哈汽公司高效百万超超临界空冷机组介绍

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司2014年11月哈汽公司高效1000MW超超临界空冷汽轮机技术介绍当前1页，总共49页。2目录当前2页，总共49页。3目录当前3页，总共49页。1.公司简介4哈汽公司简介

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。拥有主要生产设备1629台,其中大、精、尖、稀设备228台,数控设备363台。这些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。当前4页，总共49页。2.公司主要产品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轴流风机及工业汽轮机控制保护系统（DCS、DEH、TSI、ETS及其服务）汽机主要本体辅机（凝汽器、低压加热器等）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水处理设备5哈汽公司简介当前5页，总共49页。哈汽公司简介3.质保体系6当前6页，总共49页。4.哈汽汽轮机技术发展历程7哈汽公司简介第一阶段（上世纪50年代）：前苏联援建创始阶段

主要生产25MW、50MW以下纯凝和抽汽机组

第二阶段（上世纪60～70年代）：自力更生发展阶段主要生产200MW以下纯凝和抽汽机组（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、600MW亚临界纯凝机组

第四阶段（2000～2008年）：引进优化多方技术合作阶段，

三菱：超临界和超超临界600MW技术，AP1000核电汽轮机技术

东芝：超超临界1000MW技术

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年以后）：自主创新、优化提升阶段在消化吸收国外先进技术的基础上，采用先进的设计研发手段和试验验证，自主研发350MW、660MW、1000MW等机组当前7页，总共49页。新型73B#亚临界300MW(原型机)亚临界300MW改进73A#优化

73#198019902000199520022006300MW供热及空冷超临界350MW亚临界300MW300MW双抽机组2007超临界350MW空冷及供热2008350MW亚临界NCB20102011350MW超临界三缸双抽5.300MW等级汽轮机发展历程82012优化型350MW超临界湿冷、空冷哈汽公司简介当前8页，总共49页。20052006200819801990200219954缸亚临界600MW20032009201120122012哈汽公司简介6.600MW等级以上汽轮机发展历程9(原型机)4缸亚临界600MW改进75A#优化

75#新型75B#4缸亚临界600MW亚临界空冷600MW超临界600MW600MW、1000MW超超临界660MW超临界空冷600MW超临界供热1000MW超超临界空冷660MW超超临界1100MW、1200MW超超临界空冷/湿冷300MW、600MW低压模块大内缸应用优化型660MW超临界

、超超临界湿冷、空冷高效1000MW超超临界湿冷、空冷、二次再热当前9页，总共49页。1958年:中国第一台25MW汽轮机1959年:中国第一台50MW汽轮机1960年:中国第一台100MW汽轮机1971年:中国第一台200MW汽轮机1984年:中国第一台210MW汽轮机（出口巴基斯坦）1989年:中国第一台300MW亚临界汽轮机（试验机）1989年:中国第一台600MW亚临界汽轮机1989年：中国第一台200MW间接空冷汽轮机2004年:中国第一台600MW超临界汽轮机2004年：中国第一台亚临界300MW直接空冷汽轮机2005年：中国第一台亚临界600MW直接空冷汽轮机2007年:中国第一台600MW超超临界汽轮机(2缸)2008年:中国第一台350MW超临界机组2009年：中国第一台超临界660MW直接空冷汽轮机哈汽公司简介7.历史年表10当前10页，总共49页。11目录当前11页，总共49页。新百万机组设计理念：三菱公司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，拥有完全独立自主知识产权。高效百万机组主要技术特点

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、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0.6MPa，低压内缸、外缸端汽封、轴承箱全部采用落地结构，彻底解决低压缸刚度不足问题；

4.应用HTCCS动静间隙测量方法，电厂安装时不需要调整通流间隙，一方面保证实际运行时汽封间隙与设计值吻合，保证机组效率；另一方面减少现场的工作量和安装周期。

1.高效百万机组设计理念及技术特点12高效1000MW超超临界汽轮机当前12页，总共49页。通过专家评审高效1000MW超超临界汽轮机1.高效百万机组设计理念及技术特点当前13页，总共49页。机组外形布置图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1.高效百万机组设计理念及技术特点当前14页，总共49页。滑销系统图15高效1000MW超超临界汽轮机1.高效百万机组设计理念及技术特点当前15页，总共49页。

通流型式选择根据经典理论：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1.高效百万机组设计理念及技术特点当前16页，总共49页。

通流型式选择

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1.高效百万机组设计理念及技术特点当前17页，总共49页。哈汽公司是国内唯一在350MW\600MW\1000MW全系列机组同时拥有反动式和冲动式设计技术的制造厂。对于高效600MW\1000MW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。

通流型式选择18高效1000MW超超临界汽轮机1.高效百万机组设计理念及技术特点当前18页，总共49页。2.技术规范19高效1000MW超超临界空冷汽轮机序号项

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、空冷凝汽式2汽轮机型号

N1000-28/600/6203主蒸汽额定进汽量（背压12KPa)t/h2982.11(TMCR工况)4配汽方式

节流调节5额定转速r/min30006给水回热级数（高加＋除氧＋低加）

3+1+4(带外置式蒸汽冷却器)7低压末级叶片长度mm9408通流级数高压缸级15中压缸级2×12低压缸级2×2×59低压缸进汽压力MPa

0.55当前19页，总共49页。203.高效百万机组与原机组效率对比项目收益kJ/kW.h备注提高参数5625/600/600提高到28/600/620取消调节级34高压缸效率提高2%高压缸多级反动式17高压缸效率提高1%阀门改进4无主汽管道、低压损型阀门中压缸多级反动式20中压缸效率提高1%八级回热20相对原七级回热外置式蒸冷器12总计163高效1000MW超超临界空冷汽轮机当前20页，总共49页。4.汽轮机技术特点

