定州汽机讲座03

1、国华定洲发电有限责任公司一期工程国华定洲发电有限责任公司一期工程汽机专业介绍第一部分第一部分 概述概述第二部分第二部分 汽轮机主机汽轮机主机第三部分第三部分 主要辅助系统主要辅助系统第四部分第四部分 汽轮机的运行汽轮机的运行第一部分 概述 我公司的汽轮机组选用上海汽轮机厂生产的2台N600-16.7/537/537型600MW机组。最大连续出力可达633.7MW。这是上海汽轮机厂在引进美国西屋电气公司技术的基础上，对通流部分作了设计改进后的新型机组，形式为亚临界参数、一次中间再热、单轴、四缸、四排汽凝汽式汽轮机。具有较好的热负荷和变负荷适应性，采用数字式电液调节（DEH）系统。机组能在冷态、温

2、态、热态和极热态等不同工况下启动。并可采用定压和定-滑-定压运行方式中的任一种运行。定-滑-定压运行时，滑压运行的范围是30-90%额定负荷。 机组主要技术参数 额定功率： 600MW 最大功率： 633.7MW 主汽压力：16.7MPa 主汽温度：537 再热汽压力：3.194MPa 再热汽温度：537 背压：5.4kPa 冷却水温：21.5 给水温度：273.2 抽汽级数：8级（三高加、四低加、一除氧） 转速： 3000r/min第二部分 汽轮机主机汽轮机主机型号为N600-16.7/537/537 “N”表示汽轮机为凝汽式 “600”表示机组的容量为600MW; “16.7”表示进入高压

3、汽缸的主蒸汽压力为16.7MPa; “537/537”表示进入高压汽缸的主蒸汽温度为537;经 过中间再热后进入中压汽缸的再热蒸汽温度 为537。汽轮机形式为亚临界参数、一次中间再热、单轴、四缸、四排汽凝汽式汽轮机。 对水蒸汽来说：其临界压力对水蒸汽来说：其临界压力P Pc c=22.129Mpa ,=22.129Mpa , 汽轮机按汽轮机按新蒸汽压力可分为以下几种型式：新蒸汽压力可分为以下几种型式： 低压汽轮机（1.18-1.47Mpa） 中压汽轮机（1.96-3.92Mpa） 高压汽轮机（5.88-9.81Mpa） 超高压汽轮机（11.77-13.75） 亚临界汽轮机（15.69-17.6

4、5） 超临界汽轮机（22.16） N600 N600汽轮机采用一次中间再热，其优点是提高机组的汽轮机采用一次中间再热，其优点是提高机组的热效率，在同样的初参数条件下，再热机组一般比非热效率，在同样的初参数条件下，再热机组一般比非再热机组的热效率提高再热机组的热效率提高4%4%左右，而且由于末级蒸汽温左右，而且由于末级蒸汽温度较非再热机组大大降低，因此，对防止汽轮机组低度较非再热机组大大降低，因此，对防止汽轮机组低压末级叶片水蚀特别有利。但是中间再热式机组的热压末级叶片水蚀特别有利。但是中间再热式机组的热力系统比较复杂。力系统比较复杂。主蒸汽主蒸汽再热器再热器凝汽器凝汽器高压缸高压缸中压缸中压缸

5、低压缸低压缸蒸汽流程：高缸排汽高压缸再热器冷段再热器热段再热器1个调节级+11各压力级中压缸#1低压缸低压凝汽器锅炉过热器高压主汽门高压调速汽门主蒸汽管道29各压力级中压缸排汽#2低压缸27个压力级27个压力级高压凝汽器 汽轮机本体： 汽轮机本体是汽轮机设备的重要组成部分，他有转动部分（转子）和固定部分（静子）组成。 转动部分包括：动叶、叶轮（或转鼓）、主轴和联轴器、紧固件等 固定部分包括：汽缸、蒸汽室、喷嘴室、隔板、隔板套、汽封、轴承、轴承座、机座 、滑销系统等。 本体概述： 汽轮机有一个单流的高压缸、一个双流的中压缸和两个双流的低压缸组成；总通流级数为58级。汽缸均为内外缸结构，能够节省优

