黃建強+尹明艷+陳曉明

摘 要：以某供熱工程為依托，對公司首臺超超臨界1 000 MW供熱機組供熱系統(tǒng)的本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單介紹、分析。

關(guān)鍵詞：汽輪機；供熱系統(tǒng)；供熱蝶閥；供熱管道

中圖分類號：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.137

隨著電力市場長期以來的蓬勃發(fā)展，市場對汽輪機組在經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保要求上都提出了更高的要求。在此背景下，高參數(shù)、低煤耗、低排放、成熟可靠的超超臨界1 000 MW機組登上了歷史舞臺。

隨著環(huán)境保護工作的深入開展，取消分散小鍋爐，實行集中供熱項目的推進(jìn)實施，熱用戶及工業(yè)用汽用戶的不斷增多，越來越多的電廠用戶對汽輪機組的抽汽量提出了更高的要求。因此，在代表目前汽輪機先進(jìn)技術(shù)的超超臨界1 000 MW機組上增設(shè)供熱抽汽系統(tǒng)，以滿足業(yè)主發(fā)電和供熱的雙重任務(wù)，成為目前我們工作的一個重點和方向。

1 1 000 MW機組供熱系統(tǒng)設(shè)置

東方超超臨界1 000 MW汽輪機為超超臨界一次中間再熱單軸四缸四排汽凝汽式汽輪機，從機頭到機尾依次串聯(lián)一個單流高壓缸、一個雙流中壓缸及兩個雙流低壓缸。高壓缸呈反向布置（頭對中壓缸），由一個雙流調(diào)節(jié)級和8個壓力級組成。中壓缸共有2×6個壓力級。兩個低壓缸壓力級總數(shù)為2×2×6級。濕冷機組末葉為1 092.2，機組按中壓缸啟動設(shè)計。

該工程為福建鴻山石獅熱電廠二期擴建工程，為保證一期工程停機時保證供熱量，該機組在發(fā)電的同時需滿足抽汽600～900 t/h，抽汽壓力為1 MPa。該機組主要技術(shù)規(guī)范如下：

機組型號：C1000/821.6-26.25//1.0/600/600；

額定功率：1 000 MW；

主蒸汽壓力：26.25 MPa；

主蒸汽溫度：600 ℃；

再熱蒸汽壓力：4.0 MPa；

再熱蒸汽溫度：600 ℃。

根據(jù)本機組的熱力參數(shù)及業(yè)主供熱參數(shù)要求，將供熱抽汽口設(shè)置在中壓排汽處，同時為使抽汽壓力可調(diào)，選用供熱蝶閥進(jìn)行壓力調(diào)整。該方案比常規(guī)采用旋轉(zhuǎn)隔板以及座缸閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的節(jié)流損失更小。

本機組與300 MW、600 MW供熱機組的不同之處在于：①供熱量大。300 MW、600 MW機組供熱量大多在100～400 t/h之間，本機組正常供熱要求600 t/h，最大能滿足900 t/h要求，供熱參數(shù)要求為1.0 MPa。②1 000 MW機組中壓采用對稱雙分

流中壓缸，中排兩排汽口結(jié)構(gòu)比300 MW、600 MW機組單流單排汽口中壓缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而供熱系統(tǒng)的設(shè)計有很大差別，難度也較大。

常規(guī)300 MW、600 MW汽輪機組中壓缸為單流結(jié)構(gòu)，采用中排供熱時只需在中排處設(shè)置供熱蝶閥，中壓缸排汽處下半設(shè)置供熱管道即可。供熱蝶閥及供熱管道布置如圖1所示。

超超1 000 MW機組中壓缸采用對稱雙流結(jié)構(gòu)，不同于600 MW及以下等級機組的中壓缸單流結(jié)構(gòu)，則需要重新考慮供熱蝶閥及供熱管道的布置問題。

