摘要:
南京汽轮电机（集团）有限责任公司建厂50年来，一直致力于电站汽轮机的设计制造。企业不断紧跟经济的发展，市场的需求。开发不同类型的产品，迄今为止，已设计制造各类汽轮机100多个品种，派生产品400多种。进入二十一世纪，集团公司领导更是着眼于发展，着眼于未来，非常正确的选择与北京全四维动力科技有限公司合作，共同研制开发具有世界先进水平的各类型电站汽轮机。在研制开发过程中，吸取总结了我国在叶轮机械气动热力学取得的科研成果，在已成功应用于我国汽轮机行业老产品改造、新产品开发的全三维技术基础上，努力开拓进取，不断技术创新，开发出更为先进具有当代国际领先水平的准四维/全四维技术，并把这一顶尖技术进一步应用于汽轮机老产品改造和新产品的开发。集团公司落实科学发展观，本着建设资源节约型社会宗旨，组织开发了多种余热利用发电设备，其中水泥生产线余热发电用汽轮机是近几年重点开发的，具有国内先进水平的产品。
目前国内最先进的水泥生产线，仍然有大量350℃以下的低温余热不能完全利用，回收水泥生产过程中的低温余热，用来发电，可有效减少水泥生产过程中的能源消耗，同时降低了废气排放的温度，有效的减轻水泥生产对环境的热污染，具有显著的节能和环保意义，符合循环经济和可持续发展的战略方针，有很大的推广价值和应用前景，南汽轮集团研制开发的这种技术先进的汽轮机，已和各水泥企业签定了30多台套合同，其中海螺集团占了绝大多数。引起水泥行业和汽轮机行业的普遍关注。
1．水泥窑低温余热汽轮机主要设计技术特点
南汽轮集团与北京全四维动力科技有限公司共同研制开发的用于水泥生产线低温余热利用汽轮机，皆为双压（带一级补汽）、单缸、冲动凝汽式汽轮机。
1.1汽轮机主要技术规范
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7MW系列 |
9MW系列 |
18MW系列 |
30MW系列 | |
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额定功率MW |
7.5 |
9 |
18 |
30 |
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功率等级范围MW |
6～12 |
8～12 |
17～24 |
25～32 |
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额定主蒸汽压力MPa.a |
1.05 |
0.689 |
0.689 |
0.689 |
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主蒸汽温度℃ |
320 |
317 |
315～330 |
312～330 |
|
主汽压力范围MPa.a |
0.981～1.27 |
? |
? |
? |
|
补汽压力 |
0.12～0.25 |
0.12～0.137 |
0.11～0.14 |
0.12～0.14 |
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补汽流量t/h |
1～5 |
1～6 |
1～6 |
3～11 |
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给水温度℃ |
35～45 |
35～45 |
35～45 |
35～45 |
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汽耗kg/kW.h |
5.68 |
5.61 |
5.6 |
5.58 |
|
热耗kJ/kW.h |
16285 |
16845 |
16075 |
16458 |
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汽轮机级数 |
11 |
9 |
9 |
10 |
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末级叶片叶片长度mm |
300 |
330 |
485 |
665 |
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汽轮机本体重量t |
～46.5 |
～45 |
～61 |
92 |
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配汽方式 |
节流调节 |
节流调节 |
节流调节 |
节流调节 |
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回热系统 |
无 |
无 |
无 |
无 |
1.2通流部分设计技术特点
水泥窑低温余热汽轮机通流部分的设计，在技术方面最突出的特点是采用当代更为先进的、在成熟的全三维技术基础上开发的、具有当代国际领先水平的准四维/全四维技术，对通流部分及主汽阀、调节阀、汽缸等各部分主蒸汽流经的部位进行全面系统设计，达到节约能源、降低消耗、提高经济性和增加出力（在同等主蒸汽流量下）的目的。
（1）采用先进的非数值优化方法（遗传算法）与常规的数值优化方法相结合，针对不同工作条件下的叶片型线进行优化设计。使得叶片型线损失很小；叶片前缘设计使得叶片对来流攻角变化不敏感；较薄的叶片尾缘减小了叶片的尾迹损失；较大的叶片最大厚度增强了叶片的刚性。
（2）末几级采用弯扭联合成型静叶栅。改变静叶栅内部的流场，减小叶片损失，从而大幅度提高汽轮机的级效率。
（3）通流部分子午面光顾。光滑顺畅的子午面型线可以减小因子午面形状突变而带来的额外损失。
（4）动叶自带围带整圈联接。通过预扭装配使动叶片形成整圈联接，可以使动叶片振动应力减小，不存在铆接造成的应力集中，运行安全可靠。
（5）采用新一代梳齿式汽封。经过多年实验研究，及国内外机组实际运行经验表明，梳齿式汽封是密封效果最好的结构形式。梳齿式汽封以其特有的扰流作用，最大限度的减小漏汽，尤其是在冲动式汽轮机。
（6）全部采用焊接隔板。焊接隔板刚性好，强度大，能够保证静叶内汽道形状准确，光洁度高。
1.3汽轮机结构设计技术特点
南汽轮集团设计制造的水泥炉窑低温余热利用系列汽轮机，为低压、单缸、冲动、带一级补汽（双压）凝汽式汽轮机。其基本结构如上图所示。
汽轮机采用节流调节，无调节级。汽轮机转子根据进汽参数和功率的不同分别由9、10、11个压力级组成。采用组合套装结构。
汽缸前端借助于“猫爪”与前轴承座相连，在垂直方向设有定位左右膨胀的垂直键，以保证轴承座在膨胀时中心不致变动。前轴承座坐于前座架上，前座架上装有热膨胀传感器，以反映汽轮机静子部分的热膨胀。后汽缸则支承在左右两侧的后座架上，在左右后座架与后缸连接面上设有横销，与汽轮机轴中心线的交点构成汽缸热膨胀的死点。
前轴承座内装有测速机构，主油泵，危急遮断装置，轴向位移传感器，径向及推力联合轴承。后轴承座与后汽缸一体，装有汽轮机后轴承和发电机前轴承。30MW系列仅装有汽轮机后轴承。后轴承盖上装有汽轮机盘车装置。盘车装置由电动机驱动，通过蜗轮蜗杆副及齿轮减速达到所需要的盘车速度。当转子的转速高于盘车速度时，盘车装置能自动退出工作位置。在无电源的情况下，在盘车电动机的后轴伸装有手轮，可以进行手动盘车。
水泥炉窑余热锅炉产生的低压蒸汽经电动隔离阀进入位于汽轮机前部的一个或者两个主汽调节联合汽阀，通过主蒸汽管路，由前汽缸下部进入前汽缸蒸汽室，经若干级作功后，与补汽混合，再经后几级压力级作功后排入凝汽器凝结成水，借助于凝结水泵打出，经汽封加热器及除氧器后，再重新进入余热锅炉。