獨(dú)特結(jié)構(gòu)、獨(dú)特性能的超超臨界汽輪機(jī)的論文

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據(jù)我國(guó)2007年的統(tǒng)計(jì)，燃煤火電量占總電量的78%，消耗了50%以上的煤以及40%的工業(yè)用水；在全年排放中火電占據(jù)的份額為：渣的70%、灰的20%，so2的52%以及24億噸的co2，由于排放直接與效率有關(guān)，隨著京都議定書關(guān)于co2減排目標(biāo)的實(shí)施，提高燃煤火力發(fā)電效率的要求更為迫切。 隨著經(jīng)濟(jì)手段對(duì)環(huán)保和排放控制的杠桿作用，效率提高，熱耗下降的經(jīng)濟(jì)效益大小成為決定汽輪機(jī)產(chǎn)品能否立足市場(chǎng)的關(guān)鍵。根據(jù)歐洲的經(jīng)驗(yàn)，如果按熱耗效益的經(jīng)濟(jì)杠桿相對(duì)每1kw，每1kj/kwh 為歐元計(jì)算；相對(duì)獨(dú)特與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)型%熱耗差值，每一臺(tái)660mw和1000mw機(jī)組的價(jià)值差分別是億元和億元。顯然這個(gè)經(jīng)濟(jì)杠桿將促進(jìn)形成一個(gè)“為環(huán)保和效益買好設(shè)備”的市場(chǎng)運(yùn)作機(jī)制，使電廠和制造商在保證熱耗中商務(wù)因素所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，促進(jìn)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用效率更高的技術(shù)和設(shè)備。 當(dāng)然，要使我國(guó)裝備業(yè)和電廠從目前“盡一切可能降低設(shè)備成本，提高企業(yè)效能”向“盡一切可能采用先進(jìn)技術(shù)提高效率”方針轉(zhuǎn)變的前提、基礎(chǔ)、動(dòng)力和壓力是必須形成以社會(huì)層面的“大成本”取代企業(yè)自身“小成本”的機(jī)制。國(guó)際節(jié)能減排的經(jīng)驗(yàn)表明，只有實(shí)施一定的行政（政策）干預(yù)加上排放市場(chǎng)化的運(yùn)作規(guī)則才能形成“嚴(yán)法之下高價(jià)格對(duì)應(yīng)的高效率和低排放”，產(chǎn)品技術(shù)必須“按效率高低實(shí)施優(yōu)勝劣汰”等共識(shí)。 (2)目前產(chǎn)品技術(shù)狀況的正確評(píng)估，明確繼續(xù)提高效率的發(fā)展方向 自2003年“863”課題確定發(fā)展600mw容量超超臨界機(jī)組以來(lái),第一個(gè)超超臨界依托工程,華能玉環(huán)電廠創(chuàng)記錄的在4年中建成投運(yùn)4臺(tái)機(jī)組；機(jī)組熱耗及汽輪機(jī)內(nèi)效率全面達(dá)到設(shè)計(jì)和保證值，“863”提出的穩(wěn)妥、起步目標(biāo)已圓滿實(shí)現(xiàn)，目前上海電氣電站設(shè)備有限公司(下簡(jiǎn)稱sepg)具有成熟的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特結(jié)構(gòu)兩種型式的汽輪機(jī)，其中在制的獨(dú)特結(jié)構(gòu)600mw1100mw超超臨界汽輪機(jī)組已多達(dá)6種，總數(shù)超過(guò)70余臺(tái)。在確定下一步發(fā)展目標(biāo)時(shí)，有必要對(duì)現(xiàn)有兩種產(chǎn)品技術(shù)的性能狀況作出一個(gè)全面的評(píng)估，明確不同結(jié)構(gòu)型式的效率差異多大？提高效率的關(guān)鍵技術(shù)有那些? 下一步產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展方向是什么?2.超超臨界600參數(shù)比亞臨界熱耗相對(duì)低4%，熱效率提高%600高溫強(qiáng)度達(dá)到95mpa左右的9%-11%cr鐵素體材料是目前這一輪超超臨界產(chǎn)品的基礎(chǔ)。sepg正在設(shè)計(jì)制造vwo容量為1050mw、1060mw、1096mw凝汽和抽汽、三缸和四缸660mw等6種超超臨界機(jī)型，其蒸汽壓力有25mpa、27mpa，溫度為600/600。