北仑电厂III期工程1000MW超超临界机组简明手册锅炉汽机部分.docx
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北仑电厂III期工程1000MW超超临界机组简明手册锅炉汽机部分
第一章汽机部分
1主汽轮机
1.1基本技术参数
1.1.1汽轮机主要数据汇总表
编号
项目
单位
数据
一
机组性能规范
1
机组型式
超超临界、一次中间再热、四缸、四排汽、单轴、凝汽式
2
汽轮机型号
TC4F
3
THA工况
MW
1000
4
额定主蒸汽压力
MPa（a）
26.25
5
额定主蒸汽温度
℃
600
6
额定高压缸排汽口压力
MPa（a）
5.946
7
额定高压缸排汽口温度
℃
362.9
8
额定再热蒸汽进口压力
MPa（a）
5.35
9
额定再热蒸汽进口温度
℃
600
10
主蒸汽额定进汽量
kg/s
760.376
11
再热蒸汽额定进汽量
kg/s
632.773
12
额定排汽压力
MPa（a）
0.0049
13
配汽方式
全周进汽
14
额定给水温度（TRL）
℃
296.3
15
额定转速
r/min
3000
16
热耗率（THA）
kJ/kW.h
kcal/kW.h
7328
1750.3
17
给水回热级数（高加＋除氧＋低加）
8（3+1+4）
18
低压末级叶片长度
mm
1146
19
汽轮机总内效率
%
高压缸效率
%
90.39
中压缸效率
%
93.30
低压缸效率
%
89.14
20
通流级数
高压缸
级
14
中压缸
级
2×13
低压缸
级
2×2×6
21
临界转速（分轴系、轴段的计算值一阶、二阶）
轴系I阶/II阶：
2640/7860
单跨I阶/II阶：
3240/10620
高压转子
r/min
轴系I阶/II阶：
1920/5460
单跨I阶/II阶：
2100/6840
中压转子
r/min
轴系I阶/II阶：
1200/3480
单跨I阶/II阶：
1320/4200
低压转子
r/min
轴系I阶/II阶：
1320/3660
单跨I阶/II阶：
1320/4200
发电机转子
r/min
轴系I阶/II阶：
720/2040
单跨I阶/II阶：
720/2520
22
机组轴系扭振频率
Hz
14，22，31，62，66，136，146
23
机组外型尺寸（长、宽、高）
m
29×10.4×7.75（汽机中心线以上）
24
机组在出厂前是否经过总装
是/否
是
25
运行层标高
m
17
26
最大起吊高度
m
13（距运行层）
27
寿命消耗
冷态启动
％/次
0.0115
温态启动
％/次
0.0115
热态启动
％/次
0.0115
极热态启动
％/次
0
28
启动方式
开始定压然后滑压
高、中压联合启动
29
变压运行负荷范围
％
30%到100%额定负荷
30
定压、变压负荷变化率
%/min
10或更大
31
轴颈振动两个方向最大值
mm
0.05
32
临界转速时轴振动最大值
mm
0.15
33
最高允许背压值
MPa（a）
0.028（跳机0.030）
34
最高允许排汽温度
℃
90℃报警110℃跳机
35
噪声水平
dB（A）
额定负荷正常运行按IE1063为85
36
润滑油系统
主油泵型式
电动离心泵
润滑油牌号
ISOVG46
油系统装油量
m3
30
主油泵出口压力
MPa（g）
0.55
轴承油压
MPa（g）
0.05-0.17
主油箱容量
m3
32
油冷却器型式、台数
台
板式/2
顶轴油泵型式
容积泵
顶轴油泵出口压力
MPa（g）
17.5
顶轴油泵供油量
