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东方1200MW超超临界机组汽轮机设备


东汽1200MW等级汽轮机设计技术评审

求实.创新.人和.图强

东汽1200MW等级汽轮机设计技术评审

目录
1 超超临界1200MW等级汽轮机技术开发原则 2 超超临界1200MW等级汽轮机技术继承发展 3 先进的1200MW机组技术方案 4 关键技术特性 5 结论

东汽120

0MW等级汽轮机设计技术评审

1东汽超超临界1200MW等级汽轮机的技术开发原则
结构成熟--尽可能采用有运行业绩的1000MW结构,实施技术的 继承发展,确保东汽首台1200MW等级机组具有良好的可靠性。 技术性能先进--关键技术突破。使机组的经济性、可靠性,可 控性等各项指标代表国际、国内先进水平。 发挥技术优势 –在多台湿冷1000MW机组成功投入商业运行的设 计、运行实践经验,和独立成功研制开发1100MW空冷机组的实践 基础,长叶片的开发能力。按规范的设计开发流程,精细设计 开发当代先进的1200MW等级湿冷汽轮机,保证公司的持续发展 能力。
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2东汽超超临界1200MW等级汽轮机的技术继承发展
超超临界1000MW湿冷汽轮机D1000A(邹县) ?全新引进日立技术
型 号: TC4F-43 型 额定功率: 1000 MW 额定参数: 25 MPa / 600 ℃ / 600 ℃ 结 构: 高中压分缸、四缸四排汽 运行方式:“定一滑一定”或定压 回热级数: 8级(3高加+1除氧+4低加) 启动方式: 高压缸启动或中压缸启动 通流级数: II+ 8;2x6 ;2x2x6 末级叶片: 1092mm 汽封系统: 自密封系统 外形尺寸: 37.9×9.9 ×6.8 m 滑油系统: 轴驱动的主油泵 油涡轮

超超临界1200MW湿冷汽轮机D1200A ?消化吸收再创新技术
号: TC4F-48

额定功率: 1200 MW 额定参数: 28 MPa / 600 ℃ / 620 ℃ 结 构: 高中压分缸、四缸四排汽 运行方式: 滑压 回热级数: 8级(3高加+1除氧+4低加) 启动方式: 高压缸启动或中压缸启动 通流级数: 10(无调节级);2x7 ;2x2x5 末级叶片: 1200mm 汽封系统: 自密封系统 外形尺寸: 37.9×9.9 ×6.8 m 滑油系统: 轴驱动的主油泵 油涡轮

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3 超超临界1200MW等级湿冷汽轮机技术方案
——汽轮机总体结构及布置

大结构继承,成熟可靠

▲1个高压缸(逆流)+1个双流程中压缸+ 两个双流低压缸 ▲高压阀布置在机头侧,中压阀布置在中压缸中部两侧,采用浮动支承;运行平台整洁美观。

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3.1 机组主要技术规范及总体热力方案

★型式:超超临界、一次再热、单轴、四缸四排汽、
凝汽式汽轮机。
? ? ? ? ? ? ? 额定功率: 1200MW 最大出力: 1260MW 汽轮机额定转速:3000r/min 旋转方向(从汽机向发电机看):逆时针 末级叶片长度:1200mm 排汽压力: 4.9kPa;TRL 11.8 kPa 回热级数:3高压加热器+1除氧器+4低压加热器, 除氧器采用滑压运行
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? 通流级数: 高压缸 中压缸 低压缸

10压力级(无调节级) 2×7压力级 2×2×5压力级

总热力级22级,总结构级44级。 ? 给水泵拖动方式:汽动给水泵。 ? 汽轮机外形尺寸(长×宽×高):约 ? 汽封系统: ? 运行方式: ? 配汽方式: 40%THA以上工况全滑。 节流配汽。
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37m×7.6×8.3 m

采用自密封系统(SSR)。

? 机组布置方式:室内纵向布置,机组运转层标高17m。

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★典型工况热力参数
(1)THA工况参数: ? 主蒸汽压力/温度:26.42MPa/600℃ ? 再热压力/再热温度:4.384 MPa/620℃ ? 主蒸汽流量: 3293.1 t/h ? 排汽压力: 4.9kPa ? 最终给水温度: 311.℃ ? 环形速度:272m/s (2) VWO工况主要参数如下: ? 主蒸汽压力/温度:28MPa/600℃ ? 再热压力/再热温度:4.615 MPa/620℃ ? 主蒸汽流量: 3492 t/h ? 最终给水温度: 314.7℃ ? 环形速度:283m/s

