600MW级超临界直接空冷凝汽式汽轮机概述

600MW级超临界直接空冷凝汽式汽轮机概述概述二期工程2×600MW级超临界直接空冷凝汽式汽轮发电机组，汽轮机设备为东方汽轮机有限公司生产超临界空冷汽轮机，型号为：TC4F-26(24.2MPa/566℃/566℃)，型式：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机；该机组额定出力637MW；最大连续出力为662MW，汽轮机采用复合变压运行方式；具有七级非调整回热抽汽。给水系统采用2×50%汽动给水泵，不设备用泵，由于主汽轮机采用直接空冷汽轮机，其背压变化幅度较大，给水泵驱动汽轮机排汽不宜排入主汽轮机的空冷器中，每台给水泵汽轮机各自配置一台水冷凝汽器，给水泵驱动汽轮机排汽凝结水直接排入主汽轮机的排汽装置中，给水泵汽轮机本体疏水排入给水泵汽轮机凝汽系统中。由于二期汽轮机乏汽采用空冷冷却系统，节省了一期湿冷系统的风吹、蒸发、排污等水量损失，年平均节约水量约1904m3/h。其用水量比一期湿冷系统节水70％。投资上与混凝式间接空冷系统相比，可降低工程投资35.7％；与表凝式间接空冷系统相比，可降低工程投资40.2％。王曲电厂超临界机组与我厂一期亚临界机组相比汽轮机组热耗将低约4.5%。超临界机组是指锅炉的新蒸汽的压力大于临界压力（22.115MPa）小于25MPa的锅炉和汽轮机发电机组。在超临界和超超临界状态，水由液态直接成为汽态（由湿蒸汽直接成为过热蒸汽或饱和蒸汽），热效率高。因此，超临界，超超临界发电机组已经成为国外，尤其是发达国家主力机组。由于机组效率提高，污染物的排放也相应减少，经济效益十分明显。超临界机组是火电机组大家族中的“节能减排新星”。超临界机组和亚临界机组特点比较它具有如下特点：(1)热效率高、热耗低。可节约燃料，降低能源消耗和大气污染物的排放量。(2)超临界压力时水和蒸汽比容相同，状态相似，单相的流动特性稳定，没有汽水分层和在中间集箱处分配不均的困难，并不需要象亚临界压力锅炉那样用复杂的分配系统来保证良好的汽水混合，回路比较简单。(3)超临界锅炉水冷壁管道内单相流体阻力比亚临界汽包炉双相流体阻力低。(4)超临界压力下工质的导热系数和比热较亚临界压力的高。(5)超临界压力工质的比容和流量较亚临界的小，故锅炉水冷壁管内径较细，汽机的叶片可以缩短，汽缸可以变小，降低了重量与成本。(6)超临界压力直流锅炉没有大直径厚壁的汽包和下降管，制造时不需要大型的卷板机和锻压机等机械，制造、安装、运输方便。同时取消汽包而采用汽水分离器，汽水分离器远比亚临界锅炉的汽包小，内部装置也很简单，制造工艺也相对容易，相应地降低了成本。(7)启动、停炉快。超临界压力直流锅炉不存在汽包上下壁温差等安全问题，而且其金属重量和储水量小，因而锅炉的储热能力差，所以其增减负荷允许的速度快，启动、停炉时间可大大缩短。一般在较高负荷（80～100％）时，其负荷变动率可达10％/min。(8)超临界压力锅炉适宜于变压运行。(9)超临界锅炉机组的水质要求较高，使水处理设备费用增加，例如蒸汽中铜、铁和二氧化硅等固形物的溶解度是随着蒸汽比重的减小而增大，因而在超临界压力下，即使温度不高，铜、铁和二氧化硅等的溶解度也很高，为防止它在锅炉蒸发受热面及汽机叶片上结垢，超临界锅炉需100％的凝结水精处理，除盐除铁。(10)超临界压力锅炉的蓄热特性不及汽包炉，外界负荷变动时，汽温、汽压变化快而必须有相当灵敏可靠的自动调节系统，锅炉机组的自控水平要求也较高一些。变压运行的超临界压力锅炉压力随机组负荷变化而变化，不需用汽轮机调节门控制机组负荷，而且部分负荷运行时，由于蒸汽容积流量变化小，能保持较高的汽机效率，并通过改善锅炉过热器和再热器的流量分配，提高了机组效率。