半速機(jī)技術(shù)能使嶺澳二期多提供8%的可靠電力

阿爾斯通核電業(yè)務(wù)副總裁 Philippe Anglaret

阿爾斯通產(chǎn)品推廣經(jīng)理 Olivier Mandement

阿爾斯通公司與東方電氣集團(tuán)有限公司合作，共同向嶺澳核電站3號、4號機(jī)組提供了其ARABELLETM品牌技術(shù)。2005年，中國廣東核電集團(tuán)選擇了先進(jìn)的半速汽輪機(jī)技術(shù)，用于其新建的百萬千瓦級核電機(jī)組。目前，運(yùn)行機(jī)組單機(jī)實(shí)際輸出功率為1080兆瓦，較此前全速機(jī)設(shè)計機(jī)組的輸出功率提高了8%。

阿爾斯通ARABELLETM汽輪機(jī)是全球最尖端、最成熟的技術(shù)之一。其特有的結(jié)構(gòu)和配置提高了設(shè)備的整體效率，延長了設(shè)計壽命期，縮短了維修周期，從而降低了維護(hù)成本。ARABELLETM核電汽輪機(jī)可與任何類型的核島配套使用。

反應(yīng)堆單元的規(guī)模通常作為選擇渦輪技術(shù)的決定性因素。全速技術(shù)的特點(diǎn)是低壓渦輪排氣面積比較小，接近其1000兆瓦電功率的極限值。因此，半速技術(shù)是1000兆瓦以上電功率的主導(dǎo)技術(shù)，能有效地適用于各類反應(yīng)堆和現(xiàn)場條件。

半速汽輪機(jī)技術(shù)是有效處理大型核反應(yīng)堆產(chǎn)生的大量蒸汽的唯一技術(shù)。汽輪機(jī)采用半速技術(shù)可降低應(yīng)力水平，確保高可靠性和耐用期（60年）。它能夠通過較長的末級葉片增加低壓渦輪機(jī)的排氣面積，從而最大限度地降低進(jìn)入冷凝器內(nèi)蒸汽的動能損失。

ARABELLE 的結(jié)構(gòu)設(shè)計

核電站的前一代汽輪機(jī)，采用雙流高壓缸，缸內(nèi)的主入口蒸氣流被分成兩個對稱流。蒸汽在膨脹后，進(jìn)入汽水分離再熱器（MSRs），首先經(jīng)過干燥處理，然后利用主蒸汽進(jìn)行過熱處理。過熱蒸汽被輸送到4個或6個低壓（LP）流（分別為2個或3個低壓流），經(jīng)膨脹降至冷凝器壓力。

在ARABELLETM汽輪機(jī)中，蒸汽在單流高壓通路中膨脹，然后分送到兩個MSRs中。這兩個過熱蒸汽流又在單流的中壓（IP）管道中再次合并與膨脹。該中壓管道是世上絕無僅有的，ARABELLETM是迄今為止唯一的能在核電站使用的飽和蒸汽汽輪機(jī)，其中壓膨脹未集成在低壓模塊中。ARABELLETM高壓和中壓蒸汽流道集成在一個高壓/中壓模塊內(nèi)。最后到兩三個雙流低壓缸的分流是在較低的壓力水平下完成的，比傳統(tǒng)的汽輪機(jī)低3倍。

為了減少汽輪機(jī)的整體長度，高壓和中壓膨脹在高壓/中壓組合汽缸中重新組合，除了規(guī)模較大以外，與化石燃燒應(yīng)用中的一樣。由于蒸汽壓力和溫度均低得很多，飽和蒸汽原子汽輪機(jī)的入口蒸汽流量比相同額定功率的化石燃燒設(shè)備高5倍。

ARABELLETM技術(shù)最突出的特點(diǎn)是，體系結(jié)構(gòu)非常適應(yīng)高效率的單流蒸汽膨脹。這種單流式設(shè)計，由于減少了蒸汽通路首尾兩端的二次損耗，可確保較高的效率。單流蒸汽膨脹的入口壓力一般維持在6.5 MPa至0.3 MPa之間。汽輪機(jī)提供的60%以上的電源都利用了這種高效的單流蒸汽膨脹。這種單流體系結(jié)構(gòu)的總效率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高至少1%。

一個關(guān)鍵要求是，嶺澳3號、4號機(jī)組的占地面積應(yīng)與1號、2號機(jī)組相同，1號、2號機(jī)組采用的全速汽輪機(jī)，每部都有47 m2的低壓排氣面積。ARABELLETM半速汽輪機(jī)的排氣面積增加到75 m2，從而提高了輸出功率。盡管利用半速技術(shù)每個汽輪機(jī)模塊的體積較大，但由于將3個低壓模塊減為2個，并對渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行了小型的無刷勵磁機(jī)設(shè)計，汽輪機(jī)房的整體占地面積與嶺澳一期相同。

