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1、 汽轮机发展趋势及最新技术12目录目录第一部分第一部分 汽轮机发展趋势汽轮机发展趋势第二部分第二部分 汽轮机前沿技术汽轮机前沿技术第三部分第三部分 汽轮机设计理念汽轮机设计理念3目录目录第一部分第一部分 汽轮机发展趋势汽轮机发展趋势一、汽轮机发展历程一、汽轮机发展历程二、世界主要汽轮机制造商二、世界主要汽轮机制造商三、国内三大汽轮机厂情况三、国内三大汽轮机厂情况四、哈汽公司汽轮机发展历程四、哈汽公司汽轮机发展历程五、未来汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势六、国内电力市场现状六、国内电力市场现状41883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，1884年英国工程师帕森斯设计制造了
2、第一台多级反动式汽轮机，虽然当时的汽轮机和我们现在的汽轮机相比结构非常简单，但是从此推动了汽轮机在世界范围内的应用，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。一、汽轮机发展历程冲动式汽轮机反动式汽轮机第一部分汽轮机发展趋势5大型汽轮机发展情况：60年代，世界工业发达的国家生产的汽轮机已经达到500600MW等级水平；1972年瑞士BBC公司制造的1300MW双轴全速汽轮机在美国投入运行，设计参数达到24Mpa，蒸汽温度538C，3600rpm；1974年西德KWU公司制造的1300MW单轴半速（1500rpm）饱和蒸汽参数汽轮机投入运行；1982年世界上最大的1200MW单轴全速汽轮机在前苏联投入运
3、行，压力24Mpa，蒸汽温度540C；2000年以后超临界600MW（24.2/566/566）汽轮机、超超临界600MW（25/600/600）汽轮机、超超临界1000MW（25（26.25）/600/600）汽轮机在国内得到了长足的发展。国内正在建造AP1000、EPR三代核电汽轮机。目前国、内外正在研究700材料及更高效汽轮机的研制。一、汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势我国生产厂家：哈汽、上汽、东汽、北重、青汽、武汽、杭汽、南汽二、世界主要汽轮机制造商冲动式美国通用电气（GE）、英国通用电气（GEC）日本东芝和日立、意大利安莎多、列宁格勒金属工厂哈尔科夫透平发动机厂、乌拉尔透平发动机
4、厂反动式美国西屋、欧洲ABB、德国西门子、三菱、英国帕森斯、法国电气机械公司、法国阿尔斯通6第一部分汽轮机发展趋势67都具备制造超超临界1000MW汽轮机的能力。-上海汽轮机厂采用西门子技术-东方汽轮机厂采用日立技术-哈汽公司原与东芝公司合作，现已开发完成具有自主知识产权的高效1000MW等级超超临界汽轮机（参数为28/600/620）。都具备百万等级二次再热汽轮机设计能力（参数为31/600/620/620）。在容量和参数上，国内已经达到国际水平，但在效率上还有差距。三、国内三大汽轮机厂情况第一部分汽轮机发展趋势8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
5、凝和抽汽机组第二阶段（上世纪6070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（20002008年）：引进优化多方技术阶段，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、1
6、000MW等机组四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势新型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92012优化型350MW超临界湿冷、空冷300MW等级汽轮机发展历程四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势920052006200819801990200219954缸亚临界600MW200320092011201220121
7、0(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600MW等级以上汽轮机发展历程四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势10u1958年:中国第一台25MW汽轮机u1959年:中国第一台50MW汽轮机u1960年:中国第一台100MW
8、汽轮机u1971年:中国第一台200MW汽轮机u1984年:中国第一台210MW汽轮机（出口巴基斯坦）u1989年:中国第一台300MW亚临界汽轮机（试验机）u1989年:中国第一台600MW亚临界汽轮机u1989年：中国第一台200MW间接空冷汽轮机u2004年:中国第一台600MW超临界汽轮机u2004年：中国第一台亚临界300MW直接空冷汽轮机u2005年：中国第一台亚临界600MW直接空冷汽轮机u2007年:中国第一台600MW超超临界汽轮机(2缸)u2008年:中国第一台350MW超临界机组u2009年：中国第一台超临界660MW直接空冷汽轮机11产品历史年表四、哈汽公司汽轮机发展历
9、程第一部分汽轮机发展趋势目前世界上75%以上的电量是由汽轮发电机组电站提供的（包括核电和化石燃料），传统蒸汽轮机电站技术正在不断向前发展，其发展趋势如下：研发高温材料，增大单机功率，提高蒸汽参数，改进通流设计，优化中间再热和给水回热系统，提高汽轮机效率；发展大型热电联产机组，提高电站热力循环效率；开发以计算机和电子元器件为基础的汽轮机控制系统和电站控制系统，提高机组自动化水平；采用先进的加工制造设备和工艺，建立完整的质量保证体系，确保产品质量，提高机组可靠性和利用率；在保证设备的安全性和运行可靠性的前提下，采用基于寿命管理的变负荷控制和机炉电的协调控制方式，提高机组的运行水平，使其不但有最高的
10、经济型，而且适应电网负荷的变化。12五、未来汽轮机发展趋势1、概述第一部分汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势1、概述第一部分汽轮机发展趋势2、世界超临界和超超临界汽轮机蒸汽参数发展过程1430252015105020世纪50年代20世纪60年代20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代21世纪00年代21世纪10年代世界市场成熟技术在欧洲、日本和美国已成为成熟技术，在韩国和中国正为超临界市场引入做准备现在市场引入主要集中在日本和丹麦在欧洲处于研究与发展阶段，日本已引入市场在欧洲处于研究与发展阶段亚临界16.7MPa/540/540=40%超临界25.0MPa/540/56527.0MP
11、a/580/60029.0MPa/580/62037.5MPa/720/720=50%/(%)五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势15配有烟气污染控制技术的超超临界燃煤发电机组在技术上具有先进性、成熟性，在经济上具有良好的效益，而且又有较好的环保特性，是一种在国际上已经规模化商业运行的高效、低污染的燃煤发电机组。该发电机组在诸多清洁煤发电机组中最具技术继承性，技术难点也较少，最有条件在短时间内实现规模化生产。再结合我国电力设备制造工业和电力工业的具体国情，就目前阶段来看，超超临界加烟气污染控制发电技术时一种最适合我国国情、最具发展潜力，在我国目前最有条件发展并可为电力工业提供新一代主流
12、装备的洁净煤发电技术。为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，超临界机组正朝着更高参数的超超临界的技术方向发展。国外超超临界机组参数发展的近期目标是主蒸汽压力为31MPa，蒸汽温度为620，并正在向更高参数的水平发展。五、未来汽轮机发展趋势3、超临界、超超临界机组的发展趋势第一部分汽轮机发展趋势16从1983年开始，欧洲实施了COST501计划和COST522计划，目标分别是建立29.4MPa/600/600、29.4MPa/600/620的机组和开发应用铁素体钢的蒸汽参数为29.4MPa/620/650的超超临界机组。COST522计划始于1998年，到2003年
