一种高参数超超临界汽轮发电机组

摘要

本发明公开一种高参数超超临界汽轮发电机组，用一部镍基材料汽轮发电机和一部铁基材料汽轮发电机联合发电，来自锅炉高于620℃的蒸汽供镍基材料汽轮发电机发电，再将镍基材料汽轮发电机各汽缸的排汽（低于620℃）送入铁基材料汽轮发电机对应的汽缸，驱动铁基材料汽轮发电机发电。

说明书

技术领域

本发明属于火力发电领域，涉及一种高参数超超临界汽轮发电机组。

背景技术

随着社会发展，人类对环境保护的要求越来越严格，对清洁高效燃煤机组的需要越来越强烈。为此，世界各大燃煤发电设备尤其是汽轮机制造厂家加快高效汽轮机技术的研究与应用。提高汽轮机效率最有效的手段之一就是提高汽轮机蒸汽参数，因此汽轮机也由亚临界(蒸汽温度538℃)、超临界（蒸汽温度566℃）发展到了超超临界（蒸汽温度600℃）。

近年来世界各大电力设备制造厂家纷纷开展了高参数超超临界汽轮机的研究，即将蒸汽参数在600℃基础上进一步提高，已达到燃煤机组效率突破50%的目标。为此欧洲开展了“AD700”计划、日本开展了A-USC研发计划、我国也建立了700℃研发联盟。目的是研发蒸汽参数为35MPa/700℃/720℃的高效一次再热机组或参数为35MPa/700℃/720℃/720℃的高效二次再热机组。

此类机组最主要特征在于汽轮机蒸汽温度超过650℃，达到700℃等级，甚至有可能超过750℃等级，在此温度下汽轮机高温部件将不能采用铁基材料，取而代之的是镍基耐高温材料。镍基材料已经在高温燃机、航空发动机中广泛应用，但其要广泛应用于大功率燃煤发电机组主要存在以下困难：

1）    镍基铸件或锻件大型化

大功率燃煤机组汽轮机铸件或锻件一般达到或超过20吨，几何尺寸也较大，这导致镍基铸件和锻件毛坯在工艺上难以实现，而高温长时性能难以满足设计要求。为此，各大汽轮机制造厂家纷纷展开研究，提出了各种设计方案，主要设计思想是采用异种材料焊接技术，将镍基铸锻件与铁基铸锻件焊接为一体。

基体完全不同的两种材料如何焊接，如何保证焊接性能成为难以攻克的世界难题，异种材料焊接也将导致机组成本上升，因焊接不良存在事故隐患。

2）    镍基材料的应用导致机组成本上升

大型镍基铸锻件成本昂贵，按照目前市场评估一般高于250万人民币/吨，如何降低机组成本成为研究的一大重点。为此最典型、直接有效的方式就是减少主蒸汽和再热蒸汽高温管道用量。专利CN202100032 U就提出了一种汽轮机布置方法，以便减少高温管道用量，降低成本。但是该方案将汽轮机整体置于高位，由于汽轮机整体重量较重，必然导致厂房设计难度变大，土建成本上升。

如何降低高参数汽轮机技术难度和风险，降低汽轮机制造成本成为此类机组推广应用的瓶颈。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高参数超超临界汽轮发电机组，用一部镍基材料汽轮发电机和一部铁基材料汽轮发电机联合发电，来自锅炉高于620℃的蒸汽供镍基材料汽轮发电机发电，再将镍基材料汽轮发电机的排汽（低于620℃）送入铁基材料汽轮发电机发电，从而有效地解决了上述问题。

对于一次再热机组，其具体技术方案是：

一种高参数超超临界汽轮发电机组，由两部相对独立的汽轮发电机A和B组合构成，所述汽轮发电机A的汽轮机包括高压缸、中压缸发电机；所述汽轮发电机B的汽轮机包括高压缸、中压缸、低压缸发电机；所述汽轮发电机A的工作蒸汽来自锅炉，蒸汽温度高于620℃，所述汽轮发电机B高压缸的工作蒸汽来自汽轮发电机A高压缸的排汽，所述汽轮发电机B中压缸的工作蒸汽来至汽轮发电机A中压缸的排汽；所述汽轮发电机A的汽轮机除汽缸的外缸以外，所有动、静部件用镍基材料制成；所述汽轮发电机B的汽轮机，所有动、静部件用铁基材料制成。

