热力系统及汽轮机热力特性.pptx

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1、国家国家863863“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题和国家重大技术装课题和国家重大技术装备研制课题中的工作备研制课题中的工作 863 863“超超临界燃煤发电技术超超临界燃煤发电技术”课题研究内容课题研究内容1 1）超超临界汽轮机高温铸钢件用）超超临界汽轮机高温铸钢件用12%Cr12%Cr钢试验研究钢试验研究 2 2）超超临界汽轮机喷嘴静叶仿固体微粒侵蚀的机理研究）超超临界汽轮机喷嘴静叶仿固体微粒侵蚀的机理研究3 3）超超临界汽轮机转子冷却技术研究）超超临界汽轮机转子冷却技术研究 国家重大技术装备研制项目国家重大技术装备研制项目“超临界机组研究超临界机组研究”，主要内，主要内容

2、包括：容包括：1 1）超临界汽轮发电机组转子动力学特性研究）超临界汽轮发电机组转子动力学特性研究2 2）超临界汽轮机可靠性设计技术研究）超临界汽轮机可靠性设计技术研究3 33 3）超临界汽轮机高中压缸及转子设计开发和工艺研究）超临界汽轮机高中压缸及转子设计开发和工艺研究4 4）超临界汽轮机主汽阀调节阀研制）超临界汽轮机主汽阀调节阀研制 5 5）超临界汽轮机低压缸及转子设计开发和工艺研究）超临界汽轮机低压缸及转子设计开发和工艺研究6 6）超临界汽轮机高温材料研究）超临界汽轮机高温材料研究 7 7）超临界汽轮机铸锻件材料研究）超临界汽轮机铸锻件材料研究中国超超临界机组发展1.汽轮机热力特性第1页/

3、共27页参数参数单单位位600MW600MW超临界超临界机组机组1000MW1000MW超超临界超超临界机组机组机组功率机组功率MWMW6006006006006006001000100010001000蒸汽流量蒸汽流量MCRMCRt/ht/h19001900190019001944.71944.72953295330333033过热蒸汽压力过热蒸汽压力MPaMPa25.425.425.425.424.824.827.5627.5626.2526.25过热蒸汽温度过热蒸汽温度543543571571571571605605605605再热蒸汽流量再热蒸汽流量t/ht/h1640.31640.3

4、1607.61607.61588.51588.5245724572469.72469.7再热蒸汽进口压力再热蒸汽进口压力MPaMPa4.614.614.714.714.854.856.06.04.994.99再热蒸汽出口压力再热蒸汽出口压力MPaMPa4.424.424.524.524.674.675.85.84.794.79再热蒸汽进口温度再热蒸汽进口温度297297322322327327359359356.3356.3再热蒸汽出口温度再热蒸汽出口温度569569569569569569603603603603给水温度给水温度283283284284289289296296302.4302

5、.4电厂电厂兰溪兰溪沁北沁北王曲王曲玉环玉环邹县邹县国内超临界、超超临界机组参数举例1.汽轮机热力特性第2页/共27页压力压力 温度温度再热再热温度温度汽轮机汽轮机热耗差热耗差汽轮机汽轮机热耗降热耗降低相对低相对值值汽轮机循环汽轮机循环热效率相对热效率相对提高值提高值kJ/kWhkJ/kWh%25256006006006000 00 00 02828600600600600-42-42-0.571-0.5710.570.573131600600600600-80-80-1.08-1.081.101.10压力压力 温度温度再热再热温度温度汽轮机汽轮机热耗差热耗差汽轮机汽轮机热耗降热耗降低相对低相

6、对值值汽轮机循环汽轮机循环热效率相对热效率相对提高值提高值MPaMPakJ/kWhkJ/kWh%25255805806006000 00 00 02525600600600600-40.2-40.2-40.2-40.20.540.5428285805806006000 00 00 02828600600600600-41-41-41-410.560.5631315805806006000 00 00 03131600600600600-42.5-42.5-42.5-42.50.580.58事实上，参数每提高一步，都与材料技术进步息息相关。选择蒸汽参数，不仅要看机组的经济性，更要比较设备的价格和

7、整个电站的可靠性。主蒸汽压力比较（600/600）主蒸汽温度比较国内超临界、超超临界机组参数选择1.汽轮机热力特性第3页/共27页1000MW蒸汽参数蒸汽参数（MPa/）制造厂家（炉制造厂家（炉/机机/电）电）投运时间投运时间 玉环玉环#1 27.56/605/603哈锅（三菱）哈锅（三菱）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2006.11.28 玉环玉环#2 27.56/605/603哈锅（三菱）哈锅（三菱）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2006.12 玉环玉环#3 27.56/605/603哈锅（三菱）哈锅（三菱）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2007.

