东方超超临界二次再热660MW汽轮机热力设计特点_陈显辉

图 3 东方二次再热 660 MW 汽轮机纵剖面图
3.1 主蒸汽压力 主蒸汽压力的提高对汽轮机的热耗有利， 同
时相应提高一次再热及二次再热压力， 对减小高 压缸进口容积流量和降低中排温度有利， 但是主
·3·
第4期 2014 年 12 月
DONGFANG TURBINE
No.4 Dec.2014பைடு நூலகம்
蒸汽压力提高对超高压部件的强度、 严密性增加 了设计难度， 在我国所掌握的现有成熟材料体系 下， 欧、 美、 日已有商业运行业绩机组最高参数 等多方面考虑， 目前二次再热机组汽轮机进口主 蒸汽最高压力宜选在 30～33 MPa 范围内。
在发电热力循环中， 蒸汽参数是决定汽轮机
热效率的重要参数。 燃煤火电机组的热力系统是
按朗肯循环运行的， 提高蒸汽的初参数 （蒸汽压
力和温度）， 采用再热系统和增加再热次数都能提
高循环的热效率。 图 4 所示的热力循环分析表明，
在超超临界参数范围条件下， 主蒸汽压力每提高 1
MPa， 机组的热耗率变好 0.13%～0.15%； 主蒸汽温
文章编号： 1674-9987 （2014） 04-0001-05
Thermal Design Feathers of Dongfang 660 MW
Double-reheat Cycle Ultra-supercritical Steam Turbine
Chen Xianhui， Tan Rui， Zhang Zhiyong， Zhang Xiaobo， Song Fangfang
高压加热器
低压加热器
低压加热器
图 2 丹麦 Nordjylland 电厂二次再热机组热力系统图
截止到 2013 年 6 月， 我国首批在制的二次再 热汽轮机具有起点高、 容量大、 参数高、 经济性 好等特点， 主要参数见表 2。
第4期 2014 年 12 月
序
国家
号
1
中国
2
中国
3
中国
电厂
国电泰州 华能莱芜 华能安源
3.447
WH
1960
3 日本 川越 KAWAGOE 1
700
31/566/566/566
5.07
东芝
1989
4 日本 川越 KAWAGOE 2
700
31/566/566/566
5.07
东芝
1990
5 丹麦 SKERBAEKSVAERKET 3 415
29/582/582/582
3
GEC-ALSTOM 1997
机的热力设计特点， 对促进我国火力发电技术进步和节能减排具有现实意义， 为我国大容量燃煤机组发展提供了示范， 为
更高参数 700 ℃等级燃煤电站的实现具有示范和技术储备的作用。
关键词： 二次再热， 汽轮机， 热力设计
中图分类号： TK26
文献标识码： A
DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2014.04.001
第4期 2014 年 12 月
DONGFANG TURBINE
No.4 Dec.2014
东方超超临界二次再热 ６６０ ＭＷ 汽轮机热力设计特点
陈显辉， 谭锐， 张志勇， 张小波， 宋放放
(东方汽轮机有限公司， 四川 德阳， 618000)
摘 要： 二次中间再热机组相对一次再热机组经济性提高约 1.5%， 文章详细论述了东方 660 MW 二次再热超超临界汽轮
0 引言
随着我国经济社会发展和人民生活水平的提 高， 使电力需求快速增长， 但环境保护标准日趋
严格且能源价格不断上涨也给发电行业带来巨大 的压力。 提高能源利用效率， 落实节能减排各项 政策措施， 是发电行业可持续发展的方向。 为此， 国家启动了 700 ℃超 超 临 界 燃 煤 发 电 技 术 的 研 发 计划， 明确了实施二次再热的技术路线， 以使我
6 丹麦 NORDJYLLAND 3
420
29/582/582/582
2.3
GEC-ALSTOM 1998
日 本 川 越 电 厂 700 MW 超 超 临 界 二 次 再 热 汽 轮机为四缸四排汽， 超高压-高压为合缸， 中压为 双分流， 低压为 2 个双分流低压缸， 超高压 6 级 （无调节级）， 高压 5 级， 中压 2×5 级， 低压 2×2× 6 级 ， 末 叶 850.9 mm， 转 速 3 600 r/min， 其 纵 剖 面图见图 1。
由于二次再热机组在汽轮机、 锅炉、 热力系 统配置及旁路上比一次再热机组复杂， 投资增加， 在机组参数不高的情况下， 机组效率提高不多。 因 此 ， 自 20 世 纪 50 年 代 美 国 第 1 代 325 MW 超 超临界二次再热机组后， 二次再热机组在相当长
时间内发展缓慢， 目前我国还没有投运的二次再 热机组。 近年来， 随着新蒸汽压力和温度的进一 步提高以及煤价不断上升， 二次再热的技术优势 开始凸显出来， 二次再热汽轮机的应用已进入工 程实践阶段。
作者简介： 陈显辉 （1973-）， 男， 高级工程师， 产品开发处副主任工程师， 1996 年毕业于西安交通大学热力涡轮机专业， 主要 从 事 汽 轮 机热力设计和性能试验工作。
·1·
第4期 2014 年 12 月
DONGFANG TURBINE
No.4 Dec.2014
国发电技术达到 世 界 先 进 水 平 。 由 于 700 ℃等 级 燃煤电站技术还处于研究阶段， 为了提高能源的 利用效率， 实现节能减排， 采用已应用并证明高 效、 安全、 可靠的二次再热方案， 可以使我国燃 煤发电技术水平显著提高。 因此， 开发研制具有 自主知识产权的二次再热燃煤发电技术及其成套 工艺装备具有重要的工程应用前景。 通过项目实 施， 可以为今后 700 ℃等 级 二 次 再 热 燃 煤 电 站 的 推广应用奠定基础。
则是使整个循环效率最高， 同时应综合考虑主汽
参数、 一次及二次再热参数、 汽轮机排汽湿度、
回热系统布置等因素， 从而得到综合效果最佳的
热力系统。
温度（℃） 700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
熵 （kJ/kg·K）
图 4 二次再热 31 MPa/600 ℃/620 ℃/620 ℃ （VWO 工况参数） 机组热力循环温熵图
