1 000 MW二次再热超超临界汽轮机设计简述

孙明哲

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150046）

1 000 MW二次再热超超临界汽轮机设计简述

孙明哲

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨150046）

为适应国内火电机组向高参数发展的需求，研发31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW超超临界汽轮机是充分必要。汽轮机结构科学的选型是保证整个机组效率及安全性的首要条件。通过对进汽参数合理的分析，保证技术的成熟可靠，最终确定超高压、高压、中压、低压模块，并且对整个机组轴系、滑销系统等充分考虑，保证了机组各方面的成熟可行性，并为后续更高参数机组开发提供了有效的理论支撑。

二次再热；反动式；单支点；切向进汽；单分流

21世纪以来，世界经济的支柱产业——能源工业的发展面临着地球有限资源和环境污染的挑战，能源安全、环境保护、经济增长已成为当今世界发展公认的基本准则。开发更高效率的产品是汽轮机设备制造业不可推卸的历史使命。

大容量、高参数是提高火电机组经济最为有效的措施［1］。为适应当前国内电力市场技术的发展需求，哈汽开发适应满足31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW超超临界二次再热汽轮机势在必行。该机组需具有独特的结构特点，通过科学的分析，选择合理的结构，充分保证机组安全性，经济性，确保产品具有较强市场竞争能力，并且为后续更高参数机组的开发提供有效的技术支撑。

1　总体介绍

1 000 MW二次再热超超临界机组典型热力参数如下：

主蒸汽进汽压力：31 MPa，主蒸汽进汽温度：600℃.

一次再热蒸汽进汽压力：9.9 MPa，一次再热蒸汽进汽温度：620℃.

二次再热蒸汽进汽压力：3.2 MPa，二次再热蒸汽进汽温度：620℃.

主蒸汽流量约为：2 532 t/h.

一般而言，进汽参数越高，电站的热经济性越高，相应的制造成本也越大［2］。为保证经济性及安全可靠性，机组采用模块化设计理念。最终结构设计方案为：一个单流程的超高压缸、一个单流程高压缸、一个双分流中压缸和两个相同的双分流低压缸组成，各汽缸串列布置。超高压主汽调节联合阀和高压主汽调节联合阀分别对称布置在超高压缸和高压缸两侧，与汽缸上下半刚性连接，并采用弹性支架浮动支撑；再热主汽调节联合阀对称布置在中压缸两侧，与中压缸刚性焊接，在中压阀门与基础之间采用弹簧支撑承担阀门重量的一部分。对于汽缸设计来说，降低缸体热应力集中与中分面螺栓的密封载荷是设计的控制指标［3］。五个汽缸均采用了内、外双层缸结构，超高、高、中压缸采用双层缸结构可以改善汽缸的应力分布，提高机组对负荷变化的适应性。汽轮机各汽缸均设计为水平中分面结构，超高压、高、中压外缸用双头螺栓将汽缸上下半连接起来，并通过外缸下半伸出的猫爪支撑在轴承箱的支座上，两个低压缸利用外缸下半的“裙板”坐落在基础台板上。整个机组以多级、高效、小焓降反动式设计为主要理念，采用十级回热系统，进汽形式采用全周进汽，机组保证较高效率和结构稳定性。

整个机组采用N+1轴承支撑形式，有效控制机组整体长度，使其控制在40 m以内。并且采用多死点滑销系统，转子膨胀死点设定在超高压缸与高压缸之间的轴承箱上，转子以此为基点，分别向两侧膨胀。机组汽缸死点位于低压缸I和低压缸II中心附近及3#轴承箱底部横向定位键与纵向导向键的交点处，每个低压缸分别以本身的死点向电、调端自由膨胀；超高压、高压连同前轴承箱、2#轴承箱一起向机头方向膨胀；中压缸连同4#轴承箱向电机方向膨胀。最终机组结构简图如图1所示。

