水泥爐窯余熱發(fā)電汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)

摘要:

南京汽輪電機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司建廠50年來，一直致力于電站汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)制造。企業(yè)不斷緊跟經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場(chǎng)的需求。開發(fā)不同類型的產(chǎn)品，迄今為止，已設(shè)計(jì)制造各類汽輪機(jī)100多個(gè)品種，派生產(chǎn)品400多種。進(jìn)入二十一世紀(jì)，集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)更是著眼于發(fā)展，著眼于未來，非常正確的選擇與北京全四維動(dòng)力科技有限公司合作，共同研制開發(fā)具有世界先進(jìn)水平的各類型電站汽輪機(jī)。在研制開發(fā)過程中，吸取總結(jié)了我國(guó)在葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)取得的科研成果，在已成功應(yīng)用于我國(guó)汽輪機(jī)行業(yè)老產(chǎn)品改造、新產(chǎn)品開發(fā)的全三維技術(shù)基礎(chǔ)上，努力開拓進(jìn)取，不斷技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)出更為先進(jìn)具有當(dāng)代國(guó)際領(lǐng)先水平的準(zhǔn)四維/全四維技術(shù)，并把這一頂尖技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于汽輪機(jī)老產(chǎn)品改造和新產(chǎn)品的開發(fā)。集團(tuán)公司落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，本著建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)宗旨，組織開發(fā)了多種余熱利用發(fā)電設(shè)備，其中水泥生產(chǎn)線余熱發(fā)電用汽輪機(jī)是近幾年重點(diǎn)開發(fā)的，具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的產(chǎn)品。

目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的水泥生產(chǎn)線，仍然有大量350℃以下的低溫余熱不能完全利用，回收水泥生產(chǎn)過程中的低溫余熱，用來發(fā)電，可有效減少水泥生產(chǎn)過程中的能源消耗，同時(shí)降低了廢氣排放的溫度，有效的減輕水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的熱污染，具有顯著的節(jié)能和環(huán)保意義，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，有很大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景，南汽輪集團(tuán)研制開發(fā)的這種技術(shù)先進(jìn)的汽輪機(jī)，已和各水泥企業(yè)簽定了30多臺(tái)套合同，其中海螺集團(tuán)占了絕大多數(shù)。引起水泥行業(yè)和汽輪機(jī)行業(yè)的普遍關(guān)注。

1．水泥窯低溫余熱汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

南汽輪集團(tuán)與北京全四維動(dòng)力科技有限公司共同研制開發(fā)的用于水泥生產(chǎn)線低溫余熱利用汽輪機(jī)，皆為雙壓（帶一級(jí)補(bǔ)汽）、單缸、沖動(dòng)凝汽式汽輪機(jī)。

1.1汽輪機(jī)主要技術(shù)規(guī)范

	7MW系列	9MW系列	18MW系列	30MW系列
額定功率MW	7.5	9	18	30
功率等級(jí)范圍MW	6～12	8～12	17～24	25～32
額定主蒸汽壓力MPa.a	1.05	0.689	0.689	0.689
主蒸汽溫度℃	320	317	315～330	312～330
主汽壓力范圍MPa.a	0.981～1.27	?	?	?
補(bǔ)汽壓力	0.12～0.25	0.12～0.137	0.11～0.14	0.12～0.14
補(bǔ)汽流量t/h	1～5	1～6	1～6	3～11
給水溫度℃	35～45	35～45	35～45	35～45
汽耗kg/kW.h	5.68	5.61	5.6	5.58
熱耗kJ/kW.h	16285	16845	16075	16458
汽輪機(jī)級(jí)數(shù)	11	9	9	10
末級(jí)葉片葉片長(zhǎng)度mm	300	330	485	665
汽輪機(jī)本體重量t	～46.5	～45	～61	92
配汽方式	節(jié)流調(diào)節(jié)	節(jié)流調(diào)節(jié)	節(jié)流調(diào)節(jié)	節(jié)流調(diào)節(jié)
回?zé)嵯到y(tǒng)	無	無	無	無

1.2通流部分設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

水泥窯低溫余熱汽輪機(jī)通流部分的設(shè)計(jì)，在技術(shù)方面最突出的特點(diǎn)是采用當(dāng)代更為先進(jìn)的、在成熟的全三維技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的、具有當(dāng)代國(guó)際領(lǐng)先水平的準(zhǔn)四維/全四維技術(shù)，對(duì)通流部分及主汽閥、調(diào)節(jié)閥、汽缸等各部分主蒸汽流經(jīng)的部位進(jìn)行全面系統(tǒng)設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)約能源、降低消耗、提高經(jīng)濟(jì)性和增加出力（在同等主蒸汽流量下）的目的。