8、11 玉环玉环#4 27.56/605/603哈锅（三菱）哈锅（三菱）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2007.11 邹县邹县#7 26.25/605/603东锅（东锅（BHK）/东汽（日立）东汽（日立）/东汽电东汽电2006.12.4 邹县邹县#8 26.25/605/603东锅（东锅（BHK）/东汽（日立）东汽（日立）/东汽电东汽电2007.1 泰州泰州#1 26.15/605/603哈锅（三菱）哈锅（三菱）/哈汽（东芝）哈汽（东芝）/哈汽电哈汽电2007.12 泰州泰州#2 26.15/605/603哈锅（三菱）哈锅（三菱）/哈汽（东芝）哈汽（东芝）/哈汽电哈汽电2008.3

9、 外高桥外高桥#7 28.0/605/603 上锅（阿尔斯通）上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2008.3 外高桥外高桥#8 28.0/605/603 上锅（阿尔斯通）上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2008.6 北仑港北仑港#6 27.56/605/603东锅（东锅（BHK）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2008.12 北仑港北仑港#7 27.56/605/603东锅（东锅（BHK）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2009.6.2 海门海门#1 26.25/605/603东锅（东锅（BHK）/东汽（日立）东汽（

10、日立）/东汽电东汽电2009.6.14 宁海宁海#5 29.3/605/603 上锅（阿尔斯通）上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2009.9 宁海宁海#6 29.3/605/603 上锅（阿尔斯通）上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2009.9.21 北疆北疆#1 28.0/605/603 上锅（阿尔斯通）上锅（阿尔斯通）/上汽（西门子）上汽（西门子）/上汽电上汽电2009.9.24 海门海门#2 26.25/605/603东锅（东锅（BHK）/东汽（日立）东汽（日立）/东汽电东汽电2009.9.27 1.汽轮机热力特性第4页/共27页江苏

11、沙洲电厂二期21000MW主要技术规范 1 汽轮机型式：超超临界参数、一次中间再热、单轴、凝汽式、8级回热抽汽。2 汽机高压主汽阀前参数 额定压力：27MPa 额定温度：6003 汽机中压主汽门前参数 额定压力：92%高压缸排汽压力 额定温度：600 4 加热器(包括除氧器)级数：8级5 给水温度(铭牌工况)：299.1/296.3（电动引风机/汽动引风机方案）6 工作转速：3000 r/min7 旋转方向：顺时针(从调阀端向电机端看)8 最大允许系统周波摆动：47.551.5Hz9 设计背压(全年平均背压)：4.8 kPa 夏季背压(TRL工况背压)：9.5kPa10保证热耗率：7272 k

12、J/kW.h（THA基准工况）7317 kJ/kW.h（在THA基准工况基础上汽动引风机）7362kJ/kW.h（75%THA基准工况）7404 kJ/kW.h（在75%THA基准工况基础上汽动引风机）1.汽轮机热力特性技术规范第5页/共27页汽轮机工况及容量规范汽轮机工况及容量规范目前国内电力行业应用3种不同的汽轮机工况及容量规范：国际标准IEC600451：1991、电力行业标准DL/T8922004、国标GB/T55782007。1、电力行业标准DL/T8922004该标准有关汽轮机工况及容量的定义起源于1994年1997年“关于国产300、600MW亚临界火电机组三大主机参数匹配的专题

13、研究”，其主要工况定义如下：1.汽轮机热力特性第6页/共27页(1)额定功率或铭牌功率(TRL，turbine rated power ornameplateload)是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数、背压11.8kPa绝对压力，补给水率3%及回热系统正常投入条件下，扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等的功耗，供方能保证在寿命期内任何时间都能安全连续地在额定功率因数、额定氢压(氢冷发电机)下发电机端输出的功率。注:背压11.8kPa是对湿冷机组，空冷机组的背压与大气温度有关，其满发背压由供需双方确定。汽轮机工况定义汽轮机工况定义-传统传统1.汽轮机热力特性第7页/共27页(2)最 大 连 续 功

