鞠凤鸣

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨动力区三大动力路345号，150046）

摘要：随着国内电力事业的发展，哈汽引进型两缸两排汽600MW超超临界汽轮机以其先进的结构、设计理念，占据了国内600MW超超临界汽轮机相当一部分市场份额，哈汽已经运行的两缸两排汽600MW超超临界汽轮机的各方面指标也证明了此机组的技术的成熟性与先进性。
关键词：超超临界 设计特点 运行方式
1.前言
近几年来我国电力事业飞速发展，大容量机组的装机数量逐年上升，同时随着国家对环保事业的日益重视及电厂高效率的要求，机组的初参数已从亚临界向超临界、超超临界快速发展。根据我国电力市场格局，25MPa/600℃/600℃两缸两排汽 600MW超超临界汽轮发电机组依据其环保、高效、布局紧凑及利于维护等特点占据相当一部分市场份额，下面对哈汽引进三菱技术制造生产的25MPa/600℃/600℃两缸两排汽600MW超超临界汽轮机的结构和运行特点做一个简单的介绍。
2.概述
哈汽引进三菱技术制造生产的600MW超超临界汽轮机为单轴、两缸、两排汽、一次中间再热、凝汽式机组。高中压汽轮机采用合缸结构，低压汽轮机采用一个48英寸末级叶片的双分流低压缸，这种设计降低了汽轮机总长度，紧缩电厂布局。机组的通流及排汽部分采用三维设计优化，具有高的运行效率。机组的组成模块经历了大量的实验研究，并有成熟的运行经验，机组运行高度可靠。
机组设计有两个主汽调节联合阀，分别布置在机组的两侧。阀门通过挠性导汽管与高中压缸连接，这种结构使高温部件与高中压缸隔离，大大地降低了汽缸内的温度梯度，可有效防止启动过程缸体产生裂纹。主汽阀、调节阀为联合阀结构，每个阀门由一个水平布置的主汽阀和两个垂直布置的调节阀组成。这种布置减小了所需的整体空间，将所有的运行部件布置在汽轮机运行层以上，便于维修。调节阀为柱塞阀，出口为扩散式。来自调节阀的蒸汽通过四个导汽管（两个在上半，两个在下半）进入高中压缸中部，然后进入四个喷嘴室。导汽管通过挠性进汽套筒与喷嘴室连接。
进入喷嘴室的蒸汽流过冲动式调节级，做功后温度明显下降，然后流过反动式高压压力级，做功后通过外缸下半的排汽口进入再热器。
再热后的蒸汽通过布置在汽缸前端两侧的两个再热主汽阀和四个中压调节阀返回中压部分，中压调节阀通过挠性导汽管与中压缸连接，因此降低了各部分的热应力。
蒸汽流过反动式中压压力级，做功后通过高中压外缸上半的出口离开中压缸。出口通过连通管与低压缸连接。
高压缸与中压缸的推力是单独平衡的，因此中压调节阀或再热主汽阀的动作对推力轴承负荷的影响很小。
低压缸采用双分流结构，蒸汽进入低压缸中部，通过反动式低压压力级做功后流向排汽端，向下进入凝汽器。低压缸的高效叶片设计、扩散式通流设计及可最大限度回收热量的排汽涡壳设计可明显提高缸效率，降低热耗。
汽轮机留有停机后强迫冷却系统的接口。位于高中压导汽管的疏水管道上的接头可永久使用，高中压缸上的现场平衡孔可临时使用。
汽轮机的纵剖面图见图1。
3.技术规范：

4.防固粒腐蚀措施
对于高压汽轮机，采用了冲动式调节级，在冲动式喷嘴中蒸汽流速比动叶高的多，所以仅在喷嘴上采用涂层。对于IP透平，采用了反动式叶片，蒸汽流速相对高压第一级喷嘴速度较慢，因此中压第一级不进行涂层。
在高压汽轮机第一级喷嘴采用扩散渗透法利用雾化硼来涂层以防止杂质造成的腐蚀，扩散涂层厚度最小50μm，涂层硬度最小950Hv。实践证明采用渗硼的方法强化喷嘴表面腐蚀程度下降到原来的20%。
5.预防蒸汽激振力措施
在大功率汽轮机中，高压缸经常发生低频振动。低频振动是高压转子的非同步振动。根据我们的研究，振动是由几类原因造成的，即：
1) 蒸汽涡动
2) 由调节级汽流扰动造成的强迫振动
3) 由转子和汽缸间摩擦造成的强迫振动
蒸汽涡动是高负荷运行时HP/IP转子系统中一阶振动模式的自激振动。蒸汽涡动的机理相对较复杂，但研究表明下列情况结合会发生这种涡动。

• 根据阀门开启顺序，如果调节级喷嘴向转子施加向上的力，转子系统将处于不稳定状态。
• HP/IP转子系统的刚性与可靠机组相比相对较低。
• 转子系统抵抗迷宫汽封激振力的阻尼相对较低。

