大型汽轮机供热方式对比分析

谢峰,刘兴波,王文中,尹瑞云,裴雅雯,伍文华

摘要：本文主要介绍常见的几种大型汽轮机供热形式，对比分析了各种供热技术的优缺点，为后续汽轮机组选取供热方案提供了一定的指导意义。

关键词：供热；可调整；中联阀；座缸阀；旋转隔板；蝶阀

0引  言

先进、高效大型供热汽轮机组是城市公共设施重要的组成部分，根据五部委联合下发的《关于印发<热电联产管理办法>的通知》，要求“以工业热负荷为主的工业园区，应尽可能集中规划建设用热工业项目，通过规划建设公用热电联产项目实现集中供热”，再加上在能源成本和环境保护要求的不断提高的背景下，大力发展先进、高效、可靠的热电联产汽轮机已成为目前电厂发展的主要趋势。

汽轮机抽汽主要分为可调整抽汽和非可调整抽汽两种形式，其中非可调整抽汽结构简单，通常根据抽汽参数选择在汽缸合适位置开孔即可，但抽汽参数会随机组负荷变动，主要适用于小流量抽汽机组。可调整抽汽根据调整手段，可以保证机组在一定负荷范围内抽汽参数稳定，主要适用于较大流量、抽汽压力需求稳定的机组。

可调整抽汽因其抽汽量大，抽汽压力稳定，更能适应热用户需求，倍受市场青睐，已被大型供热汽轮机组广泛采用。本文主要介绍大型汽轮机可调整抽汽常见方式的技术特点和优缺点。

1可调整抽汽的形式

根据调整手段，汽轮机可调供热抽汽主要有以下几种方式：

1）、中联阀调节——利用中压调节阀优良调节特性去调节抽汽参数，结构简单，机组布置和形式与常规纯凝机组一致，只需根据需要优化中压阀内部结构即可，主要适用于较高压力、大流量工业抽汽。

2）、座缸阀调节——座缸阀安装在汽缸上，通过阀门开度调节抽汽量，适用于较高压力的工业抽汽。该方式结构简单，但却增大了汽轮机轴尺寸，且汽流有较大转折，流动损失大。

3）、旋转隔板调节——旋转隔板安装在汽缸内，作为一个压力级，通过调节旋转隔板窗口大小来调整抽汽量，主要适用于较低压力的工业抽汽，相比于座缸阀调节方式，该结构可缩短汽轮机轴向尺寸，简化汽缸结构。

4）、联通管蝶阀调节——蝶阀安装在连通管上，通过调节蝶阀开度来调节抽汽量，只能进行节流调节，多用于低压供热抽汽。

2中联阀调节

大功率机组中压阀通常采用联合汽阀的形式，中压主汽阀和中压调节阀合并在一个阀壳内，两者共用一个阀座，虽然它们利用一个共同的阀壳，但这两个阀的功能不同，有各自独立的操作控制装置，这种结构形式占用空间小，结构简单，已广泛应用于再热机组。

利用中压调节阀优良调节特性去调节抽汽参数，已成为解决大型热电联产机组实现3.5MPa～4.5MPa高温高压工业抽汽参数的主要手段。采用中联阀调节机组的布置和形式与常规纯凝机组完全一致，只需根据需要对中联阀内部阀芯进行优化即可满足工业抽汽要求，阀门配合直径相对较大的为主汽阀碟，配合直径相对较小的为调节阀阀碟，这种结构的调节阀碟具有更好的调节性能和经济性。

供热期间，中联阀根据供热指令对工业抽汽压力进行调节，同时为防止中压调节阀开度过小时，由于前后压差大而造成阀门关闭，中联阀在供热工况下有一个最小开度的限制，不允许其开度低于最小限制值，这样也就限制了机组的抽汽量。为解决这一问题，中联门可以参照高压阀结构，采用分体设计，虽然布置复杂程度有所增加，但却大幅提升了机组抽汽量。

3座缸阀调节

座缸阀设计为调节阀形式，布置在外缸上半，通过螺栓与汽缸连接，阀壳腔室相互贯通，可设置多个调节阀座，每个阀座相互独立，配置相互独立的阀芯和油动机操纵机构，可以独立控制。抽汽口设置在座缸阀前汽缸下半，汽缸上半开设阀前腔室与阀壳连通。

   

图1  座缸阀示意图

纯凝运行时，座缸阀全开，蒸汽由座缸阀前一级排出后，进入汽缸上半阀前腔室，阀前腔室与阀壳连通，再经过座缸阀各阀座进入通流做功，由于汽流存在明显的转折，流动损失大。

抽汽投入后，座缸阀各阀座根据要求分别调整开度，使阀前腔室内的压力保持在额定抽汽压力下，一部分蒸汽通过座缸阀前下部管道抽走，满足热用户要求，另一部分蒸汽经过座缸阀进入通流继续做功。座缸阀设有内置旁路，满足座缸阀后通流的最小流量要求。

