独特结构、独特性能的超超临界汽轮机

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1、独特结构、独特性能的超超临界汽轮机何阿平阳虹彭泽锳摘要：在直接与汽轮机有关的高效洁净燃煤发电技术：超超临界参数、提高汽轮机内效率以及冷端优化三个领域内，起关键作用的是汽轮机的结构设计。SEPG在超超临界汽轮机中采取了一系列新颖独特的结构，通过从进口到出口与传统结构进行逐段的对比分析表明，独特结构的热耗得益在2.5%以上。玉环4×1000MPa左右的9%-11%Cr铁素体材料是目前这一轮超超临界产品的基础。SEPG正在设计制造VPa、26.25MPa、27MPa，温度为600℃/600℃。根据热力学基本原理，采用超超临界参数的经济性得益是非常清晰的，正如国家863“超超临界燃

2、煤发电技术”课题/子课题1的“我国发展超超临界发电机组的技术选型研究”报告指出（1），主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗可下降0.13%～0.15%(下面引用按平均0.14%计算)；主蒸汽温度提高10℃，热耗可下降0.25%～0.3%(平均0.275%)；再热蒸汽温度提高10℃，热耗可下降0.15%～0.2%(平均0.175%)。下表1为有关超超临界参数对机组热耗和热效率得益的分析。表1超超临界参数的热耗对比（相对4.9kPa背压）参数kPa/℃热耗（相对）下降%热效率增加值%热耗（以亚临界600M）的国际化和商业化使汽轮机的结构设计成为决定产品性能高低，最基本、最关键的决

3、定性因素。与传统风格形式相比，在汽轮机有关的三个提高效率的技术领域：热力循环热端的进汽参数；汽轮机的内效率以及汽轮机冷端排汽优化中，只有采用了先进而独特的结构才能使产品具有采用更高超超临界参数的能力、才能大幅度降低流动损失，得到更高的汽轮机内效率、才能降低冷端损失，从而得到最高的效率。SEPG具有传统及独特两种结构风格的机型，分析表明：在超超临界参数及大容量条件下，继续保持亚临界、超临界的传统汽轮机结构形式，不仅不会降低流动损失，反而会因参数和容量增加带来的安全可靠性问题，增加损失，牺牲超超临界参数带来的部分得益。SEPG正是通过一系列独特的结构设计技术来实现热耗在超超临界

4、参数4%得益基础提高到6.6%的目标。除了明显提高机组的安全可靠性、安装维护特性以及运行灵活性能外，几乎在蒸汽流动的每一段过程中，独特结构均能明显地降低流动损失。扣除诸如容量增大的影响、回热系统优化等因素之外，独特结构设计至少有2.5%以上的热耗得益。4．2独特结构汽轮机性能的实践验证“实践是检验的唯一标准”，10年来大量独特结构机组的运行性能令人信服地证实了先进结构设计的经济效益（见下表2）。玉环、外高桥连续6台机组的现场性能为我国电力企业带来的惊喜是：①在热耗达到保证值得同时，高中压缸效率也达到设计值；②不仅一台机组，而且陆续投运的所有机组的性能均稳定地达到设计和保证性

5、能；③电厂实际运行热耗很少进行修正，甚至实际运行测试的热耗还低于保证热耗，例如玉环#1实测热耗为7258kJ/kPa/600℃/620℃。图2紧凑光滑的圆筒型高压内外缸图3内外缸自冷及压力分配结构具体产品应用的温度和压力是采取逐步增加的方式，目前产品的压力已从25MPa升高到26.25MPa、27MPa、28MPa。与目前传统结构机型的压力不大于25MPa相比,26.25MPa～30MPa的热耗可降低约14kJ/kPa最大负荷100%负荷75%负荷50%负荷40%负荷喷嘴部分进汽方式252518.912.610.4全周进汽26.2523.2717.311.49.28全周进汽

6、+旁通进汽26.2526.2519.412.810.4图7超超临界汽轮机的负荷与压力的定-滑-定曲线计算表明，相同负荷-滑压特性条件下，配有旁通进汽阀（相当于第三个调门）的全周进汽与传统的部分进汽结构相比，额定负荷及部分负荷的热耗要低20kJ/kPa参数以下，还必须有法兰冷却（见图11）的传统结构相比，减少了附加的冷却损失。图11传统结构的法兰蒸汽冷却（9）小直径、多级数的高中压转子通流部分高压通流设计中采用了独特的两个平衡气道的结构，使平衡活塞轴向尺寸非常小，高压缸的轴向长度短，以及高中压进汽口均为侧向等结构特点使通流部分有足够的轴向位置布置较多的叶片级数，得以获得更高的

7、通流效率。（10）全三元高效率弯扭叶片所有的叶片级采用新一代高效、全三维弯扭叶片技术使效率提高2%（见图12）。2002年后推出的按整个通流部分最佳气流特性决定各级反动度的变反动度优化设计技术又使缸效率提高1%（图13）。这些代表世界最新气动水平的叶片成功在产品中应用，使叶片级效率的提高幅度近3%。按高中压缸效率2%的贡献计算,热耗得益在90kJ/k全三维弯扭变反动度叶片等（图17）。图16中压阀门直接安装在汽缸上图17独特的中压进汽结构形式由于第一级低反动度，大焓降的斜置静叶以及切向涡流冷却，使再热温度可以达到6