二期工程汽轮机机组参数机组型式 超临界、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机型号TC4F-26(24.2MPa/566℃/566℃)额定出力（THA）MW637铭牌出力（TRL）MW637最大连续出力（TMCR）MW662.071最大出力（VWO）MW690额定主蒸汽压力MPa24.2额定主蒸汽温度℃566额定高压缸排汽压力MPa4.703额定再热蒸汽进口压力MPa4.233额定再热蒸汽进口温度℃566主蒸汽额定进汽量t/h2078主蒸汽最大进汽量（VWO）t/h2141额定给水温度℃287.4额定工况热耗kJ/kWh7995给水回热级数（高压+除氧+低压）级7(3高压+1除氧+3低压)低压末级叶片长度mm661通流级数高压缸级8中压缸级6低压缸级2×2×6临界转速（分轴系、轴段的试验值一阶、二阶）高中压转子r/min1650/4778A低压转子r/min1650/4178B低压转子r/min1656/4266发电机转子r/min982/2671机组外形尺寸m×m×m26.75×7.5×6.34额定背压kPa 15报警背压kPa60跳闸背压kPa65阻塞背压KPa5.79最高允许排汽温度（额定负荷）℃90排汽报警温度℃90排汽跳闸温度℃121盘车转速r/min1.5热力系统及主要辅助设备热力系统特点河曲二期2×600MW级超临界空冷机组选用东方汽轮机厂生产的600MW级超临界、中间再热、单轴、三缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机。给水回热为3高加+1除氧+3低加的系统，加热器疏水采用逐级自流，除氧器滑压运行，轴封为自密封系统。热力系统中的主蒸汽，再热蒸汽，主给水系统均采用单元制，每台机组设一辅助蒸汽联箱，两台机组的辅助蒸汽联箱用母管连接，并与一期的高压辅助蒸汽联箱间设有联络管，联络管上设有隔离阀，便于切换和互供厂用汽。工业水系统采用扩大单元制。1.主蒸汽及再热蒸汽系统主蒸汽及冷、热再热蒸汽管道均按2-1-2制系统设计。这样可简化管道布置、节省投资、消除热偏差、减少阻力。主蒸汽管道材料采用A335.P91。P91管材抗拉强度高、高温蠕变和持久强度高、热膨胀小、加工性能好，具有高的韧性和好的抗氧化性能。主蒸汽管道（主管Di432×78，支管Di305×57）采用2-1-2制方式，即从锅炉过热器出口接出合为一根管道，到汽轮机前再分成两根支管分别接到汽轮机高压缸左右侧主汽门。热再蒸汽管道因其管径大、压力低，壁厚选取既要满足强度要求、又要考虑刚度要求，所以P91比P22壁厚减少不如主蒸汽管道明显。但因布置因素，若采用P22材料，其应力较大，中压自动主汽门的推力矩大，所以，二期工程热再热蒸汽采用ASTMA335P91。热再热蒸汽管道(主管Di933×35，支管Di660×26)采用2-1-2制方式，即从锅炉再热器出口联箱的两个接口接出合为一根管道通往汽机房，到汽机处又分成两根支管分别接到汽轮机中压缸左右侧再热汽门。冷再热蒸汽管道(主管φ965.2×25.4，支管φ660.4×17.5)采用2-1-2制方式，即从汽轮机高压缸排汽口接出合为一根管道，到锅炉处再分成两根支管，分别接到锅炉再热器入口联箱的两个接口。主蒸汽管道上不装流量测量装置，主蒸汽流量通过测量汽轮机调速级后的压力来测得。再热蒸汽冷、热段三大管道不做水压试验，采用过热器出口管道上装设水压试验阀和再热器进出口管道上装设水压试验堵板、100%无损探伤。自动主汽门用临时堵板，主蒸汽管道水压试验至自动主汽门。汽机启动暖机、冲转及升速使用主汽门内预启阀及调速汽门。冷再热蒸汽还作为轴封的汽源之一。2.