53北重阿尔斯通公司超临界600MW 汽轮机技术特点及其热力性能考核试验钟 平1,徐晓春2,邵文长11.西安热工研究院有限公司苏州分院,江苏苏州 2150112.平圩第二发电有限责任公司,安徽淮南 232089[摘 要] 介绍了平圩第二发电公司3号机组由北重阿尔斯通公司制造的首台超临界600MW 汽轮机的主要技术特点,并对机组性能考核试验的热耗率、出力及缸效率等试验结果进行了分析。
机组的热耗率为7463.5kJ/(kW h),经济性居于国内领先水平。
[关 键 词] 600MW 机组;超临界;热力性能;考核试验;热耗率;缸效率[中图分类号] T K267[文献标识码] A[文章编号] 1002-3364(2008)06-0053-04收稿日期: 2007-11-06作者简介: 钟平(1977-),男,工程硕士,西安热工研究院有限公司苏州分院工程师,主要从事电站汽轮机性能研究。
自1959年GE 公司生产的世界首台125M W 超临界火电机组在美国投运以来,超临界汽轮机组历经多年的发展和完善,单机功率不断增大,初参数不断提高。
我国近期建设的国产超临界600M W 机组将成为今后电网中的主力机型,超临界发电技术已作为一种高效、节能和环保的发电技术在全国推广应用。
早期我国投产的超临界600M W 等级大型机组均为进口机组,例如我国首台投产的超临界600M W 机组为华能石洞口第二发电厂1号机组,其汽轮机为ABB 公司生产。
此后,盘山电厂的俄罗斯超临界500M W 机组、后石电厂的三菱公司超临界600M W 机组相继投产。
随着超临界机组国产化的发展,由哈尔滨汽轮机厂设计生产的首台超临界600MW 汽轮机在华能沁北电厂投产,而由北重阿尔斯通公司生产的首台超临界600M W 汽轮机也于2007年3月在平圩第二发电公司投产。
1 汽轮机特点1.1 补汽阀北重阿尔斯通公司的超临界600M W 汽轮机进汽采用节流调节全周进汽方式,无调节级,有两个调节汽阀,还设置两个补汽阀。
补汽阀设计是在主蒸汽流量高于热耗率保证(TH A)工况的流量时才开始过载补汽,并在调节汽阀全开(VWO)工况时所有调节汽阀和补汽阀均全开。
补汽是从主汽阀后、调节汽阀前引出部分新蒸汽,经节流降低参数后进入高压第8级动叶后空间,与缸内主流蒸汽混合后在后面各级继续膨胀做功。
从设计角度考虑,过载补汽技术可以提高机组的运行灵活性,使机组具备快速响应过载的能力。
补汽阀的设计将同时提高机组在补汽阀开启前所有工况的经济性,但在高于TH A 工况后开启补汽阀时所引出的部分主蒸汽将牺牲一定的经济性。
1.2 汽缸结构型式北重阿尔斯通公司超临界600M W 汽轮机为四缸四排汽的结构型式,汽轮机包括1个反向单流的高压模块,1个分流的中压模块和2个分流的低压模块。
54一般三缸四排汽结构型式的机组采用高中压合缸结构,但由于受转子长度所限,只能容纳原有的高压级和保留中压部分的前几级。
中压部分级数减少将导致进入低压缸的蒸汽压力增加,容积流量减小,从而大大降低低压缸前几级叶片高度,增大了二次流损失和漏汽损耗,其最终结果是牺牲了级效率很高的中压后几级,代之以较低效率的低压分流前几级。
因此,从经济性角度来看,四缸机组的整机效率高于三缸机组。
1.3 单轴承支承三缸机组一般采用双轴承支承,轴系设置有8个主轴承(含发电机)和1个励磁机轴承。
北重阿尔斯通公司超临界600M W机组采用ABB公司设计的单轴承支承,轴承数量是n+1(n为转子数量),仅有6个主轴承(含发电机)和1个励磁机轴承。
由于减少了两个轴承箱的长度,机组整体长度也低于三缸结构的机组(图1)。
图1 单轴承支承的轴系结构1.4 紧圈式高压内缸北重阿尔斯通公司超临界600MW汽轮机高压内缸无水平中分面法兰,上下缸为半圆筒形结构,用7个紧圈红套箍紧。
工序是先将高压转子平置于内缸中,将紧圈用环形火焰加热至200左右,利用液压千斤顶快速更换支承,依次将紧圈红套内缸,冷却后使内缸具有足够的密封紧力,以确保高压内缸中分面在任何工况下运行时无蒸汽泄漏。
这种高压内缸结构轻巧,内外缸直径明显减小,无应力集中,受热均匀,汽缸无扭曲,变工况性能优良,适应参与电网调峰运行。
图2 紧圈内缸红套与螺栓紧固内缸结构比较1.5 焊接转子北重阿尔斯通公司汽轮机高、中、低转子都采用焊接转子,具有内应力小,金相结构优良,锻件材质均匀以及锻件尺寸不受大钢锭的限制等优点。
焊接转子可根据转子各部分所承受的不同运行温度,在一根转子中的不同部位采用不同的材料锻造。
平圩第二发电公司超临界600MW机组的主蒸汽和再热蒸汽温度均为566,因此高、中压转子的最高温段采用了ST10/2TS(X12CrMo VNbN10-1-1)高温合金钢,其余部分采用耐温较低的ST459T S(25CrM oV3-8)合金钢。
与整锻转子相比,焊接转子可以节省大量价格昂贵的高温材料。
1.6 高、中压缸模块整装出厂北重阿尔斯通公司600M W机组的高、中压模块都在制造厂内整装出厂,高、中压模块装配精度和清洁度均得到有效的保证,可以充分保证设计的精度要求和相对内效率。
模块运抵安装现场后无需解体安装。
施工现场的安装较为简便,整个高、中压模块直接放上轴承箱,并卸去轴向定位板,就可以进行调整对中,从而可有效地缩短安装周期。
