汽轮机设备及运行绪论

汽轮机设备及运行

一汽轮机的发展1汽轮机的作用汽轮机以蒸汽作为工质，并将蒸汽的热能转换为旋转机械能，从而带动发电机发电。汽轮机具有单机功率大、效率高、能长时间运转的特点。在火电厂、核电厂和地热电厂都用汽轮机来拖动发电机发电。此外，还可以用小汽轮机带动给水泵、风机和压缩机等设备，作为工业动力。

汽轮机燃料化学能→蒸汽热能→机械能→电能国产20万汽轮机外观2汽轮机的发展历史1884年英国工程师柏生氏（ThomasParsons）获得可实用的反动式透平机专利。1895年以后，Westinghouse和Allis-Chalmers公司先后购买了Parsons的专利，开始生产汽轮机。1900年前后，美国工程师寇蒂斯CharlesCurtis在GE公司支持下获得了冲动式透平机专利。1920年左右，铬不锈钢的应用1930年代是汽轮机结构变化最快的时期，双流排汽缸设计、双轴设计、低压缸顶置高压缸设计、三机组串联轴设计、再热结构设计等，都出自该时期。1940年代以后，汽轮机的参数进一步提高，结构形式逐步固定，多缸单轴形式成为主流1945年，美国的主流汽轮机容量为100MW，1967年主流容量为700MW。今天，汽轮机的主流容量仍然在600MW～1000MW，但是蒸汽参数已经达到超临界或超超临界参数，最高蒸汽压力达到30MPa，最高蒸汽参数达到620℃。

汽轮机是在高温、高压和高转速条件下工作的巨型精密机器。它的设计、制造、安装和经济运行涉及到许多学科和技术领域。我国从1955年生产第一台6000千瓦汽轮机至今，已能制造30万（300MW）、60万千瓦（600MW）的汽轮发电机组。随着科学技术的发展和人们对能源与环境的要求，汽轮机制造业的趋势是朝着高参数、大容量、高效率和现代化控制方面发展。目前，正在向600MW容量以上的超临界机组发展。2008年初，全国发电总装机容量超过为7亿千瓦，其中，火电占70%以上。2020年核电4000万千瓦（估）3我国火力发电事业发展概况4主要的设备制造商二采用汽轮机的热力发电方式二、蒸汽一燃气联合循环发电

燃气轮机是一种结构紧凑、质量轻、起动快的热力原动机，不需要或仅需要少量冷却水。除航空燃气轮机外，世界上数千万千瓦燃气轮机的总量中，有百分之七十是供发电用的。燃气轮机的进气温度很高，但排气温度也高达300℃～400℃，将高温排气送入余热锅炉生产水蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。这种发电装置称为蒸汽—燃气联合循环发电。理论和实践证明，联合循环发电可大幅提高发电热经济性，现代蒸汽—燃气联合循环发电装置的热效率可超过60%

三、核能发电

重核分裂和轻核聚合时，都能释放出巨大的能量。这种能量统称为核能，也称原子能。核电站即原子能发电厂。

目前投入商业化发电的核电站都是利用铀裂变放出的能量作为热源的。一公斤铀裂变释放出的能量，相当于2700吨标准煤完全燃烧所放出的热能。

反应堆是核电站的主要部分，它相当于普通火电厂中的锅炉设备，由蒸汽发生器生产的蒸汽，通过汽轮机转换为机械能再发电。大亚湾核电站四、地热发电目前，人们能直接测量的地温，仅限于地下10公里以内的范围，地核的温度据推测约为5000℃。据估计，如把全世界煤的总储量折算为热能作为基数，石油的总能量仅为煤的百分之三，目前能够利用的核燃料仅为煤的百分之十五，然而地下热能却为煤的1.7亿倍。仅在地面以下三公里之内可开发的热能，就相当于2.9万亿吨标准煤的能量。现在，世界上已经建成了不少利用地热产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电的地热电站。由于只利用了浅层地热，地热发电的蒸气参数还不高。西藏羊八井地热电厂地热发电五、太阳能集热发电