图1　纵剖图

2　主要本体结构设计

（1）超高压模块

超高压模块进汽参数为31 MPa、600℃，进汽量为2 532 t/h.相对百万一次再热28 MPa、600℃在压力上有了提升，进汽量基本相当。为了保证31 MPa超高压的有效密封，选择合理的结构形式是保证安全可靠的必要手段。通过分析采用红套环结构密封是最为合理的，因为其相对螺栓密封受力接触面积放大很多，材料强度更易满足，并且此种技术在阿尔斯通及ABB汽轮机中得到广泛应用，效果非常明显。超高压模块解决密封后，便在保证高效上进行结构匹配，以百万一次再热高压模块为模型，单分流反动式设计，保证同流效率；2×180°切向蜗壳全周进汽，配备第1级横置静叶，提高整体气动性能；超高压缸模块充分满足了参数提高的要求，并且具有较高效率。

（2）高压模块

高压模块再热蒸汽达到620℃，压力接近10 MPa，高压模块为二次再热机组与其他机组最为不同之处。目前一次再热高效汽轮机，再热蒸汽温度为620℃，但压力均在5 MPa左右。二次再热机组一次再热（高压）压力提高至10 MPa，蒸汽比容较小，如果采用双分流叶片高度相对较低，单只叶片效率较低，单分流相对比双分流效率相当，并且可以有效缩短跨距。所以选择了与超高压模块基本相同结构，此种结构具有较高的效率，并且密封由于采用红套环结构，所有因蒸汽压力参数的提高，带来的密封问题解决较为简单，结构设计时仅需考虑材料温度的匹配和壁厚强度的考核。通过材料对比分析，内缸、转子选用了适应620℃以上的新12%Cr钢（对比分析见图2），可以完全满足以上参数。高压模块同样具有着高效性和可靠性，对整个机组的可行性提供了充分的保障。

图2　材料对比图

（3）中压模块

由于二次再热机组二次再热（中压）参数与一次再热机组中压参数对比温度相同，压力降低，所以一次再热中压模块完全可以满足二次再热中压模块的需求，仅需对同流热力参数匹配即可。经济性、安全可靠性上均可以充分保障。

（4）低压模块

二次再热低压模块主要需考虑低压转子向电机端传导膨胀量较大情况，合理的动静间隙，将保证机组的安全稳定运行及较高的效率。整个低压模块设计采用了单独落地思想，基本结构与一次再热机组低压模块相同，可保证模块的合理性和稳定性。

3　结束语

百万二次再热设计主要在整机与进汽参数的合理匹配，保证机组的高效、安全性。其设计难度在于需从压力、温度、流量、轴系等多方面考虑，选择合理的模块。最终通过科学的分析，选择合理的模块，充分考虑温度、强度、轴系、支撑、滑动等多方面因素，设计完成了满足 31 MPa/600℃/620℃/620℃的1 000 MW二次再热机组。并且为后续35 MPa/615℃/630℃/630℃的1 000 MW等级机组的研制打下坚实的技术支撑。

［1］黄瓯，阳虹，彭泽英.我国超超临界汽轮机的发展方向［J］.热力透平，2004，（1）:1-7.

［2］中国动力工程学会主编.火力发电设备手册.第二卷.汽轮机［M］.北京：机械工业出版社，1998：12.

［3］蒋浦宁.超超临界汽轮机高温部件的结构设计［J］.热力透平，2008，（1）：16-21.

1000 MW Reheat Two Ultra-Supercritical Steam Turbine Design Brief

SUN Ming-zhe
（Harbin Turbine Company Limited，Heilongjiang Harbin 150046，China）

In order to meet the needs of domestic thermal power units to develop to high parameter，the research and development of/620℃/620℃ 31 Mpa/600℃ 1000MW ultra supercritical steam turbine is necessary and sufficient.The type selection of turbine structure is the first condition to ensure the efficiency and safety of the whole unit.Through the steam parameters and reasonable analysis，to ensure that the technology is mature and reliable，and ultimately determine the ultra high-voltage，high-voltage，medium voltage and low voltage module，and the entire unit shaft，a sliding pin system fully considered，ensure the unit the mature feasibility，and for the following high parameter unit development provides effective theoretical support

secondary reheat；the reactionary type；single fulcrum；tangential inlet steam；a single tap

TK262

A

1672-545X（2016）07-0093-02

2016-04-05

孙明哲（1986-），男，黑龙江尚志人，本科，工程师，研究方向为汽轮机本体结构。