火力發(fā)電- 汽輪機(jī)設(shè)備

火力發(fā)電——汽輪機(jī)設(shè)備第1頁/共48頁第2頁/共48頁第3頁/共48頁第三節(jié)汽輪機(jī)設(shè)備一、汽輪機(jī)的工作原理汽輪機(jī)是一種以蒸汽為工質(zhì)，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。英文：Turbine，譯名透平葉輪機(jī)械（廣義范疇）第4頁/共48頁

級-汽輪機(jī)作功的基本單元

定義：級是由噴嘴葉柵（或靜葉柵）和它相配合的動(dòng)葉柵所組成.

蒸汽熱能噴嘴（靜葉柵）↓

蒸汽動(dòng)能動(dòng)葉柵↓

機(jī)械能

一、汽輪機(jī)的工作原理第5頁/共48頁因此，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換可分為兩個(gè)階段：(1)在噴嘴中蒸汽的熱力勢能(焓降)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倨鞯膭?dòng)能。(2)在動(dòng)葉片流道中蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)的機(jī)械能。

一、汽輪機(jī)的工作原理第6頁/共48頁單級汽輪機(jī)只有一級的汽輪機(jī)，只能轉(zhuǎn)換較小的蒸汽焓降，功率不大、效率也低。多級汽輪機(jī)

現(xiàn)代的汽輪機(jī)是由串聯(lián)在同一軸上的若干個(gè)級組合而成。多級汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)高、蒸汽流量大，蒸汽依次流過每個(gè)級，逐級膨脹，最后以很低的壓力排出，功率和效率遠(yuǎn)高于單級汽輪機(jī)。一、汽輪機(jī)的工作原理第7頁/共48頁第8頁/共48頁多級沖動(dòng)式汽輪機(jī)第9頁/共48頁

根據(jù)汽流在動(dòng)葉流道內(nèi)的膨脹程度和給予動(dòng)葉作用力的形式，可將級分為三類：(1)純沖動(dòng)級：蒸汽在動(dòng)葉流道內(nèi)僅改變方向而不膨脹加速，動(dòng)葉所受到的作用力僅為沖擊力，級內(nèi)蒸汽的焓降全部發(fā)生在噴嘴中。(2)反動(dòng)級：蒸汽在動(dòng)葉流道內(nèi)膨脹加速，動(dòng)葉所受到的作用力為沖擊力和反擊力的合力，級內(nèi)蒸汽焓降中有一半發(fā)生在噴嘴中，另一半發(fā)生在動(dòng)葉流道內(nèi)。(3)沖動(dòng)級：介于上述兩種級之間的一種級，級的大部分焓降發(fā)生在噴嘴中，只有一小部分焓降發(fā)生在動(dòng)葉流道內(nèi)。一、汽輪機(jī)的工作原理第10頁/共48頁上述三種級中，純沖動(dòng)級的做功能力最大，但級效率最差；反動(dòng)級的級效率高、做功能力較?。粵_動(dòng)級則介于兩者之間，兼有做功能力大和級效率高的特點(diǎn)。因此沖動(dòng)級在國產(chǎn)汽輪機(jī)(尤其是中小型機(jī)組)中得到了廣泛的應(yīng)用。但在近些年直接引進(jìn)的設(shè)備或引進(jìn)技術(shù)在國內(nèi)生產(chǎn)的300MW以上的大型汽輪機(jī)中，則著重于級效率的進(jìn)一步提高而較多地采用反動(dòng)級。一、汽輪機(jī)的工作原理第11頁/共48頁

汽輪機(jī)本體及其輔助設(shè)備由管道和閥門連成一個(gè)整體，稱為汽輪機(jī)設(shè)備。汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的組合稱為汽輪發(fā)電機(jī)組。二、汽輪機(jī)設(shè)備的組成及工作過程汽機(jī)本體輔助設(shè)備汽輪機(jī)設(shè)備由靜止部分、轉(zhuǎn)動(dòng)部分、主汽門、調(diào)節(jié)汽門等組成。包括凝汽設(shè)備、回?zé)峒訜嵩O(shè)備、調(diào)節(jié)保安裝置、供油系統(tǒng)等第12頁/共48頁第13頁/共48頁

汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)用來調(diào)節(jié)進(jìn)汽量，以適應(yīng)外界負(fù)荷的變化，保證供電的數(shù)量和質(zhì)量。保護(hù)裝置則用于監(jiān)測汽輪機(jī)的運(yùn)行，在危急情況下保證汽輪機(jī)的安全。調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)裝置中用來傳遞信號(hào)和操縱有關(guān)部件的壓力油，以及用來潤滑和冷卻汽輪機(jī)各軸承的用油，都是來自汽輪機(jī)的油系統(tǒng)。二、汽輪機(jī)設(shè)備的組成及工作過程第14頁/共48頁

汽輪機(jī)本體由靜子、轉(zhuǎn)子兩大部分組成。靜子主要包括汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等。轉(zhuǎn)子主要包括主軸、葉輪、動(dòng)葉、聯(lián)軸器等。1、汽缸汽缸是汽輪機(jī)的外殼，其作用是將汽輪機(jī)的通流部分與大氣隔開，形成蒸汽進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的封閉汽室。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第15頁/共48頁第16頁/共48頁大型汽輪機(jī)的汽缸采用雙層或多層結(jié)構(gòu)，形成內(nèi)缸和外缸。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)1、汽缸第17頁/共48頁2、噴嘴與隔板噴嘴也稱靜葉片，每兩片組成噴嘴流道，蒸汽在其中完成熱能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。第一級的噴嘴分成4組或6組布置在對應(yīng)的噴嘴室出口，由相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥門分別控制進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量來調(diào)節(jié)功率，就稱該級為調(diào)節(jié)級，以后各級統(tǒng)稱為壓力級。噴嘴裝在隔板上，隔板同樣分成上下兩半固定在上下汽缸內(nèi)(如圖l一22所示)。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第18頁/共48頁第19頁/共48頁3、轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分總稱為轉(zhuǎn)子。沖動(dòng)式汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子為葉輪式結(jié)構(gòu)由主軸、葉輪、動(dòng)葉片等組成；反動(dòng)式汽輪機(jī)因在動(dòng)葉中有較大的焓降，動(dòng)葉兩側(cè)有較大的壓力差，不宜采用葉輪式轉(zhuǎn)子而為轉(zhuǎn)鼓式結(jié)構(gòu)，由轉(zhuǎn)鼓和動(dòng)葉片等組成，沒有葉輪。目前，國產(chǎn)引進(jìn)型300MW、600MW汽輪機(jī)的高、中、低壓轉(zhuǎn)子均為整鍛轉(zhuǎn)子。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第20頁/共48頁

相鄰的兩個(gè)動(dòng)葉片構(gòu)成一個(gè)動(dòng)葉流道。由噴嘴射出的高速汽流進(jìn)入動(dòng)葉流道，推動(dòng)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，使蒸汽動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。動(dòng)葉片由葉根、葉型(葉身或稱工作部分)和連接件(圍帶或拉筋)組成。許許多多的動(dòng)葉片以同樣的間隔和角度通過葉根安裝在葉輪的輪緣或轉(zhuǎn)鼓上，排列成動(dòng)葉柵，形成汽輪機(jī)的一級動(dòng)葉流道。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第21頁/共48頁汽輪機(jī)動(dòng)葉片葉頂（及附帶結(jié)構(gòu)）圍帶拉金葉身（葉片型線部分）完成做功的場所葉根（葉片固結(jié)于葉輪）各種類型的葉根結(jié)構(gòu)三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第22頁/共48頁

由于蒸汽體積流量隨其壓力降低而迅速增大，因而要求動(dòng)葉長度也隨之逐級增大：前幾級葉片很短，末幾級葉片很長，通流部分呈漸擴(kuò)形。長葉片均按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)成變截面扭曲葉片，短葉片可采用直葉片即等截面葉片，當(dāng)然所有葉片都采用扭葉片最合理。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第23頁/共48頁安裝中的汽輪機(jī)（中壓轉(zhuǎn)子）第24頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機(jī)（中壓轉(zhuǎn)子）第25頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機(jī)(就位低壓轉(zhuǎn)子)第26頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機(jī)(低壓轉(zhuǎn)子局部)第27頁/共48頁安裝中的600MW汽輪機(jī)（末級葉片）第28頁/共48頁4、汽封

