摘 要：上海電氣汽輪機廠E880型汽輪機為軸向排汽型式，現(xiàn)主要介紹其采用的高排抽汽與一鍵啟停技術(shù)，該汽輪機技術(shù)在有效降低運行人員誤操作可能性的同時，提高了機組抽汽供熱狀態(tài)下的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：汽輪機；熱電聯(lián)產(chǎn)；高排抽汽；一鍵啟停

中圖分類號：TM62" " 文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）14-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.14.021

1" " 電廠設(shè)備概述

張家港華興電力有限公司二期工程為2×400 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，燃?xì)廨啓C（含發(fā)電機）采用上海電氣集團與安薩爾多合作機型AE94.3A型燃機；余熱鍋爐采用與一期工程同一供應(yīng)商——杭州鍋爐集團有限公司，余熱鍋爐型式為三壓、再熱、臥式、無補燃、自除氧、自然循環(huán)；汽機為上海電氣汽輪機廠E880軸向排汽汽輪機。

2" " 汽輪機本體結(jié)構(gòu)特點

該機型為配F級燃機、一拖一型、分軸、低位布置、軸向排汽、反動式、抽汽/凝汽式汽輪機，該機型既能作為純凝調(diào)峰運行，也能作為熱電聯(lián)供機組運行，采用高排抽汽技術(shù)可以實現(xiàn)1.2～2.5 MPa的工業(yè)需求，具有210 t/h以上抽汽能力。

2.1" " 機組布置形式

我廠機組布置方式為汽輪機與燃?xì)廨啓C分軸布置，汽機高壓側(cè)出軸，汽輪機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過剛性聯(lián)軸器連接。汽輪機由高壓單流缸和中低壓順流合缸組成，采用上海電氣最新無導(dǎo)汽管切向進汽技術(shù)，閥門座缸設(shè)置，汽輪機轉(zhuǎn)子為落地支撐的形式。汽輪機實體效果如圖1所示。

2.2" " 機組滑銷系統(tǒng)

機組的絕對死點位于低壓排汽缸后軸承中心線處，在機組啟動過程中，中低壓缸受熱膨脹，膨脹推力將中軸承座向發(fā)電機方向滑動，同時中軸承座將傳動推力作用于高壓外缸上，使其向發(fā)電機滑動，高壓外缸受熱膨脹，推動前軸承座往發(fā)電機端滑動。該機型的相對死點位于中軸承座上的徑向聯(lián)合推力軸承處，中低壓轉(zhuǎn)子向凝汽器方向膨脹，高壓轉(zhuǎn)子向發(fā)電機方向膨脹，高壓轉(zhuǎn)子的膨脹量將由發(fā)電機轉(zhuǎn)子徑向間隙吸收。機組滑銷系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

2.3" " 分軸承支撐

汽機軸系支撐如圖3所示，采用三支點支撐技術(shù)，高壓轉(zhuǎn)子一端與中低壓轉(zhuǎn)子端僅依靠徑向推力聯(lián)合軸承支撐，形成三個支點支撐形式。分軸承支撐技術(shù)的使用使得機組結(jié)構(gòu)更加緊湊，在進行軸承承載力計算和軸系的動力特性計算時更精準(zhǔn)，從而確保了機組的軸系具有更加良好的動力學(xué)特性。

2.4" " 轉(zhuǎn)子推力分缸自平衡

該型號汽輪機轉(zhuǎn)子采用上海電氣推力分缸自平衡技術(shù)，如圖4所示，即高壓轉(zhuǎn)子葉片推力與平衡活塞形成推力平衡，中低壓轉(zhuǎn)子葉片推力與中壓平衡活塞形成推力平衡。推力分缸自平衡技術(shù)能使機組在不同參數(shù)和不同啟動方式下保持轉(zhuǎn)子推力平衡，尤其是在機組高排抽汽200 t/h的工況下，中壓進汽參數(shù)的變化對機組的推力幾乎無影響，保證了機組安全穩(wěn)定運行。

