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1、汽机篇,1000MW超超临界火力发电机组培训教材,多级汽轮机是由同一轴上的若干级串联组合而成的，汽轮机级由喷嘴栅和与之相匹配的动叶栅组成，它是汽轮机做功的基本单元。上汽的1000MW机组由4个缸体共64级组成。,第一章绪论,第一节 汽轮机的基本工作原理,一.汽轮机级的工作原理,(一).级的基本概念,当具有一定温度和压力的蒸汽通过汽轮机级时，在动叶栅中将其动能转化为机械能，从而完成汽轮机做功的任务。,第二节 1000MW汽轮机组的主要技术参数及特点,汽轮机组的技术参数归结为两大类:(1)影响机组经济性的技术参数称为经济技术参数; (2)影响机组安全的技术参数称为安全技术参数。,一.汽轮机组的经济
2、技术参数,汽轮机组的经济性主要由工质参数、设备的结构性能、各辅助工作系统的配置状况所决定的。为了提高汽轮机组的经济性，必须从这三方面下功夫，使其尽量符合人们的意愿。,1.蒸汽参数对机组效率的影响,蒸汽参数主要是指蒸汽的压力和温度。用来驱动汽轮机的单位流量蒸汽压力和温度越高。携带的能量越大，而做功后的压力和温度越低，则带走的无用能量(焓)就越小，这样蒸汽可能的做功能量(理想焓降)就越大; 在能量相同的情况下，压力和温度越高，可能用来做功的能量比例就越大，无法做功而不得不被放弃的能量比例就越小(即熵值越小)。这就是蒸汽的基本热力性质。因此，为了提高单位流量,1）超超临界机组主要蒸汽参数、再热次数与
3、热效率,提高蒸汽参数(蒸汽的初始压力和温度) 、采用再热系统、增加再热次数，都是提高机组效率的有效方法。一般常规亚临界机组的典型参数为16. 7MPa/538,其发电效率约为38%。 常规超临界机组的主蒸汽压力一般为24MPa左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为538 560;常规超临界机组的典型参数为24.1MPa/538 ,对应的发电效率约为41%。超超临界机组的主蒸汽压力为25MPa31MPa及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度为580 - 600及以上。常规超临界机组的热效率比亚临界机组高2%-3%左右，而超超临界机组的热效率比常规超临界机组高4%以上。,蒸汽的做功能力和做功效率，应当尽可能地提高进入
4、汽轮机的新蒸汽的压力和温度。同时尽量降低做功后乏汽的压力和温度。,第二章 1000MW超超临界汽轮机本体,第一节1000MW超超临界汽轮机本体的特点,一. 1000MW超超临界汽轮机整体概述,该汽轮机是由上海汽轮机有限公司和德国SIEMENS公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机N 1000-26.25/600/600，设计额定主汽压力26.25MPa、主汽温度600、设计额定再热汽压力5.0MPa再热蒸汽温度600，末级叶片高度1146mm。汽轮发电机组设计额定输出功率为1000MW。,该汽轮机的整个流通部分由四个汽缸组成，即一个高
5、压缸、一个双流中压缸和两个双流低压缸。,该汽轮机的通流部分由高压、中压和低压三部分组成，共设64级。高压部分14级。中压部分为双向分流式，每一分流为13级，共26级。低压部分为两缸双向分流式，每一分流为6级，共24级。高压缸、中压缸、低压缸的纵剖面图如图2-1所示。,该汽轮机采用全周进汽方式，高压缸进口设有两个高压主汽门、两个高压调节门和一个补汽阀，高压缸排汽经过再热器再热后，通过中压缸进口的两个中压主汽门和两个中压调门进入中压缸，中压缸排汽通过连通管进入两个低压缸继续作功后分别排入两个凝汽器。,第二节 1000MW超超临界汽轮机的进汽部分,汽轮机的调门:汽轮机的启动、停机和功率的变化，是通过