太阳表面温度6000℃左右，内部温度高达摄氏20,000,000℃。利用太阳辐射能发电，有光伏电池发电、太阳能集热发电等方式。太阳能集热发电，接收或聚集太阳的辐射能，使之转换为热能，将工质加热蒸发，生产蒸汽去驱动汽轮发电机组发电。目前，大规模太阳能集热发电均采用这种模式。但是，由于技术上的原因，现在的发电成本还远高于常规能源发电和核能发电。由于太阳能能量十分巨大，且可实现无污染转化和利用，随着世界性的能源供需日趋紧张和现代科学技术水平的迅速提高，大规模利用太阳能是必然的趋势。预计在不远的将来，太阳能发电将成为一种重要的发电方式。太阳能发电潮汐发电潮汐发电新疆达坂城风电场景观三峡水利枢纽工程三汽轮机系统

一、蒸汽动力循环和汽轮机作功过程

1，朗肯循环

根据热力学第二定律，卡诺循环的热效率是最高的。但实际上所采用的是最简单的蒸汽动力装置理想循环——朗肯循环。它由锅炉、汽轮机、冷凝器和水泵所组成。如右下图所示。

锅炉，水在锅炉中定压吸热、汽化为饱和蒸汽。

过热器，吸热成为过热蒸汽。

汽轮机，膨胀、作功、乏汽排出。

凝汽器，并凝结、放出潜热。

给水泵，将凝结水提高压力并泵入锅炉，

完成一个循环。这种最简单的蒸汽动力装置循环（理想的朗肯循环）的热效率是不高的（低于40%）。蒸汽在锅炉中的吸热量（Q。）只有一小部分转化为汽轮机的作功；而大部分热量（潜热）作为冷源损失在凝汽器中为循环水所带走。如下图所示，用热力学第一定律对最简单的蒸汽动力装置循环进行分析的结果，就可以形象地用能流图表示。能量在各设备中的利用和损失2,给水回热抽汽系统的作用

在朗肯循环中，造成热效率低的主要原因是工质平均吸热温度不高。为了提高蒸汽平均吸热温度，除了提高蒸汽初参数之外，另一种办法是改善吸热过程。如右下图所示，4-5-1为蒸汽的吸热过程，而4-5为其预热阶段，是整个吸热过程中最低段。

给水回热加热循环的优缺点采用给水回热加热循环，可以提高循环的热效率。同时也增加了设备（加热器、管道、阀门、水泵等），使系统复杂，投资增加。但有利是主要的：

1）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。对提高效率、改善末级的设计都是有好处的；

2）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约部分金属材料；

3）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。3,中间再热循环（1）中间再热循环的采用提高蒸汽初压，可以提高循环热效率。但蒸汽初压的提高，将会引起：乏汽的湿度增加，对汽轮机的工作产生不利影响。如果同时提高蒸汽的初压和初温，又要受到金属材料性能的限制。为了解决这一问题，采用蒸汽中间再过热的办法。采用中间再热，就是让新蒸汽首先进入汽轮机高压部分膨胀作功，到某一中间压力时，全部抽出来，送到锅炉的再热器中再过热，然后再送到汽轮机的中、低压部分继续膨胀作功。经再热后，膨胀末了的乏汽的干度明显增大。这样，就避免了提高初压或者同时提高初压、初温而带来的困难。（2）再热对循环热效率的影响对图1-5b的T-s图作分析。图中，1-2-3-4-1为基本循环，B-A-2’-2-B为再热附加循环。当再热温度与新蒸汽温度相同时，当终参数一样，只要再热压力不太低，则附加循环的平均吸热温度将高于基本循环的平均吸热温度。这样，总的平均吸热温度就变高了，则总的热效率得到提高。

（3）再热压力选定如果再热压力选得较高，能使热效率得到提高；如果再热压力选得较低，则使热效率将会降低。如果再热压力选得过高，附加循环的吸热量减少，使整个循环的热效率减弱。因此要找一个最佳的再热压力。根据设计和运行的经验取再热压力为新蒸汽压力的20~30%之间。二、汽轮机设备及其系统

汽轮机设备及系统包括汽轮机本体、控制保安系统、辅助设备及系统等。汽轮机本体由转动部分和固定部分组成；控制保安系统包括主汽阀、调节汽阀、控制执行机构、信号变送器、控制油系统、计算机控制系统、安全保护装置等；辅助设备包括凝汽器、抽气器(或水环真空泵)、高压和低压加热器、除氧器、给水泵、凝结水泵、凝升泵、循环水泵等。汽轮机的重