超超临界1 000 MW汽轮机供热系统结构介绍

黄建强+尹明艳+陈晓明

摘 要：以某供热工程为依托，对公司首台超超临界1 000 MW供热机组供热系统的本体结构进行简单介绍、分析。

关键词：汽轮机；供热系统；供热蝶阀；供热管道

中图分类号：TK262 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.137

随着电力市场长期以来的蓬勃发展，市场对汽轮机组在经济性、安全性、环保要求上都提出了更高的要求。在此背景下，高参数、低煤耗、低排放、成熟可靠的超超临界1 000 MW机组登上了历史舞台。

随着环境保护工作的深入开展，取消分散小锅炉，实行集中供热项目的推进实施，热用户及工业用汽用户的不断增多，越来越多的电厂用户对汽轮机组的抽汽量提出了更高的要求。因此，在代表目前汽轮机先进技术的超超临界1 000 MW机组上增设供热抽汽系统，以满足业主发电和供热的双重任务，成为目前我们工作的一个重点和方向。

1 1 000 MW机组供热系统设置

东方超超临界1 000 MW汽轮机为超超临界一次中间再热单轴四缸四排汽凝汽式汽轮机，从机头到机尾依次串联一个单流高压缸、一个双流中压缸及两个双流低压缸。高压缸呈反向布置（头对中压缸），由一个双流调节级和8个压力级组成。中压缸共有2×6个压力级。两个低压缸压力级总数为2×2×6级。湿冷机组末叶为1 092.2，机组按中压缸启动设计。

该工程为福建鸿山石狮热电厂二期扩建工程，为保证一期工程停机时保证供热量，该机组在发电的同时需满足抽汽600～900 t/h，抽汽压力为1 MPa。该机组主要技术规范如下：

机组型号：C1000/821.6-26.25//1.0/600/600；

额定功率：1 000 MW；

主蒸汽压力：26.25 MPa；

主蒸汽温度：600 ℃；

再热蒸汽压力：4.0 MPa；

再热蒸汽温度：600 ℃。

根据本机组的热力参数及业主供热参数要求，将供热抽汽口设置在中压排汽处，同时为使抽汽压力可调，选用供热蝶阀进行压力调整。该方案比常规采用旋转隔板以及座缸阀进行压力调节的节流损失更小。

本机组与300 MW、600 MW供热机组的不同之处在于：①供热量大。300 MW、600 MW机组供热量大多在100～400 t/h之间，本机组正常供热要求600 t/h，最大能满足900 t/h要求，供热参数要求为1.0 MPa。②1 000 MW机组中压采用对称双分

流中压缸，中排两排汽口结构比300 MW、600 MW机组单流单排汽口中压缸结构复杂，因而供热系统的设计有很大差别，难度也较大。

常规300 MW、600 MW汽轮机组中压缸为单流结构，采用中排供热时只需在中排处设置供热蝶阀，中压缸排汽处下半设置供热管道即可。供热蝶阀及供热管道布置如图1所示。

超超1 000 MW机组中压缸采用对称双流结构，不同于600 MW及以下等级机组的中压缸单流结构，则需要重新考虑供热蝶阀及供热管道的布置问题。

1.1 供热蝶阀的布置

由于供热抽汽在中压排汽处，因而供热蝶阀的选取和布置有三个方案。

1.1.1 方案一

方案一：选用1个与连通管主管口径一致的蝶阀，串联在连通管主管。

优点：一个阀门操作控制简单，串联在连通管上，不影响阀前两个排汽口的流动状态及阀后两个低压缸进口处的流动状态。

缺点：由于阀门口径大、质量大、安装位置高，所以安装维修困难，需专门的阀门支架，且支架无布置空间。如图2所示。

1.1.2 方案二

方案二：选用2个与低压缸进汽口口径一致的蝶阀，布置于低压缸进汽口处。

优点：不影响两个排汽口的蒸汽流动情况，连通管高度增加较小。

缺点：由于低压缸为装焊件，且跨距大，造成低压缸刚性较差。如果将蝶阀布置在低压缸上，则需要对低压缸进行加强。如图3所示。

1.1.3 方案三

方案三：选用2个与中压排汽口径一致的蝶阀，布置于中压前后排汽口处。

优点：中压缸强度和刚度较好，能满足蝶阀布置需要。

缺点：连通管高度上升，造成机组整体高度增加。

经过综合考虑，我们决定采用方案三，即选用2个与中压排汽口径一致的蝶阀，布置在中压前后排汽口处。如图4所示。

1.2 抽汽管道布置

由于1 000 MW超超临界机组中压采用对称双流布置，为了避免产生额外的轴向和横向推力，同时由于抽汽量大，我们在中压缸排汽下半进汽中心前后对称、轴向左右对称处设置了4-φ730×20的供热管道。

同时，为了避免一端阀门突然关闭造成额外的过大推力，我们在中压缸下半设置了2根压力平衡管，将中压缸前后抽汽管连接，连接后再合成2-φ1020管道供电厂供热管道。由于中排还要抽工业用汽，造成左右供热量不同，在两根压力平衡管上设置一根流量平衡管来平衡流量。

2 机组安全性分析

由于供热系统给机组汽缸增加了额外的负荷，且供热时的变工况会造成中压末级压差增大，所以对中压末几级隔板、导叶强度提出了更高的要求，需对机组进行强度分析。另外，由于增设供热系统增加了额外的供热管道和如图4中所示的压力平衡管、流量平衡管等，因此增加了机组的容积，考虑阀门突然關闭的情况，需要考虑机组“飞升转速”的问题。

2.1 强度分析

2.1.1 汽缸强度分析

由于在中排上半增加了两个供热蝶阀，以及中排下半增加了供热管道、压力平衡管和流量平衡管，给中压缸增加了超过10 t的额外负荷。为此，对中压缸进行了有限元强度分析，并根据分析结果对中压外缸结构进行了优化设计。

2.1.2 隔板、导叶强度分析

抽汽系统的增加造成了中压末几级变工况的增加。抽汽时，中压末几级相对常规1 000 MW机组压差增大。经过计算，常规机组中压末级隔板动、静叶强度不能满足要求，需对该处进行加强。经过重新优化设计，对中压末级动叶进行了加宽处理，同时增加末级静叶只数，使末级动、静叶强度满足要求。

2.2 对机组超速的影响

由于供热系统的设置，新增的供热系统中增加了供热管道，而压力平衡和流量平衡增加的压力平衡管和流量平衡管增大了机组的容积（超过10 m3）。机组在突然甩负荷时，这些容积将返回汽缸内做功，造成机组转速飞升。经过分析计算，为满足机组安全运行，在流量平衡管上增设BDV阀（如图4所示），在压力升高时通过BDV阀排汽，以对机组进行超速保护。

3 结束语

在开发东汽超超临界1 000 MW供热抽汽汽轮机时，采用了大量的先进技术，参照了以往机组的成功运行经验，成功设计出超超临界1 000 MW供热抽汽汽轮机。经济、技术指标都达先进水平，能同时满足机组在经济性、先进性以及对供热抽汽的需要，具有较高的经济性和广阔的市场前景。

参考文献

[1]陶鼎文.火力发电设备技术手册（第二卷）[M].北京：机械工业出版社，1998.

〔编辑：王霞〕