制造商
上汽 上汽 东汽
预计投 运年份
2015 2015 2015
2 东方二次再热湿冷汽轮机主要技术规范
3 参数选择
东 方 二 次 再 热 660 MW 汽 轮 机 纵 剖 面 图 见 图 3， 其主要技术规范如下：
型式： 超超临界、 二次再热、 单轴、 四缸四 排汽（高压与中压为合缸）凝汽式汽轮机
VWO 工 况 蒸 汽 参 数 ： 31 MPa/600 ℃/620 ℃/ 620 ℃
表 1 国外典型超超临界二次再热汽轮机参数
序 国家 号
电厂
容量
汽机参数
（MW） 压力（MPa）/温度（℃）/温度（℃）/温度（℃） 背压（kPa）
制造商
投运 年份
1 美国
EDDYSTONE 1
325
34.4/649/566/566
3.447
WH
1958
2 美国
EDDYSTONE 2
325
34.4/649/566/566
1 国内外二次再热机组概况
据不完全统计， 全世界至少有 52 台二次再热 超（超）临界机组投入运行， 其中美国 23 台、 日本 13 台 、 德 国 11 台 、 丹 麦 2 台 ， 这 些 机 组 多 建 于 20 世纪 60~90 年代， 其中采用超超临界参数的有 6 台， 主要参数见表 1。
高压缸 6 压力级 中压缸 8 压力级 低压缸 2×2×6 压力级 总热力级 23 级， 总结构级 45 级 汽轮机外形尺寸 （长×宽×高） 湿冷方案： 约 35.8×8.2×8.2 m 汽封系统及运行方式： 采用自密封系统（SSR） 运行方式： 定-滑-定 机组运转层标高： 13.7 m 配汽方式： 节流配汽
3.3 二次再热压力 二次再热压力选取主要应考虑循环效率、 高
排温度、 中压缸排汽压力和温度、 低压缸排汽湿 度等因素的影响。
度 每 提 高 10 ℃ ， 机 组 的 热 耗 率 变 好 0.25% ～
0.30%； 再热蒸汽每提高 10 ℃， 机 组 的 热 耗 率 变
好 0.15%～0.2%。 如果机组单独采用二次中间再热
技术， 其经济性可比采用一次中间再热机组相对
提 高 1.4%～1.6%。 二 次 再 热 机 组 热 力 学 的 设 计 原
2。
2×50%
2×50%
超高压旁路 高压旁路
过热器 再热器Ⅰ 再热器Ⅱ
2×50% 2×50%低压旁路 再热器安全门
图 1 川越电厂二次再热汽轮机纵剖面
丹 麦 420 MW 超 超 临 界 二 次 再 热 机 组 为 五 缸 四排汽， 分别为超高压缸、 高-中压合缸、 双流中 压缸和 2 个双分流的低压缸， 10 级回热系统， 配 有 3 级 100%串 联 旁 路 系 统 ， 其 热 力 系 统 图 见 图 ·2·
3.2 一次再热压力 二次再热机组， 首级高加汽源来自超高压缸
排汽， 超高压排汽压力扣除再热管道压损即为一 次再热压力， 一次再热压力与锅炉给水温度有关， 一次再热压力过高， 锅炉给水温度会超出最佳值 范围， 超高压缸排汽温度也会过高， 前者使循环 效率降低， 后者对再热冷段和锅炉用材要求更高； 反之， 一次再热压力选取过低， 锅炉给水温度偏 低， 也会导致整体循环效率降低。 一般在设计工 况下， 超高压缸 排 汽 温 度 控 制 在 435 ℃左 右 ， 对 应一次再热压力约为 10.131 MPa， 与设计点 THA 工况下主蒸汽压力之比约为 34.7%， 1 号高加出口 给水温度约为 316 ℃。
（Dongfang Turbine Co.,Ltd., Deyang Sichuan, 618000）
Abstract： The thermal efficiency of double-reheat cycle steam turbine will increase 1.5% than the single-reheat cycle. Thermal design features of 660 MW double-reheat cycle ultra-supercritical steam turbine are detailedly discussed in this paper, the doublereheat technology is endowed with important significance for improving the thermal power generating technology and energy conservation, a model for the development of China 's large-capacity coal-fired power plant is provided by double-reheat technology, and this technology is also used as demonstration and technical reserves for the achievement of the higher parameter (700 ℃) coalfired power plant. Key words： double-reheat cycle, steam turbine, thermal design
THA 工况蒸汽参数： 28.92 MPa/600 ℃/620 ℃/ 620 ℃
额定功率： 660 MW 最大出力： 722.06 MW 汽轮机额定转速： 3 000 r/min 旋转方向 （从汽机向发电机看）： 逆时针 末级叶片长度： 1 016 mm 排汽压力： 4.92 kPa 回热级数： 10 级回热， 除氧器采用滑压运行 通流级数： 超高压缸 10 压力级（无调节级）
DONGFANG TURBINE
表 2 国内典型超超临界二次再热汽轮机参数
容量 （MW）
汽机参数 压力（MPa）/温度（℃）/温度（℃）/温度（℃） 背压（kPa）
1 000
31/600/610/610
4.85
1 000
31/600/620/620
4.80
660
31/600/620/620
4.92
No.4 Dec.2014