根據(jù)熱力學(xué)基本原理，采用超超臨界參數(shù)的經(jīng)濟(jì)性得益是非常清晰的，正如國(guó)家863“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”課題/子課題1的“我國(guó)發(fā)展超超臨界發(fā)電機(jī)組的技術(shù)選型研究”報(bào)告指出（1），主蒸汽壓力提高1mpa，機(jī)組的熱耗可下降%(下面引用按平均%計(jì)算)；主蒸汽溫度提高10，熱耗可下降%(平均%)；再熱蒸汽溫度提高10，熱耗可下降%(平均%)。下表1為有關(guān)超超臨界參數(shù)對(duì)機(jī)組熱耗和熱效率得益的分析。 表1 超超臨界參數(shù)的熱耗對(duì)比（相對(duì)背壓） 參數(shù)kpa/ 熱耗（相對(duì)）下降%熱效率增加值%熱耗（以亞臨界600mw為基準(zhǔn)）kj/kwh目前各種機(jī)型保證熱耗水平kj/kwh/538/538基準(zhǔn) 基準(zhǔn) 7796/566/566762125/600/60075007309（某電廠投標(biāo)） /600/6007487731627/600/6007479731228/600/610745730/600/6205742435/700/7207074從上表數(shù)據(jù)可以看出：采用超超臨界600參數(shù)相對(duì)亞臨界，熱耗下降約4%（%）；熱效率則提高%(%)左右。以亞臨界600mw先進(jìn)的熱耗指標(biāo)7796kj/kwh為基準(zhǔn)，僅考慮600參數(shù)的因素，對(duì)應(yīng)的保證熱耗應(yīng)為7500kj/kwh7457 kj/kwh，而表中所列目前各種機(jī)型的保證熱耗水平，例如超超臨界百萬(wàn)千瓦機(jī)組的保證熱耗均為7316kj/kw左右，比亞臨界熱耗水平降低%，顯然其中有大約%-%（170 -190kj/kwh）不是由于采用超超臨界參數(shù)的原因，制造商有必要對(duì)此作出合理的解釋和說(shuō)明。 3.高效潔凈燃煤電廠設(shè)計(jì)理念的熱效率比亞臨界提高%為了符合嚴(yán)格的環(huán)保要求，上世紀(jì)90年代起，德國(guó)發(fā)起的高效潔凈燃用褐煤發(fā)電（簡(jiǎn)稱boa）設(shè)計(jì)理念取得了成功，該理念的核心是為燃煤電廠提供技術(shù)上最優(yōu),經(jīng)濟(jì)效益最好以及充分環(huán)保的綜合解決方案：采用一切可以使用的、提高效率的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，包括超超臨界參數(shù)、最新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)提高汽輪機(jī)的內(nèi)效率、區(qū)域供熱、冷端優(yōu)化、余熱利用、熱力系統(tǒng)配置優(yōu)化、一切有效的減排措施、一次和二次調(diào)頻能力等。2002年德國(guó)niederaussem電廠1027mw機(jī)組是boa的典型實(shí)例，通過(guò)一切可以應(yīng)用技術(shù)和裝備的投入，不僅與亞臨界600mw的熱效率%相比，新電廠的熱效率提高到%，增加幅度達(dá)到%（圖1），而且在相同電量條件下的co2排放每年減少300萬(wàn)噸；粉塵、so2和nox的排放量減少約30%（2）。 圖1 高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)效益分解 德國(guó)高效潔凈發(fā)電技術(shù)（boa）理念給我們有至少2方面的啟示： （1）超超臨界參數(shù)僅僅是高效潔凈發(fā)電技術(shù)中提高效率的6個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：超超臨界參數(shù)、汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、冷端、余熱利用、熱力系統(tǒng)配置、廠用電中的1個(gè)。600參數(shù)對(duì)效率提高的貢獻(xiàn)僅占1/6左右。如果僅僅關(guān)注參數(shù)提高，而忽略其他5個(gè)方面，甚至在某些方面，例如汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)以及冷端設(shè)計(jì)不進(jìn)行優(yōu)化，甚至于“劣化”，顯然是偏離節(jié)能減排宗旨的。 （2） 在設(shè)備投資成本和造價(jià)評(píng)估中只有引入了提高效益的經(jīng)濟(jì)杠桿才會(huì)在電廠建設(shè)中實(shí)現(xiàn)“盡可能采取一切可以提高效率的設(shè)備和技術(shù)”的選型原則。