14、率(TMCR，turbine maximum continuousrating)是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数下，主蒸汽流量与铭牌功率的进汽量相同，考虑年平均水温等因素规定的背压（设计背压），补给水率为0%及回热系统正常投入，扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等的功耗，在额定功率因数、额定氢压(氢冷发电机)下发电机端输出的功率。该功率为供方的保证功率，并能在保证的寿命期内安全连续地运行(根据我国的背压条件6.34.9kPa，该最大保证功率一般可能比铭牌功率大3%6%)。汽轮机工况定义汽轮机工况定义-传统传统1.汽轮机热力特性第8页/共27页(3)热耗率验收功率(THA，turbine heat-

15、rate acceptancepower)在最大连续功率(TMCR)定义的条件下发电机端输出额定功率的工况，该工况主蒸汽流量与额定功率的进汽量不相同。该工况下热耗率一般作为汽轮机验收保证值。THA工况条件下的热耗率按下式计算不计入任何正偏差值）汽轮发电机组热耗率=式中：Wt-主蒸汽流量kg/h；Wr-再热蒸汽流量kg/h；Ht-主汽门入口主蒸汽焓kJ/kg；Hr-经再热器的蒸汽焓差kJ/kg；Hf-最终给水焓kJ/kg；kWg-电机终端输出功率kW；-采用静态励磁时所消耗的功率汽轮机工况定义汽轮机工况定义-传统传统1.汽轮机热力特性第9页/共27页(4)最大计算容量maximumcapabil

16、ity在调节阀全开时(VWO)的进汽量以及在最大连续功率(TMCR)定义的条件下发电机端输出的功率，或称阀门全开功率(VWO，valvewideopen)。在此定义下的进汽量为额定功率（TRL)进汽量的1.05倍。该进汽量一般作为锅炉最大连续蒸发量(BMCR)，不必再加裕量。汽轮机工况定义汽轮机工况定义-传统传统1.汽轮机热力特性第10页/共27页汽轮机工况定义-传统进汽量进汽量功率功率背压背压补水量补水量THA工况工况1792t/h600MW5.88kPa0%夏季工况夏季工况(TRL)1908t/h600MW11.8kPa3%(T-MCR)工工况况1908t/h632.1MW 5.88kPa

17、0%调门全开工调门全开工况况(VWO)2026t/h662.9MW 5.88kPa0%机组工况定义1.汽轮机热力特性第11页/共27页中国电力行业中国电力行业TRL定义的来源定义的来源11.8kPa,3%补水定义来源本公司补水定义来源本公司1985年提供的西屋内部针对年提供的西屋内部针对美国美国“能力工况能力工况”的定义的定义(美国美国60Hz,相同水温下的背压比中国相同水温下的背压比中国高高40%）。）。1981年引进西屋年引进西屋300MW/600MW火电机组，无火电机组，无TRL定义。定义。1997年电机工程学会报告要求引进型年电机工程学会报告要求引进型300MW按按THA,TRL,TM

18、CR,VWO四种工况定义匹配四种工况定义匹配.汽轮机工况定义汽轮机工况定义-传统传统1.汽轮机热力特性第12页/共27页第13页/共27页国家推荐标准GB/T55782007的特点该规范与DL/T8922004的区别主要有以下两点：铭牌功率(TRL)对应的夏季高背压工况是按电厂当地的夏季实际背压和补水率，例如华能玉环1000MW机组夏季高背压工况确定为8.6kPa，2%补水率，而DL/T8922004标准中都统一定义为11.8kPa，3补水率；VWO功率的进汽量不要求一定是TRL工况进汽量的105，例如华能玉环电厂、外高桥III电厂1000MW机组VWO与TRL工况的流量比均选定为103%。汽

