[科普中国]-超临界压力汽轮机

技术概况

美国是世界上发展超临界压力机组最早的国家。1959年4月在美国投运了世界上首台超临界压力汽轮机组，即俄亥俄电力公司弗勒电厂6号机组，某蒸汽参数为31MPa、621℃，两次中间再热温度分别为566℃和538℃。汽轮机和发电机由GE公司制造，功率为125MW，采用单轴双排汽结构，工作转速3600r/rain。

1959年美国在埃迪斯通电厂投运了世界上最高参数的超临界压力机组，由WH(West—inghouse)公司制造。蒸汽参数为34．32MPa、649/566/566 ℃，两次中间再热，机组功率325MW。双轴，高压轴3600r/min，低压轴1800r/min，末级叶片长度1118mm，排汽压力3．43kPa，8级抽汽回热。

目前，超临界机组数量较多的是美国、日本、俄罗斯等。发展超临界压力机组较快的是日本，从1974年以后日本新投运的火电机组中绝大部分是超临界机组。

前苏联第一台超临界压力机组于1963年投产，蒸汽参数为25MPa/545℃/545℃。采斥容量为800MW的双轴汽轮机和单轴汽轮机的超临界压力机组分别于1968和1971年投产。到1985年共投产超临界压力机组187台。由于超临界压力机组的使用范围扩大，供热机缍较多，所以前苏联是当时世界上发电煤耗率最低的国家。

世界上目前最大的单轴超临界压力机组是前苏联列宁格勒金属工厂(LMZ)生产雕1200MW机组，1968年开始设计，1977年试制完成，1980年12月在科斯特罗姆电厂投运。高压缸采用双层回流式结构，中部进汽。新蒸汽先经过调节级和三级压力级，排汽经过内、外缸夹层反向流入高压缸的另外四级压力级。高、中压转子为整锈式，低压转子采用焊接结构。机组采用节流配汽。1

特点超临界压力汽轮机的特点如下：

1．热效率高

（1）朗肯循环在提高蒸气温度、压力后可以提高效率。当压力从16．7MPa和12．8MPa提高到23．5MPa时，经济性相应提高2．2%和5%。汽轮机功率越大，实际收益也越大。

(2)由于初压增高，水的沸点也增高，增加了凝结水加热到饱和状态所需热量，从而扩大了使用回热的范围，进一步改善了循环热效率。一般超l临界汽轮机的回热级数为8～9级。

2．蒸汽体积流量降低

高压时蒸汽比体积显著减小，从而可以减小装置的尺寸和质量，特别是管道、阀门等部件的尺寸和质量。

3．承压件壁厚增大

由于超临界而引起的承压件壁厚增大是不可回避的问题，需要合理解决。

超临界压力的影响对汽轮机效率的影响采用超临界压力蒸汽后，汽轮机通流部分中的理想焓降增加，蒸汽流量减少，排汽损失相应地降低，有利于提高汽轮机效率;但由于蒸汽密度增加，流量减少，调节级及高压级叶片高度降低致使级效率下降;另还会导致排汽端湿汽损失、高压汽封漏汽损失及给水泵耗功增加等，因此采用超临界压力对汽轮机组的热效率亦有一些负面影响。为此在采用超临界压力时应尽可能地提高新蒸汽与再热蒸汽温度并相应地提高机组容量。超临界压力机组的新蒸汽和再热蒸汽温度选用范围为538～600℃，机组容量一般在500～600 MW以上。新蒸汽压力在16.6～31.0MPa及新蒸汽与再热蒸汽温度在535～600 ℃范围内时，新蒸汽压力每提高1 MPa，汽轮机的热耗率下降0.18%～0.29%。一般当新蒸汽和再热蒸汽温度为538℃时，新蒸汽压力从16.5 MPa提高到24.0 MPa，汽轮机净热耗率下降2.0%，如果再将新蒸汽、再热蒸汽温度提高到590℃，净热耗率还可下降2.5%，若采用二次中间再热，净热耗还可下降约1.6%。

对运行的影响主要包括对负荷适应性、轴系稳定性的影响。见超临界压力机组运行。

对负荷适应性影响新蒸汽压力提高导致主蒸汽管道、导汽管、主汽阀、高压调节阀喷嘴组、高压内外汽缸等承压部件的壁厚增加，金属材料内部温度场和应力场的不均匀性增加，直接影响了汽轮机组起停及调峰运行的灵活性。为此高压内、外缸采用高窄波形法兰、内缸采用圆筒形汽缸或内外缸均采用圆筒形(见汽轮机汽缸) 更显示其必要性。

对轴系稳定性的影响蒸汽密度提高，使汽轮机径向动静间隙不均匀性变化导致转子自激振动的敏感性增加，由此引起的振动现象称蒸汽激振。(见轴系稳定性)

固体硬粒冲蚀当新蒸汽温度高于480℃、压力大于8.5 MPa时，就可看到锅炉管道和蒸汽导管的剥落氧化物对汽轮机喷嘴造成的冲蚀，当压力达到超临界值时，这种冲蚀是必然的。为此可在锅炉管壁、喷嘴和叶片上采用涂层，也可用加大动、静叶间隙的方法减轻其影响。2