高温材料选择

超超临界1000MW材料提高参数机型参数25MPa/600/600℃28.0MPa/600/620℃27MPa/600/610℃高压外缸ZG15Cr1Mo1V不变高压内缸ZG1Cr10MoVNbN不变中压外缸ZG15Cr1Mo1V不变中压内缸ZG1Cr10MoVNbNCB2高压转子12CrMoVNbNW不变中压转子12CrMoVNbNW

新型12%Cr(FB2)主汽调节联合阀ZG1Cr10MoWVNbN不变再热调节联合阀ZG1Cr10MoWVNbNCB221高效1000MW超超临界空冷汽轮机当前21页，总共49页。

高温材料选择CB2、FB2理化性质CB2、FB2高温性能22高效1000MW超超临界空冷汽轮机CB2、FB2为欧洲COST522计划在COSTE和F钢的基础上，通过添加1%Co和85ppmB，成功开发出可用于625℃的缸体材料和转子材料。材料在国外采购已不存在困难，目前，欧盟及日本等公司已完成转子和铸件供货的所有工艺技术准备，并在美国、德国以及波兰等新建电厂中得到应用。4.汽轮机技术特点当前22页，总共49页。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

气动优化高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前23页，总共49页。高效1000MW超超临界空冷汽轮机

优良的变工况性能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%。4.汽轮机技术特点当前24页，总共49页。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

装配式隔板高效1000MW超超临界空冷汽轮机焊接隔板纵剖图装配式隔板纵剖图焊缝焊缝导叶4.汽轮机技术特点当前25页，总共49页。

高压模块26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超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前26页，总共49页。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

高压模块27高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前27页，总共49页。

高压模块28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压进汽蜗壳高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前28页，总共49页。

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。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。全周进汽，滑压运行，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。

高压模块29第一级轴向布置静叶实体图第1、2级子午面温度云图高压第一级静叶横置高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前29页，总共49页。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

%1.2301.3582.1349.622

高压模块流线图马赫数云图30主汽调节联合阀高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前30页，总共49页。

高压模块防止汽流激振措施增加高压转子刚度，提高汽轮机高压转子临界转速；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；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；取消喷嘴进汽，采用全周进汽的方式；采用防汽流涡动汽封；31高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前31页，总共49页。

高压模块防止固体颗粒侵蚀措施表面硬化处理(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%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。利用旁路系统，启动前可用旁路带走一部分固体颗粒。32高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前32页，总共49页。

汽缸及转子装配如下图。缸体电端采用固定垫箱支撑，并固定汽缸。转子采用两个轻质支架支撑，缸体调端底部采用千斤顶支撑，与转子支架配合，用于汽缸的支撑及顶起。在内缸的调端及电端侧各设计4块支撑板用于厂内总装时内缸与转子定位。在外缸两侧端面处设计定心环用于高压模块整体运输。千斤顶转子辅助支架内缸固定垫箱转子辅助支架高压转子高压内缸支撑板高压外缸定位环33高效1000MW超超临界空冷汽轮机

高压模块4.汽轮机技术特点当前33页，总共49页。步骤1：高压内缸下半就位，安装好静叶、汽封步骤2：转子支架就位，并起吊转子步骤3：调整辅助支撑位置及高度并安装高压内缸下半定位支撑板，将转子平稳装入高压内缸。步骤4：安装高压内缸上半支撑板后再安装高压内缸上半，把紧内缸中分面螺栓及定位销栓。34高效1000MW超超临界空冷汽轮机

高压模块4.汽轮机技术特点当前34页，总共49页。步骤5：高压内缸红套步骤6：红套环装配完成后将内缸与转子整体吊装步骤7：将高压转子及内缸装入外缸下半前将内缸下半的两块定位支撑板取下,安装支撑键步骤8：将内缸及转子整体装入外缸下半后取下内缸上半的两块定位支撑板，调整并安装外缸下半端部定位环下半定位环下半定位环35高效1000MW超超临界空冷汽轮机

高压模块4.汽轮机技术特点当前35页，总共49页。步骤9：安装高压外缸上半(包括端部定位环)。定位环高压模块包装后尺寸6.6m×3.9m×3.8m，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。调好后，拆卸定位环，连接转子对轮，高压模块与阀门连接。36高效1000MW超超临界空冷汽轮机

高压模块4.汽轮机技术特点当前36页，总共49页。中压主汽阀碟与调节阀碟共享一个阀座；降低中低压缸分缸压力，

中压模块

37高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前37页，总共49页。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。

中压模块

38高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前38页，总共49页。落地轴承箱落地内缸落地端汽封940mm末叶片

低压部分39降低低压缸进汽压力至0.55MPa,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。这个低压模块已有定州等多个电厂的使用业绩，安全、高效。高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前39页，总共49页。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

低压部分40高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前40页，总共49页。

内缸直接支撑在基础上

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低压部分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超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前41页，总共49页。940mm末级叶片42

阻尼围带高抗振衰减性

凸台/套筒拉筋高抗振衰减性

12%Cr不锈钢高强度、高硬度

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超超临界空冷汽轮机940mm叶片设计参数根径1718.51879mm环形面积7.85m28.32m2叶片支数6670叶根形式圆弧枞树形连接形式阻尼凸台/套筒+自带围带整圈连接材料12%Cr940mm叶片开发历程2004200520062007气动设计和结构设计性能验证试验电厂使用4.汽轮机技术特点当前42页，总共49页。940mm末级叶片余速损失比较

根据计算对比，哈汽940mm高根径末叶更适合于1000MW空冷机组高效1000MW超超临界空冷汽轮机4.汽轮机技术特点当前43页，总共49页。44采用纯电动主油泵系统现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。哈汽9