13、结束，该计划开发应用铁素体钢的蒸汽参数为29.4MPa/620/650的超超临界机组。欧共体最近几年来正在进行的“AD700计划”的目的是论证和准备发展具有先进蒸汽参数的未来的燃煤电厂形式，其中关键部件将采用镍基高温合金。AD700计划的目标是使下一代超超临界机组的蒸汽参数达到37.5MPa/700/700，从而使效率达到52%55%（对海水冷却方式达到55%，对内陆地区和冷却塔方式达到52%），是温室气体CO2的排放降低15%，并降低燃煤电厂投资。该计划预期在2014年完成，目前进展顺利。4、超临界、超超临界机组的发展趋势（欧洲）五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势17从2002年开
14、始，美国能源部又开始了一个用于燃煤电厂超临界和超超临界机组的高温高强度合金材料的研究项目（VISION21计划的一部分），以增强美国锅炉制造业在国际市场的竞争力。该研究项目的五个主要目标如下：确定哪些材料影响了燃煤电厂的运行温度和效率。定义并实现能使锅炉运行于760的合金材料的生产、加工和涂层工艺。参与ASME的认证过程并积累数据，为成为ASME规范批准的合金材料做好基础工作。确定影响运行温度为871的超超临界机组设计和运行的因素。与合金材料生产商、设备制造商和电力公司一起确定成本目标并提高合金材料和生产工艺的商业化程度。4、超临界、超超临界机组的发展趋势（美国）五、未来汽轮机发展趋势第一部分
15、汽轮机发展趋势18日本电力（J-Power，原为EPDC）在日本通商产业省支持下，从政府得到50%的补助金，与其他单位共同组织超超临界技术的开发，第一阶段目标是：第一步用铁素体钢达到593，第二步用奥氏体钢达到649。第二阶段目标是用新型铁素体钢达到630。日本三大设备制造公司对转子、汽缸、法兰、螺栓等主要部件进行了相应参数下的实物中间试验，50MW功率的中间实验机组已经投运。4、超临界、超超临界机组的发展趋势（日本）五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势欧洲“AD700”美国“AD760”日本“AUSC”项目先进的“AD700”超临界技术发展和示范发展先进的“AD760”超临界发电技术
16、先进的“AUSC”超临界发电技术发展目标500MW37.5MPa/705/720机组净热效率50(LHV)750MW37.9MPa/732/760机组净热效率4547650MW35MPa/700/720机组净热效率46%计划时间表1998-2003：总体设计和可行性研究2002-2005：锅炉、透平设计2004-2008：部件测试2008-2014：示范电厂试车及投运2001-2006：第一阶段材料研究2006-2007：第二阶段深入研究（包括纯氧燃烧的应用）2008-2015：建造750MW示范电厂2008年以前已经完成第一阶段和第二阶段材料方面的研究2008-2012：锅炉、透平及阀门技术
17、研究，材料长期测试2012-2016：材料测试，试验透平主要任务可行性研究材料研究电站设计（锅炉及透平优化设计）示范工程建设和运行经济性和可行性研究材料研究（锅炉、透平材料）电站设计（锅炉，透平优化设计)示范工程建设和运行可行性研究和经济性分析材料研究锅炉优化设计，透平相关技术高压试验透平目前状态关键部件的现场测试示范电厂建设完成第二阶段研究示范电厂设计建造完成第二阶段研究材料长期测试，制造工艺研究第一部分汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势5、700计划20五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展第一部分汽轮机发展趋势20第一部分汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展21l2
18、0世纪20年代开始建设的试验性原型核电站，证明核能发电是可行的。l1954年，前苏联建成5MW奥布涅斯克实验性核电站；l1956年，英国建成卡德豪尔石墨气冷堆原型核电站；l1957年，美国建成希平港压水堆原型核电站；l1960年，美国建成累斯顿沸水堆原型核电站；l1962年，加拿大建成重水堆原型核电站。22pp 第一代第一代第一部分汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展2220世纪70年代至现在正在运行的大部分商业核电站，证明发展核电在经济上是可行的。20世纪70年代石油涨价引发能源危机促进核电发展。l前苏联切尔诺贝利、美国三哩岛事故，日本福岛核电站事故；23第一部分汽轮机发展
19、趋势pp 第二代第二代五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展23l秦山一期、大亚湾核电站，开启国际二代核电技术引进的大门。2005年末，中核集团核二院以设计总承包的形式承担了大亚湾岭澳二期的建设。采用了“翻版+改进”的设计思路，项目中包括14项重大改进、200余项设计改进。之后的红沿河、方家山等项目均采用此技术。24第一部分汽轮机发展趋势pp 第二代第二代五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展24满足美国用户要求文件(URD)或欧洲用户要求文件（EUR）。l在设计上必须具有预防和缓解严重事故的措施；l在经济上能与联合循环的天然气机组竞争；l在能源转换系统方面大量采用二代的成熟技术。l已建成
20、、在建或通过审查：AP1000先进非能动压水堆（美国西屋）EPR欧洲压水堆（法国阿海珐）ABER先进压水堆（美国通用）l正在审查：APWR先进压水堆（日本三菱）APR1400先进压水堆（韩国电力工程公司）ESBWR经济简化型压水堆（美国通用）25第一部分汽轮机发展趋势pp 第三代第三代五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展25正在进行概念设计，在反应堆和燃料循环方面有重大创新，安全性和经济性更好，废物量极少，具有防核扩散能力。l国际一些工业发达国家组成第四代核能国家论坛（GIF），中国已参加；l超临界水冷堆、极高温气冷堆、带燃料循环的钠冷快堆、气冷快堆、铅冷快堆和溶盐堆；26第一部分汽轮机发
21、展趋势pp 第四代第四代五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展26AP1000由美国西屋公司在AP600的技术上开发的非能动先进压水堆。所谓“非能动”指在安全系统设计中采用了自然力、位差、密度差引起的自然循环，以及使用压缩空气来驱动必要的阀门，而不是采用常规火电大量使用电力驱动设备。非能动技术简化了系统和设备，安全级设备的数量积抗震厂房数量大为减少，使核电厂建造周期缩短，投资减少。减少事故情况下对操纵人员的要求，降低人为错误造成事故扩大的可能性。AP1000为单堆布置的两回路机组，设计寿命60年。27第一部分汽轮机发展趋势ppAP1000AP1000简介简介五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮
22、机发展27AP1000采用减法设计思路，减少安全支持系统，大幅度减少安全级设备，使系统简化，工艺布置简化，工期缩短，降低人为错误发生可能性。28第一部分汽轮机发展趋势ppAP1000AP1000简介简介五、未来汽轮机发展趋势6、核电汽轮机发展28ppAP1000AP1000简介简介6、核电汽轮机发展五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势29五、未来汽轮机发展趋势7、燃气轮机发展第一部分汽轮机发展趋势31六、国内电力市场现状根据中电联统计，截至2013年末，全国发电装机总量达12.47亿千瓦。其中，水电装机2.8亿千瓦；火电8.6亿千瓦，核电1461万千瓦；并网风电7548万千瓦；并网太阳
23、能发电装机容量1479万千瓦。新能源和可再生能源发电装机占比31%，较上年提高5.76个百分点。2013年全国新增发电装机9400万千瓦，其中，水电新增2993万千瓦，火电3650万千瓦，核电221万千瓦，并网风电1406万千瓦，并网太阳能发电1130万千瓦。指标名称计算单位全年累计所占总量比例绝对量同比增长（%）年末全口径发电设备总量万千瓦1247389.3其中：水电万千瓦2800212.322.45%火电万千瓦862385.769.14%核电万千瓦146116.21.17%并网风电万千瓦754824.56.05%并网太阳能发电万千瓦14793401.19%发电新增设备容量万千瓦9400其中