汽轮机旁路系统由于我厂汽轮机为东方汽轮机厂产品，正常启动采用中压缸启动，故采用锅炉40％MCR容量的二级串联电动旁路系统，并带有三级减温减压器。高压旁路减温水取自给水泵出口管道，低压旁路减温水取自凝结水泵出口管道。本系统的设置有利于提高机组的调峰能力，启动过程中协调机、炉之间的汽量不平衡，加快机组起、停速度，减少机组循环寿命损耗。机组启动状态时，保护再热器，防止干烧。3.抽汽系统根据空冷机组的特点，热力系统按7级抽汽回热系统设计，即：3台低压加热器，3台高压加热器，1台除氧器。一、二、三级抽汽分别供汽至3台高压加热器。四级抽汽供除氧器，还作为辅助蒸汽联箱汽源。五、六、七级抽汽供汽至3台低压加热器。五级抽汽还作为风机暖风器汽源。四级抽汽总管上装有一只电动闸阀和两只串联的气动快速关闭止回阀，至除氧器的加热蒸汽管道上还装有旋启式止回阀，可有效地防止汽机甩负荷时，抽汽压力突降而导致水箱中大量蒸汽倒流入汽机造成超速，并能防止除氧器水箱水位过高，水倒流入汽轮机。一、二、三、五、六级抽汽管道上都分别装有一只电动闸阀和一只气动快速止回阀，作为防止汽轮机超速的一、二级保护。七号低压加热器布置在排汽装置喉部。四根七级抽汽管道亦布置在排汽装置喉部。4.给水系统给水系统采用单元制。二期工程采用汽动给水泵，每台机组配两台50%容量的汽动给水泵，给水泵汽轮机排汽通过水封自流至主汽轮机排汽装置。高加采用大旁路系统，装设一个快速电动旁路阀。给水系统设有一台除氧器，定压－滑压运行。水箱的贮水量为～243m3，此容量可以满足无凝结水进入时锅炉最大蒸发量约6.8分钟的给水量。由于我厂凝水管道至除氧器特殊结构，如出现凝水中断，恢复上水时应注意凝水至除氧器管道振动。每台给水泵出口，都接有最小流量再循环管，单独接至除氧器给水箱，为防止停泵时蒸汽倒流，在进入除氧器前都装有止回阀。主给水泵设中间抽头，作为再热蒸汽减温水水源。高压旁路减温水从三号高压加热器前给水母管上接出。三台卧式高压加热器采用电动三通大旁路保护系统，保证高压加热器在高水位时，在30秒内打开电动三通旁路阀。在汽泵前置泵入口及主泵入口分别装有粗滤网和精滤网，防止在初次运行及大修初期投运时杂物进入泵内。流量测量装置设在前置泵与主泵之间，降低了流量测量装置的压力等级，减少了设备及安装费用。主给水管道采用15NiCuMoNb5-6-4主管管径Do508×50，汽动给水泵出口给水支管Do355.6×40。5.凝结水系统从汽轮机低压缸排出的蒸汽，经排汽装置2根DN6020的管道，流向空冷凝汽器，凝结水经排汽装置联箱收集于凝结水箱中,通过凝结水泵送入中压精处理装置，处理后送入轴封加热器、各级低压加热器，最后至除氧器。除氧器采用滑压运行。#7低压加热器的凝结水管道为小旁路，#5、#6低压加热器的凝结水管道为大旁路。为了简化系统，汽机本体疏水扩容器内置于排汽装置内，凝结水箱合并于低压缸排汽装置下部，容量约为200m3，既作为凝结水箱，又收集本体疏水等。补水直接进入排汽装置喉部进行预除氧，以避免凝结水含氧量过高。低压加热器逐级疏水到汽轮机排汽装置，汽机本体及管道的疏水也收集于汽轮机排汽装置，其扩容器随汽机排汽至空冷排汽装置冷却，凝结水至下部凝结水箱。每台机组设置两台100%容量的变频、电动、立式筒型凝结水泵，其中一台运行，一台备用。选用一套100%中压凝结水精处理装置。轴封加热器出口的旁路凝结水管道上设有除氧器水箱水位调节阀，用于机组启动及低负荷调整除氧器水位。凝结水再循环管道由轴封加热器后引出至排汽装置。再循环管道上设调节阀以保证低负荷时轴封加热器通过最小流量。二期工程设有两台启动除盐水泵，位于化学水处理室。用于机组启动时大流量冲洗补水和空冷系统冲洗水，机组启动前通过启动除盐水泵管道上水至除氧器对系统补水、冲洗。6.