6、改变汽门的开度，调节进入汽轮机的蒸汽量或蒸汽参数实现的，这种调节蒸汽量或蒸汽参数的汽门称为调门。,自动主汽门:机组在运行中遇紧急情况，需停机时，除了关闭调门外，还必须设置能快速切断汽源的汽门，即使在调门出现泄漏的情况下，也能保证汽轮机停机降速，这种具有安全保护功能的汽门称为自动主汽门。,中压调门:在机组低负荷时为了维持锅炉再热器及旁路系统的稳定运行，保证再热器有足够的冷却蒸汽流量，保护再热器不被烧坏，必须设置中压调门。,中压主汽门:对于一次中间再热机组，在高压缸与中压缸之间，再热器及冷、热再热蒸汽管巨大的容积空间，储存着大量的具有一定压力和温度的蒸汽，若机组发生紧急停机，这部分蒸汽也足以使汽轮
7、机发生超速。为此，在中压缸进口处必须设置中压主汽门来紧急切断来自再热器及管道的蒸汽。,1000MW超超临界压力汽轮机设置两个高压主汽门和两个高压调门、两个中压主汽门及两个中压调门，均通过弹簧弹力来关闭截止阀和调节阀，运行安全可靠，它们的快关时间均小于150ms。该汽轮机还设置了过载补汽阀。,一.汽轮机高压阀门布置,该汽轮机设置两只高压主汽阀与调节阀组合件，安置在汽轮机高压缸的两侧。每个组合件由一个截止阀与一个调节阀组成，安放在共用阀体内。每个主汽阀(3)与调节阀(5)具有各自的执行机构，分别为高压主汽门执行机构(4)和高压调节门执行机构(6)，如图2-1所示。这些执行机构安放在运转层的高度，方
8、便操作。,通过进汽管道(1)进入的蒸汽从主汽阀进入主调节阀，短进汽喷嘴从主调节阀延伸到汽轮机缸体。蒸汽离开调节阀，从进汽喷嘴(7)进入高压汽轮机的静叶持环。因连接的管线很短，封闭在主调节阀与高压汽轮机之间的蒸汽量很小，有利于安全停机。,过载补汽阀的结构类同于其它进汽调节阀，它是一只单阀座的阀门，位于高压缸下部，如图2-3所示。阀门由电液控制系统调节开度，由弹簧安全关闭。补汽的汽源分别从两个主调门的 壳体(主汽门后、主调门的阀芯前)引出，连接到过载补汽阀，经过过载补汽阀后分两路再从高压缸下部的供汽管道进入高压缸。,二.过载补汽阀功能与结构,过载补汽阀的主要功能有:(1)当汽轮机的最大进汽量与TH
9、A工况(热耗保证工况）流量之比较大时，可采用补汽技术，超出额定流量的部分由外置的补汽调节阀提供;此时主调节阀在额定流量下可设计成全开，从而提高额定负荷以下所有工况的效率。以上汽的机组为例，机组热耗可至少下降40kJ/kWh。(2)对超超临界高温汽轮机，补汽还能起到对汽缸的冷却作用。该阀通过保持一定的漏汽，充分利用补汽温度始终低于主蒸汽30度的特点，对汽缸起到冷却作用，有利于提高高温部件的可靠性。(3)经德国电网技术的研究，补汽阀还具有提高变负荷速率的功能，有利于提高大电网的稳定性。,三、再热主汽调节阀(中联门),再热主汽调节阀用来控制进入中压缸的再热蒸汽。它们的结构原理与高压主汽阀和调节阀大同
10、小异。对于采用高压缸启动的汽轮机组，在启动过程中，再热主汽调节阀通常不发挥调节作用。汽轮机组在正常运行中，再热主汽调节阀也不发挥调节作用，只有在某些情况下，如汽轮机需要紧急停机，或需要将再热蒸汽予以旁路时，再热主汽调节阀将迅速关闭。,四. 滑压调节 滑压调节是指单元机组中，汽轮机的调节汽阀保持全开或基本全开的状态，通过锅炉调整新汽压力的方法(新汽温度尽可能保持不变)，达到改变蒸汽量使其适应汽轮机不同负荷的要求。,与定压调节(保持主汽阀前的蒸汽初参数不变，通过改变调节汽阀的开度来改变进汽量)相比较，滑压调节有以下特点。,(1)提高了机组运行的可靠性和对负荷的适应性,(2)提高了机组在部分负荷下运
11、行的经济性,(3)高负荷区滑压调节不经济,另外，设计工况下新蒸汽压力越高，采用滑压调节的最佳负荷就越大。对于超临界、亚临界机组，在负荷低至25%左右采用滑压调节，热效率可改善2 %-3%，而12. 75MPa以下的机组，降压将使循环热效率下降过大，故一般不宜采用滑压调节。,1.滑压调节特点,2.滑压调节的方式,(1) 纯滑压调节采用纯滑压调节时，所有调节阀在整个负荷变化范围内是全开的。这种调节方式实质上是完全由锅炉调整其燃烧来适应负荷变化。,(2)节流滑压调节针对上述调节方式的缺点，在稳定负荷时，调节汽阀不开足，尚留有5%15%的开度，负荷降低时进行滑压调节，负荷增加时进行定压调节，亦即调节汽
