1、东汽高效超超临界1000MW先进技术及空冷技术介绍,2014年4月,目 录,1 东汽1000MW机型概况2 代高效百万超超临界机组技术 2.1 I代母型机投运情况 2.2 II代优化措施 2.3 优化支撑技术 2.4 空冷技术 2.5 高可靠性设计3 代高效百万宽负荷机组研发结束语,超超临界机组发展历程 发展分代 概貌图,1 东汽1000mw机型概况,3,1 机型概况,储备,国际对标找不足自主研发提性能,4,超超临界机组发展历程,2004年日立引进机型,万州机型鸳鸯湖机型焦作机型安源机型,技术保障,稳定的设计队伍先进的数值分析技术完整的试验能力广泛的技术交流与合作,高效超超临界机组,热力系统结
2、构通流,母型机,1 机型概况,高效宽负荷,4,经济性提升可靠性提高,东汽超超临界1000MW机组发展分代,1 机型概况,5,6,代日立引进母型 超超临界1000MW湿冷汽轮机概貌图,结构：高中压分缸、四缸四排汽回热：8级（3高加+1除氧+4低加）通流：II+8；2x6；2x2x6末叶：1092 mm配汽：喷嘴+节流供热：1.0MPa/600900t/h,蝶阀调节,1 机型概况,(邹县、海门、莱州、绥中、贺州、新密、惠来、苍南、鸿山供热）,7,代母型 超超临界1000MW空冷汽轮机概貌图（灵武、清水川、农六师、段寨）,结构：高中压分缸、四缸四排汽回热：7级（3高加+1除氧+3低加）通流：II+8
3、；2x6；2x2x5末叶：770 mm配汽：喷嘴+节流累计：订货12台，已投运3台,1 机型概况,7,邹县超超高中压模块,770mm空冷低压模块,8,代高效 超超临界1000MW湿冷机组概貌图,配汽：节流配汽回热：9级+ZF+低温省煤器外形：37.7m（长）,参数：28MPa/600/620结构：四缸四排汽（高中压分缸）通流：HP12+IP2x8+LP2x2x5,1 机型概况,（万州、舟山、大唐抚州、乌沙山、芜湖）,9,结构：桶形高压内缸、四缸四排汽、高中压分缸参数：28MPa/600/620通流：12、28、225末叶：863mm配汽：节流配汽回热：8级+1级外置蒸冷器+疏水泵+低温省煤器外
4、形：37.210.58.2m,万州高效超超高中压模块,大坝成熟空冷863低压模块,代高效 超超临界1000MW空冷汽轮机（鸳鸯湖二期）,1 机型概况,9,10,百万机组参与调峰，且常处于较低负荷运行；东汽致力研发“高效宽负荷率1000MW超超临界机组”，以提高机组部分负荷运行时经济性，适应中国能源发展。,代 高效宽负荷机组（研发中）,1 机型概况,10,11,2 代高效超超临界机组技术,2 代高效机组,2.1 母型机投运情况2.2 优化措施2.3 优化支撑技术2.4 空冷技术2.5 高可靠性设计,11,12,2.1 I代母型机投运情况,第1代超超临界1000MW机型业绩及特点,订货34台，已成
5、功投运20余台,2.1 I代母型机,13,第1代超超临界1000MW机型投运机组获奖情况,邹县7号机组：07年度全国火电大机组竞赛特别贡献奖邹县8号机组：08年度全国火电大机组竞赛特等奖（唯一）华能海门电厂1、2号机组工程:“国家优质工程金质奖”国华绥中发电厂二期工程：“国家优质工程金质奖”,温总理祝贺邹县首台百万千瓦机组投产,2.1 I代母型机,14,现在眼光检视母型机存在不足，优化之缘,2.1 I代母型机,15,热力系统综合优化 配汽方式优选 阀门结构、流速优化 高压模块优化 中压模块优化 低压模块优化 末叶优选 通流密封技术,2.2 II代优化,2.2 II代优化措施,热力系统综合优化,
