现代双缸汽轮机设计

李家春

摘 要：近年来，电力市场需求发生了变化。高灵活性、高效率、长修期、寿命≥20万小时、投资少，依据电厂发展趋势改进了设计和材料，满足高效率的要求，一种可能的方法是亚临界蒸汽发电厂。当温度≥565°C，为优化蒸汽循环路径在设计容量高达700兆瓦的双缸汽轮机方面出现了新的挑战。此外，临界涡轮部件需要改进的设计和材料，为成本效益和灵活性提供了各种可能性。同时，联合循环功能发电市场要求高性能、高可靠性和操作灵活性，以适中的价格竞争生命周期成本。对于这个功率范围，双缸设计也是典型的。

关键词：双缸；蒸汽；700MW

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.047

1 引言

过去几年，全球电力市场在很大程度上放松了管制，为了保持竞争力，发电厂需要有自己的优势，符合不断变化的市场需求的产品。随着人们对节约型电力生产的关注，当今社会最重要的要求是低成本、可靠性、可用性和操作靈活性。此外，发电厂和零部件供应商需要满足特定的客户和当地的现场要求。与此同时，市场需求不断减少涡轮交付时间和价格。因此，所有汽轮机制造商的主要要求之一是标准化他们的产品以满足成本和交货时间的目标，同时提供高灵活性。这也有助于获得最佳的性能水平和产品质量。

2 蒸汽参数

汽轮机的主要设计参数是功率输出、蒸汽工况、环境温度和电厂结构。在发电厂中，这些数量和安装的燃气轮机式相关。在单轴机组中，燃气轮机和蒸汽轮机通常驱动单个发电机用于启动和关闭操作，这种配置需要一个开关装置来将汽轮机与轴系分开。多轴配置采用独立的燃气汽轮发电机和蒸汽汽轮发电机组。通常一个或两个燃气轮机为热回收蒸汽发生器（HRSG）提供动力，它驱动汽轮机组。

在给定的CCPP结构中，蒸汽条件取决于燃气轮机的功率输出和温度水平。因此，由于正在进行的燃气轮机发展，蒸汽质量和流量不断增加。典型地CCPPS的电流产生被设计用于157帕和565℃的主蒸汽条件，以及再热温度 565℃。然而，由于市场上有大量的燃气轮机，蒸汽涡轮机需要能够覆盖广泛的功率范围.如果应用导管点火，这个功率范围会大大增加。

对于亚临界蒸汽发电厂（SPP），市场要求主蒸汽温度高达600℃，主蒸汽压力为177帕。此外，用于SPP的汽轮机需要具有蒸汽外溢特性条件，以及过载注入，以支持最佳蒸汽循环设计。

近年来，西门子发电集团的汽轮机部一直致力于开发两缸设计，以涵盖ccpp和spp up的全部应用。以700 MW的汽轮机功率输出，单流量lp的HE系列适用于低功率范围和高背压，而kn系列则适用于上功率范围和大的LP流应用范围。对于这两个产品系列，已经做出了特别的努力，以满足市场的要求，性能，可用性，启动时间和交货时间。为了在市场上挑战价格水平，只能通过模块化设计概念来实现。该概念允许在设计阶段具有高度的灵活性，以便提供客户特定服务（见图1）。

3 700MW双缸设计

对于功率范围从100 MW到700 MW，西门子提供了两种优化的双缸汽轮机设计，单缸和双流低压段。适用于低压输出或高背压的情况下，采用单流量LP的HE生产线。平底安装的HE汽轮机组由高压涡轮模块（H）和单流联轴器组成。具有轴向排气的中/低压模块（E）。

H型涡轮机是一种单流全弧进给机.。蒸汽通过一个联合控制和截止阀进入。H型涡轮机壳采用已证实的桶型设计，但没有外套管水平法兰，以确保主蒸汽压力和热负荷力的均匀分布。此外，该设计还改进了涡轮的对称膨胀特性。从而实现了固定叶片与运动叶片之间的小径向间隙。

新的E型水轮机设计包括一个单流中压段和一个单流低压段组合在一个缸内。它被设计成一种直流机械。双层外壳（内、外套管），可承受600℃的温度。对于spp应用程序，ip和lp段的蒸汽提取可以通过类似的模块实现。

KN涡轮系列由联合HP和IP段（K-涡轮）和双流LP段（N-涡轮）组成。它通常适用于250兆瓦和700兆瓦的功率范围。组合不同尺寸的超视距模块（k和n）可以在不同的布局（下、侧和单侧排气）配置，以精确地满足客户需求。

4 结论

综上所述，组合的HP/IP模块，称为K型涡轮，是一个紧凑的，双壳设计水平分裂的内外壳。铸内套管通过支架在铸造外套管内居中，这种设计最小化了转子和套管之间的差异扩展，以防止涡轮对准中的任何变化。HP/IP涡轮机通过热套筒经过高压叶片后，蒸汽被输送到再热器。蒸汽再进入K型涡轮机的ip段，再次靠近机械中心，然后流向低压涡轮机。弹簧支持轴压盖密封分开两个单流HP和IP扩展部分。此外，耐磨涂层也可应用于回弹 ED密封节进一步提高密封效率。此双缸设计大大满足了高效率的需求，展现了高性能、高可靠性和操作灵活性。