24、：水电万千瓦2993火电万千瓦3650核电万千瓦221并网风电万千瓦1406并网太阳能发电万千瓦1130第一部分汽轮机发展趋势32目录目录第二部分第二部分 汽轮机前沿技术汽轮机前沿技术一、概述一、概述二、典型火电产品二、典型火电产品三、典型核电产品三、典型核电产品四、燃气轮机及联合循环产品四、燃气轮机及联合循环产品五、新能源产品五、新能源产品六、其它新产品六、其它新产品33火力发电蒸汽轮机核能发电蒸汽轮机燃气-蒸汽联合循环机组新能源系统及设备舰船主动力设备一、概述第二部分汽轮机前沿技术五大板块五大板块34二、典型火电产品341、高效超超临界1000MW等级机组高效超超临界1000MW机组纵剖面
25、图原超超临界1000MW机组纵剖面图第二部分汽轮机前沿技术35二、典型火电产品351、超超临界1000MW机组(湿冷)优化前后主要技术对比表序号项目原设计新设计1蒸汽参数25/600/60028/600/6202机组型式四缸四排汽四缸四排汽3配汽方式喷嘴调节节流调节4回热系统8级9级5超速跳闸保护方式机械+电超速3套电超速6润滑油系统主油泵+射油器纯电泵7汽缸数量1HP+1IP+2LP1HP+1IP+2LP8级数（高压/中压/低压）II+9/2x7/2x615/2x12/2x59高压进汽方式常规切向进汽10主汽调节联合阀4主+4调2主+2调11导汽管(HP+IP)4+0根无12连通管直角弯ID
26、1372热压弯头ID150013分缸压力约0.85MPa小于0.6MPa14低压内缸外缸支撑基础支撑15低压轴承箱座缸式落地式16中压主要部件材料12%Cr钢CB2/FB217高压内缸密封传统螺栓红套环+螺栓结构18总长/总重约40m/1500t约38m/1500t19高压模块运输常规整体运输设计第二部分汽轮机前沿技术362、优化型超超临界660MW等级机组二、典型火电产品高效超超临界660MW机组纵剖面图原超超临界660MW机组纵剖面图第二部分汽轮机前沿技术372、超超临界660MW机组(湿冷)优化前后主要技术对比表二、典型火电产品序号项目原设计新设计1蒸汽参数25/600/60028/60
27、0/6202机组型式三缸四排汽四缸四排汽3配汽方式喷嘴调节节流调节4回热系统8级8级5超速跳闸保护方式机械+电超速3套电超速6润滑油系统主油泵+射油器纯电泵7汽缸数量1HIP+2LP1HP+1IP+2LP8级数（高压/中压/低压）I+10/7/2x715/2x12/2x69高压进汽方式常规切向进汽10主汽调节联合阀2主+4调2主+2调11导汽管(HP+IP)4+4根无12连通管直角弯ID1450热压弯头ID150013分缸压力约1MPa小于0.6MPa14低压内缸外缸支撑基础支撑15低压轴承箱座缸式落地式16中压主要部件材料12%Cr钢CB2/FB217高压内缸密封传统螺栓红套环+螺栓结构18
28、总长/总重约28m/910t约35.2m/1400t19高压模块运输常规整体运输设计第二部分汽轮机前沿技术383、优化型超临界660MW等级机组二、典型火电产品高效超临界660MW机组纵剖面图原超临界660MW机组纵剖面图第二部分汽轮机前沿技术393、超临界660MW机组(湿冷)优化前后主要技术对比表二、典型火电产品序号项目原设计新设计1蒸汽参数24.2/566/56624.2/566/5662机组型式三缸四排汽三缸四排汽3配汽方式喷嘴调节喷嘴调节4回热系统8级8级5超速跳闸保护方式机械+电超速机械+电超速6润滑油系统主油泵+射油器主油泵+射油器7汽缸数量1HIP+2LP1HIP+2LP8级数
29、（高压/中压/低压）I+9/6/2x7I+9/10/2x69主汽调节联合阀2主+4调2主+4调10导汽管4+4根4+4根11连通管直角弯ID1450热压弯头ID170012分缸压力约0.85MPa小于0.6MPa13低压内缸外缸支撑基础支撑14低压轴承箱座缸式落地式15总长/总重约27.2m/900t约28m/900t第二部分汽轮机前沿技术404、超临界350MW机组二、典型火电产品优化型超临界350MW机组纵剖面图原超临界350MW机组纵剖面图第二部分汽轮机前沿技术414、超临界350MW机组(湿冷)优化前后主要技术对比表二、典型火电产品序号项目原设计新设计1蒸汽参数24.2/566/566
30、24.2/566/5662机组型式两缸两排汽两缸两排汽3配汽方式喷嘴调节喷嘴调节4回热系统8级8级5超速跳闸保护方式机械+电超速机械+电超速6润滑油系统主油泵+射油器主油泵+射油器7汽缸数量1HIP+1LP1HIP+1LP8级数（高压/中压/低压）I+12/11/2x6I+13/11/2x69主汽调节联合阀2主+4调2主+4调10导汽管(HP+IP)4+2根4+2根11连通管直角弯ID1219热压弯头ID138212分缸压力约0.85MPa小于0.6MPa13低压内缸外缸支撑基础支撑14低压轴承箱座缸式落地式15总长/总重约17.5m/700t约17.7m/700t第二部分汽轮机前沿技术425
31、、350MW级NCB汽轮机二、典型火电产品型号：N350/C300/B250-24.2/0.40/566/566纯凝额定功率：350MW抽汽额定功率：300MW纯背压额定功率：250MW供热抽汽额定压力调节范围：0.400.60MPa抽汽工况最大抽汽量：600th背压工况最大抽汽量：800.th第二部分汽轮机前沿技术1、核电汽轮机与火电汽轮机的比较项目核电汽轮机火电汽轮机蒸汽来源核岛的蒸汽发生器锅炉进汽参数大多数为饱和蒸汽；蒸汽压力一般在57MPa之间，温度在260300之间亚临界、超临界、超超临界等；压力可达30MPa以上，温度可达620以上蒸汽湿度湿度大，汽轮机内大部分部件处于湿蒸汽区域一
32、般情况下，低压缸末三级区域为过渡或湿蒸汽区域调节方式大多数采用节流调节大多数采用喷嘴调节材料方面大部分采用碳钢材料多采用高温合金材料结构方面大量采用防腐去湿技术，如汽水分离器技术、堆焊不锈钢层技术、末级去湿隔板技术等一般情况下仅低压末级区域采用去湿和防腐技术系统方面系统庞大且复杂，稳定和可靠性要求高常规系统，灵活和机动性高三、典型核电产品第二部分汽轮机前沿技术431、核电汽轮机与火电汽轮机的比较三、典型核电产品第二部分汽轮机前沿技术442、核电蒸汽流程及系统示意图核电汽轮机最大特点：采用汽水分离再热器（MSR）三、典型核电产品第二部分汽轮机前沿技术4546第三部分核电汽轮机发展项目最大连续功率
33、 主蒸汽压力转速末叶长度电厂效率MWMParpmmm%秦山一期3305.34300086933.5秦山二期6896.41300098036.1秦山三期7284.511500132035.3岭澳一期984.76.34300094534.2岭澳二期107071500145036田湾核电10605.883000120033AP100012505.531500137536.6EPR160017557.51500143037超临界水堆12002545超超临界火电10002530001200482、核电汽轮机与火电汽轮机的比较三、典型核电产品46475、典型核电汽轮机机型AP1000核电汽轮机高压汽轮机低
34、压汽轮机三、典型核电产品技术规范：1个高压缸（210级）+3个低压缸（3210级）主蒸汽温度/压力：268/5.38MPa回热系统：2高压加热器+4低压加热器+1除氧器背压：4.4kPa给水泵：电动出力：1250MW等级第二部分汽轮机前沿技术47秦山二期1#、2#机组：西屋设计热力、通流、轴系、动叶、转子、阀门、DEH等哈汽设计静叶及隔板、隔板套、汽封、汽缸、轴承及轴承箱、油系统、汽水系统、TSI系统等其余所有部套秦山二期3#、4#机组：全部国产化设计及制造海南昌江1#、2#机组：全部国产化设计及制造6、典型核电汽轮机机型650MW核电汽轮机48三、典型核电产品第二部分汽轮机前沿技术48497
35、、世界核电汽轮机情况三、典型核电产品据国际原子能机构(IAEA)官网最新数据，截止2014年4月30日，全球共有在役核电机组(反应堆)435个(共372751MW)，服役时间最长的是45年，大部分机组已经服役20年以上，长期关停的核电机组(反应堆)2个。地区核电机组数量比例总装机容量（MW）比例北美11927.36%11258130.20%欧洲西部11726.90%11350530.45%亚洲远东9822.53%8513622.84%欧洲中、东部6815.63%4860713.04%亚洲中东、南亚255.75%69131.85%拉丁美洲61.38%41491.11%非洲20.46%18600.
