超臨界壓力汽輪機是新蒸汽壓力高於臨界壓力值(22.12MPa)的汽輪機。其中通常又將新蒸汽壓力高於27.0 MPa的汽輪機稱為超超臨界壓力汽輪機。目前較多採用的超臨界壓力值為24.0～25.0 MPa。
當汽輪機輸出功率、新蒸汽及再熱蒸汽溫度、排汽壓力等與亞臨界壓力汽輪機相同時，採用超臨界壓力可以提高汽輪機的效率，但高壓部件壁厚的增加或採用耐熱合金鋼將導致造價上升，並對運行產生一定的影響。
基本介紹
- 中文名：超臨界壓力汽輪機
- 外文名：supercritical pressure turbine
- 標準：蒸汽壓力高於22.12MPa
- 學科：汽輪機原理
- 出現時間：1959年
- 特點：熱效率高
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技術概況,特點,超臨界壓力的影響,對汽輪機效率的影響,對運行的影響,對負荷適應性影響,對軸系穩定性的影響,固體硬粒沖蝕,
技術概況
美國是世界上發展超臨界壓力機組最早的國家。1959年4月在美國投運了世界上首台超臨界壓力汽輪機組，即俄亥俄電力公司弗勒電廠6號機組，某蒸汽參數為31MPa、621℃，兩次中間再熱溫度分別為566℃和538℃。汽輪機和發電機由GE公司製造，功率為125MW，採用單軸雙排汽結構，工作轉速3600r/rain。
1959年美國在埃迪斯通電廠投運了世界上最高參數的超臨界壓力機組，由WH(West—inghouse)公司製造。蒸汽參數為34．32MPa、649/566/566 ℃，兩次中間再熱，機組功率325MW。雙軸，高壓軸3600r/min，低壓軸1800r/min，末級葉片長度1118mm，排汽壓力3．43kPa，8級抽汽回熱。
目前，超臨界機組數量較多的是美國、日本、俄羅斯等。發展超臨界壓力機組較快的是日本，從1974年以後日本新投運的火電機組中絕大部分是超臨界機組。
前蘇聯第一台超臨界壓力機組於1963年投產，蒸汽參數為25MPa/545℃/545℃。采斥容量為800MW的雙軸汽輪機和單軸汽輪機的超臨界壓力機組分別於1968和1971年投產。到1985年共投產超臨界壓力機組187台。由於超臨界壓力機組的使用範圍擴大，供熱機綞較多，所以前蘇聯是當時世界上發電煤耗率最低的國家。
世界上目前最大的單軸超臨界壓力機組是前蘇聯列寧格勒金屬工廠(LMZ)生產雕1200MW機組，1968年開始設計，1977年試製完成，1980年12月在科斯特羅姆電廠投運。高壓缸採用雙層回流式結構，中部進汽。新蒸汽先經過調節級和三級壓力級，排汽經過內、外缸夾層反向流入高壓缸的另外四級壓力級。高、中壓轉子為整銹式，低壓轉子採用焊接結構。機組採用節流配汽。
特點
超臨界壓力汽輪機的特點如下：
1．熱效率高
（1）朗肯循環在提高蒸氣溫度、壓力後可以提高效率。當壓力從16．7MPa和12．8MPa提高到23．5MPa時，經濟性相應提高2．2%和5%。汽輪機功率越大，實際收益也越大。
(2)由於初壓增高，水的沸點也增高，增加了凝結水加熱到飽和狀態所需熱量，從而擴大了使用回熱的範圍，進一步改善了循環熱效率。一般超l臨界汽輪機的回熱級數為8～9級。
2．蒸汽體積流量降低
高壓時蒸汽比體積顯著減小，從而可以減小裝置的尺寸和質量，特別是管道、閥門等部件的尺寸和質量。
3．承壓件壁厚增大
由於超臨界而引起的承壓件壁厚增大是不可迴避的問題，需要合理解決。
超臨界壓力的影響
對汽輪機效率的影響
採用超臨界壓力蒸汽後，汽輪機通流部分中的理想焓降增加，蒸汽流量減少，排汽損失相應地降低，有利於提高汽輪機效率;但由於蒸汽密度增加，流量減少，調節級及高壓級葉片高度降低致使級效率下降;另還會導致排汽端濕汽損失、高壓汽封漏汽損失及給水泵耗功增加等，因此採用超臨界壓力對汽輪機組的熱效率亦有一些負面影響。為此在採用超臨界壓力時應儘可能地提高新蒸汽與再熱蒸汽溫度並相應地提高機組容量。超臨界壓力機組的新蒸汽和再熱蒸汽溫度選用範圍為538～600℃，機組容量一般在500～600 MW以上。新蒸汽壓力在16.6～31.0MPa及新蒸汽與再熱蒸汽溫度在535～600 ℃範圍內時，新蒸汽壓力每提高1 MPa，汽輪機的熱耗率下降0.18%～0.29%。一般當新蒸汽和再熱蒸汽溫度為538℃時，新蒸汽壓力從16.5 MPa提高到24.0 MPa，汽輪機淨熱耗率下降2.0%，如果再將新蒸汽、再熱蒸汽溫度提高到590℃，淨熱耗率還可下降2.5%，若採用二次中間再熱，淨熱耗還可下降約1.6%。
對運行的影響
主要包括對負荷適應性、軸系穩定性的影響。見超臨界壓力機組運行。
對負荷適應性影響
新蒸汽壓力提高導致主蒸汽管道、導汽管、主汽閥、高壓調節閥噴嘴組、高壓內外汽缸等承壓部件的壁厚增加，金屬材料內部溫度場和應力場的不均勻性增加，直接影響了汽輪機組起停及調峰運行的靈活性。為此高壓內、外缸採用高窄波形法蘭、內缸採用圓筒形汽缸或內外缸均採用圓筒形(見汽輪機汽缸) 更顯示其必要性。
對軸系穩定性的影響
蒸汽密度提高，使汽輪機徑向動靜間隙不均勻性變化導致轉子自激振動的敏感性增加，由此引起的振動現象稱蒸汽激振。(見軸系穩定性)
固體硬粒沖蝕
當新蒸汽溫度高於480℃、壓力大於8.5 MPa時，就可看到鍋爐管道和蒸汽導管的剝落氧化物對汽輪機噴嘴造成的沖蝕，當壓力達到超臨界值時，這種沖蝕是必然的。為此可在鍋爐管壁、噴嘴和葉片上採用塗層，也可用加大動、靜葉間隙的方法減輕其影響。
