【導(dǎo)讀】蒸汽輪機是最重要的渦輪發(fā)動機之一，是發(fā)電領(lǐng)域的主要原動機。本文簡單討論了作為蒸汽輪機發(fā)電廠部件之一的蒸汽輪機的作用。蒸汽鍋爐接受經(jīng)過不同回?zé)岷蜔峄厥昭b置。提高了溫度的給水。在大多數(shù)電廠中，采用了過熱蒸汽；大型電廠中，蒸汽在汽輪機的一些級中膨脹后，要經(jīng)過一次或兩次再熱。過熱蒸汽經(jīng)過調(diào)節(jié)閥進入蒸汽輪機。蒸汽輪機總是多級汽輪機，根據(jù)汽輪機容量的大小采用一個或多個缸。凝結(jié)水以及抽汽用泵打入鍋爐。蒸汽輪機可用以下方式分為許多類型。低壓汽輪機，采用壓力為到MPa的蒸汽;沖動式汽輪機是指在轉(zhuǎn)子中沒有流體靜壓頭改變的汽輪機。于在沖動式汽輪機中轉(zhuǎn)子葉片通道不會引起流體的任何加速，在葉片表面由于附面層的增加引起流體分離的機率要大一些。沖動式汽輪機可采用許多壓力級承擔(dān)大的壓降或許多速度級承擔(dān)高。采用了法蘭加熱蒸汽使其減至最低程度。缸間壓力和溫度，在外缸應(yīng)力增加的代價下減少了熱內(nèi)缸的應(yīng)力。

　　

【正文】 和溫度下排出。 在電廠系統(tǒng)中循環(huán)流動的蒸汽 /水中含有各種各樣的不凝結(jié)氣體。它們來源于幾個方面 。供給系統(tǒng)的補水中可能含有相對高的不凝結(jié)溶解氣體。另外在內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)中釋放出不凝結(jié)氣體，以及在壓力低于大氣壓力的部位，不凝結(jié)氣體通過漏氣進入系統(tǒng)。這些不凝結(jié)氣體進入凝汽器以及汽輪機排汽，除非連續(xù)的去除，否則會迅速地在凝汽器中積聚并提高汽輪機背壓。 排汽中含有不凝結(jié)氣體對凝結(jié)蒸汽的傳熱系數(shù)有負面影響。試驗中蒸汽中僅僅少量的不凝結(jié)氣體會引起傳熱系數(shù)量級的大大減小，范圍為圖 36 單流程表面式凝汽器示意圖 圖 37 徑向流表面式凝汽器 8 850020,000 W/m2 K。在工廠實際應(yīng)用中，這個數(shù)值一般為 11,500 W/m2 K。 凝汽器中的不凝結(jié)氣體可利用射汽 抽氣器或旋轉(zhuǎn)真空泵除去。為了減少將這些氣體抽至大氣壓力的耗功，抽氣點置于凝汽器的最冷區(qū)域。 超臨界蒸汽輪機技術(shù) 現(xiàn)狀 由不同制造商制造的蒸汽輪機包括高參數(shù)蒸汽輪機的發(fā)展，都是對于轉(zhuǎn)速為 3000 r/min和 3600 r/min的全速汽輪機。 對于單再熱蒸汽輪機的標(biāo)準模塊，包括高壓和中壓汽輪機模塊，這種汽輪機的進汽參數(shù)分別為 240bar/565186。C/565186。C和 300bar/600186。C/600186。C，發(fā)電出力有望達到 1100MW。 由于高壓缸中增大的通流部分損失，容量達到 250MW機組的效 率不可能達到更高容量機組有望達到的高效率，這些機組有望仍保持亞臨界參數(shù)。 除了單再熱設(shè)計，超臨界機組還有兩次再熱設(shè)計。在兩次再熱機組中，最高壓汽輪機被稱作為 VHP汽輪機，接收主蒸汽；之后是一個高中壓聯(lián)合汽輪機或兩個獨立的高壓和中壓汽輪機，接受從第一級或第二級再熱器出來的蒸汽。 超臨界汽輪機發(fā)展的另一個重要方面是汽輪機的靈活性。由于汽輪機中所用的傳統(tǒng)材料可適用于蒸汽溫度達到 565186。C，為了滿足承受高壓的要求，導(dǎo)致汽輪機的部件增厚。因此在超臨界汽輪機中，制造商利用了一些含鉻為 1012%的合金鋼，從而使缸壁厚度 變薄，熱應(yīng)力減至最低限度。這些材料的選擇性使用改善了啟動時間，提高了整機的利用率。 高壓汽輪機 現(xiàn)在超臨界參數(shù)高壓缸廣泛成功采用了高鉻含量的鐵素體鋼。目前所有的制造商都保留了汽缸的雙層缸設(shè)計，而沒有轉(zhuǎn)向采用三層缸來承擔(dān)高壓。雖然采用螺栓連接的結(jié)合面方式比較典型，但也有采用其他方式的。西門子公司喜歡采用桶狀設(shè)計，而 ABB公司則采用了收縮環(huán)結(jié)構(gòu)。利用螺栓連接水平結(jié)合面的方式通常比桶狀方式易于檢修。 對于溫度參數(shù)為 565186。C的汽輪機，內(nèi)缸通常采用傳統(tǒng)的 1%鉻 .鉬 .釩鋼鑄造，而對于溫度參數(shù)為 600186。C的汽輪機，則變 為采用高鉻含量的鐵素體鋼。當(dāng)溫度大于 600186。C時，在內(nèi)缸的水平結(jié)合面上，通常需要采用 80A鎳鉻 耐熱 合金 鋼螺栓（取代了 12%鉻鋼）。 高壓轉(zhuǎn)子的設(shè)計取決于所采用的葉片類型。