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1200MW汽轮机工况特性分析及优化 优化设计点 优化目标: ●确定机组长期 运行经济点; ●TMCR-夏季能 力特性; ●老化补偿-超 压5%以内;

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3.2主机设计方案
本机组通流设计所参照的母型机是百万超超临界机组,结构上采用超超 临界1000MW的结构型式。

主要技术措施: (1)取消调节级,由喷嘴配汽改为节流配汽,提高机组经济性。 (2)调整中低压间的分缸压力由1.0MPa降低到0.7MPa (3)优化设计高中压通流 (4)低压缸采用1200mm低压模块 (5)对高、中压缸进口,中、低压缸排汽口进行优化设计

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1 高压模块 1.1 高压通流设计 通流方案设计特点
▲采用最新的通流设计规范设计通流 级,通流叶片级的速比与反动度 最佳匹配设计;

▲采用在日立原始叶型基础上开发的
静、动叶型线,型线损失低;

▲10个热力通流级,根径1060mm。 ▲所有级次叶根采用枞树型叶根,自
带围带预扭成圈设计;

高压缸通流图

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1.2 高压内外缸设计
高压模块的静子结构,如高压外缸、高压内缸等与超超临界D1000A机组基本相 同,不同之处是:由于配汽方式采用节流配汽,高压部分将调节级改为压力级,因此高 压通流里面就取消了喷嘴室和喷嘴组。高压内外缸结构作相应的更改。

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2 中压模块 2.1 中压通流设计 通流方案设计特点
▲采用最新的通流设计规范设计 通流级,通流叶片级的速比与反动 度优化匹配设计; ▲采用在日立原始叶型基础上开发 的静、动叶型线,型线损失低; ▲2×7个通流级。根径1450mm; ▲中压所有级次采用枞树型叶 根,自带围带预扭成圈设计。
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2.2 中压内外缸设计
●中压模块的静子结构,如中压外缸、中压内缸等与超超临界1000MW机组相同。中压外
缸采用与1000MW机组相同的材料,为ZG13Cr1Mo1V。

●中压内缸和中压进汽弯管采用新材料CB2。

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2.2 中压内外缸设计

▲中压缸采用成熟的双层缸结 构,均有水平中分面。 ▲中压转子高温部位采用特殊 的冷却结构. ▲中压外缸进汽口处采用特殊 的冷却结构.

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3 低压模块 3.1 低压通流设计
通流方案设计特点 ▲低压缸设计为5级,根径1905mm,前4级 根部速比在0.5以上; ▲低压缸采用1200mm低压模块,前几级静、 动叶片采用48英寸低压缸对应级次为母 型优化设计; ▲低压缸前三级采用菌型叶根,自带围带 预扭成圈设计; ▲低压缸次末级采用枞树型叶根,围带成 圈叶片设计; ▲低压缸末级采用枞树型叶根,围带、拉 筋成圈叶片设计。
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3.2 低压内外缸设计
●低压模块结构型式采用1000MW机组的结构,三层低压缸结构。 ●新设计低压进汽室,低压缸。 ●低压末级叶片采用1200动叶,双流2×5级,A缸与B缸一样。 ●整锻超纯净Ni-Cr-Mo-V 低压转子。

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3.3低压排汽缸优化设计
优化后 静压恢复 能量损失系数 AREA-IN AREA-OUT OUT/IN 0.33 0.67 3.69 12.39 3.35 优化前 0.17 0.83 4.45 13.56 3.05

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3.6 阀门设计
●由于采用节流配汽,高压主汽阀和调节阀都由原来1000MW机 组的四个改为2个。 ●阀门的布置方式与超超临界百万机组相同,高压主汽阀和调节 阀焊接在一起,悬吊在机头前的运行层下。 ●中压阀的布置方式也与超超临界百万机组相同,布置在中压缸 的两侧。

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3.6 阀门设计
——阀门强度分析

28MPa/600 ℃高压主汽调节阀的mises应力

满足设计规范

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3.7 机组的死点和滑销系统

●静子设三个绝对死点:中低压间轴承箱下及低压缸的中心 线附近。 ●滑动面采用GE、西屋、三菱、俄罗斯等公司成熟设计 ●推力轴承安装2#轴承后,1、2#轴承箱采用滑动设计,自 润滑滑块摩擦系数低、终身免维护。 ——抵消动静部分胀差,高、中、低压间动静的胀差小。

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3.9辅机方案设计 对于1200MW机组的辅机设备方面,跟常规1000MW 机组相差不大,只是尺寸、容量方面有些区别,不会有 根本性的变化。 而对于系统而言,由于机组任然采用四缸四排汽,更 常规1000MW湿冷机组一样,所以,对辅机系统而言跟 1000MW机组也是一样,唯一变化的就是由于机组的初参 数提高,对管道、阀门要采用耐高温的材料来满足机组 安全运行的需要。机组的自密封系统任然采用四阀系 统,油系统采用主油泵——油涡轮系统供油,疏水系统 的控制也采用1000MW湿冷机组的成熟控制模式。