汽輪機(jī)的動(dòng)、靜之間必須留有一定的間隙，在壓力差的作用下會(huì)形成漏汽，即漏汽損失。汽封就是各動(dòng)、靜間隙處裝設(shè)的密封裝置，由很多薄金屬片與主軸的凹凸處形成多個(gè)曲折間隙，以減少漏汽。隔板內(nèi)孔與主軸間的汽封稱為隔板汽封；動(dòng)葉片的頂部、根部與靜子間的徑向、軸向汽封稱為葉片汽封；轉(zhuǎn)子穿出汽缸兩端處的汽封稱為軸端汽封(軸封)，高壓端軸封防止蒸汽外漏，低壓缸排汽端軸封防止空氣漏入汽輪機(jī)。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第29頁/共48頁軸封示意圖第30頁/共48頁5．軸承

軸承有支持軸承和推力軸承兩種。支持軸承用于支持整個(gè)轉(zhuǎn)子的重量以及由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡所引起的離心力，并固定轉(zhuǎn)子的徑向位置，使轉(zhuǎn)子中心與汽缸中心保持一致；推力軸承則用于承受轉(zhuǎn)子上的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，以保持動(dòng)、靜之間合理的軸向間隙。由于汽輪機(jī)的重量及軸向推力很大、轉(zhuǎn)速很高，故其軸承不是通常的滾珠軸承而采用油膜潤滑的滑動(dòng)軸承，依靠油膜壓力來平衡作用力。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第31頁/共48頁6．聯(lián)軸器及盤車裝置聯(lián)軸器也叫靠背輪，其作用是將汽輪機(jī)的高、中、低壓轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接成一個(gè)整體。

汽輪機(jī)啟動(dòng)前，需通過轉(zhuǎn)子的低速轉(zhuǎn)動(dòng)以檢查動(dòng)、靜部件是否存在碰撞和摩擦，汽輪機(jī)停機(jī)后，為使轉(zhuǎn)子在上下溫度不同的汽缸內(nèi)受熱均勻，避免轉(zhuǎn)子冷卻不均而產(chǎn)生大軸彎曲，也要保持轉(zhuǎn)子的低速轉(zhuǎn)動(dòng)。盤車裝置就是能夠人為盤動(dòng)轉(zhuǎn)子的一套裝置，一般由電動(dòng)機(jī)、蝸輪蝸桿及減速齒輪組、離合器等部件組成。三、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)第32頁/共48頁

1．汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)

由于電能還不能大量儲(chǔ)存，而用戶的電負(fù)荷隨時(shí)在不斷變化并對電的質(zhì)量(電壓和頻率)要求越來越高，因此發(fā)電設(shè)備必須根據(jù)用戶的需要，隨時(shí)調(diào)節(jié)供電數(shù)量并保證供電質(zhì)量。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是根據(jù)電負(fù)荷的大小自動(dòng)改變進(jìn)汽量，調(diào)整汽輪機(jī)的輸出功率以滿足用戶數(shù)量上的需求；控制轉(zhuǎn)速在額定范圍以保證供電質(zhì)量（電壓、電頻）。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，其基本原理是利用轉(zhuǎn)速的變化作為調(diào)節(jié)信號(hào)，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部件的一系列連鎖反應(yīng)，最終改變汽輪機(jī)進(jìn)汽量，以適應(yīng)外負(fù)荷的變化。目前大型汽輪機(jī)采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)四、汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù)系統(tǒng)第33頁/共48頁2．汽輪機(jī)的保護(hù)裝置