以niederaussem的1027mw機(jī)組為例，為利用鍋爐的排煙余熱,使熱效率提高%，增加內(nèi)部1300公里的換熱管道投資；為冷端優(yōu)化的超低雙背壓/，使熱效率提高%，采用了巨大的冷卻塔以及五缸六排汽（三個(gè)名義排汽面積為2的低壓缸）汽輪機(jī)；為熱力系統(tǒng)優(yōu)化，采用了10級(jí)回?zé)岢槠?，這些設(shè)備和技術(shù)的投入一方面使效率提高%,另一方面使單位千瓦的投資增加到1200歐元（大約是目前我國(guó)的3倍），是“高價(jià)格與高效率、低排放設(shè)備”的典型實(shí)例，但按熱耗1kj/kwh為20萬(wàn)歐元的“大成本”原則計(jì)算，這些設(shè)備投資的增加是完全值得的。相比如果在電廠建設(shè)中，不計(jì)先進(jìn)技術(shù)設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)效益，制造商和電廠執(zhí)行 “降低單位造價(jià)”的方針，這些高效潔凈燃煤技術(shù)就不會(huì)得到應(yīng)用。我們的超超臨界機(jī)組數(shù)量在世界上遙遙領(lǐng)先，但德國(guó)高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)的理念和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用深度，所取得的節(jié)能減排社會(huì)效益均值得我們參考和借鑒。4， 先進(jìn)的結(jié)構(gòu)是保證高效率的關(guān)鍵 先進(jìn)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)是汽輪機(jī)提高效率的三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵 在計(jì)算機(jī)技術(shù)融入整個(gè)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)制造的今天，產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)（cad、cae、cfd、cam）的國(guó)際化和商業(yè)化使汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為決定產(chǎn)品性能高低，最基本、最關(guān)鍵的決定性因素。與傳統(tǒng)風(fēng)格形式相比，在汽輪機(jī)有關(guān)的三個(gè)提高效率的技術(shù)領(lǐng)域：熱力循環(huán)熱端的進(jìn)汽參數(shù)；汽輪機(jī)的內(nèi)效率以及汽輪機(jī)冷端排汽優(yōu)化中，只有采用了先進(jìn)而獨(dú)特的結(jié)構(gòu)才能使產(chǎn)品具有采用更高超超臨界參數(shù)的能力、才能大幅度降低流動(dòng)損失，得到更高的汽輪機(jī)內(nèi)效率、才能降低冷端損失，從而得到最高的效率。 sepg具有傳統(tǒng)及獨(dú)特兩種結(jié)構(gòu)風(fēng)格的機(jī)型，分析表明：在超超臨界參數(shù)及大容量條件下，繼續(xù)保持亞臨界、超臨界的傳統(tǒng)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)形式，不僅不會(huì)降低流動(dòng)損失，反而會(huì)因參數(shù)和容量增加帶來(lái)的安全可靠性問(wèn)題，增加損失，犧牲超超臨界參數(shù)帶來(lái)的部分得益。 sepg正是通過(guò)一系列獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱耗在超超臨界參數(shù)4%得益基礎(chǔ)提高到%的目標(biāo)。除了明顯提高機(jī)組的安全可靠性、安裝維護(hù)特性以及運(yùn)行靈活性能外，幾乎在蒸汽流動(dòng)的每一段過(guò)程中，獨(dú)特結(jié)構(gòu)均能明顯地降低流動(dòng)損失?？鄢T如容量增大的影響、回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化等因素之外，獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至少有%以上的熱耗得益。 