张吉培300mw汽轮机热力系统(编辑修改稿)

张吉培300mw汽轮机热力系统(编辑修改稿)内容摘要：

2． 2 汽轮机各部分的工作原理及结构特点 汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。 汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。 固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。 转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。 固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。 汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。 汽轮机本体还设有汽封系统。 大功率汽轮机的运行特性除了与汽轮机的热 力特性有关外，还受其结构特点及系统特性的影响，尤其是转子、汽缸、动叶栅、静叶栅、轴承、阀门等部件的性能，对运行的安全及经济性均产生重大影响。 随着汽轮机容量的增大，进汽参数的提高，汽轮机本体结构变得越来 越复杂，部件尺寸也变得庞大，为使设备在高参数下工作时金属部件有足够的强度，汽缸、法兰、螺栓等设计制造得十分笨重。 2． 2． 1 汽缸 汽轮机的汽缸是将调节汽室及喷嘴、隔板、轴封、滑销等连成一体，与汽轮机转子组成通流部分，从而保证蒸汽在汽轮机内做功过程的基础部件。 中小型汽轮机都是单层汽缸，整体呈圆柱形 ，由中分面将汽缸分为上下两部分，上半部分叫上汽缸，又称为汽缸盖，下半部叫下汽缸。 上下汽缸在接合面处用大螺栓连成一体。 每半汽缸又分为高压缸（前汽缸）、低压缸（后汽缸）两部分。 汽缸滑销系统：无论汽轮机汽缸怎么前后左右膨胀，有个点的相对位置却不变，这个点称为汽缸膨胀的 死点。 汽缸结构特点 汽缸是汽轮机中形状和结构最复杂的部件 ,其内壁上车有一圈圈用以安装隔板、隔板套和汽封体的环行槽道，外壁上有许多管接头用以与进汽管、抽汽管、排汽管和疏水管等管道连结，前端进汽室，中间有抽汽室和抽汽口，后端有排汽室。 根据机组的 功率不同，汽缸有单缸和多缸结构。 目前我国生产功率为 10 万千瓦以上的汽轮机多采用多缸结构；高中压部分汽缸均为铸造结构，低压排汽缸除功率较小的机组采用铸铁结构外，大功率机组采用钢板焊接结构或小铸件和钢板焊接的组合结构。 汽缸从高压向低压方向看，大体成圆筒形或圆锥形。 为了便于加工、安装和检修，汽缸一般做成水平对分式，即分为上、下汽缸，水平结合面通常用法兰螺栓连接。 为了合理利用材料和便于加工，汽缸常按缸内压力高低沿轴分为几段，垂直结合面亦采用法兰螺栓连接 大容量中间再热式汽轮机一般采用多缸，汽缸数目取决于机组的容量和 单个低压汽 缸所能达到的通流能力。 我本次设计的汽轮机是 两 缸 两 排汽，一个高压、一个中压连接一起和一个低压缸。 隔板和喷嘴 ⑴ 隔板是由隔板外缘、喷嘴、隔板体构成的圆形板状组合件，通常将装在调节汽室上的喷嘴组合体简称为喷嘴组，汽轮机通过各个调速汽阀，控制各自的喷嘴，达到控制汽轮机进汽量的目的，从而使机组启动时能平稳地控制转速，并入电网后稳定地调整负荷。 隔板的 作用： 隔板 用来固定汽轮机各级的 喷嘴汽叶 ,并将整个汽缸间隔成若干个汽室 ，由隔板体、静叶片和隔板外缘。 考虑到拆卸方便，隔 板通常做成水平中分形式， 沿水平中分面对分为上、下两半块。 在隔板的内圆孔处开有隔板汽封的安装槽。 隔板的 特点：具有足够的刚度和强度；良好的汽密封性；合理的支承与定位；结构、工艺简单，便于加工、安装和检修。 隔板的 类型：根据隔板的工作温度和作用在隔板两侧的蒸汽压差来决定的分为焊接隔板和铸造隔板。 隔板的 安装位置：可直接固定在气缸上，或固定在隔板套上，通常做成水平对分形式，内圆孔处开有隔板汽封的安装槽。 隔板套用来固定隔板。 隔板和隔板套的支承和定位隔板和隔板套分别用挂耳支承在隔板 套和汽缸内，挂耳可 用螺钉固定 或焊接。 为便于拆装 ，上隔板通过挂耳、 压块和螺钉悬挂在上 隔板内。 隔板和隔板套的定位方法与转向导叶环相似，一般采用环形槽道、轴向键和支承挂耳来固定轴向、横向和竖向的位置，使隔板中心线与转子中心线重合，并留有适当间隙。 