6、秀钢材，减少启动时间。 所有转子均采用刚性联接，高中压转子无中心孔，提高了转子的寿命及启动速度。 汽轮机设有一个推力轴承和八个径向轴承。推力轴承为单独的滑动式自位推力轴承。高中压转子的径向轴承采用四瓦块的可倾瓦轴承，自位性能好。#1低压转子的前轴承采用两瓦块可倾瓦轴承，这种轴承不仅有良好的自位性能，而且能承受较大的载荷，运行稳定。低压转子的另外三个轴承为圆筒轴承，能承受更大的负荷。 高压缸： 采用双层缸结构，这样在启停和变负荷运行时，汽缸壁内外表面之间的温度差较小。对于一定的汽缸金属材料来说，汽缸壁的热应力也较小，因此有利于缩短启动时间和提高汽轮机对负荷的适应性。 但双层缸比单层缸结构复杂，零

7、件增多，因而制造、安装和检修等工作量和材料量都有所增加。 600MW汽轮机高压缸双层结构的设计有其独特的优点，其内缸承受蒸汽的温差小、压差大，而外缸承受的温差大、压差小。因此内缸壁中温度梯度不大。引起的热应力较小；外缸虽承受大温差，但由于缸壁承压小，在工况变化过程中，能承受较大的热应力。 由于这种设计特点，可以将气缸壁和法兰厚度做得薄些，在温度变化时（工况变化时），法兰、螺栓的温度变化速度较快，这样就不必另设加热装置对法兰螺栓进行加热，从而取消了加热装置。 中压缸： 再热蒸汽经过中压主汽门、调节汽门进入中压缸，虽然此时蒸汽压力不高，但在中压缸进汽部分的温度却很高，因此，为减少汽缸中的热应力，中

8、压缸仍采用双层缸结构。 中压缸为对称分流式，就温度水平而言，中压缸中部处于高温区，两端温度、压力较低，处于低温区。因此，两端的轴封漏汽损失小，轴瓦受轴封漏汽的影响也小。由于采用了左右对称结构，中压转子基本上不产生剩余的轴向推力，所以不必设置平衡活塞，简化了结构。 为了改善中压转子中部的工作环境，运行中有部分高压缸排汽通过中压缸内缸上中空的定位销进入中压缸。这股汽流在转子中部分左右两路进入动叶汽道。冷却了中压缸转子中部及进汽导流板。 低压缸： 大机组由于蒸汽的容积流量大，排汽真空高，因此低压缸尺寸很大。目前，缸体的强度已不是什么重要问题，而如何保证缸体的足够刚度和合理的排汽通道则是大机组低压缸的

9、关键问题。 为了改善低压缸的热膨胀，600MW机组低压缸采用三层缸结构，将通流部分设在内缸中，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排汽缸则均处于排汽低温状态，使其膨胀变形较小，这种结构还有利于设计成径向排汽。以减小排汽损失，缩短轴向尺寸。 每个排汽缸的最上部设有880mm的大气安全门，它是真空系统的安全保护措施。当凝汽器循环水突然中断时，它能防止缸内蒸汽压力过高，保护排汽缸和凝汽器，大气安全门动作参数为0.1180.137Mpa。 转子： 本汽轮机的转子由高压转子、中压转子、两个低压转子、两个接长轴组成，带动发电机转子旋转。各转子之间采用刚性联轴器连接，由上述各转子组成的转动部分由安装