19、轮机工况定义汽轮机工况定义-新国标新国标1.汽轮机热力特性第14页/共27页1额定工况(也称TRL工况、铭牌出力工况)汽轮发电机组能在下列条件下在保证寿命期内任何时间安全连续运行，发电机端输出额定功率1050MW，此工况为机组出力保证值的验收工况，此工况的进汽量称为汽轮机铭牌进汽量。(1)额定主蒸汽参数、再热蒸汽参数及所规定的汽水质量；(2)汽轮机低压缸排汽平均背压为9.5 kPa(a)；(3)补给水率为1.5；(4)补汽阀开；2热耗保证(THA)工况 汽轮发电机组在下列条件下在保证寿命期内任何时间能够安全连续运行，汽轮发电机组输出功率为1050MW。此工况为热耗保证工况。另外，75%THA工

20、况也要求作为热耗保证工况。(1)规定的主蒸汽、再热蒸汽参数及汽水品质；(2)汽轮机低压缸排汽平均背压4.8 kPa；(3)补给水量为0；(4)补汽阀不开。3汽轮机最大连续出力(TMCR)工况汽轮机进汽量等于额定(TRL)工况的进汽量(铭牌进汽量)，其它条件同2.1.1.2时，汽轮机能安全连续运行。此工况下发电机输出功率称为机组最大连续出力。此工况为机组出力保证工况。补汽阀开。4 调节阀全开(VWO)工况汽轮发电机组能在进汽阀(调节阀和补汽阀)全开，其它条件同2.1.1.2时，安全连续运行。汽轮机阀门全开的进汽量应不小于103%的额定(TRL)工况进汽量(铭牌进汽量)。此工况为汽轮机进汽能力保证

21、值的验收工况。汽轮机工况定义-上汽1000MW1.汽轮机热力特性第15页/共27页汽轮机工况定义-沙洲二期进汽量功率背压补水量THA工况1000MW4.6kPa0夏季工况(TRL)1029.652MW/1029.229MW8.5kPa2极端夏季工况1000MW11.8kPa2(T-MCR)工况1058.975MW/1058.470MW4.6kPa0调门全开工况(VWO)不小于103的铭牌工况进汽量1080.531MW/1079.046MW4.6kPa0机组工况定义1.汽轮机热力特性第16页/共27页3、国际标准IEC600451的特点该规范的最大连续功率(TMCR)与额定功率(TRL)以及热耗

22、验收功率(THA)合一，没有为夏季高背压工况发额定功率预留通流能力裕量。对于流量设计裕量，该规程仅说明TMCR工况阀门不全开，但没有明确裕量大小，国际上制造厂一般按比TMCR容量大2%5%的原则设定，有的欧洲机组设计裕量甚至小于2%。另外该规范对汽轮机有一系列超发功率，尖峰负荷运行能力的要求：规定进汽压力在年平均值不超额定值的前提下，机组具有超压(OP)5连续运行(没有运行时间限制)的能力，在VWO+OP5%工况下，进汽流量比VWO工况增加5%及出力增加约4.5%。汽轮机工况定义汽轮机工况定义-IEC1.汽轮机热力特性第17页/共27页该规范要求汽轮机在最终高加切除时，同时保持进汽量不变的情况

23、下，机组能保证安全运行。在阀门开度不变时通过切除高加，出力可增加6.5左右。这两项变化，再加上VWO工况的2%5%流量裕量，汽轮机最大将具备约15左右的超发能力。汽轮机工况定义汽轮机工况定义-IEC1.汽轮机热力特性第18页/共27页机组全寿命期间内，由于设备老化（影响约机组全寿命期间内，由于设备老化（影响约3）、系统和参数）、系统和参数偏离设计条件（影响约偏离设计条件（影响约2）、冷却水温度（影响约）、冷却水温度（影响约7）三个）三个因素下，出力累计偏离的最大量级约为因素下，出力累计偏离的最大量级约为12%DL/T8922004：VWO工况与工况与THA工况流量之比约工况流量之比约112%G

24、B/T55782007：VWO工况与工况与THA工况流量之比工况流量之比108%IEC600451：VWO工况与工况与TMCR工况流量之比工况流量之比102105%玉环玉环外高桥外高桥III1981年引进年引进300/600MW-按按IEC规程规程1997年电机学年电机学会为引进会为引进300MW外高桥外高桥II设计冷却水温设计冷却水温C2019202020夏季背压夏季背压kPa8.68.510.2,0%补水补水-按按IEC规程无规程无TRL工况定义工况定义TRL-11.89.93补水率补水率%2333VWO的流量的流量余度余度3%3%0%5%5%汽轮机不同工况与容量规范定义的汽轮机不同工况与