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3.9.2 润滑油系统

?采用主油泵-油涡轮供油系统,噪音小、效率高、厂用电少、节能环保 ?采用集装油箱、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用,多重保护,系统安全性高

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3.9.3 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 ? 安全可靠

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3.9.4 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

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3.9.5 低压缸减温喷水系统

?组成—喷水调节阀、喷水嘴、
测温元件等

?按温度高低控制自动喷水调节
阀开度,控制喷水量、减少对末 叶冲击

?调节阀采用进口件、安全可靠

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3.9.6先进的凝汽器设计技术
★ 先进德国BD公司模块式排管 ★ 采用“汽相流场与数值传热模拟程序”进行深入理论计算

▼汽阻小 ▼热负荷均匀 ▼无明显涡流区 ▼凝结水无过冷度
70年代 外围带状式排管 80年代 卵形排管 90年代 模块式排管 “汽相流场与传热数值模拟程序”对BD模块式 排管计算的速度矢量图

采用BD排管技术,总体换热效率高,比HEI第9版高约6%

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4 1200MW汽轮机关键技术特性
节流配汽设计 高压进汽室气动性能优化
四个进汽口 (带隔断) 总压损失系 数 总损失系数 0.67% 100.00% 切向进 汽模型 0.20% 30.22%

节流配汽

▲ 采用节流调节,取消调节级,高压缸效率可提高2%以上。 ▲ 高压进汽采用切向进汽,进汽部分的总损失系数降低到原来的30.22%。

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4 1200MW汽轮机关键技术特性
中压进汽口优化

日立中压进汽 优化中压进汽模型 室 总压损失系数 总损失系数 1.40% 156.47% 0.27% 46.95%
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4 1200MW汽轮机关键技术特性 ?1200mm末级叶片

48英寸叶片

43英寸叶片

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●东方1200mm湿冷末级叶片设计特点

动试验结论:
★试验获得的频率特性与有限元分析 (FEM)结果吻合,证明数值分析结果可 靠。 ★在许用工作转速范围内,避开了叶片 的“三重点”。1200mm叶片的频率特性是 合格的。 ●动试验证明本叶片已成功开发,经过 专家评审,可投入工程应用。

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1 2 0 0 m m 叶 片 验 收 结 论

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4 1200MW汽轮机关键技术特性
?初参数提高影响的主要部套设计对策

应对压力提高—调整壁厚实现高压主汽阀、高 压调节阀、高压内缸、高压进汽管、高压导汽 管、设计。 应对温度提高—采用CB2材料实现高、中压阀、 中压进汽管。 —采用冷却技术。
—12Cr铸钢和P92材料均可用

于1200MW机组。

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4 1200MW汽轮机关键技术特性

☆1200MW汽轮机经济性分析

高压2-6级段3D分析结果:
☆理想通流级效率高达95.59%,说明通流 级匹配合理。 ☆整高压缸通流优化设计可提高级效率约 4.8% (相对原1000MW机),达到

91%以上。

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4 1200MW汽轮机关键技术特性

☆1200MW汽轮机经济性分析 整缸低压通流级段 3D优化结果:
☆低压缸等熵效率为 93.8%,轮周效率为 89.8%。

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4 1200MW汽轮机关键通流设计特性
☆世界大公司叶片流道技术 高压级3D流道优化技术 95.65% 攻角优化 三维成形优化 静动叶型优化 东汽创新

优化后效率提高 1.32%

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5 结 论
●东汽在成熟可靠、性能先进的超临界1000MW机组的研制技术和大量运行实 践经验基础上,采用当代先进可靠的分析技术和试验技术,严格按照规范的 研制流程和开发质量控制计划,完成的新超超临界1200MW汽轮机具有当代先 进性。 ●新超超临界1200MW机组的大结构技术成熟可靠,采用了先进成熟的通流设 计技术,完成了通流能力放大设计和汽轮机结构模块化设计,机组技术继承 性好。 ●对参数提升所涉及的部套设计技术和材料应用技术都有切实可行的解决方 案。完成了如1200mm长叶片、高温部件冷却等关键技术的开发应用。 ●新超超临界1200MW机组的整机效率较原1000MW机组提高1%以上。 1200MW 所以东方有能力开发新型超超临界1000~1200MW机组。按这种技术路线使机 组研发的风险降到最低。


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