10、在中轴承箱内的推力轴承来定位，并由径向轴承来支承。 汽轮机高中低压转子均为整体锻造，具有较高的塑性和韧性。 四个汽轮机转子，共同带动一个发电机转子，所以需要联轴器将这些转子连接起来，将各汽轮机转子上产生的扭矩传递到发电机转子上去，因此，联轴器必须能传递较大的扭矩；另外，本机组四个转子共用一个推力轴承，因此联轴器还必须能传递一定的轴向推力。故选用刚性联轴器。伸长轴伸长轴主油泵主油泵高压缸高压缸轴向位移定位盘轴向位移定位盘推力盘推力盘中压缸中压缸#1低压缸低压缸#2低压缸低压缸盘车盘车发电机发电机励磁机励磁机#1轴承座轴承座#2轴承座轴承座#3轴承座轴承座#4轴承座轴承座#5轴承座轴承座#6轴承座

11、轴承座#7轴承座轴承座#8轴承座轴承座#9轴承座轴承座平衡活塞平衡活塞机组轴系示意图： 轴向推力的产生及其平衡：轴向推力的产生及其平衡： 蒸汽除在各级动叶上作用有使转子旋转的作用力外，还作用有由动叶前指向动叶后的轴向力。这些轴向力再加上其他部分存在的轴向力，就构成了多级汽轮机转子上承受的总轴向力。 平衡方法：平衡方法： 1. 中压缸和两个低压缸采用分缸反向布置：使不同汽缸的汽流反向流动，抵消一部分轴向推力。由于采用双流结构，本缸可以不采用平衡活塞，从而降低了漏汽损失。但是另一方面，由于采用了双流结构，导致叶片高度比单流小，级的漏汽损失和叶片端部损失以及叶片和叶轮在蒸汽中的摩擦损失都会增大。 2

12、. 设置平衡活塞：将高压轴封的一段轴封套的直径加大，以便设置平衡活塞。平衡活塞实质上就是加大了直径的的一段轴封。由于平衡活塞上装有齿形轴封，所以平衡活塞两侧有一定的压差，平衡活塞所受的力与轴向推力方向相反。高压缸由于平衡活塞的采用，从而增大了漏汽损失。 3. 在叶轮上开平衡孔：由于本机组为反动式机组，采用转鼓结构。所以没有平衡孔。 4. 推力轴承：轴向推力经过平衡后，剩余的不平衡部分由推力轴承承担。为了安全起见，推力轴承的安全系数应大于1.51.7。推力轴承和高压转子制成一体，在推力盘两侧装有8块推力瓦块。在正常工况下，轴向推力是指向调速器端的，所以二瓦侧的推力盘面是工作面。 主机滑销系统：

13、汽轮机在启动、停机和运行时，汽缸的温度变化较大，将延长、宽、高几个方向膨胀或收缩。由于基础台板的温度升高低于汽缸，所以汽缸的自由膨胀问题就成了汽轮机的制造、安装、检修和运行中的一个重要问题。 为了保证汽缸定向自由膨胀，并能保持汽缸与转子中心一致，避免因膨胀不均匀造成不应有的应力及随之而来的振动，因而必须设置一套滑销系统。在汽缸与基础台板间和汽缸与轴承座之间装上各种滑销，以保证汽缸自由膨胀，同时又能保持机组中心不变。 滑销系统通常由横销、纵销、立销、猫爪、角销等组成。第三部分 主要辅助系统一、汽轮机旁路系统 汽机旁路系统最基本的功能是协调锅炉产汽量和用汽量之间的不平衡，改善机组启动和负荷特性，提

14、高机组运行的安全性、灵活性和负荷适应性。 国内已投运和在建的600MW等级的机组中，除沙角C厂3660MW机组外，都设有汽机旁路。对于亚临界参数、控制循环汽包炉配西屋技术汽轮发电机组，旁路系统均采用了30%容量的两级串联旁路，如平圩一期、哈三二期、元宝山三期、吴泾八期、盘山二期等。 二级串联旁路流程：二级串联旁路流程： 高压旁路从主蒸汽管道接出，经减温减压后接至冷再热蒸汽管道；减温水来自高压给水系统。 低压旁路从再热蒸汽管道接出，经减温减压后接至凝汽器；减温水来自凝结水系统。 主蒸汽主蒸汽再热器再热器凝汽器凝汽器高压缸高压缸中压缸中压缸低压缸低压缸旁路系统的作用：改善机组的启动性能。机组正常运

