东方超超临界1 000 MW汽轮机结构特点介绍

杨晓燕，高展羽，刘雄

（东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000）



东方超超临界1 000 MW汽轮机结构特点介绍

杨晓燕，高展羽，刘雄

（东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000）

文章介绍了东方引进型1 000 MW火电汽轮机组和东方自行开发的新1 000 MW火电汽轮机组主机方面的差异。对新、老1 000 MW机组在主机结构、高温件选材、机组启动运行、配汽等方面进行了简单对比。

1 000 MW，主机结构，选材，启动，配汽

0　前言

随着国内经济的发展，能源供应越来越严峻，同时经济发展与环境污染之间的矛盾也越发被政府重视，因此，各大电力集团对设备热耗的要求也大大提高。国内1 000 MW超超临界汽轮机已经发展并运行多年，公司自引进日立超超临界1 000 MW原型机组（D1000A机型）以来，同类型的机组已经取得了很大的发展，自行设计、研发、制造了百万超超临界空冷机组、百万超超临界热电联产机组等，近两年，为了进一步优化机组结构和降低机组热耗，东方研发了新型百万超超临界机组D1000H机型和D1000K机型。下面就以上3种机型做一些对比介绍。

1　总体对比

东方D1000A机型是引进日立原型机，D1000C和D1000E为东方自行研发的百万空冷机组和供热机组，分别用于华电宁夏灵武发电有限公司和福建鸿山热电有限公司，目前此类型机组已经有20多台的运行业绩；D1000H为东方自行研发的优化型百万机组，已经在浙江浙能六横电厂投入运行；D1000K为自行研发的全新优化机组，采用高压模块整体发货及筒形内缸结构，用于神华重庆万州电厂。

东方百万机组为超超临界一次中间再热、单轴、四缸四排汽、冲动式汽轮机。共4个模块，分别为高压模块、中压模块和2个低压模块。新蒸汽经高压缸做功后经一次再热后进入双分流中压模块，做功后进入双流低压模块，然后进入凝汽器。高压主汽调节阀组悬挂在机头侧，中压联合汽阀采用浮动式弹簧支架分别固定于运行平台汽缸两侧。机组外形见图1，整体情况见表1。

图1　东方百万机组外形示意图

表1　整体情况对比表

2　主机结构

3种机型主机本体主要结构特点见表2。

表2　主要结构对比表

2.1高压模块

图2　D1000A高压通流结构示意图

D1000A机组高压模块采用双层缸结构，共有2个调节级和8个压力级。高压4个进汽口，上、下半各2个。高压共有2段抽汽，第1段抽汽口布置在高压第7级后的汽缸上，第2段抽汽布置在再热冷段管道上。喷嘴室单独安装在高压内缸里，通过高压进汽管将高压外缸、高压内缸和喷嘴室连接起来。通流结构见图2。

D1000H机型高压同样采用双层缸结构，无调节级，通流共10个压力级，高压部分设2个进汽口，汽缸上、下半各设1个。高压进汽采用上、下切向进汽，进汽室型线采用变截面，可有效降低进汽压损，提高效率。2#汽封体安装在高压内缸内部，汽封体外壁和高压内缸内壁共同组成进汽腔室，进汽腔室采用机加工的方式进行加工，保证加工型线，减小流动损失。为减小高压内缸内、外壁温差及汽缸变形，高压内缸外壁设置保温层。为避免汽流激振，高压所有隔板汽封和轴封内侧第1列采用防漩汽封。通流结构见图3。

图3　D1000H高压通流结构示意图

D1000K机型高压部分设2个进汽口，汽缸上、下半各设1个，采用切向进汽，高压共有12级压力级。高压共有2段抽汽，第1段抽汽口布置在高压第7级后的汽缸上，第2段抽汽布置在高压排汽管道上。为满足生产加工要求，高压进汽流道型线进一步优化，优化后高压进汽室气动性能不变，流道面直接铸造成型，2#汽封前部的汽封圈直接安装在汽缸上。高压内缸为筒形内缸，采用红套环进行中分面密封，高压进汽管和进汽室的连接、1#抽汽管和内缸的连接均采用缠绕垫片+密封环的结构，减少了漏汽。高压内缸外壁采用整体隔热罩形式进行保温。通流结构见图4。

图4　D1000K高压通流结构示意图

2.2中压模块

D1000A、D1000H、D1000K机型中压模块均采用传统百万机组的双分流模式，中压采用双层缸结构，1个外缸，1个内缸，2个隔板套。中压模块整体结构基本相同。不同点主要有以下几个方面：