36、50%合计435100%372751100%数量分布情况技术类型 技术说明核电机组数量比例总装机容量（MW）比例PWR压水堆27462.99%254049 68.16%BWR沸水堆8118.62% 75958 20.38%PHWR重水堆4811.03% 239006.41%GCR气冷石墨堆153.45%80452.16%LWGR轻水石墨堆153.45% 102192.74%FBR快中子增殖堆20.46%5800.16%合计435100% 372751 100%堆型情况第二部分汽轮机前沿技术49501、基本知识组成四、燃气轮机及联合循环产品压气机：利用高速旋转的叶片给空气做功提高压力，向燃烧室连
37、续不断地供应高压空气。燃烧室：将燃料中含有的化学能通过燃烧化学反应，转变成热能，形成高温燃烧产物。透平：用高温高压燃气做介质将起热能转化为机械能从而对外输出机械功，同时拖动压气机。第二部分汽轮机前沿技术50512、与汽轮机的区别四、燃气轮机及联合循环产品布莱顿循环朗肯循环热力循环原理不同燃料性质不同燃气轮机蒸汽轮机天然气、合成气煤、核能第二部分汽轮机前沿技术51523、燃气轮机分类四、燃气轮机及联合循环产品GE公司按燃气轮机的燃烧温度将燃气轮机进行划分（每100度为一级）。西门子及三菱之后也参照了这一办法。1200摄氏度为E级，1300摄氏度为F级，1400摄氏度为H级。级别机型年份透平前温度
38、功率（MW）效率EGT13E21993110017236.4%FGEPG9351FA1996132725536.9%H三菱M701G21997150033439.5%第二部分汽轮机前沿技术52级别机型年份压比透平流量（kg/s）透平前温（）排气温度（）功率*（MW）效率（%）EGE，PG9171E199212.6418.61140543126.1（SC）193.2（CC）33.8（SC）52（CC）西门子，SGT5-2000E198111.7531.21125537168（SC）251（CC）34.7（SC）52.2（CC）阿尔斯通，GT13E2199315.45371100522172.2（
39、SC）256（CC）36.4（SC）53.3（CC）三菱，M701DA198114441.31230542144.1（SC）212.5（CC）34.8（SC）51.4（CC）FGE，PG9371FB200218.3655.61371629279.2（SC）412.9（CC）37.9（SC）58（CC）GE，PG9351FA199617641.51327602255.6（SC）390.8（CC）36.9（SC）56.7（CC）西门子，SGT5（V）199518.2692.81316577292（SC）423（CC）39.8（SC）58.4（CC）阿尔斯通，GT26199433.4641.5123
40、5（再热）615289.1（SC）431（CC）39.1（SC）58.7（CC）三菱，M4199218703.21430597312.1（SC）464.5（CC）39.3（SC）59.5（CC）HGE，9001H199823.27021430-520（CC）60（CC）西门子，SGT5-8000H200819.2820-625340（SC）530（CC）39（SC）60（CC）三菱，M2199721737.81500587334（SC）498（CC）39.5（SC）59.3（CC）3、燃气轮机分类四、燃气轮机及联合循环产品53543、燃气轮机分类四、燃气轮机及联合循环产品重型燃机：零件较为厚重
41、，大修周期长，寿命可达10万小时以上，现代大 功 率 重 型 燃 机 比 重 量 在1.82.1kg/kW。轻型燃机：结构紧凑而轻，所用材料一般较好，寿命较短，比重量大约是0.130.6kg/kW，一般功率在10万kW以下重？轻？第二部分汽轮机前沿技术54554、联合循环四、燃气轮机及联合循环产品第二部分汽轮机前沿技术55565、9FA燃气轮机四、燃气轮机及联合循环产品通过市场换技术引进9FA制造技术积累了宝贵的F级燃机制造、调试、运行经验引进GE公司9FA燃气轮机制造（热部件以外）技术。目前出产25台，另有5台订单。约占市场份额40%。第二部分汽轮机前沿技术56576、GT13E2燃气轮机四
42、、燃气轮机及联合循环产品2011年11月，阿尔斯通合作，引进GT13E2，在国内开拓E级联合循环市场。第二部分汽轮机前沿技术5758KA13E2-1典型的室内布置,燃机与汽轮机并排布置7、GT13E2联合循环机组四、燃气轮机及联合循环产品第二部分汽轮机前沿技术58598、燃压机组四、燃气轮机及联合循环产品西气东输产品我国能源结构的调整，以及我厂产业调整，实现国产化的要求。第二部分汽轮机前沿技术59n n109E109E（60MW60MW）n n国内市场近国内市场近3030台，占国台，占国内市场内市场50%50%以上以上工厂编号：138#功率等级：60MW型式：双压、非再热、单缸、多轴、单排汽主
43、汽压力：5.60MPa主汽温度：530主汽流量：180t/h补汽压力：0.56MPa补汽温度：255补汽流量：32t/h首台投运年份：2002（深圳南山电厂）pGE公司109E60第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机60n n209E209E（105-125MW105-125MW）n n国外市场（马来西亚、尼国外市场（马来西亚、尼日利亚、巴基斯坦）日利亚、巴基斯坦）6 6台台工厂编号：157#功率等级：124MW型式：双压、非再热、双缸、多轴、双排汽主汽压力：7.00MPa主汽温度：530主汽流量：360t/h补汽压力：0.65MPa补汽温度：255补汽流量：65
44、t/h额定背压：8.0kPa末叶片长度：710/730/855mm（视背压而定）pGE公司209E61第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机61n n309E309E（180MW180MW）n n国外市场（巴基斯坦）国外市场（巴基斯坦）1 1台台工厂编号：161#功率等级：188MW型式：双压、非再热、双缸、多轴、双排汽主汽压力：8.30MPa主汽温度：530主汽流量：530t/h补汽压力：1.20MPa补汽温度：255补汽流量：96t/h额定背压：8.0kPa转速：3000rpm末叶片长度：900mmpGE公司309E62第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循
45、环产品9、联合循环汽轮机62n n109FASS109FASS（135MW135MW）n nGEGE引进引进工厂编号：D10#、158#、158A#功率等级：140MW型式：三压、再热、双排汽主汽压力：9.60MPa主汽温度：565主汽流量：280t/h再热压力：2.18MPa再热温度：565再热流量：306t/h补汽压力：0.30MPa补汽温度：310补汽流量：46t/h末叶片长度：660/851/900mm（视背压而定）n n109FAMS109FAMS（135MW135MW）n n完全自主优化设计完全自主优化设计n n首台印度兰科已经运行首台印度兰科已经运行pGE公司109F63第二部分
46、汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机631）汽轮机型号：LCC40/C100-9.83/538/2.152）汽轮机型式：高压、冲动、单抽凝汽轴向排汽式3）通流级数：15级1C+7P+1C+6P4）工业抽汽：非调整抽汽：3级后可调整抽汽：8级后（1.952.40）MPa5）最大功率：110MW6）额定功率(抽汽1/抽汽2):41/100MW7）额定排汽压力(抽汽1/抽汽2):3.38/8.91kPa8）末级叶片高度：680mmpGE公司109F（轴向排汽）n n镇海项目镇海项目64第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机64n n209FAMS20
47、9FAMS（275MW275MW）n n完全自主设计完全自主设计n n首台北京太阳宫已经运行首台北京太阳宫已经运行工厂编号：152#功率等级：275MW型式：三压、再热、双缸、多轴、双排汽主汽压力：11.50MPa主汽温度：565主汽流量：560t/h再热压力：2.55MPa再热温度：565再热流量：630t/h补汽压力：0.40MPa补汽温度：310补汽流量：92t/h末叶片长度：1000mmpGE公司209F65第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机65型号LC50/N80-7.50/1.30/0.28型式：三压、单轴、单缸、冲动、抽凝式额定功率：78.79MW