m3/h
6.48
37
液力控制系统
抗燃油泵型式、台数
台
轴向活塞泵,2
抗燃油牌号
FYRQUEL
抗燃油系统装油量
m3
0.909
抗燃油泵出口压力
MPa（g）
16
抗燃油泵供油量
m3/h
2.4
抗燃油箱容量
m3
0.8
抗燃油冷却器型式、台数
台
空冷,2
38
盘车装置
液压马达
盘车速度
r/min
60
38
轴封有无自密封系统
有/无
有
二
汽轮机性能保证
铭牌功率（TRL）
MW
1000
最大连续功率（T－MCR）
MW
1040.012
THA工况时热耗率
kJ/kWh
kcal/kWh
7328
1750.3
轴颈振动值
mm
0.05
噪声（条件同3.1.6）
dB（A）
85
三
主要阀门数据
1
主汽门
数量
只
2
内径
mm
320（阀座直径）
阀体材质
GX12CrMoVNbN9-1
阀杆材质
X12CrMoWVNbN10-1-1
2
主汽调节阀
型式
平衡柱塞式
数量
只
2
内径
mm
250（阀座直径）
阀体材质
X2CrMoVNbN9-1
阀杆材质
X12CrMoWVNbN10-1-1
3
排汽逆止阀
数量
只
2
内径
mm
700
阻力
Pa
5000
阀体材质
1%Cr钢（推荐）
阀杆材质
1%Cr钢（推荐）
4
中压联合汽门
数量
只
2
内径
mm
560（再热主汽门阀座直径）
500（再热调节阀座直径）
阀体材质
X12CrMoVNbN9-1
阀杆材质
X12CrMoWVNbN10-1-1
5
真空破坏装置
随凝汽器供
6
大气释放膜
直径
mm
800
厚度
mm
1.5
材料
1.4301/Teflon
7
汽轮机排汽缸喷水量
t/h
15
1.1.2典型工况主要参数
1.1.2.1额定功率（夏季工况）下参数
额定功率MW1000
额定主汽门前压力MPa（a）26.25
额定主汽门前温度℃ 600
额定再热汽阀前温度℃600
1.1.2.2最大连续功率（TMCR）下参数
功率MW 1040.012
额定主汽门前压力MPa（a）26.25
额定主汽门前温度℃ 600
额定再热汽阀前温度℃600
1.1.2.3阀门全开（VWO）功率下参数
功率MW1060.440
主汽门前压力MPa（a）26.25
主汽门前温度℃600
再热汽阀前温度℃600
1.1.3加热器（包括除氧器）级数8
1.1.4给水温度（夏季工况）℃296.3
1.1.5工作转速r/min3000
1.1.6旋转方向（从汽机向发电机看）顺时针
1.1.7最大允许系统周波摆动Hz47.5～51.5
1.1.8从汽轮机向发电机看，润滑油管路为右侧布置。
1.2主要结构设计和技术特点
主汽轮机由上汽厂采用西门子技术制造，西门子公司采用积木块式设计方法，即：
高压单流积木块H30，中压双流积木块M30，低压双流积木块N30；30MPa压力积木块的技术储备。
目前，“HMN”汽轮机能满足任何一种定义的1000MW铭牌。
1.2.1高压缸
高压缸H30采用单流型，与分流型相比虽存在轴向推力的平衡问题，但叶片高度的增加能明显提高前几级的效率。
对小容积流量的超超临界汽轮机，效率至少提高4%。
高压外缸采用独特的轴向对分筒形结构，对分面采用螺栓联接，无水平中分面及法兰，最高设计压力30MPa/600℃。
内缸为筒形结构并采用轴向对剖垂直中分面及螺栓联接，螺栓孔直接穿于筒形内缸壁。
内、外缸分别承受部分压差，受力状况与传统结构的亚临界汽缸相当。
拆、装高压外缸需将其直立后方可进行。
通过力学分析可知，与水平中分面相比，轴向对分面的受力远小于前者，能充分缩小对分法兰面，同时也使高压、高温段汽缸壁的周向均匀性得到最大的改善，使机组在启动过程中汽缸周向受热均匀，可大幅度地缩短启动时间。