15、行时，高、低压旁路装置具有超压安全保护的功能。旁路应能适应机组定压运行和滑压运行两种方式。当电网或机组故障跳闸甩负荷时，旁路装置应快速动作，实现带厂用电或空转或停机及维持锅炉最小负荷运行功能，使机组能随时重新并网恢复正常运行。在启动和甩负荷减负荷时，可保护布置在烟温较高区的再热器，以防烧坏。回收工质，减少噪音。 二、凝结水系统： 本工程的凝结水系统为中压凝结水系统，每台机组共设置两台全容量凝结水泵，一台运行一台备用。凝结水泵的用途为在高度真空的条件下将凝汽器的热井中的凝结水抽出，输送接近于凝汽器压力的饱和温度的水，进入除氧器，作为锅炉补水。 本系统配置4台低压加热器。其中两台(#7、#8低压加

16、热器)为组合式，共用一个壳体，安装于凝汽器喉部，#7、#8低压加热器设大旁路，#5、#6加热器设小旁路。低压加热器全部采用全焊接结构壳体、双流程卧式U型管，由蒸汽凝结段和疏水冷器段两个传热段组成。加热器疏水方式为逐级自流，最后流入凝汽器。 系统流程：凝汽器热井凝结水泵凝结水精处理装置汽封冷却器除氧器水位调节阀#8低压加热器#7低压加热器#6低压加热器#5低压加热器除氧器汽轮机低压缸排汽除盐水补水凝汽器 我公司600MW汽轮机凝汽器是由上海动力设备有限公司制造的双背压、双壳体、对分流程、表面式凝汽器，根据凝汽器及精处理的优化结果，采用不锈钢管材，冷却面积为38000m2。 凝汽器的作用：凝汽器的

17、作用： 凝汽器是凝汽式汽轮机的重要组成部分，其最主要的作用有以下两方面，一是在汽轮机排汽口建立并维持一定的真空；二是保证将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水，并回收凝结水作为锅炉给水。 此外，凝汽器还是凝结水和补给水去除氧器之前的先期除氧设备；接收机组启停和正常运行中的疏水和甩负荷过程中旁路排汽，以回收热量和减少循环工质损失。 低压加热器：低压加热器： 低压加热器是热力系统中加热主凝结水的设备，加热蒸汽来自汽轮机的抽汽，主凝结水则作为锅炉的给水。采用抽汽加热凝结水的目的是减少冷源损失，提高电厂的热经济性。因为这样能使汽轮机中作过部分功的蒸汽，从汽轮机中间级抽出倒入加热器加热凝结水放出其汽化潜热，而

18、凝结成水，这部分蒸汽就不再进入凝汽器，汽热焓被加热器利用，而不被循环水再走，所以减少了冷源损失。 另外由于加热了主凝结水，所以给水温度也就相应地提高了。这样也可以减少锅炉受热面和因炉水温差过大而产生的热应力，从而提高了设备运行的可靠性。 除氧器 除氧器由上海动力设备厂制造。为采用喷雾淋水盘的卧式高压除氧器，置于除氧水箱之上。除氧器有喷雾除氧段和深度除氧段组成，出水含氧量小于7g/l 。除氧水箱有效容积为235m3，可满足锅炉额定工况下7分钟的给水量。 机组运行时，由于水中含有不溶解的气体，以及补充水和管道漏气，会导致循环介质中含有大量的氧气和二氧化碳气体，在工质循环过程中会腐蚀锅炉受热面以及汽