48、一次进汽压力7.512MPa一次进汽温度501一次进汽流量220.71t/h二次进汽压力1.30MPa二次进汽温度299.4二次进汽流量51.50t/h三次进汽压力0.28MPa三次进汽温度166.3三次进汽流量22.69t/h末级叶片900mmpALSTOM公司13E2n n南天南天E E级联合级联合循环循环n n华能苏州华能苏州n n桐乡环桐乡环66第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机66n n106F106F（37MW37MW）n n完全自主设计完全自主设计n n首台克拉玛依已经运行首台克拉玛依已经运行n n正在进行江山抽汽项目的正在进行江山抽汽项目的设计设
49、计pGE公司106F工厂编号：138A#功率等级：37MW型式：双压、单缸、单轴、单排汽主汽压力：5.2MPa主汽温度：538主汽流量：130t/h补汽压力：0.50MPa补汽温度：270补汽流量：30t/h末叶片长度：668mm67第二部分汽轮机前沿技术四、燃气轮机及联合循环产品9、联合循环汽轮机676810、”863”重燃研发项目四、燃气轮机及联合循环产品科研项目在消化吸收引进相关技术的基础上开展具有自主知识产权的F级中低热值重型燃气轮机整机设计技术的研究。第二部分汽轮机前沿技术68换热器热油循环蒸汽循环汽轮机发电机集热单元69槽式电站成熟，商业化程度高具备槽式、塔式、太阳能-燃气/蒸汽联
50、合循环、光煤互补等设计制造技术1、太阳能热发电五、新能源产品第二部分汽轮机前沿技术702、MSR及海水谈化设备五、新能源产品汽水分离再热器MSR海水谈化设备第二部分汽轮机前沿技术711、CAP1400核电汽轮机六、其它新产品技术规范：1个高压缸（210级）+3个低压缸（329级）主蒸汽温度/压力：270/5.51MPa回热系统：2高压加热器+4低压加热器+1除氧器背压：3.6kPa给水泵：电动出力：1500MWe等级末级叶片长度：1800mmCAP1400末级叶片基本设计参数叶高/根径1800mm/2750mmD/l2.527环形面积25.73m2叶片只数78叶根形式4齿枞树形连接形式阻尼凸台
51、+自带围带材料0Cr17Ni4Cu4Nb/890叶片重量116kg设计/阻塞背压3.6/2.7kpa余速损失31.58kJ/kg质量流量652.8t/h用途AP1000-TC4F/CAP1400-TC6F以哈汽900毫米叶片为母型，考虑核电叶片的运行特点，采用模化设计及综合优化的方法开发出CAP1400末级1800mm叶片。第二部分汽轮机前沿技术71722、二次再热机组六、其它新产品百万二次再热机组技术参数蒸汽参数：31MPa/600/620/620机组型式：超超临界，二次再热，单轴、五缸四排汽、湿冷凝汽式百万二次再热机组技术可行性1）与传统的一次再热机组相比，采用二次再热能够使采用600/6
52、20/620参数的超超临界机组效率提高约1.8%，并满足机组低压缸最终排汽湿度的要求;2）采用二次再热可显著降低机组煤耗，相应也降低了温室气体和污染物排放,是未来大容量超超临界机组的发展方向之一；3）二次再热机组在国际上属于成熟的发电技术，从20世纪50年代起，美国、德国、日本等国均建造了一些二次再热机组；4）十几年来，公司通过超临界、超超临界大型火电汽轮机、AP1000核电汽轮机和高效百万的研发，已培养出一大批经验丰富、拥有较高技术水平的科研和设计专家，完全具备了独立研发先进超超临界技术的基础；5）开发完成的百万二次再热机组将拥有完全自主技术产权，不受出口限制VHPIPHPLP1LP2第二部
53、分汽轮机前沿技术3、700汽轮机研制参与“国家700超超临界燃煤发电技术创新联盟”配合研制工作。73六、其它新产品第二部分汽轮机前沿技术74目录目录第三部分第三部分 汽轮机设计理念汽轮机设计理念一、概述一、概述二、汽轮机总体结构二、汽轮机总体结构三、汽轮机本体结构三、汽轮机本体结构四、汽轮机辅机设备四、汽轮机辅机设备五、汽轮机辅助系统五、汽轮机辅助系统六、汽轮机控制系统六、汽轮机控制系统七、影响汽轮机效率主要因素七、影响汽轮机效率主要因素八、提高汽轮机效率措施八、提高汽轮机效率措施汽轮机是一种将工质（水蒸汽）的热能转换为机械功的旋转式动力机械，具有单机功率大、效率高、运转平稳、单位功率制造成本
54、低、使用寿命长和燃料适应范围广等优点，在现代工业中得到广泛应用。汽轮机是发电用的原动机。在现代化石燃料电站、核电站以及联合循环电站中，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组。由于汽轮机能变速运行，因此可以用它直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。此外，还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机通常在高温、高压及高转速条件下工作，是一种较为精密的重型机械。它的制造和发展涉及许多工业部门和学科领域，如高强度耐热合金钢的研制，优质大型锻、铸件的供应，高效率叶型和长叶片的设计和研制，在加工制造中数控技术、焊接技术的应用，机组运行中集中控制和程序控制水平的提高，以及热工学、流
55、体动力学、强度振动、自动控制、计算机和测试技术等方面的理论和试验研究。因此，汽轮机制造业的发展是反映国家工业技术发展水平的标志之一。第三部分汽轮机设计理念一、概述7575基本热力循环及其装置图76基本热力循环：1、工质(水)在锅炉中定压加热、汽化和过热(4-5-6-1)；2、蒸汽在汽轮机中等熵膨胀作功(1-2)；3、排汽在凝汽器中定压凝结放热(2-3)；4、凝结水经泵等熵压缩后进入锅炉(3-4)。一、概述第三部分汽轮机设计理念76汽轮机作用：将蒸汽的热能转化成机械功工作单元：汽轮机的级，由一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅构成汽轮机本体做功汽流通道称为汽轮机的通流部分。汽轮机基本原理蒸汽热能喷
56、嘴(nozzle)降压增速汽流的动能动叶(blade)转子的旋转机械能汽流改变速度和方向(冲动原理)汽流降压增速(反动原理)001122一、概述第三部分汽轮机设计理念77一、概述水的临界参数：Pc=22.064MPa（a），tc=375.94（下图中C点位置）。超临界状态时，出现一个饱和水和饱和蒸汽两相共存的区域，这时加热继续，汽水两相的温度不再上升，直至液态水全部蒸发完毕，干饱和蒸汽才继续升温成为过热蒸汽。一般将压力大于临界点Pc的范围称为超临界区，压力小于Pc的范围称为亚临界区。从物理意义上讲，根据机组采用的蒸汽参数划分，只有超临界和亚临界之分。由于超超临界参数机组在我国投运的数量最多，超
57、超临界是我国人为的一种区分，也称为优化的或高效的超临界参数。目前超超临界与超临界的划分界限尚无国际统一的标准，一般认为蒸汽压力大于25MPa，蒸汽温度高于580时的状态属于超超临界参数。第三部分汽轮机设计理念78汽轮机分类及型号（一）79分类原则型式简要说明实例按工作原理冲动式汽轮机蒸汽的热能转变成动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动能转变成机械能的汽轮机哈汽200MW以下汽轮机反动式汽轮机蒸汽的热能变为动能的过程不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中同样发生的汽轮机哈汽300MW以上汽轮机，除东芝百万、300MW等级带回转隔板抽汽和双坐阀型式抽汽机组外。按进汽参数低压汽轮机进汽压力为
58、1.5MPa及以下，温度约340N751.42/274中压汽轮机进汽压力为3.43MPa，温度约435N50-3.43435次高压汽轮机进汽压力为4.95.88MPa，温度约435460N504.37/475高压汽轮机进汽压力为9MPa，温度约500538N100-8.83535超高压汽轮机进汽压力为12MPa14MPa，温度约535566N200-12.75535535亚临界汽轮机进汽压力为16MPa18MPa，温度约535566N600-16.7538538超临界汽轮机进汽压力超过蒸汽的临界压力22.064MPa，温度为535566N600-24.2566566超超临界汽轮机进汽压力大于2
59、5MPa，或进汽温度大于580 N1000-25600600湿蒸汽汽轮机新蒸汽为饱和蒸汽或湿蒸汽绝大多数的核电汽轮机一、概述第三部分汽轮机设计理念80分类原则型式简要说明实例按热力特性凝汽式汽轮机汽轮机排汽在真空状态下进入凝汽器，并凝结成水6MW1000MW均有中间再热汽轮机蒸汽在高压缸做功后，进入锅炉再热器中加热，然后进入中低压缸做功后排入凝汽器，大功率汽轮机基本都采用这种形式超高压参数，功率大于125MW汽轮机抽汽凝汽式汽轮机在汽轮机的级间调整抽汽，供应热用户，排汽进入凝汽器6MW1000MW均有背压式汽轮机汽轮机排汽压力在大于大气压力下供热用户使用，当排汽供其他中低压汽轮机作为新汽时，称
