[科普中国]-亚临界压力汽轮机

亚临界压力汽轮机是指主蒸汽压力接近于临界压力(一般为15.7~19.6MPa)的汽轮机。随着不能蓄水的贯流式水电和核电机组的增加，要求火电机组承担调峰任务将更迫切，因此电网急需安装运行灵活性好、调峰能力强的火电机组。除应加快引进的30-60万千瓦机组的制造和建设外，也需要对现有国产超高压20万千瓦机组更新换代，提高其运行的经济性和灵活性。

简介随着工农业的发展，用电结构的变化，我国电网峰谷差已达到0.3左右。随着不能蓄水的贯流式水电和核电机组的增加，要求火电机组承担调峰任务将更迫切，因此电网急需安装运行灵活性好、调峰能力强的火电机组。除应加快引进的30-60万千瓦机组的制造和建设外，也需要对现有国产超高压20万千瓦机组更新换代，提高其运行的经济性和灵活性。

国产20万千瓦机组系六十年代的产品，机组结构陈旧、热耗率较高；主辅机之间容量匹配也不尽合理;调节性能差，不能很好地适应电网调峰和节能的要求。如抽汽点选择不合理；给水晗升分配不合理，中压缸刚性差；由于轴向间隙偏小，胀差难控制，机组启动速度慢。如冷态启动时从冲转到带满负荷要8-10小时，热态启动也要3-4小时。另外，原670吨/时锅炉的汽包不能满足快速点火、升压和变压运行的要求；燃烧系统也不能适应低负荷运行的要求。因此，对20万千瓦机组进行改型是必要的。

国内外在汽轮机、锅炉制造技术方面都有了较大发展，利用现有的技术成果对20万千瓦机组进行改型是可行的。

汽轮机参数的确定适当地提高初参数是提高热效率的有效途径之一。在一定的初压条件下，提高初温也可以使燕汽比容增大，汽轮机容积流量增加，相对内效率也提高。但是提高初温受金属材料的限制，为了运行的安全可靠，该机组锅炉出口蒸汽温度还是采用540℃为宜。由于机、炉之间主蒸汽管道的散热损失有限，从实测可知，做到3 0C温降是可行的，因此汽机进口温度取537℃-537℃。初压提高，机组的循环效率也提高;然而初压提高，蒸汽比容减小，相对漏汽量增加，末级湿度增大，对汽机相对内效率略有不利影响。对于不同容量等级的汽轮机，在一定初温条件下，会相应有一个绝对内效率较好的初压。以20万千瓦容量和537℃初温来说，初压还是以亚临界的好。为便于管理，并与30、60万千瓦机组一致，汽轮机主蒸汽初压取170绝对大气压。据计算，20万千瓦容量等级的汽轮机，当初参数由130绝对大气压，535℃提高到170绝对大气压、537℃，由于容积流量的减小，高压缸相对内效率下降约1.2%；中压缸由于进汽与排汽的压比增大，相对内效率略好；低压缸由于湿度增加，相对内效率下降，而整个中低缸内效率只下降0.27%。考虑了以上内效率的修正，在相同的技术条件下，从130绝对大气压、535℃提高到170绝对大气压、537℃时，热耗率下降了40大卡/度。

热耗率与绝对内效率是成反比例的。提高蒸汽初压使循环效率上升较大，纵然相对内效率有所降低，但绝对内效率还是提高了。若采取一些改进措施(如改进叶型等)可以使改型后的机组的内效，率比现有20万千瓦机组有所提高。当然提高初压将使汽机、锅炉的造价提高，蒸汽管路、给水管路、给水泵、高压加热器等的的造价也会略增；但凝汽、供水、燃料运输及吸、送风机，除灰设备的造价相对有所降低。采用两排汽，由于轴短可使厂房面积减少，投资略省。据估算，装亚临界20万千瓦机组的电厂投资比装现有20万千瓦机组的增加额可控制在3%左右。虽然投资略有增加，但改型后的20万千瓦机组具有运行经济、调峰性能好的特点，综合来看是有利的。

高中压分缸与合缸高中压缸采用分缸或合缸型式各有优点，可由用户选择。采用分缸型式便于制造，热应力问题易于处理。而合缸型式，可使高温区处于转子中部，温度分布合理，停机时冷却少；另外还具有机组长度短、厂房占地少、安装方便等优点。国外有50万千瓦机组高中压缸合缸的情况，国内上汽厂12.5万千瓦机组和东汽厂30万千瓦机组的汽轮机也是高中压合缸的。因此，亚临界20万千瓦汽轮机采用合缸在技术上是可行的。

末级长叶片汽轮机末级长叶片对机组的经济性和安全可靠性有很大影响。20万千瓦机组末级采用800毫米长叶片在制造成本与机组的适应性方面是占优势的。鉴于800毫米末级叶片还需进行研究，而且我国南北温差大，可采用一种较长的和一种较短的末级叶片。利用这两种长叶片构成两种大小不同的末端来适应不同背压的需要，是可行的。

回热系统简述7级的回热系统由2级高压加热器、4级低压加热器和一级除氧器组成。采用该系统时即使高压加热器不投，也不会使给水温度过低，对运行有利。另外，考虑到运行的经济性和安全性，除氧器采用变压运行。在7级的回热系统中带上一个独立的蒸汽冷却器，有较好的节能效果，热耗下降4-5大卡/公斤，并改善所在级即再热后第一级回热抽汽所对应的高压加热器的运行条件，提高了可靠性。另外，在低压加热器系统中设置了一台疏水泵，其位置宜放在2号低压加热器后面为宜。

给水泵驱动方式的确定给水泵对火电厂节能有较大的影响。由于改型后的20万千瓦机组是多功能的，一般带中间负荷，故采用了复合变压运行方式。因此，给水泵采用了电动机经液力联轴节或是可调速的小汽轮机驱动的变速泵。在汽轮机非额定负荷运行时采用变速电动泵可节省部分电功，而且系统简单、运行较方便，故推荐使用这种驱动方式。

总结新的亚临界20万千瓦机组比现有超高压20万千瓦机组，不但参数提高了，而且设备本体结构与系统均有所改进，容量匹配更趋于合理，因而运行经济性和灵活性均将有所提高，而且还针对带中间负荷的运行情况提出了寿命消耗指标，安全可靠性也将有所改善1。

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徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学