42 獨(dú)特結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)性能的實(shí)踐驗(yàn)證 “實(shí)踐是檢驗(yàn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，10年來(lái)大量獨(dú)特結(jié)構(gòu)機(jī)組的運(yùn)行性能令人信服地證實(shí)了先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益（見(jiàn)下表2）。玉環(huán)、外高橋連續(xù)6臺(tái)機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)性能為我國(guó)電力企業(yè)帶來(lái)的驚喜是： 在熱耗達(dá)到保證值得同時(shí)，高中壓缸效率也達(dá)到設(shè)計(jì)值； 不僅一臺(tái)機(jī)組，而且陸續(xù)投運(yùn)的所有機(jī)組的性能均穩(wěn)定地達(dá)到設(shè)計(jì)和保證性能； 電廠實(shí)際運(yùn)行熱耗很少進(jìn)行修正，甚至實(shí)際運(yùn)行測(cè)試的熱耗還低于保證熱耗，例如玉環(huán)#1實(shí)測(cè)熱耗為7258kj/kwh，修正后的熱耗為7295 kj/kwh，即電廠在實(shí)際運(yùn)行中還能得到比保證值更高的經(jīng)濟(jì)效益（3）。 表2 獨(dú)特結(jié)構(gòu)機(jī)組的實(shí)測(cè)性能數(shù)據(jù) 電廠及日期 實(shí)測(cè)平均(設(shè)計(jì)值)高中壓缸效率%實(shí)測(cè)(保證)熱耗kj/kwh1998德國(guó)黑泵電廠2874mw/()1999德國(guó)boxberge電廠910mw/全廠熱耗7484(7531)2002年isogo電廠600mw 兩年后熱耗7318(7342)2004年外高橋-ii-2900mw 7500(7602)2007年華能玉環(huán)電廠41000mw/(/)7291-7315(7316)2008年外高橋-iii-21000mw/(/)析 我們從設(shè)計(jì)角度，通過(guò)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比的方法，沿著蒸汽流動(dòng)的軌跡，從汽輪機(jī)進(jìn)口到排汽的各個(gè)流段，對(duì)獨(dú)特結(jié)構(gòu)的低流動(dòng)損失、高效率特性進(jìn)行分解。 （1）汽輪機(jī)閥門前可采取更高的蒸汽壓力 與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式相比，sepg采用的“獨(dú)特”圓筒型高壓模塊中，外缸為無(wú)水平中分面的圓筒型，前后分為高溫及低溫缸，由軸向螺栓連接；內(nèi)缸有水平中分面，但也是一個(gè)無(wú)法蘭外伸端的光滑圓筒型結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。自冷結(jié)構(gòu)不僅冷卻轉(zhuǎn)子和汽缸，同時(shí)使內(nèi)外缸分別承受部分壓力載荷（見(jiàn)圖3），加上受力直徑小、溫度場(chǎng)及應(yīng)力均勻等特點(diǎn)使螺栓、汽缸及轉(zhuǎn)子的工作應(yīng)力、熱應(yīng)力、膨脹都能承受更高的蒸汽壓力，現(xiàn)有的模塊在一開(kāi)始就將參數(shù)定位在30mpa/600/620。圖2 緊湊光滑的圓筒型高壓內(nèi)外缸 圖3 內(nèi)外缸自冷及壓力分配結(jié)構(gòu) 具體產(chǎn)品應(yīng)用的溫度和壓力是采取逐步增加的方式，目前產(chǎn)品的壓力已從25mpa升高到、27mpa、28mpa。與目前傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)型的壓力不大于25mpa相比,30mpa的熱耗可降低約14kj/kwh55kj/kwh。 (2)獨(dú)特的大面積主汽門永久濾網(wǎng)結(jié)構(gòu) 針對(duì)超超臨界的特點(diǎn)，整個(gè)機(jī)組為兩個(gè)主汽門和調(diào)門，且采用一種獨(dú)特的，由成型帶料迭加而成的永久濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是大面積（為閥門喉部面積的7倍），小濾網(wǎng)（僅）,在保持較好過(guò)濾效果前提下,流動(dòng)損失系數(shù)僅%左右。 (3)主汽門和調(diào)門直接和汽缸相連，無(wú)蒸汽管道 兩個(gè)主汽門調(diào)門通過(guò)大螺母直接與汽缸相連（見(jiàn)圖4），與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，直接避免了蒸汽通過(guò)安裝在機(jī)頭四個(gè)調(diào)門的四根累計(jì)幾十米主蒸汽管道，及3-4個(gè)彎頭的流動(dòng)損失。按1%流動(dòng)損失計(jì)算的熱耗得益在5kj/kwh左右。 圖4 兩個(gè)主門直接安裝在汽缸上 (4)閥門出口立即到達(dá)噴嘴的簡(jiǎn)捷進(jìn)汽結(jié)構(gòu) 獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使蒸汽經(jīng)過(guò)兩個(gè)閥門進(jìn)入汽缸后立即到達(dá)第一級(jí)噴嘴前（圖5），省缺了傳統(tǒng)四個(gè)進(jìn)氣管及四個(gè)弧段組成的蒸汽室過(guò)程（圖6），減少了一段流動(dòng)損失。 圖5進(jìn)入汽缸立即到達(dá)噴嘴的結(jié)構(gòu) 圖6傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)四個(gè)進(jìn)汽管的蒸汽室 (5) 全新的配汽方式提高經(jīng)濟(jì)性 噴嘴調(diào)節(jié)和全周進(jìn)汽兩種配汽方式在安全性、經(jīng)濟(jì)性方面各有特點(diǎn)，但是針對(duì)超超臨界參數(shù)及1000mw容量，因下列原因，使技術(shù)優(yōu)勢(shì)完全傾向全周進(jìn)汽方式：一方面噴嘴調(diào)節(jié)受強(qiáng)度的制約，即使在采用雙流調(diào)節(jié)級(jí)情況下，還必須將最小部分進(jìn)汽度增加到75%左右（三閥全開(kāi)），其后果是滑壓終點(diǎn)的負(fù)荷相應(yīng)提高到100%額定負(fù)荷左右；另一方面，全周進(jìn)汽+旁通進(jìn)汽閥配置方式，使100%負(fù)荷的滑壓壓力也同樣達(dá)到了額定壓力。為此，在超超臨界參數(shù)下，全周進(jìn)汽和噴嘴調(diào)節(jié)兩種方式實(shí)現(xiàn)相同的定-滑-定壓力運(yùn)行特性（表3、圖7）。以往亞臨界機(jī)組中，噴嘴調(diào)節(jié)部分進(jìn)汽度小，滑壓運(yùn)行壓力高，循環(huán)效率高的優(yōu)勢(shì)在超超臨界機(jī)組中已不存在，噴嘴調(diào)節(jié)因75%部分進(jìn)汽的損失，級(jí)效率低的情況仍舊存在，使噴嘴調(diào)節(jié)在額定負(fù)荷及部分負(fù)荷的效率和安全性均不及全周進(jìn)汽方式。 表3 超超臨界不同配汽結(jié)構(gòu)基本具有相同的負(fù)荷-滑壓壓力mpa最大負(fù)荷 100%負(fù)荷 75%負(fù)荷 50%負(fù)荷 40%負(fù)荷 噴嘴部分進(jìn)汽方式 2525全周進(jìn)汽 全周進(jìn)汽+旁通進(jìn)汽 圖7 超超臨界汽輪機(jī)的負(fù)荷與壓力的定-滑-定曲線 計(jì)算表明，相同負(fù)荷-滑壓特性條件下，配有旁通進(jìn)汽閥（相當(dāng)于第三個(gè)調(diào)門）的全周進(jìn)汽與傳統(tǒng)的部分進(jìn)汽結(jié)構(gòu)相比，額定負(fù)荷及部分負(fù)荷的熱耗要低20kj/kwh左右（見(jiàn)圖8）；大于額定流量時(shí)，旁通閥打開(kāi)，效率下降。最大負(fù)荷下配旁通閥熱耗最高，無(wú)旁通閥的全周進(jìn)汽熱耗最低。 圖8 超超臨界汽輪機(jī)不同配汽結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比 （6）獨(dú)特的全周進(jìn)汽斜置靜葉結(jié)構(gòu)（圖9） 汽流通過(guò)兩個(gè)徑向的進(jìn)汽口后，立即通過(guò)斜置安裝的靜葉向軸向折轉(zhuǎn)，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖10）相比：第一，流道緊湊，損失?。坏诙?，整體內(nèi)外圍帶的靜葉無(wú)徑向漏汽損失；第三，通過(guò)斜置，在彎道布置的斜置靜葉中實(shí)現(xiàn)了氣流折轉(zhuǎn)，與90度折轉(zhuǎn)相比，損失??