上、下隔板间的定位有以下几种结构：焊 接隔板的两半结合面是平面 ，在其中一半上做出或安置 凸键，而在另一半上加工凹 槽；对于中分面整体倾斜的 铸造隔板，可用定位对中； 对中分面阶梯倾斜 (仅喷嘴部 位倾斜 )的铸造隔板，用圆柱 销定位。 ⑵ 汽轮机喷嘴的作用是把蒸汽 的热能转变成动能，也就是使蒸汽膨胀降压，增加流速，按一定方向喷射出来 ， 推动动叶片而做功。 冲动式 汽轮机 中，调节级的喷嘴组安装在各自的喷嘴室出口，其它 各级的喷嘴叶栅都安装在隔板上。 汽轮机的隔板在于把汽缸分成若干个 汽室，使 蒸汽 的 压力 、 温度逐级下降，蒸汽的热能在导叶片组成的汽道中 被转化为动能。 工作时，隔板承受前后压差产生的均布载荷。 本机共有 36 级隔板，根据隔板所处的不同的蒸汽温度，选用了 不同的材料和结构形式。 3 轴封及隔板汽封 轴封与隔板汽封统称为汽封。 轴封又称为轴端汽封，即转子穿出汽缸两端 处的汽封。 汽轮机高压端轴封称为高压轴封，在单缸汽轮机中又称为前轴封，它的作用是防止高压蒸汽漏出汽缸，造成工质损失，汽轮机效率降低，并可使轴颈处被加热或蒸汽冲进轴承造成润滑油质恶化。 低压端轴封称为低压轴封，用来防止空气漏进汽缸，造成真空度下降，使真空恶化。 在单缸汽轮机中又称为后轴封。 我厂为密封迷宫填料，分成 4 或 6 段在填料盒内用圈弹簧压紧。 装在隔板汽封槽中的汽封称为隔板汽封，用来阻碍蒸汽绕过喷嘴而造成的能量损失，并使叶轮上的轴向推力增大。 采用曲径式汽封，一方面漏汽间隙减小，另一方面汽封片较多，每一个汽封片形成 一个缩孔，产生一次节流作用，漏汽量逐级减少。 减少隔板汽封闭损失方法： （ 1） 加装隔板汽封片，减少漏汽量； （ 2） 在动叶片根部安装径向汽封片； （ 3） 在叶轮上开平衡孔，使隔板漏汽经平衡孔漏向级后。 通流部分汽封是动叶柵顶部和根部处的汽封，用来阻碍蒸汽从动叶柵两端散逸，使做功能力降低。 4 转子 根据 ISO 标准，由 轴承 支撑的旋转体称为转子。 转子多为动力机械和工作机械中的主要旋转部件。 典型的转子有 透平机械 转子、电机转子、各种泵的转子和透平压缩机的转子等。 转子在某些特定的转速下转动时会发生很大的变形并引起共振，引起共振时的转 速称为转子的 临界转速。 在工程上，工作转速低于第一阶临界转速的转子称为 刚性转子 ，大于第一阶临界转速的转子称为 柔性转子。 由于转子作高速旋转运动，所以需要平衡。 静平衡主要用于 平衡盘形转子的 惯性力。 刚性转子的 动平衡 可以通过通用 平衡机 来平衡惯性力和惯性力偶，消除转子在弹性 支承 上的振动。 柔性转子的动平衡比较复杂，从原理上区分，有振型平衡法和影响系数法两类。 1,整锻式转子 :叶轮和整个大轴都是由钢水一体铸造而成的，这种转子的热稳定性最好，但是制造困难麻烦。 而且出了问题修复困难。 2，焊接式转子：这种转子是一段一段焊接起来 的，热稳定性也好，但是对焊接技术要求很高。 3，套装式转子，这种转子的叶轮是通过热套套在大轴上的，制造成本低，但是在高温下容易松动，通常只用于中小型机组中。 2． 2． 5 叶片 叶片按用途可分为动叶片（又称工作叶片，简称叶片）和静叶片（又称喷嘴叶片）两种。 动叶片安装在转子叶轮上（冲动式汽轮机）或转鼓（反动式汽轮机）上，是将蒸汽的动能（或热能）转换成旋转机械能的主要部件，接受喷嘴叶栅射出的高速汽流，把蒸 汽的动能转换成机械能，使转子旋转。 静叶片安装在隔板或汽缸上，在反动式汽轮机中，起喷嘴作用；在速度级中，作导向叶片，使汽流改变方向，引导蒸汽进入下一列动叶片。 叶片是汽轮机中数量和种类最多的关键零件，其结构型线、工作状态将直接影响能量转换效率，因此其加工精度要求高，它所占的加工量约为整个汽轮机加工量的 30%，可批量生产。 第三章 热力系统的设计 主、再热蒸汽系统 ㈠ 主蒸汽 系统：发电厂 主蒸汽管道所输送的工质流量大、参数高，因此对发电厂运行的安全性和经济性影响大。 对其要求是：系统简单；工作安全、可靠；运行调度灵活，便于切换；便于检修、扩建；投资和运行费用最省。 发电厂常用的主 蒸汽管道系统有以下四种形式： ① 集中母管制系统 ② 切换母管制系统 ③ 单元制系统 ④ 扩大单元制系统。 ㈡ 再热蒸汽系统：再热蒸汽系统是指从汽轮机高压缸排汽口经锅炉再热器至汽轮机中压联合汽门前的全部蒸汽管道和分支管道。 