（1）进、排汽参数不同。以THA工况为例，D1000A中压进、排汽参数为600℃、4.21 MPa，392℃、1.09 MPa；D1000H进、排汽参数为：600℃、4.38 MPa，320℃、0.649 MPa；D1000K进、排汽参数为：620℃、5.56 MPa，300℃、0.625 MPa。根据3种机型的中压进、排汽参数不难看出，D1000H机型比D1000A机型的中低压分缸压力更低，增大了中压缸的负荷比；而D1000K机型比D1000H机型增大了进汽温度和高中压分缸压力，同样进一步增加了中压缸的负荷比，利用中压缸效率较高的特点，提高了整机效率和经济性。

（2）通流级数不同，抽汽级数不同。进、排汽参数的优化，使得3种机型在中压通流级数和抽汽级数、抽汽位置进行了调整，D1000A为中压2×6级，有2级回热，分别位于中压3级后和6级后；D1000H为2×7级，有3级回热，分别位于中压2级后、5级后和7级后；D1000K为2×8级，有3级回热，分别位于中压3级后、6级后和8级后。

（3）本体结构尺寸不同。D1000A、D1000H、D1000K 3种机型虽然整体结构设计大同小异，但是由于其热力参数和通流级数的优化，使得结构方面有所差异，D1000A、D1000H、D1000K 3种机型跨距分别为5 650 mm、6 100 mm和6 300 mm，D1000H的中压缸抽汽口数量和D1000K一样多，均比D1000A多4个抽口（汽机侧、电机侧）。D1000K中压通流结构见图5。

图5　D1000K中压通流结构示意图

2.3低压模块

D1000A、D1000H、D1000K机型低压部分均有A、B 2个低压缸。每个低压缸为分流式三层焊接结构，由低压外缸、低压内缸和低压进汽室三部分组成。独立的内缸支承在外缸内4个凸台上，内、外缸间用键进行轴向和横向定位。在内、外缸之间蒸汽进口处设有波纹管膨胀节，此处允许内、外缸之间有相对位移，并防止空气渗入低压缸。低压外缸与凝汽器之间均采用挠性连接。B-LP排汽缸靠发电机端是盘车装置。3种机型因进汽参数不一样，使得低压模块在通流级数、末叶和排汽缸结构等方面有较大差异。

D1000A机型低压采用43"末叶，低压通流共2×2×6级，低压共4级回热，A、B低压内缸可以通用，低压缸排汽面积为8 370 mm×7 300 mm。

D1000H和D1000K采用48"末叶，低压通流共2×2×5级，低压缸排汽面积为8 370 mm×9 360 mm。其中D1000H低压共3级回热，A、B低压内缸可以通用；D1000K共4级回热，采用非对称抽汽，A低压内缸布置6、8级抽汽管，B低压内缸布置7、9级抽汽管，因此A、B缸不能通用。

3　阀门

3.1高压主汽调节阀组

图6　D1000A高压阀组示意图

D1000A、D1000H、D1000K 3种机型的高压主汽调节阀组均布置在机头前，通过弹力吊架或恒力吊架悬挂于机头侧的支撑梁上，阀门与汽缸之间通过高压主汽管进行连接。D1000A高压主汽调节阀组（见图6）共包括4个主阀和4个调阀，主阀和调阀通过焊接形成阀组，4个主阀阀后进行连通，保持4个调阀阀前参数一致。而D1000H和D1000K的高压主汽调节阀组（见图7）包括2个主阀和2个调阀。从阀组的外部连接和安装形式上看，3种机型阀组相同，主阀油动机均位于主阀下方，采用液压打开、弹簧关闭的形式，调节阀油动机悬挂在调节阀侧面，通过连接螺栓把紧，采用液压打开，杠杆连接传递弹簧力进行关闭。

图7　D1000H和D1000K高压阀组示意图

图8　单阀盖主阀阀芯结构示意图

从阀门内部的结构来看，D1000H和D1000K结构相同，均与D1000A阀门有较大差异。D1000A机组的主阀和调阀均采用单阀盖结构，见图8。阀门阀芯件安装完成之后，通过阀盖进行密封并用高温螺栓进行紧固，保证密封紧力；而后2种机型的主阀和调阀均采用双阀盖结构，见图9。阀门内部蒸汽力首先作用在顶盖和密封圈上，使密封圈在蒸汽力达到一定程度之后，在顶盖和阀壳内壁之间形成密封面，然后通过压紧环和止动环，最终将蒸汽力转作用到阀壳本体上。这样的设计可以减小阀盖螺栓的受力，避免螺栓设计得过于粗大。D1000H和D1000K的区别在于设计压力不同，结构形式完全一样。