；第四，無(wú)部分進(jìn)汽損失，級(jí)效率高2%； 圖9 斜置單流全周進(jìn)汽靜葉 圖10 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的雙流調(diào)節(jié)級(jí) （7）高壓?jiǎn)瘟髋c雙流調(diào)節(jié)級(jí)的損失對(duì)比 因強(qiáng)度限制，而采用雙流調(diào)節(jié)級(jí)結(jié)構(gòu)（圖10）的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與單流斜置靜葉級(jí)相比：第一，雙流使噴嘴面積減少50%，端損大幅度增加，級(jí)效率至少下降4%；第二，為避免壓力級(jí)的端損增加，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的壓力級(jí)仍采用單流，從而形成先是氣流一分為二，然后50%的氣流經(jīng)180度的大折轉(zhuǎn)之后又合二為一，附加的壓損至少1%；第三，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片出口過(guò)渡到下一級(jí)，有一個(gè)長(zhǎng)距離的流道，而獨(dú)特結(jié)構(gòu)兩級(jí)葉片緊密相接，無(wú)過(guò)渡段流動(dòng)損失。 無(wú)蒸汽室的全周進(jìn)汽、進(jìn)汽彎道中的斜置靜葉、單流葉片級(jí)以及動(dòng)葉出口與下一級(jí)直接相連等獨(dú)特結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，第一級(jí)的效率要高10%-15%，相當(dāng)高壓缸效率高2%，熱耗至少30kj/kwh。（8）高壓缸不需法蘭冷卻的結(jié)構(gòu) 外缸由于受力負(fù)荷低、溫度低、內(nèi)缸軸向力使外缸自緊等原因使螺栓應(yīng)力低；內(nèi)缸同樣由于直徑小應(yīng)力低，圓筒高壓結(jié)構(gòu)不僅能承受更高的蒸汽壓力，而且內(nèi)外缸法蘭均不需冷卻，與即使在25mpa參數(shù)以下，還必須有法蘭冷卻（見(jiàn)圖11）的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，減少了附加的冷卻損失。 圖11 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的法蘭蒸汽冷卻 （9） 小直徑、多級(jí)數(shù)的高中壓轉(zhuǎn)子通流部分 高壓通流設(shè)計(jì)中采用了獨(dú)特的兩個(gè)平衡氣道的結(jié)構(gòu) ，使平衡活塞軸向尺寸非常小，高壓缸的軸向長(zhǎng)度短，以及高中壓進(jìn)汽口均為側(cè)向等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使通流部分有足夠的軸向位置布置較多的葉片級(jí)數(shù)，得以獲得更高的通流效率。 （10） 全三元高效率彎扭葉片 所有的葉片級(jí)采用新一代高效、全三維彎扭葉片技術(shù)使效率提高2%（見(jiàn)圖12）。2002年后推出的按整個(gè)通流部分最佳氣流特性決定各級(jí)反動(dòng)度的變反動(dòng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)又使缸效率提高1%（圖13）。這些代表世界最新氣動(dòng)水平的葉片成功在產(chǎn)品中應(yīng)用，使葉片級(jí)效率的提高幅度近3%。按高中壓缸效率2%的貢獻(xiàn)計(jì)算,熱耗得益在90kj/kwh。 （11）獨(dú)特的中壓進(jìn)口切向渦流冷卻結(jié)構(gòu) 中壓缸采取了一種非常獨(dú)特的冷卻結(jié)構(gòu)，通過(guò)進(jìn)口處四個(gè)切向渦流孔（見(jiàn)圖14），將熱能轉(zhuǎn)換為高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，使轉(zhuǎn)子表面的溫度降低15左右，這種冷卻方式簡(jiǎn)捷、穩(wěn)定可靠。與傳統(tǒng)利用2%高壓缸排汽，非再熱蒸汽進(jìn)行冷卻的結(jié)構(gòu)(圖15)相比，降低了中壓缸冷卻損失,相當(dāng)熱耗得益約3kj/kwh。 圖14 獨(dú)特的中壓進(jìn)口切向渦流 圖15利用高壓排汽冷卻的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) （12）獨(dú)特的中壓缸進(jìn)汽結(jié)構(gòu) 與高壓一樣，在中壓缸采取了一系列可以減少流動(dòng)損失，提高效率的獨(dú)特結(jié)構(gòu)：例如兩個(gè)側(cè)向進(jìn)汽的再熱主調(diào)門直接安裝在汽缸上，沒(méi)有導(dǎo)汽管損失（圖16）；汽流直接通過(guò)彎道兩個(gè)對(duì)稱的，內(nèi)外環(huán)整體無(wú)徑向漏汽的斜置靜葉；小直徑、多級(jí)數(shù)的3dvtm全三維彎扭變反動(dòng)度葉片等（圖17）。 