通常要么采用鼓形轉(zhuǎn)子，要么采用葉輪式的轉(zhuǎn)子，其中鼓形轉(zhuǎn)子用于 50%反動度的汽輪機中，葉輪式的轉(zhuǎn)子在沖動式汽輪機中采用。這種動葉結(jié)構(gòu)是標(biāo)準的，在這個領(lǐng)域還沒有更進一步的發(fā)展。大多數(shù)制造商都保留了整鍛轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，盡管 ABB公司可提供焊接轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這種焊接轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)綜合采用了高鉻含量和低鉻含量的合金鋼，能與蒸汽參數(shù)相匹配。 1%鉻含量的鋼制轉(zhuǎn)子僅限 于在帶有調(diào)節(jié)級的高壓汽輪機中使用，因為調(diào)節(jié)級有效地降低了與轉(zhuǎn)子主要部分直接接觸的蒸汽溫度。如果溫度更高，和對于沒有調(diào)節(jié)級的汽輪機設(shè)計，現(xiàn)在需要采用 12%鉻含量的鋼制轉(zhuǎn)子。 中壓汽輪機 所有的汽輪機制造商都保留了把汽缸從水平中分面分開的雙層缸結(jié)構(gòu)。外缸提供了內(nèi)缸以及用于后幾級葉片的持環(huán)的支撐。大多數(shù)設(shè)計依賴于利用螺栓把每個汽缸的兩半部分連接。在這點上唯一的例外是由 ABB公司設(shè)計的汽缸，它再次采用了收縮環(huán)結(jié)構(gòu)。 對于兩次再熱汽輪機中的高中壓聯(lián)合汽輪機，它的布置取決于制造商。僅僅有一些制造商發(fā)展了專門用于超臨界參 數(shù)的反向流汽輪機。對于高中壓聯(lián)合汽輪機別的設(shè)計，已由其他制造商用于亞臨界參數(shù)的汽輪機中，并且有望引入到超臨界參數(shù)汽輪機中。 用于超臨界機組的中壓汽輪機和高中壓聯(lián)合汽輪機，與現(xiàn)有的亞臨界機組許多設(shè)計相同。除了材料上要求改善外，對于高于 600186。C的蒸汽溫度的大幅提高，沒有必要有更進一步的發(fā)展。 低壓汽輪機 大多數(shù)低壓汽輪機可用于高參數(shù)蒸汽的機組，而不需要采用專門用于高溫的材料。然而，主蒸汽和再熱蒸汽壓力的提高，可能會提高低壓汽輪機排汽的濕汽含量。這會加快末級葉片的腐蝕速度，對于葉片和其他易腐蝕部件有必要增加額外 的保護。 在超臨界汽輪機上，還有一個普遍的趨勢，那就是提高末級葉片長度和增大排汽面積，由此減少低壓汽輪機缸的個數(shù)，從而減少成本。通常這也會增加末級動葉片產(chǎn)生腐蝕故障的可能性。 從二十世紀八十年代早期以來，通過計算流體動力學(xué)（ CFD）和三維通流計算方法的使用，葉片設(shè)計得到了巨大的發(fā)展并且使葉片效率得到大幅提高。不知道這種趨勢會延續(xù)到什么程度。 汽輪機發(fā)展趨勢 240bar/565186。C/580186。C的蒸汽參數(shù)被認為是先進電廠蒸汽參數(shù)的標(biāo)準，隨著設(shè)計和材料的進步，有更高效率目標(biāo)的新電廠可達 600186。C。電 廠發(fā)展的主要推動力是允許更高蒸汽參數(shù)的材料。沒有這些新材料的使用，要想獲得蒸汽參數(shù)更進一步的發(fā)展是極不可能的。 對于鍛造的汽輪機轉(zhuǎn)子和葉片以及鑄造閥門和汽缸需要蠕變強度提高的鐵素體鋼。美國（如美國電力研究院， EPRI）、日本 (EPDC)和歐洲（如歐盟科技聯(lián)合體 COST）都已開始著手研究適合于 600186。C或更高溫度的蠕變強度大大改善的鋼材。最近開始的 ECTHERMIE項目資助的 ‘700’工程的目的是到 2020年進行蒸汽參數(shù)達到 700186。C的運行，其中部分采用了基于鎳的合金鋼。 盡管高壓汽缸保持了雙層缸為主 流的設(shè)計，但是三層或部分三層汽缸設(shè)計正在積極地考慮中，從而有助于汽缸承壓和避免過度的壁厚。對于最熱部分的隔熱和冷卻蒸汽的設(shè)計也在發(fā)展中。 給水加熱循環(huán)的優(yōu)化也得到了發(fā)展。采用更高給水溫度的趨勢導(dǎo)致了加熱器個數(shù)的增加，以及從高壓缸抽汽的可能性增加。由于傳統(tǒng)的管板式加熱器設(shè)計需要厚壁部件，并且在較高的溫度和壓力下易于產(chǎn)生裂紋，加熱器還有轉(zhuǎn)向采用聯(lián)箱式高壓加熱器的趨勢， 對于每個新建電廠，鍋爐給水泵在給水加熱管路中的位置需要優(yōu)化，需要在驅(qū)動給水泵耗功和增加額外的高壓給水加熱器的成本間尋求平衡。 目前，基于經(jīng)濟性角 度考慮難以證明采用兩次再熱是合理的，還沒有確定采用兩次再熱的趨勢。盡管制造商能根據(jù)具體要求提供“預(yù)訂”設(shè)計，但是一次再熱設(shè)計有望保持為標(biāo)準設(shè)計。