作用：當(dāng)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障或者運(yùn)行工況危急到機(jī)組安全時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。為保證汽輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行，設(shè)有必要的保護(hù)系統(tǒng)，在事故或異常情況下及時(shí)切斷汽源(關(guān)閉高中壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門)，系統(tǒng)主要由超速(110％-114％額定轉(zhuǎn)速)、軸向位移保護(hù)、低油壓保護(hù)、低真空保護(hù)。四、汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù)系統(tǒng)第34頁/共48頁1．凝汽設(shè)備凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)必不可少的輔助設(shè)，作用：建立和保持汽輪機(jī)排汽口的高度真空，獲得較高的循環(huán)熱效率；回收汽輪機(jī)排汽凝結(jié)的水，作為鍋爐給水循環(huán)使用。五、汽輪機(jī)的主要輔助設(shè)備第35頁/共48頁1．凝汽設(shè)備

凝汽設(shè)備主要包括凝汽器、抽氣器/真空泵、凝結(jié)水泵等。五、汽輪機(jī)的主要輔助設(shè)備第36頁/共48頁2．回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)——提高循環(huán)熱效率的有效手段。除氧器：即利用汽輪機(jī)的抽汽來加熱給水至沸騰以除去水中所含的氣體。表面式加熱器：凝結(jié)水泵和除氧器之間的表面式加熱器，其水側(cè)壓力為凝結(jié)水泵的出口壓力，稱為低壓加熱器(低加)；除氧器下的給水泵與爐給水操作臺(tái)之間的表面式加熱器，其水側(cè)壓力為給水泵出口壓力，稱為高壓加熱器(高加)。國內(nèi)300MW、600MW機(jī)組，其回?zé)嵯到y(tǒng)采用八級回?zé)?，即三臺(tái)高、臺(tái)低加和一臺(tái)除氧器，簡稱“三高、四低、一除氧”。五、汽輪機(jī)的主要輔助設(shè)備第37頁/共48頁機(jī)組回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)總圖示意圖11.33MPa,536.4℃2.10MPa,537.5℃0.50MPa,346℃254.5℃35.7℃401.0℃0.47MPa,349.6℃6.53kP5.52kP第38頁/共48頁N600-l6.7/537/537型機(jī)組的發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)第39頁/共48頁要點(diǎn)：汽輪機(jī):單軸四缸四排汽，高壓缸、雙流程中壓缸、2個(gè)雙流程低壓缸；鍋爐：強(qiáng)制循環(huán)汽包爐，中間再熱；鍋爐連續(xù)排污利用系統(tǒng)：單級，擴(kuò)容蒸汽接入除氧器；回?zé)嵯到y(tǒng)：三高四低一除氧，軸封冷卻器，高加均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻器和內(nèi)置式蒸汽冷卻器，低加均設(shè)有內(nèi)置式疏水冷卻器SG。高加疏水采用逐級自流方式，最后流入除氧器；低加也采用疏水逐級自流，最后流入凝汽器熱井。除氧器系統(tǒng)：給水泵FP正常運(yùn)行采用汽泵，配置前置泵TP，小汽機(jī)排汽接入主凝汽器；凝結(jié)水系統(tǒng)：凝結(jié)水泵CP，升壓泵BP，除鹽裝置DE（低壓系統(tǒng)）；補(bǔ)充水引入系統(tǒng)：Dma引入凝汽器。第40頁/共48頁汽輪機(jī)的分類方法很多，常見的有如下幾種：(1)按工作原理分：沖動(dòng)式和反動(dòng)式兩種。大多數(shù)級是沖動(dòng)級的汽輪機(jī)稱為沖動(dòng)式汽輪機(jī)；大多數(shù)級是反動(dòng)級的汽輪機(jī)稱為反動(dòng)式汽輪機(jī)。一般反動(dòng)式汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級仍為沖動(dòng)級。(2)按初參數(shù)分：超高壓、亞臨界壓力及超臨界壓力的三種。(3)按熱力過程的特點(diǎn)分：凝汽式、背壓式及調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)。六、汽輪機(jī)的分類和型號(hào)第41頁/共48頁凝汽式汽輪機(jī)：進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽除回?zé)岢槠拜S封漏汽外，全部排入凝汽器，背壓式汽輪機(jī)：進(jìn)入汽輪蒸汽做功后以高于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱膲毫ε懦?，可用于對外供熱。調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)：從汽輪機(jī)中間的某些級后抽出部分蒸汽去對外供熱，其余的蒸汽做功后仍然排入凝汽器，且抽汽壓力可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整。六、汽輪機(jī)的分類和型