60、为前置式汽轮机6MW85MW均有抽汽凝汽式汽轮机具有调整抽汽的背压式汽轮机6MW50MW低真空供热汽轮机循环水供热50MW300MWNCB汽轮机有凝汽、抽汽、背压三种运行方式300MW按用途电站汽轮机用于发电或热电联供工业汽轮机用于驱动其它旋转机械船用汽轮机用于驱动船舶螺旋桨按排列方式单轴汽轮机和发电机串联排列，同轴驱动双轴汽轮机由多缸组成，并联排列，驱动两台发电机汽轮机分类及型号（二）一、概述第三部分汽轮机设计理念STCPBB：锅炉：锅炉S：锅炉过热器：锅炉过热器T：汽轮机：汽轮机C：冷凝器：冷凝器P：给水泵：给水泵二、汽轮机总体结构第三部分汽轮机设计理念汽轮机蒸汽流程：主蒸汽经主汽阀进入主
61、汽调节阀，然后由高压导汽管进入高压缸的蒸汽通过调节级，流向调端通过高压缸做功，做功后由高压排汽口排入再热器。再热后的蒸汽通过再热主汽调节联合阀流回到汽轮机中压缸。通过中压缸做功后由中低压连通管流入双流的低压缸。蒸汽在低压缸做功后，排到冷凝器。汽缸下部留有抽汽口，抽汽用于给水加热。82主蒸汽高压排汽去再热器再热蒸汽去凝汽器高压通流中压通流连通管中压排汽去低压缸低压进汽低压通流二、汽轮机总体结构第三部分汽轮机设计理念汽轮机包括汽轮机本体、辅机设备、控制系统和辅助系统等主要部分。一、汽轮机本体由转动部分(转子)和静止部分(静体或静子)两部分组成。83转动部分静止部分1转子汽缸2动叶片进汽蜗壳（喷嘴组
62、）3叶轮隔板（套）4联轴器阀门5轴承（座）6汽封7滑销系统二、汽轮机辅机辅机设备1凝汽器（湿冷）2排汽装置（空冷）3低压加热器4冷油器二、汽轮机总体结构第三部分汽轮机设计理念三、辅助系统84控制系统1数字式电液控制系统D-EH2危急保安系统ETS3汽轮机监视系统TSI4分散式控制系统DSC四、控制系统辅助系统1汽封系统2疏水系统3润滑油系统4后汽缸喷水系统5顶轴油系统6抗燃油系统7快冷、预热系统二、汽轮机总体结构第三部分汽轮机设计理念85三、汽轮机本体结构第三部分汽轮机设计理念略凝汽器：应用于湿冷汽轮机组。循环水由进水管进入水室，在水式内分别流入各铜管内，循环水通过管壁吸收排气的热量，使蒸汽凝
63、结，被排气加热的循环水有出口排出去凉水塔冷却再循环使用。排汽由低压汽缸排入凝结器内蒸汽空间，通过铜管外壁放热，凝结成水聚集到下部的热水井内，由凝结水泵排向除氧器。86四、汽轮机辅机设备第三部分汽轮机设计理念汽轮机的汽封系统：为汽轮机在启动、运行、停机各种工况下提供合适的端部轴封密封汽源；引导和回收汽轮机轴端汽封，高、中压主汽门和调节门阀杆的泄漏蒸汽及汽气混合物，以防止蒸汽泄漏进入厂房；此外还要防止空气漏入低压缸内影响机组真空度。汽轮机汽封进水、进冷汽、进杂质均会使汽轮机运行产生异常反应，甚至导致汽轮机转子弯曲。87五、汽轮机辅助系统第三部分汽轮机设计理念疏水系统：是保证机组在启动，停机，升、降
64、负荷运行时，或在异常情况下及时地排除汽轮机本体、本体阀门及其管道内的凝结水，从而防止由于汽轮机进水而造成汽缸变形、转子弯曲、动静部件相碰擦，甚至引起叶片断裂等严重事故的发生。88五、汽轮机辅助系统第三部分汽轮机设计理念后汽缸喷水系统：主要是防止汽轮机低压缸在空负荷蒸汽流量和全真空的情况下，造成后汽缸过热。真空不良会引起汽缸过热。如果温度超过80，则必须通过增加负荷或改善真空逐步地降低后汽缸的温度，后汽缸的极限温度为121。89五、汽轮机辅助系统第三部分汽轮机设计理念汽轮机润滑油系统及装置：汽轮机油系统为汽轮发电机组启动、运行、停机提供相应的压力油源，是保护汽轮发电机组安全和无事故运行的关键系统
65、。机组在运行中即使是短暂的中断供油，也会造成严重的设备事故，油系统的漏油也易引起失火。包括润滑油系统、顶轴油系统、氢冷发电机密封油系统、液压油系统和保安油系统。大型汽轮机数字电液调速系统多采用独立的高压抗燃油系统。90五、汽轮机辅助系统第三部分汽轮机设计理念汽轮机润滑油系统及装置：汽轮机的油系统主要作用是供给汽轮发电机组各轴承的润滑和冷却用油，为主油泵、轴承、盘车装置及联轴器提供用油，为发电机氢密封空侧提供密封用油，为保安部套提供压力油和安全油，以及为顶轴装置提供油源。由主油泵、冷油器、顶轴装置、盘车装置、排烟系统、油箱、润滑油泵、事故油泵、滤网、加热器、油位指示器、各种阀门、逆止门、各种监测
66、仪表等构成。汽轮机油系统一般有以下三种供油方式：主油泵蛇油器、主油泵油涡轮以及电动主油泵直接供油等。91高压顶轴油装置：为减小盘车电动机的启动力矩和防止盘车时转子叶片收到“蠕动”激振，常采用高压顶轴油装置将高压油从轴承底部送入，建立静压油膜，已消除轴颈和轴瓦的干摩擦。五、汽轮机辅助系统第三部分汽轮机设计理念汽轮机控制、检测与保护系统：为保证汽轮机的安全经济运行，必须配置相应的控制、检测和保护系统。其主要作用是测量、采集、监测机组运行的状态参数，通过调整和控制其被调量（如转速、压力等），使之适应机组负荷（电功率、热负荷或驱动功率）变动的要求；同时在机组发生故障或出现危害机组安全的紧急情况下，迅速
67、采取保护措施，遮断机组进汽，以确保机组的安全。92六、汽轮机控制系统第三部分汽轮机设计理念PlantDataHighwayRIO诊断结果OPC保护控制第一级压力控制转速控制功率控制阀位控制热应力监视快减负荷控制阀门试验凝结水、除氧等其它系统DEH超速保护电子保护汽机跳闸系统在线通道试验ETSRIO凝汽器喷水控制盘车控制润滑油控制EH油控制轴封压力控制汽机疏水控制MSR暖机控制MSR疏水控制低压缸喷水控制加热器水位控制氢、油、水控制AUX振动轴向位移胀差轴瓦温度转速偏心TSITDM执行器、传感器等:PLS(Plantcontrolsystem)操作控制系统（OCS)TOS:DEHETSTSITD
68、MAUX 93六、汽轮机控制系统第三部分汽轮机设计理念饱和状态：水蒸汽在密闭容器中，汽、液两相平衡共存的状态。此时的平衡共存其实是一种汽化速度和凝结速度相等的动态平衡。饱和温度（ts）和饱和压力(Ps)，两者一一对应。ts=f(P)饱和压力愈高，对应的饱和温度也愈高饱和蒸汽饱和水pp 饱和温度和饱和压力饱和温度和饱和压力94第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素1、水蒸汽性质94容器中装有1kg水0100100100100pvTsababcddceepp 水的定压汽化过程水的定压汽化过程95第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素1、水蒸汽性质95CCx=0x=0x=1x=1
69、p0vsT0湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区过热蒸汽区未未饱饱和和水水区区未未饱饱和和水水区区一点两线三区五态：一点：临界点（饱和水线与干饱和蒸汽线的交点c）；两线：饱和水线（下界线）C-B与干饱和蒸汽线（上界线）C-D；三区：未饱和水区（液相区）、湿蒸汽区（汽液两相区）和过热蒸汽区（气相区）；五态：未饱和水、饱和水、湿蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。临界点：Pc=22.064MPa，tc=374，Vc=0.003106m3/kg.ppP-VP-V图和图和T-sT-s图图96第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素1、水蒸汽性质96工质(水)在锅炉中定压加热、
70、汽化和过热(4-5-6-1)，蒸汽在汽轮机中等熵膨胀作功(1-2)，排汽在凝汽器中定压凝结放热(2-3)，凝结水经泵等熵压缩后进入锅炉(3-4)。pp 简单热力循环简单热力循环97第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素2、基本概念97在实际的汽轮发电机组中，除了循环的冷源损失以外，由于还存在蒸汽膨胀过程中的流动损失，以及机械、电机等损失，蒸汽的理想焓降不能全部转换成电能。pp 相对内效率相对内效率98第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素2、基本概念98考虑机械损失后汽轮机联轴器端的输出功率(轴端功率)与汽轮机内功率之比机械损失(kW)，包括轴承摩擦损失，由主轴驱动的主油泵
71、和调速系统等消耗的功率pp 机械效率机械效率99第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素2、基本概念99考虑电机损失后发电机输出的电功率与汽轮机轴端功率之比；电机损失，包括发电机中电气方面的励磁，铁心和线圈发热，及机械摩擦，鼓风等损失的功率。pp 发电机效率发电机效率100第三部分汽轮机设计理念七、影响汽轮机效率主要因素2、基本概念100pp 绝对电效率绝对电效率表示发电机输出的电功率与蒸汽在锅炉(热源)中总吸热量之比。101第三部分汽轮机设计理念2、基本概念七、影响汽轮机效率主要因素101机组每生产1千瓦时电(1kWh)所需要的热量，称为热耗率q（kJ/(kW.h)）对于纯凝汽式机组