25、容量规范定义的原因原因1.汽轮机热力特性第19页/共27页项项 目目单位单位THA工况工况TRL工况工况TMCR工况工况VWO工况工况机组出力机组出力kW1050000105000010861801107970汽轮发电机组热耗值汽轮发电机组热耗值kJ/kWh7229750872587272主蒸汽压力主蒸汽压力MPa28282828再热蒸汽压力再热蒸汽压力MPa5.595.8345.8626.022高压缸排汽压力高压缸排汽压力MPa6.0766.3466.3756.551主蒸汽温度主蒸汽温度600600600600再热蒸汽温度再热蒸汽温度620620620620高压缸排汽温度高压缸排汽温度357

26、.2365.8366.4371.3主蒸汽流量主蒸汽流量kg/h2856,4063008,6243008,6243098,884再热蒸汽流量再热蒸汽流量kg/h2353698246089924704502539220背压背压kPa4.89.54.84.8低压缸排汽流量低压缸排汽流量kg/h1541783161032316060431643414补给水率补给水率%01.500最终给水温度最终给水温度302.8306.3306.5308.61.汽轮机热力特性汽轮机各工况特性数据28 MPa/600/620电动引风机方案第20页/共27页汽轮机热耗率典型值上汽亚临界上汽亚临界300MW哈汽亚临界哈汽亚

27、临界600MWABB超临界超临界600MW机组参数 16.7MPa/538/53816.57MPa/537/53724.2MPa/538/538热耗率(kJ/kWh)799380057647哈汽超超临界1000MW东汽超超临界1000MW上汽超超临界1000MW机组参数25MPa/600/60025MPa/600/60028MPa/600/600热耗率(kJ/kWh)7309735473201.汽轮机热力特性汽轮机热力特性-热力参数第21页/共27页世界电厂实测顶尖效率的汽轮机世界电厂实测顶尖效率的汽轮机1.汽轮机热力特性汽轮机热力特性-热力参数第22页/共27页大功率反动式叶片级效率高大功率

28、反动式叶片级效率高高效率高效率“HMN”汽轮机汽轮机1.汽轮机热力特性汽轮机热力特性-热力参数第23页/共27页级的类型和特点反动度反动度叶片叶片类型类型级做功级做功能力能力级效级效率率典型机组典型机组轴向轴向推力推力级漏气级漏气损失损失冲动式冲动式汽轮机汽轮机0.1-0.2隔板隔板叶轮叶轮型型大大低低哈汽东汽哈汽东汽1000MW小小小小反动式反动式汽轮机汽轮机0.5转鼓转鼓型型小小高高上汽上汽1000MW大大大大1.汽轮机热力特性汽轮机热力特性-热力参数第24页/共27页功率功率kW占整机功率百分数占整机功率百分数%高压缸30175229.8%中压缸37860437.4%低压缸A163572

29、16.2%低压缸B16820016.6%1.汽轮机热力特性汽轮机热力特性-热力参数玉环1000MW汽轮机第25页/共27页利用第五级后压力测量主蒸汽流量，在多级叶片通流面积不变的条件下，进口压力利用第五级后压力测量主蒸汽流量，在多级叶片通流面积不变的条件下，进口压力与流量成正比。对常规冲动式喷嘴调节的机组，调节级后的某一级的压力与流量成与流量成正比。对常规冲动式喷嘴调节的机组，调节级后的某一级的压力与流量成正比，通常就由调节级后压力来判断；采用全周进汽正比，通常就由调节级后压力来判断；采用全周进汽+补汽阀技术的超超临界汽轮补汽阀技术的超超临界汽轮机采用第五级后压力来判断流量，在补汽阀后（第五级级后）有专门的压力测点。机采用第五级后压力来判断流量，在补汽阀后（第五级级后）有专门的压力测点。这与常规按调节级后压力计算流量具有相同的精度。这与常规按调节级后压力计算流量具有相同的精度。1.汽轮机热力特性汽轮机热力特性-热力参数第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页