进一步的，所述汽轮发电机A和B按高、低位重叠布置，汽轮发电机A居上，临近锅炉的蒸汽出口，以缩短供汽管道的长度，该供汽管道用镍基材料制成。

进一步的，所述汽轮发电机A高压缸的排汽通过管道连通汽轮发电机B高压缸的进汽口，管道上设有排汽阀；所述汽轮发电机A中压缸的排汽通过管道连通汽轮发电机B中压缸的进汽口，管道上设有排汽阀；在机组甩负荷后，通过排汽阀将管道内的蒸汽排往再热器或凝汽器；所述管道用铁基材料制成。

对于二次再热机组，其具体技术方案是：

一种高参数超超临界汽轮发电机组，由两部相对独立的汽轮发电机A和B组合构成，所述汽轮发电机A的汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸、发电机；所述汽轮发电机B的汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸、低压缸、发电机；所述汽轮发电机A的工作蒸汽来自锅炉，蒸汽温度高于620℃，所述汽轮发电机B超高压缸的工作蒸汽来自汽轮发电机A超高压缸的排汽，所述汽轮发电机B高压缸的工作蒸汽来至汽轮发电机A高压缸的排汽；所述汽轮发电机B中压缸的工作蒸汽来至汽轮发电机A中压缸的排汽；所述汽轮发电机A的汽轮机除汽缸的外缸以外，所有动、静部件用镍基材料制成；所述汽轮发电机B的汽轮机，所有动、静部件用铁基材料制成。

进一步的，所述汽轮发电机A和B按高、低位重叠布置，汽轮发电机A居上，临近锅炉的蒸汽出口，以缩短供汽管道的长度，该供汽管道用镍基材料制成。

进一步的，所述汽轮发电机A超高压缸的排汽通过管道连通汽轮发电机B超高压缸的进汽口，管道上设有排汽阀；所述汽轮发电机A高压缸的排汽通过管道连通汽轮发电机B高压缸的进汽口，管道上设有排汽阀；所述汽轮发电机A中压缸的排汽通过管道连通汽轮发电机B中压缸的进汽口，管道上设有排汽阀；在机组甩负荷后，通过排汽阀将管道内的蒸汽排往再热器或凝汽器；所述管道用铁基材料制成。

本发明的有益效果：

由于采用镍基、铁基汽轮发电机联合结构，两机的汽缸采用管道连通，将镍基汽轮发电机的排汽供铁基汽轮发电机发电，这样，就把两机的蒸汽温度以620℃为界区别开来，满足各自的材料许用温度要求。铁基汽轮发电机是现有成熟机型，只需制造镍基汽轮发电机，不存在异种材料焊接问题，降低了制造难度，也避免了由此带来的事故隐患。

附图说明

图1是本发明一次再热机组的结构示意图

图2是本发明二次再热机组的结构示意图。

具体实施方式

　实施例一   一次再热机组

参见图1，本高参数超超临界汽轮发电机组，由两部相对独立的汽轮发电机A和B组合构成，所述汽轮发电机A的汽轮机包括高压缸1、中压缸2作为原动机，驱动发电机3发电。所述汽轮发电机B的汽轮机包括高压缸4、中压缸5、低压缸6作为原动机，驱动发电机7发电。

所述汽轮发电机A高压缸1的工作蒸汽是来自锅炉的高温高压蒸汽，蒸汽温度700℃，压力35MPa；中压缸2的工作蒸汽是来自锅炉再热器的高温中压蒸汽，蒸汽温度720℃，压力7.65MPa。

所述汽轮发电机B高压缸4的工作蒸汽来自汽轮发电机A高压缸1的排汽，该排汽温度低于620℃，所述汽轮发电机B中压缸5的工作蒸汽来至汽轮发电机A中压缸2的排汽，该排汽温度低于620℃。中压缸5的排汽通过连通管进入低压缸6继续做功后排入凝汽器。

所述汽轮发电机A高压缸1的排汽通过管10连通汽轮发电机B高压缸4的进汽口，管道10上设有排汽阀8；所述汽轮发电机A中压缸2的排汽通过管道11连通汽轮发电机B中压缸5的进汽口，管道11上设有排汽阀9；在机组甩负荷后，通过排汽阀8、9将管道10、11内的蒸汽排往再热器或凝汽器；所述管道10、11用铁基材料制成。