启停过程中无需监视汽缸的绝对膨胀和胀差。
第1级采用低反动度叶片级（约20%的反动度），以降低进入转子动叶的蒸汽温度和减少动叶的叶顶间隙的漏汽损失。
第1级静叶斜置设计，切向进汽、效率高，漏汽损失小。
高温第一级叶片负荷不到其他的1/3。
高压缸在制造厂内组装后整体运至现场，能确保高压缸的组装质量和热耗水平。
超超临界蒸汽比容很小，为提高相对内效率，必须尽可能地减少动静间隙以降低漏汽损失。
在制造厂内有着比现场更好的组装和加工条件，可以充分保证设计的精度要求和相对内效率。
无论冷态、热态启动从冲转到3000r/min均只要5分钟左右，冷态启动在冲转前需要一小时左右的暖阀时间，无需暖缸。
须特别说明的是西门子公司机组的实际启动曲线可与理论曲线几乎重合，即使在机组达到全速时的转折点，也没有明显的超调现象。
另外，为使给水温度达到290℃以上，必须从高压缸内设抽汽口，所以筒形结构加上抽汽口的设置，高压缸大修时工艺复杂，比一般中分面结构要延长3～4天。
尽管如此，由于推荐大修间隔10－12年，比一般机组的6年长得多，所以还是有一定的优势。
1.2.2中压缸
中压缸M30采用双流程双层缸设计,也是整体组装出厂。
采用水平中分面窄法兰外缸。
因工作压力较低，缸体相对较薄，有着较好的热均匀性。
两个中调门直接与汽缸相连，两端排汽从内外缸间送至中间排汽口，1个排汽口从上部中间引出，送至低压缸。
为防止上、下缸温度的不均匀分布，其排汽也作为四段抽汽，从下缸中间引出，使内缸有较好的对称热环境。
这种设计对最大限度地降低汽缸的不对称变形，减少径向间隙，提高内效率和改善起动特性具有显著作用。
中压缸第一级除了与高压缸一样采用了低反动度叶片级，以及切向进汽第一级静叶结构外，还采取了一种切向涡流冷却技术，以降低中压转子的温度，最高设计温度为620℃。
另外，高中压转子通流部分采用小直径、多级数；高中低压动、静叶片设计成全三维马刀型，据西门子提供的数据，效率至少提高2%。
不同反动度叶片级的应用，据西门子提供的数据，提高了效率1%。
1.2.3低压缸
低压缸N30采用双流程设计，现场焊接组装而成。
低压内、外缸之间采用柔性连接。
内缸落地，内缸与中压外缸之间有推拉装置。
单连通管连接，低压外缸与凝汽器的连接，采用了刚性基础刚性连接的特殊方式。
由于在运行时，低压外缸相对轴承、推拉杆等存在三维膨胀，且此膨胀量和膨胀方式与转子和内缸又完全不同，故西门子公司配置了一系列的柔性波纹管解决相对膨胀的吸收和密封问题。
转子无中心孔，配有三种排汽面积的长叶片977mm/1146mm/1430mm（钛合金），针对不同的冷却水温，总能达到1000MW的铭牌出力。
1.2.4阀门配置及运行方式
西门子汽轮机运行方式采用全周进汽＋补汽阀技术，实现了全周进汽的定－滑－定运行模式（高效－调峰）。
汽轮机高压缸不设调节级，100%全周进汽，主蒸汽通过汽缸左右两侧直接相连的联体主汽阀和调节阀进入均压环室。
安装紧凑、损失小、安装方便、推力小。
由于取消了高压缸内运行工况最恶劣的调节级，其安全性大为提高。
如：
非全周进汽导致的部分进汽损失和周期性蒸汽激振；低负荷下的压力级相对内效率远比调节级高等。
全周进汽时，汽轮机的进汽压力与流量成正比，即机组仅在最大流量（VWO）工况运行时，进汽压力才达到额定值。
由于机组容量余量在我国较大，一般额定工况（THA）的进汽压力仅为额定值的90%。
另外，要使全周进汽机组具有调频能力，如不采用补汽阀技术，必须采取节流的方式。
这两种情况都将导致热耗的增加。