阿爾斯通生產(chǎn)的汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的一個重要特點(diǎn)是，ARABELLETM汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子采用了焊接轉(zhuǎn)子技術(shù)，不同于其他廠家采用的熱套轉(zhuǎn)子或整鍛轉(zhuǎn)子設(shè)計。

阿爾斯通與東方電氣集團(tuán)有限公司合力為嶺澳3號、4號機(jī)組推出其ARABELLETM技術(shù)。2005年，中國廣東核電集團(tuán)為1000兆瓦功率級的核工程項目選擇了新型的半速汽輪機(jī)技術(shù)。每個機(jī)組的實(shí)際總的輸出功率為1080兆瓦，約比先前的全速設(shè)計方案高出8%。

對于非常大的轉(zhuǎn)子而言，該項技術(shù)可以最佳地控制材料的內(nèi)在性質(zhì)。該項技術(shù)需要相對“小”的鍛件可以來源于鍛造師的較寬面板。相對于紅套葉輪設(shè)計，該項技術(shù)降低了應(yīng)力水平。因此，為了更好地防止應(yīng)力腐蝕裂縫（SCC），可以選擇屈服強(qiáng)度較低的鋼材，同時也保持了支撐末級葉片的鍛件的所需性質(zhì)。

與其他技術(shù)性比，ARABELLETM技術(shù)具有幾大優(yōu)勢。該項技術(shù)推出了一種比上一代汽輪機(jī)更小巧、更輕質(zhì)的蒸汽輪機(jī)配置（每兆瓦的輸出功率），由于低壓汽輪機(jī)模塊結(jié)構(gòu)獨(dú)立，支持為低壓汽輪機(jī)獨(dú)立地安裝冷凝器，因此便于組裝和維護(hù)，同時由于便于校直軸線及降低施加在汽輪機(jī)混凝土地基的負(fù)載，從而降低了土木工程的實(shí)施程度。

嶺澳二期的汽水分離再熱器支持著4個再熱閥組，從而為維護(hù)騰出了寶貴空間。汽輪機(jī)控制臺下面的中壓/低壓跨接管便于方便地到達(dá)低壓汽輪機(jī)。該項功能增大了放置面積并因而縮短了低壓模塊的維護(hù)時間。

成功地實(shí)施項目

嶺澳二期的訂購范圍包括提供兩臺ARABELLETM1000的半速蒸汽輪機(jī)，相關(guān)的汽輪發(fā)電機(jī)、汽水分離再熱器、冷凝器以及冷凝器頸部的1&2號低壓加熱器。

值得一提的是，阿爾斯通焊接轉(zhuǎn)子技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是葉輪的個別鍛件截面相對較小，這就意味著鍛造師有能力去制造它們，從而有助于縮短了交貨時間以及確保遵守項目時間表。

事實(shí)上，第三組于2010年9月進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，比原計劃提前了3個月。第四組于2011年8月進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，比原計劃提前了一周。盡管在項目實(shí)施的過程中中國發(fā)生了“5·12”大地震，導(dǎo)致東方電氣集團(tuán)有限公司的工廠及其中的一些設(shè)備損壞，但是仍然取得了上述成就。

在項目的執(zhí)行和實(shí)施方面，嶺澳二期取得了成功，單機(jī)輸出功率比一期提高了8%。通過中廣核工程有限公司對3號、4號機(jī)組進(jìn)行的性能測試證明了實(shí)際輸出功率大幅度地高于保證數(shù)值。

通過證明，軸線的振動能級非常低，其優(yōu)異的機(jī)械性能使得僅在幾個月內(nèi)便從起初的蒸汽負(fù)載平穩(wěn)地過渡至滿負(fù)載狀態(tài)。

未來展望

阿爾斯通公司和東方電氣集團(tuán)有限公司期望ARABELLETM技術(shù)將有助于他們保持較大的市場份額。ARABELLETM1000的解決方案非常適用于反應(yīng)堆在1000兆瓦范圍內(nèi)的發(fā)電廠（其中幾個此類的商用反應(yīng)堆在中國是合格的）。ARABELLETM1700的解決方案具備一個更大的高壓/中壓模塊，能夠傳輸1750兆瓦的功率，該解決方案將符合正于泰山建造的功率更大的EPR類型反應(yīng)堆的要求。

無論是哪一種反應(yīng)堆（國際設(shè)計的還是中國設(shè)計的），阿爾斯通及其中國的合作伙伴均具備技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以使汽輪機(jī)滿足中國市場的需要。