除氧器我厂除氧器选用无头式除氧器，其特点如下：1)除氧效果好、运行平稳可靠。其出水含氧量<5μg/l；适应负荷变化的能力较强，负荷的允许的变化范围为10～110％之间，在此范围均能保证上述除氧效果。2)使用寿命长。由于取消了除氧头，因而避免了除氧水箱支撑除氧头处产生的应力所产生的裂纹，增加了除氧器的使用寿命。3)安装检修维护简单、方便。因取消了除氧头，总高度降低、外形紧凑，其自身高度至少能降低3～5m，无需设除氧头的检修维护平台，只需沿水箱布置一个平台即可满足检修维护要求。除氧器布置在汽机房运转层，采用无头式更有利于汽机房运转层行车的运行及空间的美观。4)设备维护费用低。无头式除氧器不需要填料，喷嘴性能稳定，正常情况下不需要更换喷嘴，设备维护及备件费用低。5)节能。无头式除氧器由于采用蒸汽与水直接接触，不会出现蒸汽跑漏现象，在排除非凝结气体时伴随排放的蒸汽量少，热效率高。7.加热器疏水系统设有正常疏水管路和事故疏水管路，三台高加和三台低加的正常疏水都采用逐级回流以利用疏水热量，提高热效率。高加疏水逐级串联疏水至除氧器，低加疏水逐级串联疏水至排汽装置。加热器事故疏水均单独接至疏水扩容器。在某台加热器管束泄漏或其它原因，正常疏水不足以排除加热器中的积水时，通过事故疏水管路，可迅速排除疏水。除氧水箱设有溢流水管，管上装设电动调节阀，在水箱水位升至高－高水位时，自动打开电动阀放水至排汽装置。系统中疏水调节阀和加热器水位联动，加热器疏水在正常水位时，逐级回流至下级加热器，当加热器出现高水位时，事故疏水调节阀自动打开；当高压加热器出现高一高水位时，抽汽管道的快速气动止回阀和电动闸阀关闭，水侧电动旁路动作，切除高加，给水走大旁路；当某台低加出现高一高水位时，抽汽气动止回阀和电动闸阀关闭，上级疏水切断，水侧旁路打开，加热器进出水门关闭，低加退出运行。轴封加热器疏水单独回流入排汽装置，疏水管路设置多级水封。8.排汽装置有关系统及抽真空系统主机真空系统中，设置3台水环式真空泵。用以抽取空冷凝汽器内不凝结而分离出的气体，以维持排汽装置所要求的真空度。机组正常运行时，水环式真空泵一台或二台运行，一台备用。当机组启动时，为了尽快建立起真空，可同时启动三台真空泵。真空系统设有电动真空破坏阀，当汽轮机甩负荷和有可能发生事故的情况下，用以迅速破坏真空，缩短转子惰走时间。在真空破坏阀上设置水封，以防正常运行时空气漏入排汽装置而影响排汽装置的真空。9.空冷凝汽器（ACC）空冷凝汽器（ACC）总体上在汽机房“A”列外且平行“A”列布置，从汽轮机两个低压缸底部排出的乏汽，通过两根DN6020mm的管道引到主厂房外，由8根DN3020mm的蒸汽分配管，向空冷凝汽器管束分配排汽。每台汽轮机的空冷凝汽器配置56个（8列7排）空冷凝汽器冷却单元，每列为一组，共分8组，每组有7个空冷凝汽器冷却单元，其中5个为顺流空冷凝汽器，2个逆流空冷凝汽器。逆流凝汽器布置在顺流凝汽器的中间。所有的空冷凝汽器单元搁置在空冷平台上，空冷平台标高约45m。每个空冷凝汽器单元下部安装一台φ9754mm的轴流风机，连同驱动装置都悬挂在空冷平台的防振桥上，防振桥上装有减振节的钢弹簧。风机与电机是通过正齿轮联动机构来驱动的，所有风机均采用调速电机，可以分组或独立地变化其转速，从而根据机组运行负荷和环境空气温度的变化进行最佳调节。每台机组为独立的单元冷却系统，空冷凝汽器平行于主厂房布置在汽机房A列外场地上，平台高度45m，2台机组平台平面尺寸长×宽=186.10m×87.4m。为了防止热风再回流，在空冷平台的周围设有挡风板，高度从平台到蒸汽分配管顶部。空冷平台下布置主变压器、厂用变压器、轴流风机配电间等设施。风机配有变频调节装置，可接收DCS来的4-20mA模拟量控制信号，自动调节风机转速，输出(4-20mA)风机转速