所述汽轮发电机A的汽轮机除汽缸的外缸以外，所有动、静部件用镍基材料制成；所述汽轮发电机B的汽轮机，所有动、静部件用铁基材料制成。

所述汽轮发电机A和B按高、低位重叠布置，汽轮发电机A居上，临近锅炉的蒸汽出口，以缩短供汽管道的长度，该供汽管道用镍基材料制成。

汽轮发电机A通过其转子驱动发电机3发电。汽轮发电机B通过其转子驱动发电机7发电。

本机组的工作过程：

来自锅炉的高温高压蒸汽（700℃、35MPa）进入汽轮发电机A的高压缸1做功后温度降至620℃以下，经管道10进入汽轮发电机B的高压缸4再次做功，温度压力再度降低，然后进入锅炉再热器加热，产出温度720℃的中压蒸汽，进入汽轮发电机A的中压缸2做功后温度降至620℃以下，经管道11进入汽轮发电机B的中压缸5再次做功，温度压力再度降低，再进入汽轮发电机B的低压缸6继续做功后，成为乏汽排出，最后经凝汽器冷凝为水，返回锅炉产蒸汽。

实施例二   二次再热机组

参见图2，本高参数超超临界汽轮发电机组，由两部相对独立的汽轮发电机A和B组合构成，所述汽轮发电机A的汽轮机包括超高压缸12、高压缸14、中压缸16作为原动机，驱动发电机18发电。所述汽轮发电机B的汽轮机包括超高压缸13、高压缸15、中压缸17、低压缸19作为原动机，驱动发电机26发电。

所述汽轮发电机A超高压缸12的工作蒸汽是来自锅炉的高温高压蒸汽，蒸汽温度700℃，压力35MPa；高压缸14的工作蒸汽是来自锅炉一次再热器的高温高压蒸汽，蒸汽温度720℃，压力9.34MPa。中压缸16的工作蒸汽是来自锅炉二次再热器的高温中压蒸汽，蒸汽温度720℃，压力2.85MPa。

所述汽轮发电机B超高压缸13的工作蒸汽来自汽轮发电机A超高压缸12的排汽，该排汽温度低于620℃；所述汽轮发电机B高压缸15的工作蒸汽来至汽轮发电机A高压缸14的排汽；该排汽温度低于620℃；所述汽轮发电机B中压缸17的工作蒸汽来至汽轮发电机A中压缸16的排汽；该排汽温度低于620℃。中压缸17的排汽通过连通管排入低压缸19继续做功后排入凝汽器。

所述汽轮发电机A超高压缸12的排汽通过管道20连通汽轮发电机B超高压缸13的进汽口，管道20上设有排汽阀21；所述汽轮发电机A高压缸14的排汽通过管道22连通汽轮发电机B高压缸15的进汽口，管道22上设有排气阀23；所述汽轮发电机A中压缸16的排汽通过管道24连通汽轮发电机B中压缸17的进汽口，管道24上设有排汽阀25；在机组甩负荷后，通过排汽阀21、23、25将管道20、22、24内的蒸汽排往再热器或凝汽器；所述管道20、22、24用铁基材料制成。

所述汽轮发电机A的汽轮机除汽缸的外缸以外，所有动、静部件用镍基材料制成；所述汽轮发电机B的汽轮机，所有动、静部件用铁基材料制成。

所述汽轮发电机A和B按高、低位重叠布置，汽轮发电机A居上，临近锅炉的蒸汽出口，以缩短供汽管道的长度，该供汽管道用镍基材料制成。

本机组的工作过程：

来自锅炉的高压高温蒸汽（35MPa、700℃）进入汽轮发电机A的超高压缸12做功后温度降至620℃以下，经管道20进入汽轮发电机B的超高压缸13再次做功，温度压力再度降低，进入锅炉一次再热器加热，产出温度720℃的高温蒸汽，进入汽轮发电机A的高压缸14，做功后温度降至620℃以下，经管道22进入汽轮发电机B的高压缸15再次做功，温度压力再度降低，进入锅炉二次再热器加热，产出温度720℃的高温蒸汽，进入汽轮发电机A的中压缸16，做功后温度降至620℃以下，经管道24进入汽轮发电机B的中压缸17再次做功后，蒸汽经连通管排入低压缸19做功，温度压力再度降低后，成为乏汽排出，最后经凝汽器冷凝为水，返回锅炉产蒸汽。