联合循环蒸汽轮机的特点分析

与常规火电相比，联合循环蒸汽轮机具有如下特点。

（一）排汽相对较大

在常规火电蒸汽轮机中，由于设置了给水加热器，回热系统抽汽约占蒸汽轮机进汽的20%～30%，排汽量只有主蒸汽流量的70%～80%左右。在联合循环蒸汽轮机中，一般不在蒸汽轮机侧设置给水回热加热器，而在余热锅炉低温段设置给水加热器，以充分利用烟气余热，降低排烟温度。就单压循环的蒸汽轮机来说，排汽量几乎与主蒸汽量相等。在双压联合循环蒸汽轮机中，低压蒸汽约占主蒸汽的20%，排到凝汽器的汽量比常规蒸汽轮机多45%左右。因而相同容量的机组在相同背压下，末级叶片的长度和凝汽器受热面积都比常规机组高一个等级。对于不设置给水回热抽汽的单排蒸汽轮机组，往往设计成轴向排汽或侧向排汽，安装基础较低，可不用高的厂房，以降低电站建设成本。

（二）启动速度快，调峰性能好

大多数联合循环机组肩负调峰任务，两班制运行，启、停频繁。燃气轮机启动很快，从点火到满负荷最快只需要25min。在蒸汽轮机启动及带满负荷前，余热锅炉产生的蒸汽通过旁路排到凝汽器或燃气轮机的排气直接被旁通大气，影响电厂的经济性。因此，要求蒸汽轮机必须具备快速启动的特性，在结构设计方面必须采取相应措施，适应快速启停要求。

（三）全周进蒸汽，节流调节，滑压运行

联合循环机组调峰和调频的任务是由燃气轮机来完成的，蒸汽轮机负荷的变化取决于燃气轮机的排烟量和排烟温度，处于被动状态。蒸汽轮机运行时，进汽阀门处于全开状态，不参与调节。余热锅炉产生的蒸汽全部进入蒸汽轮机。主汽门前的压力随着蒸汽流量的增减而自然变化、动态平衡。为了保证小流量时蒸汽的品质，防止余热锅炉因压力过低而汽中带水，在40%负荷以下采用定压方式，一般压力取2MPa左右。

采用节流调节、滑压运行方式，蒸汽轮机内效率随负荷变化不大，变工况性能好。另外，在部分负荷时，可以降低末级排汽湿度。这是因为，在部分负荷时，随着燃气轮机初温的下降，余热锅炉产生的主蒸汽温度有较大幅度的降低，如果主蒸汽压力不随之降低，在h-s图上，热力过程线左移，排汽湿度增大，影响末级叶片的安全。

在联合循环中应用的蒸汽轮机的结构，主要是围绕着前文所述的特点进行设计的。即蒸汽轮机的结构应该满足安全高效、快速启动、蒸汽容积流量大和滑参数运行这几方面特点的要求。

1）为了满足滑压运行的要求，蒸汽轮机采用节流调节，无需设置调节级。各级均采用全周进汽的结构，运行时调节阀通常都全开，并精心设计进汽蜗壳。

2）由于余热锅炉已经承担（或大部分承担）了蒸汽轮机系统中给水的加热与除氧的任务（凝汽器也有一部分除氧功能），因而蒸汽轮机可以设置较少（或不设置）抽汽口，不设置抽汽口的蒸汽轮机可以设计成轴向排汽或侧向排汽，安装在比较低的基础上，这样就可以避免采用高厂房的结构。

3）为了满足快速启动和经济性的要求，还应采取以下一些措施：(www.xing528.com)

①尽可能加强汽缸的对称性。汽缸的结构要设计成等强度壁厚，不同压力段壁厚不同，在关键部位要控制其几何形状，以尽量减小蒸汽轮机快速启停过程中的热变形和热应力。

②汽缸的中分面法兰要尽可能采用高窄法兰结构，中分面螺栓尽可能靠近转子轴心，使法兰和螺栓比较容易加热和膨胀，以减小其内外温差造成的热应力。

③采用径向式汽封，减小径向动静间隙，加大轴向动静间隙，既可保证运行时减小漏汽、提高效率，又可防止在快速启动时由于膨胀不同步而引起动静之间的碰撞或摩擦。

④蒸汽轮机的各级均采用全周式进汽结构，保证进汽部分上下温度比较均匀，减少其热应力，主汽阀、调节阀、导汽管、外接管道等一般要尽可能布置对称。

⑤尽量采用先进的定中心梁的推拉结构，保证机组频繁启停时膨胀收缩顺畅，防止汽缸跑偏。

⑥通流部分用锥形通道；接近高温区的转子直径要设计得稍小一些，这样可以使在机组启停时，最关键的部位的热应力最小；联合循环中的蒸汽轮机位于第一级附近的叶轮与转轴间的过渡圆角应尽可能大。

⑦二次进汽的流道和蜗壳型线要设计得光滑流畅，减小进汽压损和对主流的干扰。

⑧叶片应采用先进高效的全三维叶型，动叶要自带围带，保证子午面通道的光顺，低压各级长叶片要采用弯扭联合成型，保证高的级效率。末两级叶片要采取良好的强化措施防止水蚀。末级叶片要精心设计，根部的反动度要适当加大以提高机组的变工况性能。

⑨调节方式宜采用DEH数字式电调系统，能对机组实现快速、灵活、精确的调节、控制和保护，适应快速启停和工况变化频繁的要求。

⑩汽封系统采用自密封的形式，提高机组的自动化水平。对于功率和背压彼此相同的蒸汽轮机来说，常规火电机组的排汽环形面积的尺寸要比联合循环的小很多。这是由于在常规机组中有多级回热抽汽口，而在联合循环机组中，不仅少有抽汽口，反而要在低压部位注入大量二次蒸汽，排汽侧的环形面积尺寸和排汽量比同容量等级的常规火电机组大很多。为此，必须认真地设计这种蒸汽轮机的低压缸。联合循环的蒸汽轮机一般都设有百分之百的蒸汽旁路系统，凝汽器的机组启动、停机或甩负荷时要接收并凝结大量的高焓蒸汽，因此，凝汽器的设计也要特别加以考虑。