72、：对于供热机组：Qcg是向系统外放热，不作为发电需要的热量，使汽轮机的发电热耗率大大降低。同时也减少了向冷凝器的排汽量，即减少了冷端损失，使得循环效率提高。供热量越大，热耗越低。例如，100MW纯冷凝汽轮机的热耗为8981kJ/(kW.h)，而100MW抽汽汽轮机在抽汽压力0.981MPa，抽汽量100t/h时热耗为6300kJ/(kW.h)。pp 热耗率热耗率102第三部分汽轮机设计理念2、基本概念七、影响汽轮机效率主要因素102净热耗率毛热耗率pp 热耗率热耗率103第三部分汽轮机设计理念2、基本概念七、影响汽轮机效率主要因素103提高初温后，放热过程仍然在湿汽区内，则放热平均温度相同。于
73、是提高蒸汽初温就等于提高平均吸热温度，从而提高循环热效率。在提高初温的同时，乏汽的干度上升了，使汽轮机工作条件得到改善，湿汽损失减小，汽轮机相对内效率提高了。pp 蒸汽初温蒸汽初温104第三部分汽轮机设计理念3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素104提高蒸汽初压力能使整个吸热过程的平均温度得到提高；与此同时，蒸汽放热平均温度仍与原来一样，从而使循环热效率提高了。但提高初压使排汽湿度增加，因此初温和初压往往是对应的。pp 蒸汽初压蒸汽初压105第三部分汽轮机设计理念3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素105pp 初参数对效率影响初参数对效率影响106第三部分汽轮机设计理念3、影响效率
74、因素七、影响汽轮机效率主要因素106在循环参数相同的情况下，降低汽轮机的背压，可使放热平均温度降低，提高循环热效率。在实际汽轮机中，降低背压，使蒸汽排汽湿度增大，降低相对内效率。同时随着背压的降低，排汽比容增大，在一定的排汽面积下，末级余速损失增加，实际循环的热效率的增益变小，此时必须选用较大的末级排汽面积，但会增加机组成本。汽轮机背压是由凝汽设备和冷却水系统的联合工作来实现的，在一定的自然条件下(气温和水源)，可借助加大供水系统规模，增加循环水量和凝汽器面积来降低背压，但随之使投资和运行费用增加。因此合理的背压应根据冷却水温、供水方式、排汽流量和末级叶片特性、设备造价和运行费用，结合产品系列
75、和总体布置进行技术经济比较后合理确定。pp 终参数对效率影响终参数对效率影响107第三部分汽轮机设计理念3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素107一次中间再热可以看作由基本循环(郎肯循环)1-2-3-4-5-1和再热附加循环1-2-2-h-1组成的复合循环，当再热附加循环的吸热平均温度高于基本循环的吸热平均温度时，则中间再热循环的热效率高于基本循环的热效率。采用中间再热后，汽轮机低压部分的蒸汽湿度减小，改善了末级叶片的工作条件，并提高其相对内效率，可以使循环能够采用更高的蒸汽初压。在保持循环蒸汽初参数(初压和初温)相同，再热温度等于初温的条件下，采用一次中间再热，可使机组的热经济性提高4
76、%5%；采用二次再热，可以再提高2%左右。采用中间再热循环的增益随着蒸汽初压的提高呈增加趋势。一般蒸汽初压在25MPa以下时常采用一次中间再热，超过25MPa时才开始考虑采用二次中间再热。再热温度每提高10，可使机组的热经济性提高0.25%0.3%，再热温度的提高，主要受高温金属材料的限制，同时还要考虑技术经济的合理性。一般再热温度取成等于蒸汽初温或略高一些。pp 采用再热采用再热108第三部分汽轮机设计理念3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素从汽轮机某些中间级后抽出部分蒸汽，用以加热给水，这种热力循环称为给水回热循环。由于那部分作过功的抽汽的热量全部被用于提高给水温度，使排汽对冷源的放
77、热量(冷源损失)大为减少。因此在蒸汽初、终参数相同的情况下，给水回热循环的热效率比基本循环有显著的提高。另外，在功率相同的情况下，与基本循环相比，采用给水回热后，将使汽轮机的进汽量增加而排汽量减少，有利于汽轮机高压部分效率的提高和末级余速损失的减少，在一定程度上提高了汽轮机的相对内效率，进一步提高汽轮机的热经济性。pp 采用回热系统采用回热系统109第三部分汽轮机设计理念3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素109110第三部分汽轮机设计理念pp 采用回热系统采用回热系统3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素110111第三部分汽轮机设计理念pp 采用回热系统采用回热系统3、影响效率因
78、素七、影响汽轮机效率主要因素混合式加热器表面式加热器由于各加热器给水出口温度主要决定于各级抽汽的压力，因此在实际的给水回热系统中，各加热器的给水焓升分配必须根据汽轮机通流部分分级情况进行，一般不可能完全符合理论上的最佳分配。但当偏离不大时，对经济性的影响是很小的。对于非再热机组，给水回热系统多采用近于等焓升(温升)的分配原则，高压加热器的平均温升比低压加热器略大一些。对于除氧器，为了获得良好的除氧效果，温升要小一些；对于中间再热机组，由于中间再热后抽汽过热度的提高使给水回热的增益有所降低，故适当增加再热前的回热抽汽量对提高循环热经济性是有利的。为此，常采用某一级加热器的回热抽汽来自再热冷端(进
79、入再热器之前)，并使这一级加热器的给水焓升为下一级(再热后的一级)加热器给水焓升的1.51.8倍。再热后各级给水焓升的分配原则与非再热机组相同。112第三部分汽轮机设计理念pp 采用回热系统采用回热系统3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素大型机组：对中、小型机组取抽汽从汽轮机通流部分经过汽缸抽汽口、管道到加热器，因流动阻力而造成压力损失。它使给水在各加热器的出口温度较无抽汽压损时低，从而使给水回热循环的效率有所下降。降低抽汽压损将增加通流部分级间轴向距离、抽汽口和管道直径，从而增加投资费用。因此抽汽压损必须在技术经济合理的基础上予以选择。pp 抽汽压损抽汽压损113第三部分汽轮机设计理念
80、3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素在蒸汽初、终参数和再热温度一定时，有一个最佳的中间再热压力，此时中间再热循环的热效率最高。对于理想中间再热循环，理论上的最佳中间再热压力可以根据蒸汽再热前温度等于该循环的等价卡诺循环的初温T的条件求得。即与最佳中间再热压力相对应的蒸汽再热前温度T。对于中间再热温度等于蒸汽初温的一次中间再热机组，最佳中间再热压力约为蒸汽初压的18%26%；当再热前有回热抽汽时，取18%22%，当再热前无回热抽汽时，取22%26%。对于二次中间再热，第一次最佳中间再热压力约为蒸汽初压的25%30%，第二次最佳中间再热压力约为第一次中间再热压力的25%30%，即约为蒸汽初压
81、的6%9%。蒸汽在再热前后管道和锅炉的再热器中，因流动阻力而造成压力损失。减小压损可以提高机组的热经济性，但需加大管径，增加金属消耗和投资费用。pp 抽汽压损抽汽压损114第三部分汽轮机设计理念pp 抽汽压损抽汽压损3、影响效率因素七、影响汽轮机效率主要因素再热温度提高（）效率相对提高50.09%80.14%100.18%重点考虑因素：在材料允许范围内，适当提高再热蒸汽温度，降低热耗。主蒸汽压力提高（MPa）效率相对提高5%0.22%重点考虑因素：在材料允许范围内，适当提高主蒸汽压力，降低热耗。重点考虑调节级强度，汽缸气密性问题。1、提高初参数八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念115
82、调节级优化，合理选择喷嘴面积和调节级反动度，提高调节级后压力，减少调节级焓降，使得U/C0更为合理，提高调节级效率；同时增大调节级喷嘴组的部分进汽度，减少进汽损失；优化设计压力级，使各级焓降分配更加合理，提高通流效率；增加中压通流级数，提高通流效率。2、提高通流部分效率八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念116项目高压缸级数中压缸级数高效百万超超临界I+9增加到1527级增加到212级优化型超临界660MW级数不变、气动优化6级增加到10级优化型超临界350MWI+12增加到I+13级数不变、气动优化绥中800MW改造I+11增加到I+17级29增加到212级应用业绩：应用业绩：八、提
83、高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念2、提高通流部分效率117配合切向蜗壳全周进汽形式，无调节级设计，高压缸第一级静叶片采用轴向布置形式。3、采用先进结构设计八、提高汽轮机效率措施118焊接隔板实体图焊接隔板纵剖图焊缝焊缝导叶不便于拆装，叶片有损坏时需要破坏性拆除；由于焊接和焊接后进行热处理容易带来叶片变形，从而不能更好保证叶片通流的精度，提高机组效率。3、采用先进结构设计八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念119装配式隔板实体图参照动叶片的设计理念和装配方式；围带与围带、叶根与叶根之间有接触紧力，保持相互连接的稳定性；拆装的便利性，叶片有损坏时可以更换指定的叶片，安装拆卸方便；装配