12、阀开度增大，以迅速适应负荷变化的需要，待负荷增加后，蒸汽压力上升，调节汽阀重又回到稳定负荷下部分开启的位置。这种调节方式虽克服了纯滑压调节对外界负荷变化不敏感的缺点，但在稳定负荷下由于节流损失较大而降低了机组的经济性。,(3).复合滑压调节,这种调节方法又称喷管滑压调节。在高负荷区域采用喷嘴调节，用改变通流面积的方法调节负荷(定压)，以保持机组的高效率，在低负荷区域除12个调节汽阀处于关闭状态外，其余调节汽阀均全开，进行滑压调节。在极低负荷区域，为了保持锅炉的水循环工况和燃烧的稳定性，以及考虑给水泵轴系统临界转速的限制，因而进行较低水平的定压调节。故这种调节方式又称为“定一滑一定”调节方式，它
13、对负荷变化的适应性较好，可大大改善机组的经济性，所以较为实用。,第三节 汽缸,汽缸是汽轮机的外壳，其作用是将汽轮机的通流部分与大气隔开，以形成蒸汽的热能转换为机械能的封闭汽室。汽缸内装有喷嘴室、喷嘴(静叶)、隔板(静叶环)、隔板套(静叶持环)、汽封等部件。在汽缸外连接有进汽、排汽、回热抽汽等管道以及支承座架等。为了便于制造、安装和检修，汽缸一般沿水平中分面分为上、下两个半缸，两者通过水平法兰用螺栓装配紧固。另外为了合理利用材料以及加工、运输方便，汽缸也常以垂直结合面分为两或三段，各段通过法兰螺栓连接紧固。,一.概述,汽缸工作时受力情况复杂，它除了承受缸内外汽(气)体的压差以及汽缸本身和装在其中
14、的各零部件的重量等静载荷外，还要承受蒸汽流出静叶时对静止部分的反作用力，以及各种连接管道冷热状态下，对汽缸的作用力以及沿汽缸轴向、径向温度分布不均匀所引起的热应力。特别是在快速启动、停机和工况变化时，温度变化大，将在汽缸和法兰中产生很大的热应力和热变形。,由于汽缸形状复杂，内部又处在高温、高压蒸汽的作用下，因此在其结构设计时，缸壁必须具有一定的厚度，以满足强度和刚度的要求。水平法兰的厚度更大，以保证结合面的严密性。 汽缸的形体设计应力求简单、均匀、对称，使其能顺畅地膨胀和收缩，以减小热应力和应力集中。还要保持静止部分同转动部分处于同心状态，并保持合理的间隙。,由于汽轮机的型式、容量、蒸汽参数、
15、是否采用中间再热及制造厂家的不同，汽缸的结构也有多种形式。例如， (1)根据进汽参数的不同，可分为高压缸、中压缸和低压缸; (2)按每个汽缸的内部层次可分为单层缸、双层缸和三层缸; (3)按通流部分在汽缸内的布置方式可分为顺向布置、反向布置和对称分流布置和圆筒形、圆锥形、阶梯圆筒形或球形等等。 (4)按汽缸形状可分为有水平接合面的或无水平接合面的,大容量中间再热式汽轮机一般采用多缸，汽缸数目取决子机组的容量和单个低压汽缸所能达到的通流能力。,汽缸本身的热膨胀和汽缸与转子之间的相对膨胀，是汽轮机设计、安装、调试时十分重要的问题。设计时应通过汽缸、转子的热膨胀计算，合理地选定汽缸的死点位置以及推力
16、轴承(转子相对死点)的位置，并留足膨胀间隙。,汽轮机运行中，不允许汽缸内有任何积水，如果汽缸内有水，轻则造成汽缸温差增大，引起汽缸翘曲变形，动静部分摩碰;严重的积水会损坏汽轮机转子。因此，汽缸的疏水设施应有足够的通流面积，并避免无法疏水的洼窝结构等。汽缸还应备有防进水设施，防止水从任何与其连接的管道进入汽缸。,进入汽缸的蒸汽回路，对汽缸的热膨胀和热应力也有较大的影响，因此设计时应注意汽流回路的合理布置。如应设有用于内、外汽缸夹层加热的蒸汽通道，以便汽轮机启动时有足够的蒸汽量预热内、外缸，使汽缸的热膨胀较快地趋于均匀:配汽设计中，注意各喷嘴组的进汽次序和进汽量，使启动时汽缸得到均匀加热，避免将较低温度的抽汽从较高温度的汽缸区段引出等。,第三章 汽轮机的调节及保安系统,第一节 调节及保安系统的概述,汽轮发电机组的任务是根据用户的用电要求，提供质量合格的电能，而电能一般不能大量储存，因此，汽轮机必须进行调节，以适应外负荷变化的要求。随着机组功率的增加，其调节 保护系统更加完善。汽轮机调节与保护系统是控制其启动、停机、带负荷运行，防止出现严重事故的自动控制装置。它应能适应各种运行工况的要求，及时地调节汽轮机的功率，满足外界负荷的变化需要，同时维持电网的频率在50Hz左右;在机组出现异常时，能自动改变运行工况，直至停机，以防止事故扩大。,