2.5" " 高壓汽缸模塊

高壓汽缸示意圖如圖5所示，此型號高壓缸模組采用雙層缸結(jié)構(gòu)，高壓缸外缸僅承受中排蒸汽的壓力和溫度。軸封與平衡活塞汽封均為彈簧退讓式的迷宮式梳齒汽封。高壓缸外缸為水平中分面結(jié)構(gòu)，外缸通過貓爪支撐在軸承座上，軸承座支撐臺處設(shè)有壓板，確保外缸穩(wěn)定性。汽缸的橫向定位通過前軸承座和中軸承座上面的豎直定位鍵來實現(xiàn)定位。汽缸與前軸承座和中軸承座在下貓爪處設(shè)有定位鍵，汽缸熱脹時，外缸通過下貓爪推動前軸承座滑動，在軸承座和基礎(chǔ)底板之間使用低摩擦材料，以降低摩擦阻力。高壓缸內(nèi)缸采用具有水平中分面的整體內(nèi)缸型式，并采用高窄法蘭結(jié)構(gòu)，使得機組內(nèi)缸既具有良好的密封性能，又具有良好的快速啟停能力。

高壓缸進汽為側(cè)向全周切向進汽，該進汽方式能夠盡量減少壓損，做到無噴嘴組和調(diào)節(jié)級。高壓進汽門為主門和調(diào)節(jié)聯(lián)合汽門，高壓蒸汽從聯(lián)合汽門流入高壓內(nèi)缸，聯(lián)合汽門為單側(cè)側(cè)向進汽布置，另一側(cè)用相同進汽法蘭蓋進行封堵，可以平衡進汽管道的內(nèi)應(yīng)力。

2.6" " 中低壓汽缸模塊

為滿足現(xiàn)代化聯(lián)合循環(huán)機組快速啟動的要求，中低壓合缸模塊在中壓缸處也采用雙層缸結(jié)構(gòu)，外缸包括鑄造的中壓外缸和焊接的低壓排汽缸，它們通過垂直中分面法蘭連接。兩個汽缸都是水平中分面上下半結(jié)構(gòu)。中壓外缸通過貓爪支撐在軸承座上，軸承座支撐臺處設(shè)有壓板，確保外缸穩(wěn)定性。低壓外缸支撐在基礎(chǔ)上，外缸的絕對死點位于低壓軸承中心線處，排汽缸法蘭下方設(shè)置軸向定位鍵，中壓外缸下半貓爪與軸承座設(shè)置有定位鍵，中低壓外缸可通過下貓爪推動中軸承座滑動，在軸承座和基礎(chǔ)底板之間使用低摩擦材料，以降低摩擦阻力。

中低壓缸為順向布置，中壓側(cè)設(shè)置中壓平衡活塞汽封，從高壓缸排汽中引一路汽源對中壓平衡活塞處的轉(zhuǎn)子進行冷卻，冷卻汽通過汽封齒進入中壓缸夾層，與低壓補汽匯合，在有效冷卻中壓內(nèi)缸后，進入低壓缸中做功[1]。中低壓缸示意圖如圖6所示。

中壓汽缸的進汽方式為四周進汽，無噴嘴組和調(diào)節(jié)級，中壓汽門為主門和調(diào)節(jié)聯(lián)合汽門，中壓再熱蒸汽從中壓聯(lián)合汽門進入中壓內(nèi)缸，中壓聯(lián)合汽門同為單側(cè)側(cè)向進汽布置，且與高壓聯(lián)合汽門同側(cè)，另一側(cè)采用進汽法蘭蓋進行悶堵，可平衡進汽管道的內(nèi)應(yīng)力。低壓汽缸為軸向排汽，低壓蒸汽經(jīng)過末級葉片后，穿過軸向的擴散器，進入凝汽器，保證了排汽速度，減少了排汽壓力的損失。