6、16,2.2 II代优化,热力系统自身优化再热压力优化,17,再热压力对应再热温度、排汽湿度、通流效率综合优选,2.2 II代优化,热力系统自身优化提高给水温度,18,循环参数为28Mpa/600/620-4.92kpa条件下，锅炉最终给水温度对应汽轮机热耗变化曲线可知汽轮机循环锅炉最佳给水温度为325，但给水温度过高会导致锅炉排烟温度升高，热效率降低；故综合考虑汽机热耗、锅炉效率，最佳给水温度选取为305310。,2.2 II代优化,热力系统自身优化中压转子冷却取消,19,中压转子采用高温性能更好的CB2材料，叶轮强度满足要求，无需外部蒸汽冷却。,2.2 II代优化,热力系统自身优化降低中低
7、压分缸压力,20,4流变2流，叶片变长，效率、经济性提高 降低热应力、减少变形漏汽、提高经济性、可靠性,中压双流,低压四分流,中压双流,中低分缸1.0MPa390,中低分缸0.6MPa、290,原型,高效型,2.2 II代优化,热力系统自身优化低加抽汽点优化+疏水泵,21,2.2 II代优化,22,2.2 优化措施,热力系统自身优化小结,热力系统外部优化主汽参数提高,23,主蒸汽压力提高1MPa，机组热耗率下降0.130.15。再热温度从600提高到620，机组热耗下降30kJ/kW.h,2.2 II代优化,8级回热总有1级低加承担凝结水温升太大，增加1级回热抽汽后使抽口温升分布更均匀，即使相
8、对最优8级回热系统，9级回热热耗同比可降低10kJ/kw.h。同时中排压力设计为0.6MPa,5抽布置到中排后，低压也能布置4级低加。空冷机组也可由原7级回热增加为8级回热。,热力系统外部优化回热级数增加,24,2.2 II代优化,热力系统外部优化设置外置式蒸汽冷却器,外置式蒸汽冷却器尽可能地利用再热后抽汽的过热度，减小换热温差产生的换热损失。对一次再热机组在再热后第一段抽汽处设置一级外置式蒸汽冷却器。在三抽设置外置式蒸汽冷却器可以提高给水温度4，降低热耗。,25,2.2 II代优化,热力系统外部优化锅炉烟气余热利用,锅炉烟气余热利用可减少低加系统回热抽汽，在进汽量相同的情况下增加汽轮机作功能
9、力，从而降低发电煤耗。结合锅炉、汽机以及烟气换热器综合分析优化得到最佳利用方案。,26,2.2 II代优化,热力系统外部优化再热压损,27,2.2 II代优化,热力系统外部优化给水泵组系统优化,28,2.2 II代优化,热力系统外部优化小结,29,2.2 II代优化,配汽方式优选机组运行负荷性质决定,30,2.2 II代优化,31,阀门结构、流速、布置优化,采用切向全周进汽后，阀组由原来的4个变为2个，结构简化结构与气动优化，阀门损失更小。靠汽缸两侧紧凑布置，计入汽机部分导汽管损失为0,2.2 II代优化,32,高压模块优化,32,2.2 II代优化,33,高压模块优化,86.5%,91.3%
10、,33,2.2 II代优化,34,中压模块优化,原始模型,优化模型,耦合叶片,2.2 II代优化,35,中压模块优化,流道光顺,2.2 II代优化,36,低压模块优化排汽优化,正交吹风试验优化导流环型线、改善扩压效果。数值分析优化排汽缸径向和轴向尺寸、轴承圆锥体、导流板线型和支撑布置，降低流动损失。低压排汽缸静压恢复能力提高38%,36,2.2 II代优化,两缸布置不同抽口,双层缸、整体内缸,更低进汽压力和温度,双层低压缸、整体内缸,内缸体积缩小、结构简单、刚性好、密封持久可靠，避免内缸变形漏汽，抽口减少、抽汽对主流的扰动减小，效率提升。,37,2.2 II代优化,38,低压模块优化抽口非对称
11、布置,每个低压缸设置抽口通流级数由4变为2，抽汽对汽流扰动降低，经济性提高。,2.2 II代优化,末叶优化技术,自带凸台阻尼拉筋成圈,自带冠叶顶围带,枞树型或叉形叶根,39,2.2 II代优化,40,低压模块优化三维流场优化,全三维流道分析,2.2 II代优化,动叶叶顶自带冠、高低齿汽封技术，漏汽损失减少约25%、级效率提高约0.3%,通流密封技术,41,2.2 II代优化,通流密封技术,DAS汽封DAS+接触汽封 结构避免常规汽封起停磨损引起损失，维持机组长期、高效、可靠运行。,42,2.2 II代优化,通流密封技术不同汽封结构的试验研究,相同试验条件下，DAS汽封的泄漏量最小，蜂窝汽封次之