按再热蒸汽温度的高、低，分为再热冷段和再热热段蒸汽系统 ，再热冷段蒸汽系统是指从汽轮机高压缸排汽口到锅炉再热器进口联箱的再热蒸汽管道及其分支管道，再热热段蒸汽系 统是指从锅炉再热器出口联箱至汽轮机中压缸进汽门之间的再热蒸汽管道及其分支管。 现代大型机组广泛应用单元制系统。 随着机组容量的增大，锅炉炉膛宽度加大，烟气流量、温度分配不均，造成主蒸汽、再热蒸汽两侧的气温偏差和压力偏差增大。 机组运行中，过大的温度偏差，会使汽缸等高温部件受热不均，造成汽缸变形，严重时会引起动静摩擦损坏设备；过大的压力偏差，将会引起汽轮机机头因受力不均发生偏转位移，致使汽轮机产生强烈振动。 国际电工协会规定，最大允许气温偏差为：持久性的为 15℃ ，瞬时性的为 42℃。 因此，单元制主蒸汽、再热蒸汽系统要 求有混温措施，它分为双管式系统，单元 — 双管式系统和双管 — 单管 — 双管式系统三种形式。 双管式系统可以避免用管壁厚、管径大的主蒸汽和再热蒸汽 管道及大口径阀门，以节省投资，并使蒸汽流速在允许范围内，不造成 过大的蒸汽流动压降，若相同流量，双管的总重量与单管相近。 另外 除氧器 除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体，以保证给水的品质。 若水中溶解氧气，就会使与水接触的金属被腐蚀，同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果。 因此水中溶解有任何气体都是不利的，尤其是氧气，它将直接 威胁设备的安全运行。 在火电厂采用热力除氧，除氧器本身又是给水回热系统中的一个混合式加热器，同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的高压疏水、排汽等均可汇入除氧器加以利用，减少发电厂的汽水损失。 一、无头除氧器工作原理 来自低压加热器的主凝结水（含补充水）经进水调节阀调节后，进入除氧器，与其他各路疏水在除氧器内混合，经喷头或多孔管喷出，形成伞状水膜，与由下而上的加热蒸汽进行混合式传热和传质，给水迅速达到工作压力下的饱和温度。 此时，水中的大部份溶氧及其他气体基本上被解析出来，达到除 氧的目的。 从水中析出的溶氧及其他气体则不断地从除氧器顶部的排汽管随余汽排出器外。 进入除氧器的高加疏水也将有一部分水闪蒸汽化作为加热汽源，所有的加热蒸汽在放出热量后被冷凝为凝结水，与除氧水混合后一起向下经出水口流出。 为了使除氧器内的水温保持在工作压力下的饱和温度，可通过再沸管引入加热蒸汽至除氧器内。 除氧水则由出水管经给水泵升压后进入高压加热器 二、除氧设备技术参数 除氧器的型式为：无头卧式，型号为： YC2020。 主要技术参数如下：设计出力2020t/h、最大出力 2110t/h，设计压力为 、设计温度为： 376℃ 滑压运行范围 ～。 三、 除氧设备的结构 2 除氧器结构 本除氧器为卧式双封头、喷头、再热沸腾管结构。 外直径为 3850mm，总长约31800mm，总高 5660mm。 外壳封头壁厚为 28mm，筒身壁厚为 25mm，材质均为16MnR。 左、右封头上装设有 DN600 的人孔，供检修除氧器内件用。 筒身顶上设有DN250 的安全阀二只及其它接口。 内件主要由混合水室，喷头，再热沸腾管，及下水管等组成。 除氧器设三个支座，两端滚动，中间限位。 相邻两支座间距为 10000mm， 筒体下方装设了防涡流装置的出水口三个及放水口等，筒身上还装设有单室平衡容器，就地磁翻板水位计，就地温度计，压力表等配套附件。 在除氧系统上还装配有进水调节阀，进汽调节阀，溢流电动调节阀等。 除氧器共布置有两只进口喷头（流量为 1200t/h，由荷兰 STORK 公司进口），由于喷头弧形圆盘的调节作用，当机组负荷大时，喷头内外压差增大，弧形圆盘开度亦增大，流量随之增大。 当机组负荷小时，喷头压差降低，弧形圆盘开度亦减少，流量随之减少。 使喷出的水膜始终保持稳定的形态，以适应机组滑压运行。 四、除氧设备的启动 启动前的检查 1）确认真空泵启动许可条件均满足，汽轮机轴封汽已投运，轴封压力正常。 （ 2）从 DCS 画面上启动真空泵运行，检查真空泵进口负压应逐渐增大，入口气动阀自动打开。 （ 3）检查真空泵电动机启动电流和返回时间正常、轴承振动、气水分离器水位和排气正常 （ 4）检查板式热交换器工作正常，真空泵入口密封水温度正常。 （ 5）按同样步骤，依次启动另外两台真空泵。