（1）采用先進(jìn)的非數(shù)值優(yōu)化方法（遺傳算法）與常規(guī)的數(shù)值優(yōu)化方法相結(jié)合，針對(duì)不同工作條件下的葉片型線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。使得葉片型線損失很小；葉片前緣設(shè)計(jì)使得葉片對(duì)來流攻角變化不敏感；較薄的葉片尾緣減小了葉片的尾跡損失；較大的葉片最大厚度增強(qiáng)了葉片的剛性。

（2）末幾級(jí)采用彎扭聯(lián)合成型靜葉柵。改變靜葉柵內(nèi)部的流場(chǎng)，減小葉片損失，從而大幅度提高汽輪機(jī)的級(jí)效率。

（3）通流部分子午面光顧。光滑順暢的子午面型線可以減小因子午面形狀突變而帶來的額外損失。

（4）動(dòng)葉自帶圍帶整圈聯(lián)接。通過預(yù)扭裝配使動(dòng)葉片形成整圈聯(lián)接，可以使動(dòng)葉片振動(dòng)應(yīng)力減小，不存在鉚接造成的應(yīng)力集中，運(yùn)行安全可靠。

（5）采用新一代梳齒式汽封。經(jīng)過多年實(shí)驗(yàn)研究，及國(guó)內(nèi)外機(jī)組實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，梳齒式汽封是密封效果最好的結(jié)構(gòu)形式。梳齒式汽封以其特有的擾流作用，最大限度的減小漏汽，尤其是在沖動(dòng)式汽輪機(jī)。

（6）全部采用焊接隔板。焊接隔板剛性好，強(qiáng)度大，能夠保證靜葉內(nèi)汽道形狀準(zhǔn)確，光潔度高。

1.3汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

南汽輪集團(tuán)設(shè)計(jì)制造的水泥爐窯低溫余熱利用系列汽輪機(jī)，為低壓、單缸、沖動(dòng)、帶一級(jí)補(bǔ)汽（雙壓）凝汽式汽輪機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)如上圖所示。

汽輪機(jī)采用節(jié)流調(diào)節(jié)，無調(diào)節(jié)級(jí)。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子根據(jù)進(jìn)汽參數(shù)和功率的不同分別由9、10、11個(gè)壓力級(jí)組成。采用組合套裝結(jié)構(gòu)。

汽缸前端借助于“貓爪”與前軸承座相連，在垂直方向設(shè)有定位左右膨脹的垂直鍵，以保證軸承座在膨脹時(shí)中心不致變動(dòng)。前軸承座坐于前座架上，前座架上裝有熱膨脹傳感器，以反映汽輪機(jī)靜子部分的熱膨脹。后汽缸則支承在左右兩側(cè)的后座架上，在左右后座架與后缸連接面上設(shè)有橫銷，與汽輪機(jī)軸中心線的交點(diǎn)構(gòu)成汽缸熱膨脹的死點(diǎn)。

前軸承座內(nèi)裝有測(cè)速機(jī)構(gòu)，主油泵，危急遮斷裝置，軸向位移傳感器，徑向及推力聯(lián)合軸承。后軸承座與后汽缸一體，裝有汽輪機(jī)后軸承和發(fā)電機(jī)前軸承。30MW系列僅裝有汽輪機(jī)后軸承。后軸承蓋上裝有汽輪機(jī)盤車裝置。盤車裝置由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過蝸輪蝸桿副及齒輪減速達(dá)到所需要的盤車速度。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于盤車速度時(shí)，盤車裝置能自動(dòng)退出工作位置。在無電源的情況下，在盤車電動(dòng)機(jī)的后軸伸裝有手輪，可以進(jìn)行手動(dòng)盤車。

水泥爐窯余熱鍋爐產(chǎn)生的低壓蒸汽經(jīng)電動(dòng)隔離閥進(jìn)入位于汽輪機(jī)前部的一個(gè)或者兩個(gè)主汽調(diào)節(jié)聯(lián)合汽閥，通過主蒸汽管路，由前汽缸下部進(jìn)入前汽缸蒸汽室，經(jīng)若干級(jí)作功后，與補(bǔ)汽混合，再經(jīng)后幾級(jí)壓力級(jí)作功后排入凝汽器凝結(jié)成水，借助于凝結(jié)水泵打出，經(jīng)汽封加熱器及除氧器后，再重新進(jìn)入余熱鍋爐。