2.7" " 后軸承落地設(shè)置

后軸承座為落地設(shè)置，如圖7所示，低壓軸承座由兩個支撐腿支撐，支撐腿穿過低壓排汽缸支撐在基礎(chǔ)上，支撐腿與排汽缸直接設(shè)置補償結(jié)構(gòu)，補償排汽缸與支撐腿之間的差脹。后軸承座落地設(shè)計與座缸式相比，減小了排汽溫度及背壓的變化對轉(zhuǎn)子標(biāo)高的影響，使軸系振動情況更加優(yōu)良。

3" " 高排抽汽熱電聯(lián)供技術(shù)

3.1" " 高排抽汽概述

近年來，國家環(huán)保政策越加嚴(yán)格，全國各地燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)項目不斷增加，且絕大多數(shù)熱用戶的工業(yè)用汽參數(shù)需求集中在1.2～1.9 MPa。為提高天然氣的利用率，增加經(jīng)濟收益，高排抽汽型汽輪機得到廣泛運用。該機型進汽/抽汽示意圖如圖8所示。

3.2" " 解決傳統(tǒng)熱電聯(lián)供技術(shù)中普遍存在的汽輪機內(nèi)效率偏低問題

傳統(tǒng)的工藝方式系在汽輪機的中壓缸內(nèi)設(shè)置旋轉(zhuǎn)擋墻板來調(diào)整抽汽量，這就必然產(chǎn)生節(jié)流損失，而且由于抽汽量加大，內(nèi)效率也大大降低。因為旋轉(zhuǎn)隔板抽汽的基本原理是通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)隔板窗口大小來調(diào)整抽汽量，所以抽汽量加大是通過縮小旋轉(zhuǎn)隔板的通流面積來實現(xiàn)的，節(jié)流損失會繼續(xù)增大。事實上，設(shè)置旋轉(zhuǎn)隔板對汽輪機運行效率的影響，并不僅僅體現(xiàn)在節(jié)流損失上。

以具有高中壓合缸的汽輪機為例，因為采用旋轉(zhuǎn)隔板，汽輪機高中壓模塊跨距增加，又受制于轉(zhuǎn)子剛度要求，所以往往在設(shè)計上需要加大汽輪機高壓段的直徑，這就造成了高壓葉片變短，如果葉片變短，則勢必造成葉頂?shù)穆┢麚p失增加，進而造成通流的內(nèi)效率降低。根據(jù)上海電氣E880機型設(shè)計經(jīng)驗，相同條件下，采用旋轉(zhuǎn)隔板和不采用旋轉(zhuǎn)隔板的機型在純凝汽式工況下對能效的反映相差0.2～0.3個百分點。因此，采用無旋轉(zhuǎn)隔板的高排抽汽方案更具優(yōu)勢。

3.3" " 解決傳統(tǒng)的中壓缸抽汽溫度與用戶端抽汽溫度不匹配的難題

在汽輪機中壓缸處抽汽，高品質(zhì)的再熱蒸汽（壓力1.8 MPa、溫度約450 ℃）未能充分有效做功。而現(xiàn)實中熱用戶所需溫度僅為250 ℃左右，存在200 ℃的溫差，不可避免地出現(xiàn)了高品質(zhì)蒸汽浪費的現(xiàn)象。在高壓排汽管道處進行抽汽（冷段再熱管道處），該處的蒸汽參數(shù)為2.5～3.4 MPa、360 ℃，完全可以滿足常規(guī)的供熱需求。

高排為乏汽，焓值很低，而中壓缸抽汽點抽出的蒸汽為再熱蒸汽，未能充分膨脹做功，焓值明顯較高，并且隨著供熱壓力的提升，焓值的浪費現(xiàn)象將進一步惡化。因此，從焓值匹配或溫度匹配的角度出發(fā)，對于工業(yè)抽汽采用高排抽汽方案更為合理。