19、机叶片和管道及设备，所以为了保证热力设备能安全经济运行，应除去给水中溶解的氧和其它气体。这一任务由除氧器来完成，另外除氧器还具有回收高加给其他疏水的作用。 除氧方式：除氧方式：热力除氧除氧器的结构设计应满足如下要求：除氧器的结构设计应满足如下要求：水与蒸汽要有足够大的接触面积。迅速把逸出水面的气体排走。加热蒸汽与需要除氧的水之间有足够长的逆向流动路径，即有足够大的传热面积和足够长的传热时间。 所以，除氧器中必须构成初步除氧和深度除氧两个除氧过程。 除氧器除氧可分为两个阶段：粗除氧和深度除氧器除氧可分为两个阶段：粗除氧和深度除氧除氧 粗除氧：凝结水经配水室和配水管引进喷嘴，经喷嘴向下呈雾状喷出，

20、和加热蒸汽相接触，加热到工作压力下的饱和温度，达到粗除氧的目的，粗除氧一般可除去给水含氧的70%90%。 深度除氧：深度除氧在填料层进行，经过粗除氧的凝结水经填料层的上孔板流入型元件，面积增大，并且与底部引进的二次加热蒸汽充分接触进行深度除氧，使给水含氧量符合技术要求。未凝结的蒸汽和有凝结水析出的氧气及其它气体经除氧器顶部两侧排气管排出；除过氧的给水经除氧器底部的两根管子排到除氧水箱。 三、给水系统： 给水系统是电厂中热力循环的一个重要环节，他的主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器进一步加热之后，输送到锅炉省煤器入口联箱，作为锅炉的给水。同时还向锅炉再热器的减温

21、器、过热器的一、二级减温器以及汽轮机高压旁路装置的减温器提供减温水，用以调节上述设备出口蒸汽的温度。 给水系统是一个庞大的系统，它除了上述的主管路外，还有由于泵的安全性而设置的暖泵管路及最小流量再循环管路。 600MW机组给水系统涉及到的设备有除氧水箱、主给水泵（汽泵）、启动备用给水泵（电泵）、汽泵前置泵、电泵前置泵、液力偶合器、高压加热器等。 给水系统流程：电泵前置泵汽泵前置泵#1高压加热器#3高压加热器#3高压加热器锅炉省煤器除氧器电动给水泵汽动给水泵 本工程每台机组共配置 3 套给水泵组，其中汽动给水泵组 2套，电动给调速给水泵组1套。给水泵汽轮机正常工作汽源采用四段抽汽，备用和启动用汽

22、源采用新蒸汽（或辅助蒸汽）。 小汽机主要技术参数：小汽机主要技术参数： 型 号： ND（G）84/79/07 生产厂：上海汽轮机有限公司 型 式：单缸、单流、冲动式、纯凝汽、新汽内切换 运行方式：变参数、变功率、变转速 额定功率： 7.78MW 内 效 率： 83.29% 最大连续功率：10MW 额定转速： 5390r/min 调速范围：28006000r/min 对于我公司600MW机组，给水泵容量增加，泵的转速也需要大大地提高，相应的对泵的驱动方式、结构和材质等也要有新的要求。另一方面单元机组如参加机组调峰，会使给水泵流量变化范围增大，它的扬程，吸入压力及给水温度等相应随之变化，从而它的运

23、行也将出现新的问题。 对于大容量给水泵，需要大的驱动功率，如果仍采用电动机驱动，由于受到电网频率的限制，电动机的转速不可能超过3000RPM，这样不仅使给水泵级数增加很多，而且会使泵的长度和重量增加，将严重地影响水泵的可靠性和经济性，因此大型给水泵均采用变速调节，我厂汽泵采用小汽机冲动，而电泵由电动机带动液力偶合器驱动，虽然变速调节增加了一次性投资，但是从经济方面考虑，是适用的。 四、抽真空系统： 凝汽器真空的形成： 主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。如蒸汽在绝对压力4Kpa时蒸汽的体积比水的体积大3万多倍。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。 真