西门子公司积木块式设计中可选用一种补汽阀（overloadvalve）的技术。
该技术是指从某一工况（THA）开始从主汽阀后、调节阀前引出一些新蒸汽，经节流降低参数进入高压第五级动叶后空间，主流与这股蒸汽混合后在以后各级继续膨胀做功的一种措施。
采用补汽阀有两个目的：
第一、使滑压运行机组在额定流量下，进汽压力达到额定值，即机组在额定工况下无节流损失；第二、是使机组在实际运行时，不必通过主调门的节流就具备调频功能，可避免节流损失，而且调频反应速度快（即负荷响应速度快），可减少锅炉的压力波动。
补汽阀只在THA以上的运行区域以及需要调频时才开启，大部分时间备而不用，且保持微量泄漏（以使补汽与主汽的温差在所有工况下基本稳定）。
在各个主要工况下各阀门可以全开而避免蒸汽节流，在开始补汽点以下各工况热耗率得到改善。
补汽技术提高汽轮机的过载和调频能力。
只有在额定流量与最大流量相差较大的情况下才采用该技术。
1.2.5转子、轴承支撑方式
转子、轴承支撑方式，所有轴承均通过轴承座直接支撑在基础上（即相当于转子全部直接支撑在基础上），汽缸上不承受转子的重量，变形小，易保持动静间的稳定。
高压转子双轴承支撑，其它转子均采用单轴承，这种设计可使汽轮机轴向可缩短8米左右（一个低压缸的跨距），不仅可以节约工程场地，而且有利于轴系的稳定性，最大限度地缩短轴系的长度。
单支点轴系，还带来其它一系列好处。
如：
轴承负荷稳定，不受膨胀变化影响；能避免油膜振荡；轴系中心易于校正；其缺点是轴系找中心必须另加辅助轴承。
目前世界上，只有西门子公司和ABB公司对大型汽轮机的整个轴系采用此技术。
如泰州电厂东芝1000MW汽轮机总长约40米，而西门子1000MW汽轮机一般长度为29米。
另外,西门子公司机头轴承箱取消了同轴主油泵、机械危急保安器以及与液压调节和控制的相关装置，汽轮机的转速调节和超速保护安全依赖于ＤＥＨ和电子超速保护装置，对电动主油泵和电子超速保护系统要求具有极高可靠性。
1.2.6膨胀系统
西门子汽轮机的膨胀系统，其设计也具有较独特的技术风格：
机组的绝对死点及相对死点均设在高中压之间的推力轴承处，整个轴系以此为死点向两端膨胀，低压内缸也通过汽缸之间的推拉杆而向后膨胀，为此动静叶片相对间隙变化最小。
所有轴承座与台板之间及低压内缸猫爪支架与台板之间的滑动支承面均采用低摩擦合金，无需润滑，即可保证机组自由膨胀。
1.2.7末级叶片
沿海地区设计冷却水温为20℃的1000MW汽轮机，常配置1146mm末级叶片。
该型叶片最早安装于丹麦Enstedvaerket发电厂，至今已有6年多安全运行记录。
目前，外高桥二期（已运行二年）、玉环电厂均安装该型叶片。
末级叶轮最大直径达4200mm，叶顶圆周速度达660m/s；另外，超超临界汽轮机排汽湿度比同样进汽温度的亚临界机组要大，低压末级必须有良好的抗水蚀和抗腐蚀能力。
西门子对末级动叶片采用激光表面硬化技术，对空心末级静叶内通以较高温度的蒸汽（一般为三段抽汽）。
这样静叶表面水膜沿流向被逐渐加热蒸发，确保静叶无水滴脱落，从而使动叶免受大水滴的冲蚀。
综上所述，西门子汽轮机具有优秀的热力性能；良好的产品运行业绩及可靠性；在设计、制造、检修周期等方面都有自己独特的结构、独特的技术、独特的性能优势，主要缺点是在机组检修工艺方面偏于复杂，检修难度较大。
1.3性能保证
机组投运后，必须进行铭牌功率、最大连续功率及热耗率的验收试验，达到以下性能保证：
1.3.1夏季工况，机组能连续发出1000MW。
1.3.2TMCR工况，该机组能发出最大连续功率1040.012MW。
1.3.3VWO工况，该机组能保证推力瓦不超温，第一级前不超压。
