7%； 减少汽封的漏汽损失是提高通流部分效率的主要措施。汽轮机通流部分的损失包括两大部分：级内损失和级外损失。40高效1000MW超超临界汽轮机设计转子转速在400r/min以下完成汽封片间隙的摩擦。试验用模拟高压转子试环材料为30Cr1Mo1V，低压转子材料为30Cr2Ni4MoV，围带材料选择最具代表性的2Cr12NiMo1W1V进行试验。转速在2000r/min，试环直径300mm，线速度在32m/s。实验的目的是找到一种可以与转子、叶片围带摩擦，但不损伤转子、叶片围带的 汽封片。

22、根据试验所用时间和汽封片磨损量，可以 为进一步缩小汽封间隙，确定小间隙启动 汽封间隙数据和启动时摩擦时间提供数据 支持。41高效1000MW超超临界汽轮机试验结果表明：从使用实际使用习惯、原材料成本控制、汽封片硬度控制方面考虑，进行多种材料的汽封片试验，确定了合适的汽封材料，并申请了相关专利。42用专用材料加工的汽封片，通过合理的工艺处理后，可以用于“小间隙启动汽轮机”，该汽封片可以与转子轴、叶顶围带进行直接接触摩擦，不会对转子轴，围带造成损伤。粘连磨损无损伤高效1000MW超超临界汽轮机小间隙启动应用哈汽专利汽封齿材料，经多次试验验证，采用此材料与转子叶片磨擦不会对转子、叶片产生任何损伤。并

23、且以实际运行转子中心位置偏置为依据，安装时对汽封采取预偏置，使转子在实际运行中与汽封同心，保证各处间隙均匀。这种设计方式可以保证汽封间隙最小（0.3mm)，漏气损失最小，在保证机组安全稳定运行的同时能够有效降低汽轮机热耗，提高机组效率。原300MW机组汽封间隙要求现哈汽机组汽封间隙要求（300MW、350MW、600MW、1000MW等机组）1.转子挠度；2.汽缸挠度；3.各相关部套挠度（汽封、平衡环、隔板套等）；4.全实缸状态；1.转子挠度；2.汽缸挠度；3.各相关部套挠度（汽封、平衡环、隔板套等）；4.全实缸状态；5.半实缸状态；6.现场间隙测绘次数；7.找中后，所有部套下半就位/上下半就

24、位，转子不安装时各部套的挠度值X/Y；8.半实缸状态修正系数Z=Y-X；9.部件调整值；10.转子测量值及调整值。11.汽缸不同的胀差值（汽缸装配修正值）；43高效1000MW超超临界汽轮机44u现GE公司、西门子、阿尔斯通等汽轮机公司300MW、600MW、1000MW机组以及联合循环机组润滑油系统大多采用纯电动主油泵系统。u哈汽9F同轴联合循环汽轮机以及绝大部分双轴联合汽轮机采用纯电动主油泵系统。u哈汽百万机组所选电动主油泵采用国外成熟可靠产品，主要是日本TAIKO，德国ALLWEILER、德国KSB、美国布法罗公司产品，通过与以上公司进行技术交流后可以满足我公司现在所用电动主油泵要求，并

25、有参数相当的油泵业绩。例如：阳江百万核电、三门核电、半山9F同轴机组、芬兰核电站等。u考虑油泵切换启动油压波动，泵选型过程中要求，快速启动（考虑因素：泵的转动惯量、电机转动惯量、转速、启动力矩、启动电流倍数等）。高效1000MW超超临界汽轮机p 采用纯电子超速保护系统45p取消机械超速后，电子超速由以下三道电子超速装置构成，其原理框图如下：u 1. DEH 110%超速(位于前箱转子延伸轴处)，前轴承箱处转速信号通过DEH系统传到ETS危机跳闸判断后，通过OPC/AST电磁阀组控制主汽门实现跳机。高效1000MW超超临界汽轮机46u 机组设计三套电子超速系统，且转速信号单独选取，同时其中一套超

26、速保护系统为完全独立于DEHETS及TSI系统，因此该机组纯电子保护完全满足机组跳机要求。u 机组电子保护跳机系统设计符合下列设计标准。 火力发电厂汽轮机电液控制系统技术条件（DL/T 996-2006）： 固定式发电用汽轮机规范（GB 5578-2007）: 汽轮机调节（控制）系统技术条件（JB-T 10086-2001）：u 2.TSI 110%超速（位于盘车齿轮处），盘车大齿轮处转速信号通过TSI系统传到ETS危机跳闸判断后，通过OPC/AST电磁阀组控制主汽门实现跳机。u 3.独立的超速保护系统（位于1#低压缸5#轴承处），该超速系统电子硬件完全独立于DEHETS及TSI系统；是一个以

27、三冗余超速保护控制器为核心的完全独立系统，控制周期可小于20ms, 任何模块故障不停机，具有在线热替换的特点。p结论：高效1000MW超超临界汽轮机47可选高效1000MW超超临界汽轮机高压主汽阀0#抽汽阀门0#抽汽管道高压汽缸为提高部分负荷的运行经济性，在低负荷时设置0号高加，提高给水温度；根据计算曲线，启用0号高加后，低于额定负荷都能起到降低热耗的效果。48可选高效1000MW超超临界汽轮机外置式蒸冷器蒸汽冷却器由于中压缸中间抽汽级的抽汽温度较高，其过热度较大，直接加热给水会降低机组朗肯循环效率，采用外置蒸汽冷却器先加热高温给水可提高给水温度4-5，提高汽轮机内效率0.2%左右。增加外置蒸冷器后，既降低机组热耗，同时减少三号高加的设计难度。可选49高效1000MW超超临界汽轮机低温省煤器低温省煤器根据锅炉低温省煤器提供的热量和进出口水温的要求，选择适合的位置，尽量提高热量的利用率，减少对其他加热器的影响。不同类型锅炉排烟温度存在差异，一般要求给水入口水温80，给水出口水温115 。可选50高效1000MW超超临界汽轮机51高效1000MW超超临界汽轮机电厂名称型号类型缸数功率M