24、空的形成和维持必须具备三个条件： 1. 凝汽器不锈钢管必须通过一定的冷却水量。 2. 凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结。 3. 抽气器必须把漏入的空气和排气中的其它气体抽走。 水环式真空泵结构： 水环式真空泵的主要部件有叶轮和壳体。叶轮由叶片和轮鼓组成。一般叶片有直板状的，也有向前弯和向后弯的。实验证明，后弯式叶片的工作性能较差，而前弯式和径向式的较好。我公司的西门子真空泵采用的就是前弯式叶片。 水环式真空泵的壳体由若干零件组成，不同形式的水环泵，其壳体结构也不同。但在壳体内都有一个圆柱体的空间，叶轮偏心的装在这个空间内。同时在壳体侧面的适当位置开有吸气口和排气口，

25、实现轴向的吸气和排气。 水环式真空泵的工作原理图 排气口排气口吸气口吸气口叶轮叶轮水环水环泵体泵体 五、循环水系统： 我公司循环水系统为具有自然通风冷却塔的闭式循环水系统。 循环水系统的主要功能是向汽轮机的凝汽器提供冷却水，以带走凝汽器内的排汽热量，将汽轮机的排汽通过热交换冷却并凝结成凝结水。此外，循环水系统还为开式冷却水系统提供水源。 系统中建有两座双曲线型的冷却塔，储水池中的水经循环水泵升压，送入凝汽器，吸收了排汽的热量后，回到冷却塔上部的配水槽，经溅水碟，淋水盘等装置后，回到储水池。空气在冷却塔自拔力的作用下自下而上流动，和水进行逆流换热。 系统配置了2台长沙水泵厂制造的循环水泵，用于抽

26、送循环水。水质为淡水。 主要技术参数：主要技术参数： 单台泵流量12m3/s 循环水流量42855t/h 扬程22.38m 轴功率 3185.2KW 转速370rpm 额定电压6000V 额定功率3700KW 循环水泵型式为立式、转子可抽固定叶片，混流泵，立式混流泵的特点是该泵介于离心式和轴流式之间，能够输送较大的流量的同时又能够提供较高的压头，而且还具有结构紧凑，体积小，运行调节简单等优点。另外，由于循环水泵的叶轮浸在水中，因此起动时不需抽真空，汽蚀性能也可以得到改善。再就是水泵电机置于轴的上面，离水面较高不易受潮。 六、冷却水系统： 我厂采用开闭结合的冷却水系统。对于转动机械的过瓦水和管束

27、管径较小的小水量冷却器，采用闭式冷却水；管束管径较大的大水量冷却器，采用开式冷却水。这样可在保证设备运行安全的前提下尽量减少闭式冷却水用量，采用较小的闭式冷却水换热器，从而节省投资。 机组的热交换器和设备的冷却器之所以接入开式机组的热交换器和设备的冷却器之所以接入开式水而不接入闭式水系统，是以下列条件为依据的：水而不接入闭式水系统，是以下列条件为依据的： 1. 热交换器或冷却器不需要有高品质的冷却水（凝结水）。 2. 设备需要有在机组停止期间继续运行的功能。 3. 需要大量的冷却水。 4.4.需要的冷却水已超出闭式循环冷却水系统所能提供的范围。 1. 1. 开式冷却水系统开式冷却水系统 开式冷却水系统是开式循环系统，开式冷却水由凝汽器循环水进水管取水，回水至凝汽器循环水出水管。系统设置两台100%容量的开式循环冷却水泵，其中一台运行、一台备用。 2. 2. 闭式冷却水系统闭式冷却水系统 闭式循环冷却水系统是向小型的放热装置（如风机、水泵、磨煤机轴承等）和要求水质好、污染低的大型放热装置在各种运行工况下提供冷却水的闭式回路。用开式冷却水系统中的水流经闭式冷却水热交换器来冷却闭式冷却水系统中的冷却水。 闭式冷却水系统包括闭式冷却水泵、热交换器等设备。两台100%容量的闭式循