2 机组热力性能考核试验2.1 汽轮机设计数据北重阿尔斯通公司超临界600M W汽轮机设计参数见表1。
表1 汽轮机设计参数配汽方式节流调节额定功率/M W600最大连续功率/M W643.939调节阀全开功率/M W666.415额定热耗率/kJ (kW h)-17510额定主蒸汽流量/t h-11691.852额定主蒸汽压力/M Pa24.2额定主蒸汽温度/566额定热段再热蒸汽温度/566额定背压/kPa 4.9高压缸效率/%89.0中压缸效率/%92.2低压缸效率/%89.72.2 考核试验标准及仪表为了验证汽轮机热力性能,平圩第二发电有限责任公司委托西安热工研究院有限公司承担3号汽轮机的热力性能考核试验。
3号机组于2006年12月30日首次起动,2007年3月19日完成168h满负荷试运并投入商业试运行,热力性能考核试验的现场试验于2007年5月3日到21日完成。
2.2.1 试验标准汽轮机性能考核试验采用的标准为美国机械工程师协会!汽轮机性能试验规程∀(ASM E PT C6-1996);水和水蒸气性质计算采用国际水和蒸汽性质协会(IAPWS)工业公式IF1997。
2.2.2 试验仪表3号汽轮机性能考核试验的测点布置严格按照ASME PT C6规程的要求进行,为确保试验的精度,对部分重要测点如主蒸汽温度、高压缸排汽温度、热段再热蒸汽温度、中压缸排汽温度、除氧器出水温度、最终给水温度,均采用了双重测点。
低压缸排汽压力采用导流板进行测量,在每个排汽口均匀布置4个测点,共16个排汽压力测点。
主流量的测量采用ASME PTC6规程所推荐的高精度喉部取压长径式流量喷嘴,用来测量主凝结水流量,流量测量管段安装于5号低压加热器出口至除氧器之间的凝结水水平管道上,并采用双重取压方式来获取流量差压。
所有试验仪表诸如流量喷嘴、压力变送器、差压变送器、热电偶、铂电阻、功率变送器等均在试验前经过法定计量部门进行了校验,并具有合格证书。
2.2.3 修正项目对试验结果的修正项目包括:主蒸汽压力和温度、再热压损、热段再热蒸汽温度、低压缸排汽压力、最终给水温度、给水泵汽轮机进汽流量、再热减温水流量、给水泵焓升、补水率、老化及发电机电功率测量PT二次回路压降等修正项目。
上述各项修正项目中除最后两个修正项目外,均使用制造厂提供的修正曲线进行修正。
老化修正则参照!汽轮机性能试验测量不确定度评价导则∀(A SM E PTC6Repor t-1985)进行修正;发电机电功率测量PT二次回路压降根据试验后各方确定的压降值进行修正。
2.3 热耗率试验结果按照试验方案,共进行两次试验,试验在两个调节阀全开、两个补汽阀全关的情况下进行。
两次试验的系统不明泄漏率分别为0.09%和0.11%,基本达到ASME PT C6试验规程要求的0.1%。
3号汽轮机TH A工况热耗率试验结果见表2。
表2 3号汽轮机THA工况热耗率试验结果试验工况设计值试验(1)试验(2)主蒸汽压力/温度/M Pa/24.2/566.023.58/566.423.71/566.3冷段再热蒸汽压力/温度/M Pa/4.65/317.5 4.45/314.6 4.47/314.4热段再热蒸汽压力/温度/M Pa/4.19/566.0 4.15/565.4 4.17/564.2中压缸排汽压力/温度/M Pa/0.54/277.60.57/283.00.58/282.1低压缸排汽压力/kPa4.9 6.47 6.43再热减温水流量/t h-10.00.00.0高压缸前后轴封一段漏汽流量/t h-17.00 6.18 6.19主蒸汽流量/t h-11691.81707.471716.72系统不明泄漏率/%0.000.090.11高压缸效率/%89.090.090.0中压缸效率/%92.293.493.4低压缸效率/%89.788.7188.67电功率/kW600000.1608518.3611110.1热耗率/kJ (kW h)-175107597.67593.3修正后电功率/kW600000.1623957.7624201.6修正后热耗率/kJ (kW h)-175107463.47463.5热耗率平均值/kJ (kW h)-175107463.5TH A工况的两次试验热耗率修正前平均值为7595.5kJ/(kW h),经各参数修正后的热耗率平均值为7463.5kJ/(kW h),热耗率修正量约为132.0kJ/(kW h)。
从各参数修正量比较来看,热耗率的修正主要集中在低压缸排汽压力试验值与设计值偏差的修正,低压缸排汽压力的热耗率修正量约为114.6kJ/(kW h)。
修正后试验热耗率平均值比保证值7510kJ/(kW h)低约46.5kJ/(kW h),即优于设计值约0.62%。
2.4 缸效率TH A工况实测高压缸效率为90.0%,比设计值高出约1个百分点;中压缸实测效率为93.4%,比设计值高出1.2个百分点。
因低压缸计算的不确定度较大,故对低压缸效率不作比较,T H A工况试验测量55UEEP低压缸效率为88.7%,ELEP低压缸效率为90.9%。
试验同时测量了高压缸前后轴封一段漏汽的流量,试验值6.18t/h低于设计值7.0t/h,可见高、中压模块的整体出厂保证了汽轮机的动静间隙达到设计要求。
在3号机组通过168h试运结束后的当天进行了焓降试验,通过焓降试验测量了高、中压缸效率。