为了防止蒸汽激振，我们采用下列设计特点：
1)阀开启顺序保证任何运行条件下在HP/IP转子上都会产生适当的向下的力。
2)单跨的刚性临界速度（一阶模式频率）应在2000rpm以上。
3)高中压缸采用可倾瓦轴承以便给转子系统提供足够的阻尼。
4)为防止调节级的汽流扰动造成的强迫振动，将高压缸中调节级出力限制在20%左右。这不仅降低调节级激振力水平而且减少了蒸汽涡动。
5)为防止由于转子和汽缸间的摩擦造成的强迫振动，根据大量的600MW超超临界机组运行经验确定转子与汽缸间的适当的间隙。
6.两缸两排汽超超临界汽轮机主要设计特点
超超临界600MW汽轮机技术水平世界先进，大幅度提高汽轮机的经济性和可用性。这些先进技术有成功的运行业绩，高度的可靠性。本文介绍的两缸两排汽超超临界汽轮机主要设计特点如下：

• 48”自带围带末级动叶片
• 高效全三维自带围带反动式高、中、低压叶片
• 三胞胎调节级动叶片
• 中压转子的冷却蒸汽系统
• 高压和中压排汽涡壳最优设计，最小的压力损失
• 低压全三维设计的排汽缸
• 转子直接支撑在基础上
• 防固粒腐蚀的有效措施
• 防低频振动的有效措施
• 高温材料具有高的抗蠕变强度特性

7.超超临界600MW汽轮机运行方式
7.1概述
汽轮机负荷调节方法从配汽方式上分为三种，即部分进汽喷嘴调节、全周进汽节流调节和旁通调节。从运行方式上又分为定压运行、滑压运行和变压运行。本机组采用喷嘴调节定-滑-定方式运行，即80%THA负荷以上采用定压喷咀调节，80%-30%THA为滑压运行，之后采用定压运行。
上述运行方式体现在阀门特性上，就是顺序阀或单阀方式运行。对流量特性产生影响的还有阀门开启的重叠度，重叠度过大和过小对运行都不利。
本次对原设计运行方式、改变滑压起点、改变阀门重叠度进行论述。
7.2原设计运行方式
超超临界600MW汽轮机采用喷嘴调节，滑压运行方式。设计为2阀开始滑压，即80%以上采用定压喷咀调节，以下至27%THA工况保持2个阀门全开滑压运行，27%负荷以下采用定压运行。滑压曲线见图2： 图2 滑压曲线
本机组采用四个喷咀组和调节阀，见下图3。开启顺序为1、2阀同时开启，然后3阀开启、最后4阀开启。
图3 MSV（主汽阀）和GV（调速阀）布局

阀门特性曲线见下图4。
图4 阀门特性曲线
在负荷小于80%THA时，有2个阀开启，第3和第4个阀关闭，滑压运行时开启的2个阀也都处于全开情况下，因此节流损失小。在80%负荷以上2个阀全开，第3个阀逐渐开启，在100%THA工况三个阀基本处于全开位置，节流损失小；在负荷变化时，第3个阀门顺序开大或关小，只有第3个阀处于非全开状态而存在节流损失，因此对整个机组来说有较小的节流损失。当负荷大于100%THA时，有三个阀全开，第四个阀处于非全开状态，也有较小的节流损失。 7.3 改变滑压起点运行方式

我们对不同滑压起点的几种运行方式进行计算，如用3个阀开始滑压和用4个阀开始滑压。用3个阀开始滑压，在100%负荷主汽压力为25MPa，30%负荷主汽压力6.589MPa，30-100%负荷滑压运行。用4个阀开始滑压，在100%负荷主汽压力为25MPa，30%负荷主汽压力5.941MPa，30-100%负荷滑压运行。滑压曲线见图5。
图5 不同滑压起点滑压曲线
对于滑压调节，在低负荷时锅炉压力降低，当采用变速给水泵可用降低给水泵的转速来降低绐水泵的出口压力。这样，在负荷较小时新汽压力变低，给水泵的转速同时变低，泵的耗功变少。如上图，相同的负荷3阀起滑的主汽压力比2阀起滑的主汽压力低，相应给水泵耗功少，但整个循环热效率低。4阀起滑的主汽压力比3阀起滑的主汽压力更低，相应给水泵耗功更少，但整个循环热效率更低。因此不同滑压方式在各个负荷下的经济性如何主要看循环效率降低与给水泵耗功减少谁占优势。表1为各种滑压工况热耗计算结果。
表1

从计算结果看，2V开始滑压的经济性最好。
7.4改变阀门重叠度的运行方式
汽轮机的阀门重叠度一般调整到使阀门流量特性曲线平滑，并且应与阀门开度成正比，见图6。

图6 调节阀流量曲线
如果重叠度过小，有一段开度下流量变化小。阀门开度对功率不敏感，见图7。
图7 重叠度过小流量曲线
如果重叠度过大，曲线陡，负荷对开度太敏感。并且原曲线三阀下可以带600MW，现在需要开4个阀，有两个阀全开，3阀和4阀都没有开全，节流损失大，见图8。

图8 重叠度过大流量曲线
7.5 结论
超超临界600MW汽轮机的原设计滑压运行方式，即30-80%THA采用滑压运行是合理的，经济性也是高的。阀门重叠度也是合理的，如果阀门重叠度过大和过小对汽轮机运行都不利。

致谢

作者简介：
鞠凤鸣（1971），男，硕士学位，高级工程师，研究方向：汽轮机