1.3.4THA工况，汽轮机的热耗率保证值7328kJ/kWh。
1.3.5当高压加热器全部切除时，机组能连续安全带100%额定出力运行而不过负荷。
1.3.6汽轮机在所有稳定运行工况下（转速为额定值）运行时，在任何轴颈上所测得的双振幅相对振动值不大于0.05mm，轴承振动值小于0.025mm；各转子轴系在通过临界转速时各轴颈双振幅相对振动允许值不大0.15mm，轴承振动值应小于0.076mm。
1.3.7机组在额定功率时，距设备外壳1米，距汽轮机运转层上1.2米高处的假想平面处测得的最大噪声不大于85dB（A）。
2给水泵汽轮机
2.1基本技术参数
本工程每台机组共配置3台给水泵，其中汽动给水泵组为2×50%BMCR，电动给水泵组为1×30%BMCR。
汽泵前置泵由小汽轮机驱动，与主泵同侧。
给水泵驱动小汽轮机有高、低压两路进汽接口，高压汽源来自再热冷段蒸汽，低压汽源来此四段抽汽和辅助蒸汽，正常工作汽源采用四段抽汽。
给水泵汽轮机由杭州汽轮机厂生产，三菱公司为技术支持方。
调试/启动/备用汽源为辅助蒸汽：
0.8～1.3MPa（a），280～320℃，流量：
～10/～30/～80t/h（单台）
汽动给水泵组布置在汽机房内其运转层标高为17m。
每台机组的两台汽动给水泵组采用顺列布置。
凝汽器背压
VWO工况时背压为4.9kPa（a）
TRL工况时背压为9.6kPa（a）
小汽机排汽去向：
向下排入主机凝汽器
2.2技术性能
2.2.1型号：
HMS500D
型式：
单缸、单流、冲动式、纯凝汽、高低压汽源内切换
运行方式：
变参数、变功率、变转速
设计功率（对应VWO工况）：
18.416MW（给水泵转速为～6000r/min）
额定工况功率（对应THA工况）：
16.240MW（给水泵转速为～5500r/min）
额定工况内效率（对应THA工况）：
82.6%
最大连续功率：
22MW
额定进汽压力：
1.066MPa（a），温度364.9℃
额定排汽压力：
5.9kPa（a）
额定转速：
5500r/min
调速范围：
2850～6300r/min
跳闸转速：
6500r/min（电气）
旋转方向：
逆时针旋转（从汽轮机向泵看）
与汽动给水泵连接方式：
膜片式联轴器连接
最大噪声值：
85dB（A）（距给水泵汽轮机外壳罩1米外空间）
安装方式：
汽轮机独立底盘、弹簧基座
2.2.2蒸汽参数
2.2.2.1高压进汽（高压主汽门前，THA工况）
再热冷段：
压力：
5.946MPa（a）
温度：
362.9℃
流量：
正常运行时不使用
2.2.2.2低压进汽（在主机THA工况时，四段抽汽）
压力：
1.066MPa（a）
温度：
364.9℃
流量：
77.8t/h
低压汽源切换点：
20%-25%主机THA负荷
2.2.2.3调试/启动用汽源：
辅助蒸汽
压力：
0.8-1.3MPa，温度：
280-320℃，
流量：
10t/h（调试）/30t/h（启动）/～80t/h（备用）（每台小汽机）
2.2.2.4轴封供汽汽源：
辅助蒸汽
压力：
0.8-1.3MPa，温度：
280-320℃，
流量：
0.6～0.7t/h
2.2.3排汽口
压力（主机额定工况时）：
5.9kPa
最高排汽压力：
10.6kPa
排汽口数量：
1
方变圆出口尺寸：
Φ2828x14mm
方变圆出口距汽机转子中心线尺寸：
4470mm
排汽口方向：
向下，其接口型式为：
焊接
2.2.4小汽机结构尺寸
长：
4700宽：
4660高：
3560mm（不包括罩壳在内）
汽缸法兰结合面至上缸顶面高度：
1500mm
汽缸法兰结合面至下缸底距离：