84、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。装配式隔板纵剖图3、采用先进结构设计八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念120应用机组1新型1000MW/660MW超超临界机组2优化型超临界660MW机组3绥中800MW超临界改造机组4300MW亚临界/超临界机组3、采用先进结构设计八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念1213、采用先进结构设计八、提高汽轮机效率措施122叶高等级叶高平均直径只数排气面积结构形式防水蚀措施叶顶线速度典型机组mmmmm2m/s1.2m等级122029486411.3自带围带、凸台拉筋司
85、太立合金片 654CCH011219.2 3098.8 7011.8自带围带、凸台套筒拉筋 高硬度材料678CCH021m等级10292575808.91自带围带、凸台拉筋司太立合金片 566CH0110002700948.48自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 58175D900mm等级9002600120 7.35拱形围带、整圈松拉筋司太立合金片 550732600120 7.35自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 55073A2600120 7.35自带围带、套筒松拉筋司太立合金片 55073B-282275786.43自带围带、凸台拉筋司太立合金片 357151#8552405906.46
86、自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 512123#8512521946.74自带围带、凸台套筒拉筋 司太立合金片 529G39-36700mm等级7302240104 5.14自带围带、凸台拉筋司太立合金片 466G42-27102045904.56自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 433G18-2A2070944.62拱形围带、整圈松拉筋司太立合金片 43669#6682003106 4.2自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 41943A6652000112 4.2自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 41855#-14、冷端优化八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念湿冷机组末级叶片一览表12
87、3叶高等级叶高平均直径只数排气面积结构形式防水蚀措施叶顶线速度典型机组综合评级mmmmm2m/s900mm等级 939.8 2819.4 708.3自带围带、凸台套筒拉筋 高硬度材料590CHK01A-1A700mm等级6802380805.1自带围带、凸台拉筋司太立合金片 480K01B-3A6202320944.5自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 462K02C600mm等级 6001935823.6自带围带、凸台拉筋司太立合金片 398K04A500mm等级 52018551023自带围带、整圈松拉筋司太立合金片 373K03B400mm等级 45017851022.5自带围带、无拉筋司
88、太立合金片 351K03-1A空冷机组末级叶片一览表叶高等级叶高平均直径只数排气面积结构形式防水蚀措施叶顶线速度典型机组综合评级mmmm m2m/s1.8m等级（25HZ）18004550 7825.7自带围带、凸台拉筋司太立合金片498CAP1400A1.4m等级（25HZ）13754125 120 17.8自带围带、凸台拉筋司太立合金片432AP1000A1m等级（50HZ） 977.24 2730 568.4自由叶片司太立合金片582H01AA核电机组末级叶片一览表4、冷端优化八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念12473#为3齿，直通结构，采用正体铣制结构73#为3齿镶片,每齿
89、由汽封片和填片组成，直通形式73A#与73#相同73A#为4齿镶片,每齿由汽封片和填片组成，直通形式73#73A#5、汽封改进八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念12573B#为整体铣制结构，叶顶3齿,迷宫结构73B为镶片结构，每个齿由汽封片和填片组成，高压4齿,迷宫结构改进后为镶片结构，叶顶5齿，迷宫形式改进前为镶片结构，每个齿由单片异型钢带片组成，高压5齿，迷宫形式73B#CH01/02#5、汽封改进八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念126部分进汽喷嘴调节全周进汽节流调节旁通调节运行方式定压-滑压-定压30%-85%95%节流或滑压负荷超过额定或一次调频用途大功率带基本负
90、荷兼调峰汽轮机；中小容量功率较小和功率大带基本负荷多用于小型混压式工业汽轮机和舰用汽轮机优点采用了调节级，级后温度相对较低，高压汽缸和转子条件大为改善变工况时机组内部温度变化小，对改善机组热应力有利弥补上述全周进汽节流调节机组滑压运行的缺点缺点大功率机组的调节级设计难度较大，因而采用了双流节流损失大开启后效率降低；一次调频时启动频繁TRL余量实现最后一个调节阀节流或提高压力等级过载阀或超压127第三部分汽轮机设计理念6、运行方式八、提高汽轮机效率措施喷嘴调节全周进汽用途广一般用于600MW以上大机组，带基本负荷运行方式变压滑压节流5%滑压滑压+过载阀调节能否调峰能能靠锅炉调峰能能一次调频能不能
91、能能运行经济性较好较差最差较好128第三部分汽轮机设计理念6、运行方式八、提高汽轮机效率措施6、运行方式八、提高汽轮机效率措施第三部分汽轮机设计理念开启顺序原设计改进设计11#、2#、3#2#、3#24#1#从汽机向电机侧看34#129为提高部分负荷的运行经济性，在低负荷时设置0号高加，提高给水温度；根据计算曲线，启用0号高加后，低于额定负荷都能起到降低热耗的效果。7、系统优化八、提高汽轮机效率措施为充分利用汽轮机回热抽汽过热度，提高机组循环热效率，采用外置蒸冷器；回热系统中，三段抽汽的过热度最大，增加外置蒸冷器后，既降低机组热耗，同时减少三号高加的设计难度。以超临界600MW为例，热耗降低1
92、5kj/kw.h（根据不同机组，热耗降低不同）应用业绩：新型超超临界1000MW/660MW汽轮机，新优化型660MW超临界汽轮机外置式蒸冷器7、系统优化八、提高汽轮机效率措施根据锅炉低温省煤器提供的热量和进出口水温的要求，选择适合的位置，尽量提高热量的利用率，减少对其他加热器的影响。以超临界600MW为例，热耗降低约40kj/kw.h（不同机组，热耗降低不同）不同类型锅炉排烟温度存在差异，一般要求给水入口水温80，给水出口水温115；低温省煤器7、系统优化八、提高汽轮机效率措施为充分利用疏水热量，由疏水逐级自流，优化为7号低加设置疏水泵；低压各级疏水都得到充分利用，同时7号低加无疏水冷却段。
93、7号低加设置疏水泵原疏水逐级自流7、系统优化八、提高汽轮机效率措施133从温熵图上看，蒸汽循环的循环效率为面积1-2-3-4-5-6与面积1-b-a-4-5-6之间的比，而面积2-b-a-3为冷端损失若能将面积2-b-a-3充分加以利用，则就能很好地提高循环效率。8、采用低真空供热八、提高汽轮机效率措施134改造后的连通管结构图蝶阀布置应充分考虑其自重对连通管的影响，尽量布置在垂直管段上，以免在抽汽工况下发生振动。9、采用打孔抽汽八、提高汽轮机效率措施135136第二部分公司典型产品型号：N350/C300/B250-24.2/0.40/566/566纯凝额定功率：350MW抽汽额定功率：300MW纯背压额定功率：250MW供热抽汽额定压力调节范围：0.400.60MPa抽汽工况最大抽汽量：600th背压工况最大抽汽量：800.th10、采用NCB机组八、提高汽轮机效率措施5 5 300300内置阀内置阀带有内置阀的三缸带有内置阀的三缸350MW350MW超临界供热机组超临界供热机组11、采用抽汽机组八、提高汽轮机效率措施137138结束语：提高汽轮机效率；提高机组自动化水平；提高机组可靠性和利用率；139