图9　双阀盖主阀阀芯结构示意图

3.2中压联合汽阀

3种机型的中压联合汽阀结构形式和安装方式完全一样。均采用弹簧支架布置在汽缸两侧，中压主汽阀和中压调节阀共同使用一个阀壳。因D1000K机型中压进汽温度为620℃，故阀壳材料选取高温力学性能较好的CB2。

4　材料选取

随着电力市场的发展，节能减排对火电机组的发展提出了更高的要求。对超超临界机组来说，提高机组蒸汽温度和压力参数是达到节能减排最直接、最有效的方式，但是，参数的提高对电站关键部件材料带来了更高、更新的要求，对汽轮机来说，转子、叶片承受巨大的离心力，运行参数的提高对耐热钢的热强性能要求更高，而汽缸、阀门等由于温度和压力的提高也需要更好的高温性能，紧固件需要有更高的拉伸屈服强度和蠕变松弛强度，在蒸汽环境下，材料需要具备抗应力腐蚀能力以及足够的韧性、塑性以避免蠕变裂纹形成。机组的启停、变负荷的波动要求厚壁部件如转子、汽缸、阀门材料有低的热疲劳和蠕变疲劳敏感性。

对于目前东方D1000A、D1000H、D1000K 3种机型，主要大部件材料选取见表3。

表3　主要大部套材质汇总表

5　启动方式及配汽

汽轮机启动方式就是选取一个合适的加热方式。汽轮机启动过程中选取合适的蒸汽和金属温升率，可以减小转子、汽缸、阀门等关键部套的寿命，提高机组运行的安全性和稳定性。目前汽轮机启动分为中压缸启动、高压缸启动和高、中压缸联合启动。

汽轮机启动方式与电厂旁路系统的设计存在一定的关系。高压缸启动适用于采用高压一级大旁路的机组，中压缸启动和高、中压缸联合启动适用于高、低两级串联旁路的机组。高、中压缸联合启动需要高压调节阀和中压调节阀进行很好的匹配，对操作人员要求较高，因此，东方的机组不推荐高、中压缸联合启动。东方D1000A机型推荐采用的是高压缸启动，D1000H和D1000K机型推荐中压缸启动。2种启动方式的优缺点对比见表4。

表4　启动方式优缺点对比

大容量汽轮机配汽方式一般分为2种：非全周进汽喷嘴配汽（有调节级）和全周进汽节流配汽（无调节级）。其中，D1000A机型为喷嘴配汽，D1000H、D1000K为节流配汽。2种配汽方式对比见表5。

表5　配汽方式对比

6　总结

通过对东方3种1 000 MW火电汽轮机组结构、启动及配汽方式的对比可以看出，东方自主研发的D1000H和D1000K机型在结构设计、材料选取、启动方式等方面比D1000A机型有较大的发展，在市场竞争中，有相当大的竞争优势，属于东方新一代优化型百万机组。从目前投运效果来看，机组的经济性也有较大的收益。

但需要说明的是，从3种机型的配汽方式来看，无论是采用部分进汽的喷嘴配汽还是采用全周进汽的节流配汽方式，对运行和检修人员的要求都相当高。由于超超临界机组的进汽参数和机组结构比较复杂，以及机组负荷不确定，因此，怎样保证2种配汽方式在部分负荷下的经济性及其机组安全、稳定地运行，还有待长期运行的经验积累和考验。

［1］余兴刚，谢诞梅，熊扬恒，等.国产1 000 MW超超临界机组配汽方式的比较［C］.中国电机工程学会，2011.

［2］曹三文，董继哲.浅谈汽轮机高压缸启动与中压缸启动两种方式［J］.科技咨讯，2001，（32）：83.

Introduction on Structure Features of Dongfang Ultrasupercritical 1 000 MW Steam Turbine

Yang Xiaoyan，Gao Zhanyu，Liu Xiong
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

The article introduces differences between the imported 1 000 MW thermal power steam turbine and the self develoment one，compares two kinds of turbine in host structure，high temperature parts material selection，starting and running of the unit and steam distribution。

1 000 MW，host structure，material selection，starting，steam distribution

TK26

A

1674-9987（2016）03-0001-06

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.03.001

杨晓燕（1970-），女，工程师，2004年毕业于西安交通大学，现主要从事汽轮机设计工作。