炉给水泵轮机通流设计要点分析.docxVIP

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炉给水泵轮机通流设计要点分析

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摘要：燃气-蒸汽联合循环机组由燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等主要部件组成，在实际运行过程中由于调峰力度过大、机组老化、机炉负荷调整不匹配等原因使锅炉参数偏离原机组的最优运行工况，使整个机组的输出功率下降，浪费了能源。给水系统也存在给水压力太大，增加了电厂的厂用电率。因此火电机组配套的半容量锅炉给水泵汽轮机的不同通流设计、性能、配置特点及目前的应用情况。

关键词：锅炉；给水泵汽轮机；通流设计

发电机组配套用半容量锅炉给水泵汽轮机，并持续在这一领域维持较大的市场份额。随着火电装备制造水平的提升及对节能环保要求的不断提高，火力发电机组也日益向更高参数、更大容量发展，近几年投运的机组单机容量己发展到1000MW，这也对配套的锅炉给水泵驱动用汽轮机的设计和制造提出了更高要求。近年来，火电机组配套用半容量锅炉给水泵汽轮机陆续生产制造了两种类型的机组。一种是冲动式机组，其通流结构是基于三菱重工技术设计制造的；另一种是反动式机组900MW超临界燃煤机组配套锅炉给水泵汽轮机，其通流结构和配置是基于汽轮反动式汽轮机系列设计技术制造的。

一、基本设计参数和通流数据

以某火电机组半容量锅炉给水泵汽轮机采用汽反动式系列技术设计的1000MW火电机组半容量锅炉给水泵汽轮机为例。

二、热力设计分析

1、进汽与调节方式。冲动式机组进汽采用的是喷嘴调节，通过阀碟控制喷嘴，蒸汽切换时通过另外的高压喷嘴组实现汽源内部切换；而反动式机组进汽采用的是节流调节，通过节流调节阀实现内缸的压力控制，汽源通过管道调节阀进行外部切换。喷嘴调节方式的效率损失主要是部分进汽弧段损失，未全部开启时的调节阀节流损失以及调节级叶片的鼓风和斥汽损失。节流调节方式的效率损失来自于节流损失。一般意义上，节流调节方式在最大工况点的内效率会优于喷嘴调节，但在变工况特别是小工况情况下，节流损失将会比较严重，效率下降幅度将大于喷嘴调节。冲动式机组采用低压喷嘴加高压喷嘴，在低压阀全开时部分进汽度约为80％，各类进汽损失此刻降低到了最低：对于反动式机组的节流进汽调节来说，由于给水泵汽轮机汽源参数的固有特点，在机组带部分负荷时给水泵汽轮机的进汽压力也会相应降低，使得部分工况下采用节流调节引发的节流损失得到了缓解。因此，这两种技术的汽轮机在进汽与调节方式上对效率产生的影响大致相当。

2、排汽能力。冲动式机组末级叶片环形面积约为2.1m2，其中2.8m的圆形排汽口面积为6.2m2；反动式机组末级叶片环形面积约为2.3m2，其两个2X3．2m的方形排汽口面积为6.4m2，均略大于冲动式机组，总体来说两者的排汽能力相当。但冲动式机组为单流排汽，对比反动式机组的双分流排汽，其在排汽管线的设计、安装方面更具有优势。

3、低压叶片漏汽损失方面。冲动式机组的叶片设计均带有不同形式的叶顶围带。而反动式机组的所有低压叶片均为拉金结构，无叶项围带。从定性的角度分析，围带可以与叶片构成封闭的槽道，可减少叶顶漏气损失。由于锅炉给水泵汽轮机的工作汽源大多为0.8-1.2MPa(a)，压力较低，因此低压级组占到的可用焓降比重较大，自带围带结构可减少的漏气损失会相当可观，这在热力设计上更具优势。

4、热力性能对比。冲动式机组设计功率为13915kW，最大连续功率22000kw，功率裕度58％；反动式机组设计功率为15140kw，最大连续功率20600kW，功率裕度36％。采用节流调节的反动式机组在保证相似出力能力的同时在设计点取得了和冲动式机组同等的内效率。鉴于节流调节的特点，反动式机组在叶片效率方面略优于冲动式机组。

5、汽源配备方式。给水泵汽轮机通常采用四段抽汽作为工作汽源，部分工况由于参数变化过大会出现蒸汽不足的问题，因此，通常会设置备用汽源以保证汽轮机出力。冲动式机组配备有单独的热备高压喷嘴组，在低压蒸汽不足时，备用汽源直接通过高压喷嘴进入汽轮机并在轮室混合(内切换)，备用蒸汽作为“补充蒸汽”形式，与正常工作蒸汽同时作为工作汽源；正常运行期间，只采用四段抽汽，热备的高压喷嘴组仅在特殊情况下投运，且不能单独进行工作。反动式机组配备有外部切换阀，在低压调阀接近全开尚不能满足水泵拖动功率要求时，位于备用蒸汽管道上的切换阀开启，将正常工作蒸汽切出工作流程，汽轮机完全采用备用蒸汽工作并用切换阀控制汽轮机转速，备用蒸汽可以单独工作。切换设备在功率不足时自动切换，切换后完全采用备用蒸汽可以达到VWO工况功率、转速需求；但外切换无法采用四段抽汽和备用蒸汽同时工作。

三、叶片材料及强度

1、叶片应力水平。末级叶片最大拉应力方面：冲动式机组末级叶片高度为500响，最大叶顶直径为1866mm，最大叶顶线速度为615