圖16 中壓閥門直接安裝在汽缸上 圖17 獨(dú)特的中壓進(jìn)汽結(jié)構(gòu)形式 由于第一級(jí)低反動(dòng)度，大焓降的斜置靜葉以及切向渦流冷卻，使再熱溫度可以達(dá)到620，相比600，熱耗可以降低約25kj/kwh。 （13）獨(dú)特的中壓排汽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 同樣為雙流中壓缸，但排汽口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式完全不同：兩個(gè)進(jìn)汽口在測(cè)向，一個(gè)排汽口布置在汽缸中間，使整個(gè)內(nèi)外缸之間由中壓排汽所包圍（圖18）；獨(dú)特的整圈預(yù)扭安裝動(dòng)、靜葉片結(jié)構(gòu)使中壓排汽壓力降低到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)型的一半左右，除了使中壓外缸因溫度在300，可以采用球墨鑄鐵；低壓轉(zhuǎn)子避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高溫回火脆性問(wèn)題外，其帶來(lái)的高效率效應(yīng)體現(xiàn)在：第一，低排汽壓力，使蒸汽焓降由低壓缸轉(zhuǎn)移到效率較高的中壓缸，經(jīng)分析，其熱耗得益在15kj/kwh；第二，單個(gè)排汽口與單個(gè)大口徑中低壓連通管，流場(chǎng)簡(jiǎn)捷，損失小，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖19）的2%壓損相比，其損失系數(shù)僅%；相當(dāng)熱耗差為8kj/kwh。 圖18 獨(dú)特的中壓進(jìn)排汽結(jié)構(gòu) 圖19 傳統(tǒng)的中壓排汽結(jié)構(gòu) （14）低壓缸葉片 低壓前幾級(jí)與高中壓缸一樣，采用3dvtm全彎扭葉片，而低壓末級(jí)長(zhǎng)葉片則采用1146mm自由葉片，這也是目前最長(zhǎng)的自由葉片。與其他相同11排汽面積的特大型長(zhǎng)葉片相比，葉片寬度相當(dāng)，但避免了凸臺(tái)跨音速區(qū)或任何其他附件造成的沖波及擾動(dòng)損失。分析表明其對(duì)熱耗的影響量級(jí)在3kj/kwh以上。 （15） 可提供大50%的排汽面積 獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中每?jī)蓚€(gè)汽缸之間僅需一個(gè)軸承，以四缸四排汽為例，5個(gè)軸承，總跨距比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)8個(gè)軸承形式短8-10米，即使采用3個(gè)低壓缸的boxberg、niederaussem 5缸6排汽機(jī)組的總長(zhǎng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的四缸四排汽機(jī)組相同。在相同長(zhǎng)葉片的排汽面積及軸系自由度條件下，獨(dú)特結(jié)構(gòu)可以提供的總排汽面積比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)大50%。相對(duì)大容量、低冷卻水溫和背壓較低的機(jī)組，例如四排汽、的1000mw機(jī)組或者的1300mw方案中,610比4排汽損失的熱耗差異約1%，達(dá)到70kj/kwh的量級(jí)。 5 結(jié)論 （1）根據(jù)歐洲高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)的分析和實(shí)踐,百萬(wàn)千瓦機(jī)組的熱效率比傳統(tǒng)亞臨界600mw機(jī)組提高%。其中與汽輪機(jī)本體優(yōu)化設(shè)計(jì)直接相關(guān)的有超超臨界參數(shù)、高效率汽輪機(jī)以及排汽冷端優(yōu)化設(shè)計(jì)等三個(gè)領(lǐng)域，熱效率的提高幅度為%，而600超超臨界參數(shù)的貢獻(xiàn)僅為其中的1/3左右。 （2） 目前我國(guó)超超臨界600參數(shù)1000mw與亞臨界600mw機(jī)組相比，各種機(jī)型的保證熱耗降低了約%，扣除超超臨界參數(shù)的4%熱耗