座缸阀调节具有以下优点：

1）、在实际运行时，调节方式灵活简洁，调节性能好、节流损失小；

2）、汽流扰动小，阀后参数均匀；

3）、阀前腔室和阀壳连通，无外部管道，安装维护方便；

4）、阀座相互独立并配备独立的油动机，油动机安装在汽缸上部，对汽缸的作用力和力矩小，有利于汽缸稳定性；

但由于汽缸结构相对复杂、安装空间较大、容积流量较小，因此座缸阀调节通常适用于较高压力的大流量工业抽汽，压力调节范围一般为2.0MPa～3.5MPa。

4旋转隔板调节

采用旋转隔板调节方式机组结构与纯凝机组一致，旋转隔板作为一个压力级安装在汽缸内，相比其他调节方式，旋转隔板可缩短汽轮机轴向尺寸，简化汽缸结构，抽汽系统设置简单、操作方便，可满足1.0MPa～2.0MPa压力等级的可调整抽汽要求。

图2  旋转隔板示意图

旋转隔板通常由带有流通窗口的转动环、固定的隔板本体和转动环外侧的罩环组成。转动环由油动机操纵，通过连杆结构控制，当转动环相对于固定隔板转动时，由于转动位置的不同，流通窗口改变隔板上的静叶流道面积的大小，控制流入旋转隔板后的蒸汽流量，达到调节抽汽压力和流量的目的。

旋转隔板有单阀调节和顺序阀调节两种方式，顺序阀调节方式，由于部分进汽因素，在变工况下会引起的较大的热应力，成为限制机组迅速变负荷的重要因素之一。

旋转隔板作为一种重要的可调抽汽手段，其可靠性直接影响到热网的安全稳定运行。随着机组功率和供热参数的提升，为满足热网需求以及机组调峰运行，旋转隔板尺寸不断增大，工作温度不断提高，伴随的转动环卡涩问题日益突出。

为了防止转动环卡涩，在旋转隔板结构上可增设卸载结构，减小转动环的前后压差，继而减小由摩擦阻力产生的阻力转动力矩；在摩擦副之间进行特殊工艺处理，提高摩擦副的耐磨性；对变形及应力情况进行有限元分析，控制其变形，防止发生卡涩。

5连通管蝶阀调节

通过调整安装在中低压连通管上蝶阀的开度，来实现对外抽汽，是目前低参数、大流量供热机组普遍采用的手段，主要适用于0.3MPa～1.0MPa压力范围。

蝶阀调节供热技术已相当成熟，但供热机组由于冬季供热负荷越来越大，再加上供暖期以热定电的运行模式，供热机组对于电负荷的调节能力也越来越小，供暖期热电失调矛盾，失蝶阀调节供热机组亟待解决的现实问题。

低压缸零出力是实现蝶阀供热机组热电解耦的重要手段，可以最大程度增加机组的对外供热量，同时进一步降低机组电负荷。实现低压缸零出力的方式主要有以下三种：

1）、低压光轴方案——机组配备正常带叶片低压转子和光轴低压转子，非供热季采用正常带叶片低压转子运行，在供热季更换为光轴低压转子，通过蝶阀实现机组最大供热量。

图3  蝶阀光轴供热方案

2）、连通管旁路方案——机组连通管供热蝶阀采用全关设计，在蝶阀前后设置小旁路，通过调整旁路调节阀减少低压缸冷却流量，增加机组供热量。

图4  蝶阀旁路方案

3）、自同步离合器方案——机组在中、低压联轴器间设置自同步离合器，非供热季机组通过自同步离合器带动低压转子正常运行，供热季通过自同步离合器将低压模块解列，通过蝶阀实现机组最大供热量。

图5  蝶阀自同步离合器供热方案

6 结论

可调整抽汽方式主要中联阀调节、座缸阀调节、旋转隔板调节及连通管蝶阀调节四种形式，电厂可根据四种抽汽方式的特点和抽汽参数需求，选择合适的抽汽方式和组合。

调节方式	优点	缺点	应用场合
中联阀	结构简单，机组布置和形式与常规纯凝机组一致，利用中压调节阀优良调节特性去调节抽汽参数	为防止中压调节阀开度过小时，由于前后压差大而造阀门关闭，中压调节阀设置有最小开度，从而限制了机组的抽汽量。但阀门采用分体结构，可以解决该问题	适用于3.5MPa～4.5MPa高温高压、大流量工业抽汽。
座缸阀	阀门安装在汽缸上，结构简单、成熟可靠，通过阀门开度调节抽汽量，调节方式灵活简洁，调节性能好；无外部管道，安装维护方便。	汽缸结构复杂、安装空间大、容积流量较小、且汽流有较大转折，流动损失大。	适用于2.0MPa～3.5MPa中高压、较大流量工业抽汽。
旋转隔板	采用旋转隔板调节方式机组结构与纯凝机组一致，旋转隔板作为一个压力级安装在汽缸内，简化汽缸结构，抽汽系统设置简单、操作方便。	有一定节流损失、调节性能不如调节阀	适用于1.0MPa～2.0MPa中低压、较大流量工业抽汽。
蝶阀	安装在连通管上，结构紧凑、全开时节流损失最小。通过低压缸零出力可以提高机组供热量，实现热机组热电解耦。	口径大，驱动力矩大，油动机尺寸较大。	适用于0.3MPa～1.0MPa低压、大流量采暖抽汽。

参考文献

张良平，供热汽轮机组上蝶阀的应用，东方汽轮机，2011（02）

张学凯，300MW热-电联供机组抽汽方式选型及结构特点，发电设备，2013（01）

朱熹，东汽联合循环汽轮机组旋转隔板供热改造方案介绍，东方汽轮机，2019（04）

作者简介：谢峰（1989-），男，学士，工程师，重庆大学，主要从事汽轮机的设计研发工作