3.4" " 對抽汽參數(shù)的適應(yīng)性更廣

該機型的抽汽適應(yīng)性可以在1.2～2.5 MPa這個區(qū)間，并且抽汽參數(shù)的調(diào)整幾乎對汽輪機的效率沒有任何影響。由于機組的抽汽點不選擇在中壓缸，對該機組效率和出力幾乎無任何影響，這樣就能在熱用戶具有高度不確定性的條件下占據(jù)有利先機。采用相對高的壓力供汽還存在另外一個優(yōu)點，就是熱網(wǎng)的管徑和門系口徑相對較小，并且溫度相對較低，可以采用性能相對低的碳鋼材質(zhì)來做熱網(wǎng)管道，投資金額較低。

3.5" " 適應(yīng)大流量抽汽，滿足用戶的供熱要求

E880機型采用了獨特的高壓缸單獨分缸、中低壓合缸、順流布置的結(jié)構(gòu)，高壓缸和中低壓缸都是分缸推力自平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計，在大流量抽汽的條件下，該特殊的分缸結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)中低壓缸進汽偏少的要求，這時的中低壓缸類似于在做變工況調(diào)峰運行。也就是說，高排抽汽對汽輪機而言，中低壓缸的進汽情況相當(dāng)于汽輪機中低壓缸做部分負(fù)荷下的調(diào)峰運行[2]。

4" " 汽輪機一鍵啟停技術(shù)

4.1" " 一鍵啟停技術(shù)概述

隨著我國環(huán)保要求日趨嚴(yán)格、調(diào)峰需求日益迫切，燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組因具有綠色環(huán)保、啟?？焖俚奶攸c，其投運量正在快速增長。由于燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的汽輪機啟動頻繁，運行人員操作工作量大，存在較大的人為操作風(fēng)險。一鍵啟停技術(shù)的使用，可以實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)汽輪機的自動啟動、自動升速、自動變負(fù)荷和自動停機，大大減少了人為工作量。

一鍵啟停技術(shù)，是指利用順控邏輯進行聯(lián)合循環(huán)汽輪機和輔機設(shè)備啟停操作條件判斷和自動啟停操作。對于過程控制而言，順控邏輯會隨著過程量的變化而自行修改調(diào)節(jié)參數(shù)，使機組啟停流程完全根據(jù)順控邏輯設(shè)置程序執(zhí)行。同時，由于采用一鍵啟停技術(shù)，實現(xiàn)了聯(lián)合循環(huán)汽輪機的全自動程序控制，使得各項操作逐步標(biāo)準(zhǔn)化，操作步驟得到進一步優(yōu)化，最優(yōu)操作手法在控制系統(tǒng)中得到固化，能有效減少運行人員誤操作，提高操作效率，降低機組啟動成本，機組啟動經(jīng)濟效益進一步提高。

4.2" " 一鍵啟停技術(shù)特點

（1）運行靈活。E880型汽輪機采用一鍵啟停，投運盤車→進汽沖轉(zhuǎn)→暖機轉(zhuǎn)速→額定轉(zhuǎn)速→并網(wǎng)→帶負(fù)荷，整個升速并網(wǎng)帶負(fù)荷過程均由順控邏輯通過熱應(yīng)力計算實現(xiàn)，無須運行人員人工操作，提高了電廠的智能化水平以及聯(lián)合循環(huán)機組的運行靈活性和可靠性。