1450mm
汽机转子中心距运转层之间高度：
1500mm
2.2.5重量
转子重量：
5.4t
上半缸重：
11t
下半缸重：
10t
总重：
26.4t
运输最重件：
36t；检查最重件：
11t
2.3性能保证值
2.3.1给水泵汽轮机能满足给水泵最大工况时的功率要求，并有5%的功率余量。
最大轴功率不小于22000kW。
2.3.2在额定工况（THA工况）时（即凝汽器背压为4.9kPa，进汽为低压汽源的额定参数，给定的给水泵转速和功率），给水泵汽轮机的汽耗率保证值为4.79kg/kWh。
2.3.3在给水泵汽轮机额定工况时，在轴上（非轴承座上）测得的双振幅值（水平径向和垂直径向）不超过30μm。
2.3.4距设备（包括保温）及外罩1m空间处，测得的噪音值应小于等于85dB（A）。
3高压加热器
3.1基本性能参数
高压加热器设备布置在室内，#1高加布置在17m层，#2高加布置在8.6m层，#3高加布置在25m层。
本工程采用双列高压加热器，每列高压加热器水侧分别设有大旁路。
加热器的设计满足HEI最新标准中对其中一列高压加热器解列、另外一列高压加热器蒸汽量增大（至75%TMCR总流量）的要求。
高加由东方锅炉厂生产。
高压给水加热器为卧式表面凝结型换热器，且按汽机铭牌工况（TMCR）下热平衡图中管侧流量为基准，并留有15%的流量裕量（满足HEI标准）。
最大管侧流速根据阀门全开VWO工况热平衡与HEI标准校核以避免损坏管子。
当有10%堵管时，仍能保证高压给水加热器的性能满足汽轮机组各工况给水加热的要求以及各工况下加热器疏水端差和给水端差的要求。
3.2基本技术参数
加热器编号
单位
1号高加
2号高加
3号高加
1加热器型式
双列、卧式、U形管、双流程
2加热器数量（每台机组）
1×2
1×2
1×2
3高加系统旁路型式（大、小旁路）
大旁路
一、汽机调节阀全开（VWO）工况
给水
1流量（每台加热器）
t/h
1498
1498
1498
2进口压力
MPa（a）
33.14
33.14
33.14
3进口温度
℃
278.5
221.2
191.8
4进口热焓
kJ/kg
1222.3
959.7
831.3
5出口温度
℃
298.8
278.5
221.2
6出口热焓
kJ/kg
1321.5
1222.3
959.7
7最大允许压降
MPa
<0.1
<0.1
<0.1
8最大允许流速
m/s
<3
<3
<3
9设计压力
MPa（g）
39
39
39
10设计温度
℃
320
300
250
11试验压力
MPa（g）
58.5
58.5
58.5
抽汽
12流量（每台加热器）
t/h
77.2
173.85
62.3
13进口压力
MPa（a）
8.244
6.276
2.374
14进口温度
℃
417.5
377.8
464
15进口热焓
kJ/kg
3183.1
3114.3
3384.2
16最大允许压降
MPa
<0.035
<0.035
<0.035
17设计压力
MPa（g）
9.24
7.33
2.60
18设计温度
℃
440/300
405/280
480/230
19试验压力
MPa（g）
13.9
11.0
3.9
进入加热器的疏水
20疏水来源
/
1号高加
2号高加
21流量（每台加热器）
t/h
/
77.2
251
22温度
℃
/
284.1
226.8
23热焓
kJ/kg
/
1257.6
976.2
排出加热器的疏水
24流量（每台加热器）
t
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