12、，侧齿汽封和铁素体迷宫式汽封泄漏量最大。DAS汽封的泄漏量比迷宫式汽封小15%，比蜂窝汽封小5%8%。,43,配合业主对汽封具体型式进行优化选择,2.2 II代优化,叶顶汽封间隙对级效率影响大于隔板汽封。结构一定时，漏汽量与径向间隙大小成正比关系。实际安装间隙控制在目标值内可提高经济性。,通流密封技术汽封间隙设计与控制,44,2.2 II代优化,自身结构通流优化小结,45,2.2 II代优化,46,稳定的技术研发人才 先进的数值分析技术软件及硬件配置 叶型数值分析优化 流道数值分析优化技术 关键部件结构的有限元分析技术 一流试验室，试验验证技术 广泛技术支持合作,2.3 优化支撑技术,2.3
13、优化支撑技术,46,稳定的技术研发人才,47,2.3 优化支撑技术,48,先进的数值分析技术软件及硬件配置,2.3 优化支撑技术,高性能服务器,叶型数值分析优化技术,通流设计软件AxSTREAM，结合全三元气动分析软件，完成叶型优化，级效率提高2-3%。全三维弯曲导叶片技术扭曲动叶成型技术优化可控涡技术,2.3 优化支撑技术,49,50,流道数值分析优化技术,全三维多级段流场优化设计技术：效率提升1-1.5%。级间三维匹配、级内二次流控制、汽封控制、边界层抽吸，减少二次流、掺混、扰流损失。,2.3 优化支撑技术,51,关键部件结构的有限元分析技术,阀门结构隔板结构汽缸结构转子结构叶片结构轴承箱
14、结构,2.3 优化支撑技术,分析在压力、温度、自重、离心力、扭矩作用下的变形及应力，优化结构；使满足刚性和强度设计要求。分析优化转子、叶片、低压外缸、轴承箱，使其振动特性满足设计要求。,52,一流试验室，试验验证技术,1,1 透平试验中心2 多级空气透平试验台3 风洞实验装置4 汽封研究及试验装置5 全尺寸轴承油系统试验台,2,3,4,5,2.3 优化支撑技术,52,东汽自主研发能力印证-成果,具有自主知识产权的国家重大装备项目-大功率核电汽轮机CAP1400的关键技术1828mm末级长叶片模块开发成功！,2.3 优化支撑技术,53,东汽自主研发能力例证-成果,灵武超超临界1000MW空冷机组
15、（世界首台投运成功，获省科技进步一等奖）沙特60Hz亚临界2x660MW（国内自主研制的首台出口国际高端市场投运成功，获机械联合会科技进步一等奖）中标大功率自主产权的核电汽轮机CAP1400研制自主产权的50MW燃机研制中,灵武百万千瓦空冷机组,沙特60Hz660MW,54,2.3 优化支撑技术,55,广泛技术支持合作,2.3 优化支撑技术,55,30年空冷汽轮机技术积累空冷末叶技术 背压自动保护设计低压轴承箱落地设计低压轴封与外缸弹性联接低压缸高刚性设计发明专利：空冷排汽装置设计发明专利：喷射式凝汽器（间冷）高换热效率管式凝汽器设计技术发明专利：内置除氧装置的空冷汽轮机排汽装置,最多空冷业绩
16、,2.4 领先的空冷技术,2.4 空冷技术,56,30年空冷汽轮机技术积累,80年代初，提供大二200MW空冷汽轮机，为国产首台；90年代末，提供伊朗325MW空冷汽轮机，为国产首台；2000年，国内最新一代空冷300MW、600MW机组（古交、托电、上都）相继投运 2005年，设计上安超临界660MW系列空冷机组，为国产首台 2006年，设计大坝亚临界600MW两排汽空冷机组，为国产首台600MW两排汽空冷机组 2007年，设计蔚县超临界660MW空冷供热机组，为国产首台 2007年，设计灵武超超临界1000MW空冷机组，为国产首台 2008年，设计临河超临界350MW空冷机组（具备供热功能