（2）E880型汽輪機DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用先進的X準(zhǔn)則，有效減少了啟動過程中汽輪機壽命損耗。主汽調(diào)節(jié)閥預(yù)熱的X2準(zhǔn)則能防止熱應(yīng)力過大；暖機過程中主蒸汽參數(shù)控制的X4準(zhǔn)則，保證了高壓缸排汽具有適當(dāng)?shù)倪^熱度；主蒸汽溫度控制的X5準(zhǔn)則，保證了高壓轉(zhuǎn)子不出現(xiàn)熱應(yīng)力過大的冷沖擊；再熱汽溫控制的X6準(zhǔn)則，保證了中壓轉(zhuǎn)子不會出現(xiàn)熱應(yīng)力過大的冷沖擊；升速過程中主蒸汽溫度控制的X7準(zhǔn)則，保障了高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子不會出現(xiàn)熱應(yīng)力過大的熱沖擊；升負(fù)荷過程中主蒸汽溫度控制的X8準(zhǔn)則，保證了高壓轉(zhuǎn)子和中壓轉(zhuǎn)子不會出現(xiàn)熱應(yīng)力過大的熱沖擊。

（3）熱應(yīng)力在線計算精度高。在E880型汽輪機的啟動、停機和變負(fù)荷過程中，沿耐用部件徑向分布溫度不均勻會產(chǎn)生比較大的熱應(yīng)力，若運行操作不當(dāng)會縮短汽輪機關(guān)鍵部件的使用壽命，需在線計算監(jiān)控耐用部件的熱應(yīng)力。汽缸與閥殼采用實測溫差法在線計算熱應(yīng)力，轉(zhuǎn)子采用慣性環(huán)節(jié)法在線計算進熱應(yīng)力，計算速度快，結(jié)果精度高。與傳統(tǒng)有限元數(shù)值計算結(jié)果相比，在線計算偏差小于5%。

（4）熱應(yīng)力監(jiān)測設(shè)備多。監(jiān)控對象不僅有包括高壓轉(zhuǎn)子、高壓內(nèi)缸、高壓外缸、高壓主汽閥與調(diào)節(jié)閥在內(nèi)的高壓模塊，還有包括中壓轉(zhuǎn)子、中壓內(nèi)缸、中壓再熱汽閥在內(nèi)的中壓模塊，實現(xiàn)了采用一套系統(tǒng)對一臺汽輪機多個關(guān)鍵部件進行熱應(yīng)力監(jiān)控。

（5）汽輪機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計適應(yīng)快速啟動。采用高窄法蘭、薄壁汽缸等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，使得熱應(yīng)力減小，適應(yīng)了機組的快速啟動。對汽輪機高壓主汽閥組、高壓轉(zhuǎn)子、高壓內(nèi)缸、高壓外缸、中壓再熱閥組、中壓轉(zhuǎn)子、中壓內(nèi)缸、中壓外缸等八大關(guān)鍵部件的冷態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動、極熱態(tài)啟動、正常停機、事故停機、負(fù)荷變動等瞬態(tài)變工況過程進行了溫度場與應(yīng)力場的有限元數(shù)值計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進，保障了汽輪機全工況壽命與強度安全裕度。

（6）啟動時間短。在高精度熱應(yīng)力在線監(jiān)控的基礎(chǔ)上，完成了對燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組啟動曲線的優(yōu)化，E880型汽輪機一鍵啟停采用“快速” “常規(guī)”與“經(jīng)濟”三種模式，合理進行壽命管理。其中快速啟動模式可以將冷態(tài)啟動時間控制在210 min內(nèi)，實現(xiàn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的快速啟動，在保證機組安全的前提下，提高了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的調(diào)峰性能和靈活性。

5" " 結(jié)束語

綜上所述，該汽輪機為軸向排汽機型，運用上海電氣獨特的高排抽汽與一鍵啟停自動控制技術(shù)，使得在有效減少運行人員誤操作的前提下，機組聯(lián)合循環(huán)經(jīng)濟效益大大提高，并為電廠安全穩(wěn)定運行提供了有力保障。

[參考文獻]

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收稿日期：2022-07-28

作者簡介：萬勇（1992—），男，江蘇張家港人，工程師，從事燃?xì)廨啓C發(fā)電機組設(shè)備檢修與管理工作。