1.1 供熱蝶閥的布置

由于供熱抽汽在中壓排汽處，因而供熱蝶閥的選取和布置有三個方案。

1.1.1 方案一

方案一：選用1個與連通管主管口徑一致的蝶閥，串聯(lián)在連通管主管。

優(yōu)點：一個閥門操作控制簡單，串聯(lián)在連通管上，不影響閥前兩個排汽口的流動狀態(tài)及閥后兩個低壓缸進(jìn)口處的流動狀態(tài)。

缺點：由于閥門口徑大、質(zhì)量大、安裝位置高，所以安裝維修困難，需專門的閥門支架，且支架無布置空間。如圖2所示。

1.1.2 方案二

方案二：選用2個與低壓缸進(jìn)汽口口徑一致的蝶閥，布置于低壓缸進(jìn)汽口處。

優(yōu)點：不影響兩個排汽口的蒸汽流動情況，連通管高度增加較小。

缺點：由于低壓缸為裝焊件，且跨距大，造成低壓缸剛性較差。如果將蝶閥布置在低壓缸上，則需要對低壓缸進(jìn)行加強。如圖3所示。

1.1.3 方案三

方案三：選用2個與中壓排汽口徑一致的蝶閥，布置于中壓前后排汽口處。

優(yōu)點：中壓缸強度和剛度較好，能滿足蝶閥布置需要。

缺點：連通管高度上升，造成機組整體高度增加。

經(jīng)過綜合考慮，我們決定采用方案三，即選用2個與中壓排汽口徑一致的蝶閥，布置在中壓前后排汽口處。如圖4所示。

1.2 抽汽管道布置

由于1 000 MW超超臨界機組中壓采用對稱雙流布置，為了避免產(chǎn)生額外的軸向和橫向推力，同時由于抽汽量大，我們在中壓缸排汽下半進(jìn)汽中心前后對稱、軸向左右對稱處設(shè)置了4-φ730×20的供熱管道。

同時，為了避免一端閥門突然關(guān)閉造成額外的過大推力，我們在中壓缸下半設(shè)置了2根壓力平衡管，將中壓缸前后抽汽管連接，連接后再合成2-φ1020管道供電廠供熱管道。由于中排還要抽工業(yè)用汽，造成左右供熱量不同，在兩根壓力平衡管上設(shè)置一根流量平衡管來平衡流量。

2 機組安全性分析

由于供熱系統(tǒng)給機組汽缸增加了額外的負(fù)荷，且供熱時的變工況會造成中壓末級壓差增大，所以對中壓末幾級隔板、導(dǎo)葉強度提出了更高的要求，需對機組進(jìn)行強度分析。另外，由于增設(shè)供熱系統(tǒng)增加了額外的供熱管道和如圖4中所示的壓力平衡管、流量平衡管等，因此增加了機組的容積，考慮閥門突然關(guān)閉的情況，需要考慮機組“飛升轉(zhuǎn)速”的問題。

2.1 強度分析

2.1.1 汽缸強度分析

由于在中排上半增加了兩個供熱蝶閥，以及中排下半增加了供熱管道、壓力平衡管和流量平衡管，給中壓缸增加了超過10 t的額外負(fù)荷。為此，對中壓缸進(jìn)行了有限元強度分析，并根據(jù)分析結(jié)果對中壓外缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。

2.1.2 隔板、導(dǎo)葉強度分析

抽汽系統(tǒng)的增加造成了中壓末幾級變工況的增加。抽汽時，中壓末幾級相對常規(guī)1 000 MW機組壓差增大。經(jīng)過計算，常規(guī)機組中壓末級隔板動、靜葉強度不能滿足要求，需對該處進(jìn)行加強。經(jīng)過重新優(yōu)化設(shè)計，對中壓末級動葉進(jìn)行了加寬處理，同時增加末級靜葉只數(shù)，使末級動、靜葉強度滿足要求。

2.2 對機組超速的影響

由于供熱系統(tǒng)的設(shè)置，新增的供熱系統(tǒng)中增加了供熱管道，而壓力平衡和流量平衡增加的壓力平衡管和流量平衡管增大了機組的容積（超過10 m3）。機組在突然甩負(fù)荷時，這些容積將返回汽缸內(nèi)做功，造成機組轉(zhuǎn)速飛升。經(jīng)過分析計算，為滿足機組安全運行，在流量平衡管上增設(shè)BDV閥（如圖4所示），在壓力升高時通過BDV閥排汽，以對機組進(jìn)行超速保護。

3 結(jié)束語

在開發(fā)東汽超超臨界1 000 MW供熱抽汽汽輪機時，采用了大量的先進(jìn)技術(shù)，參照了以往機組的成功運行經(jīng)驗，成功設(shè)計出超超臨界1 000 MW供熱抽汽汽輪機。經(jīng)濟、技術(shù)指標(biāo)都達(dá)先進(jìn)水平，能同時滿足機組在經(jīng)濟性、先進(jìn)性以及對供熱抽汽的需要，具有較高的經(jīng)濟性和廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]陶鼎文.火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊（第二卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.

〔編輯：王霞〕