17、）2012年，设计国网哈密高效超临界660MW空冷机组 2012年，设计平朔高效超临界660MW三缸两排汽空冷供热机组 2013年，设计鸳鸯湖高效超超临界1000MW空冷机组,2.4 空冷技术,57,东汽末叶成熟的研发技术,2.4 空冷技术,58,空冷末叶系列,背压负荷铭牌定义供热排汽口末叶选择,2.3 空冷技术,高频淬火防水蚀,59,空冷末叶系列,2.3 空冷技术,世界最长空冷实物叶片1030mm在2014年3月已成功完成厂内调频试验验证。,2014年4月15日，在厂内举行了国内专家见证会。,60,空冷低压缸高刚性设计,轴封与外缸弹性联接,低压轴承箱落地设计,避免排汽温度大幅变化对轴封间隙、
18、轴系稳定影响、诱发振动,2.4 空冷技术,61,空冷低压缸高刚性设计,有限元分析优化低压外缸及肋板、撑杆布置，使低压缸变形小，保证动静部分间隙。,2.4 空冷技术,62,发明专利空冷排气装置设计(ZL 02 2 22119.0),接收汽机本体及系统疏水、放水，内部消能扩容能-凝结水在排汽装置内回热，减小凝结水过冷度-布置7、8号低压加热器，简化电站布置-布置并引出汽轮机中间抽汽管道,布置其它必须管道-布置汽轮机旁路三级减温减压器，接纳旁路蒸汽PTFE滑动支座承受水压试验、无需临时支座、自润滑,2.4 空冷技术,63,专利喷射式凝汽器（混合式间冷）,华电卓资4x200MW机组凝汽器,2.4 空冷
19、技术,64,焊接平面膜式喷嘴发明专利,内置除氧装置的空冷汽轮机排汽装置发明专利,2.4 空冷技术,65,排管方案换热系数高,结构布置、系统设计更为简单。,BD管束,项目（热耗、水温、温升）进行背压、经济性、投资成本综合优化计算,先进管式凝汽器设计技术（表面管式间冷）,2.4 空冷技术,66,良好继承性的轴系及轴承高可靠设计 防汽流激振措施 初参数、再热参数提升时主要部套设计对策 阀门双层阀盖高承压能力 高压桶形红套环密封内缸、中分面外缸 对称、分段、中分面中压缸 双层低压缸、整体内缸 防止SPE技术 旁路、启动、运行方式 集装主油泵-油涡轮润滑油系统 高度集成的顶轴系统 高度自动化的自密封系统
20、 先进管式凝汽器设计技术 先进的低压加热器设计技术,2.5 高可靠性设计,67,2.5 高可靠性设计,68,良好继承性的轴系及轴承高可靠设计,基准：常规1000MW不变：转子数目不变轴承形式不变连接方式不变结论：轴系特性与常规百万机组基本一致,轴系成熟可靠。双支点支撑，现场动平衡方便；单只点支撑，现场动平衡困难，需用46#油，多期工程油品管理不便。,总长不变设计评判方法不变滑销系统不变,2.5 高可靠性设计,68,69,防汽流激振措施,全周进汽，消除部分进汽引起汽流激振力间隙逐渐扩散式叶顶汽封高中压可倾瓦轴承稳定性好防旋高压隔板汽封和轴封,2.5 高可靠性设计,70,初参数、再热参数提升时主要
21、部套设计对策,620高温部件采用欧洲成熟的新12Cr材料，即阀壳、汽缸等铸件采用CB2材料，转子采用FB2锻钢。,上述材料在目标温度下对应的蠕变断裂点为80100MPa左右。,2.5 高可靠性设计,70,71,阀门双层阀盖高承压能力,传统结构,双阀盖,传统结构：高压力下螺栓设计困难，应力大双阀盖设计：自密封效果好，应力低，承压能力强,2.5 高可靠性设计,72,高压桶形红套环密封内缸、中分面外缸,桶形内缸,1抽插管,全周切向进汽,中分面外缸,红套环,2.5 高可靠性设计,补汽插管,高压第1级隔板,隔热罩,红套环,高压桶形内缸红套环密封、外缸中分面,ANSYS程序分析：确保红套环在汽轮机启停、变
22、负荷及10万h后内缸中分面密封紧力足够。内缸形状简单，结构对称全周进汽，热应力低、变形小启停快、变负荷工况适应性好适用更高温度、压力参数内外缸尺寸减小整体发货，节省现场安装时间，保证安装精度。中分面外缸+红套环内缸，现场开缸检修、维护运输条件较差地区，采用内缸+转子+隔板整体发货、外缸单发,73,2.5 高可靠性设计,74,汽缸上半扣缸,水压试验工装,整体车削加工,中分面车削加工,红套环套装,套装完成,水压试验,桶形内缸红套环厂内加工试验,2.5 高可靠性设计,74,75,水平中分面法兰螺栓内外双层缸,几种典型高压缸结构比较,垂直中分面法兰螺栓桶形、双层缸,水平中分面法兰螺栓外缸桶形红套环内缸
23、双层缸,优点：现场检修维护方便。不足：启停或变负荷热应力较高、体积大、密封性略差。,优点：结构简单对称、启停或变负荷热应力低；体积小，整体运输。不足：现场无法检修，需破坏性返厂检修（割管、大尺寸栽丝螺栓咬死）,优点：结构简单对称、启停或变负荷热应力低；整体运输，现场检修维护方便。不足：外缸体积略大。,2.5 高可靠性设计,75,76,对称、分段、中分面中压缸,对称双流双层缸，推力自平衡分段中压内缸：内缸+隔板套、分段包围内缸刚性好、内缸温差小、热应力低、CB2用量少低根径、高效多级设计，中压第1级转子叶轮无需冷却。,2.5 高可靠性设计,2.5 高可靠性设计,双层低压缸、整体内缸,整体内缸体积
24、缩小、结构简单、刚性好；更低进汽参数、热应力低；使内缸进汽部分密封持久可靠，避免内缸变形漏汽。两缸分别负责抽汽，单缸抽口减少、抽汽对主流的扰动减小，效率提升。,A缸,B缸,77,防止SPE技术,2.5 高可靠性设计,78,79,配置一级旁路、二级旁路两种方式、四个锅炉厂均有配合业绩运行无调节级、定-滑-定运行、高压主调阀在TMCR工况3%节流，满足电网一次调频和AGC要求。,旁路、启动、运行方式,2.5 高可靠性设计,80,集装主油泵-油涡轮润滑油系统,主油泵-油涡轮供油系统，结构简单、厂用电少、节能环保集装油箱、套装油管路，高度集成，现场施工量小、简化布置辅助油泵、事故油泵和压力低模块联控备
25、用，多重保护，系统安全性高,2.5 高可靠性设计,81,高度集成的顶轴系统,高效进口柱塞泵 两泵互为备用 高度集成 压力联控泵组启停,2.5 高可靠性设计,82,高度自动化的自密封系统,组成-主汽站、辅汽站、溢流站、减温站、安全阀自动化程度高-调节阀自动开启或关闭，维持供汽母管压力 可靠性高-调节阀采用进口件，安全可靠,2.5 高可靠性设计,82,先进的低压加热器设计技术,技术：自主创新设计功率：12MW 1000MW机组类型：立式、卧式/碳钢、不锈钢,关键部件应用ANSYS有限元程序分析,换热管与管板采用胀+焊连接，保证连接强度并彻底杜绝渗漏,双层多孔不锈钢防冲挡板防蒸汽冲刷管子、利用换热面
26、积,合理的内置式疏水冷却段疏水逐级自流、简化电站布置,83,2.5 高可靠性设计,84,3 代高效宽负荷技术机组研发,3 代高效宽负荷机组研发,高效宽负荷热力系统的研究配汽方式及设计点选取的研究高效宽负荷叶型的研发部分负荷冷端优化及末叶选型.,在1号高加前增设1个0号高加，提高低负荷时的最终给水温度(高负荷时，0号高加不投运)，从而改善汽轮机在低负荷的运行经济性。,0#高加投运前后给水温度对比,高效宽负荷热力系统研究,85,3 代高效宽负荷机组研发,采用补汽阀,旁通配汽的方式，以THA工况作为机组通流设计点，可提高部分负荷运行时主汽压力，从而提高机组经济性。,某工程节流配汽与补汽阀调节经济性比
27、较,带补汽阀通流结构,开补汽阀子午流场分析,配汽方式及设计点选取的研究,86,3 代高效宽负荷机组研发,不只关注额定工况下的经济性，同时兼顾部分负荷下的机组性能。通过CFD数值分析及试验研究，研发对适应性更宽的新叶型。,常规叶型与新叶型试验,吹风试验常规叶型静压孔布,吹风试验新叶型静压孔布,常规叶型与新叶型能量损失随进气角变化的试验曲线,高效宽负荷叶型的研发,87,3 代高效宽负荷机组研发,优化凝汽器排管方式消除涡流区，优化空冷区形状，保证部分负荷不凝气体顺利抽出，提高整体换热效率。结合部分负荷下凝汽器背压变化及年运行负荷特点，优化排汽蜗壳气动性能、合理选择末叶，从而降低冷端损失。,部分负荷冷端优化及末叶选型,88,3 代高效宽负荷机组研发,89,结 束 语,东汽拥有成熟、高效、可靠，性能先进的1000MW的汽轮机技术和空冷技术，能为用户定制先进的主机设备和完整的辅机配套。同时也热烈欢迎各位领导、专家莅临东汽指导交流！谢谢！,
