印度某2×660 MW超臨界燃煤電廠汽輪機主機選型

劉建強

(廣東省電力設計研究院，廣州市 510663)

0 引言

印度電力市場前景廣闊［1-4］，我國三大電氣電站集團公司(中國東方電氣集團有限公司、上海電氣電站集團有限公司和哈爾濱電氣集團公司)陸續(xù)以承包鍋爐島、汽機發(fā)電機島形式(即BTG項目形式)進入印度電力市場，相應國內一批設計院借船出海，依托國內三大電氣電站集團及部分總承包企業(yè)的印度國際業(yè)務，在印度設計咨詢領域具有一定聲譽。伴隨印度業(yè)主對國內主機技術特點的了解，出于成本控制的考慮，開始有一批業(yè)主直接在中國采購BTG設備，同時委托國內設計院進行BTG項目的設計咨詢服務。本文就印度某2×660 MW超臨界機組主機技術談判情況，對三大動力廠(上海汽輪機有限公司、東方汽輪機廠及哈爾濱汽輪機廠)的汽輪機主要技術特點進行分析總結。

1 工程簡介

項目位于印度恰蒂斯加爾省(Chhattisgarh)的邦詹吉查姆帕區(qū)，本期擬建2×660 MW超臨界機組，鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等BTG項目涉及的設備擬從中國進口，廣東省電力設計院作為印方業(yè)主的設計咨詢單位，負責BTG部分的設計、咨詢服務。根據(jù)印度電力監(jiān)管委員會(central electricity authority，CEA)的電站設計導則(2010版)［5］，500 MW及以上超臨界機組在100%汽輪機最大連續(xù)出力(turbine maximum continuous rating，TMCR)工況下熱耗應不超過7 744 kJ/(kW·h)，其對應循環(huán)冷卻水溫度為33℃，0%補水。為使汽輪機熱耗滿足印度CEA規(guī)范的要求以及設備出口的需要，國內三大動力廠相應開發(fā)了適應印度市場需要的新機型，即24.2(24.7)MPa/ 566℃/600℃的單軸、一次中間再熱、超臨界的主機配置方案。以下結合本工程汽機技術談判情況對三大動力廠汽輪機的主要特點予以介紹。

2 三大動力廠汽輪機主要技術特點

2.1 上海汽輪機有限公司

上海汽輪機有限公司N660－24.2/566/600的汽輪機為單軸、反動式、三缸、兩排汽、單背壓機型，其技術特點［6］如下:

(1)高壓缸第1級葉片的獨特技術風格。第1級低反動度20%，以降低轉子溫度;全周進汽、無附加汽隙激振;大動靜距離有利防沖蝕;滑壓運行低負荷效率高;滑壓運行大幅降低第1級載荷，解決強度問題，單流程效率高。

(2)主調門及再熱調門的獨特技術風格。無蒸汽管道，直接與汽缸相連。切向進汽，結構緊湊、損失小、附加推力小。

(3)雙流中壓缸的進汽結構。在中壓缸進口有4個切向進汽孔，利用渦流原理，能量轉換為動能后，溫度可下降15℃左右，起到冷卻中壓轉子的作用。

(4)高中壓轉子通流部分的獨有技術風格。小直徑、多級數(shù)，雖制造成本會增加，但效率高，轉子應力小。

(5)汽缸落地設計。軸承座全部支撐在基礎上、動靜間隙變化小;低壓外缸與凝汽器剛性連接;低壓內缸用推拉裝置與中壓外缸連接，減少低壓缸的相對膨脹。汽輪機采用柔性基座。

(6)單軸承結構。每2根轉子之間只設1個軸承，汽機軸向寬度比其他形式短8～10 m。

(7)采用高壓缸啟動、高中壓缸聯(lián)合啟動方式。

(8)機組的高、中壓模塊在工廠總裝后整體發(fā)貨至電廠工地，直接安裝;大修周期為12年;高壓模塊的解體和重裝必須使用專用工具、遵循特定規(guī)程進行，并需切除高排及抽汽等管道。

2.2 東方汽輪機廠

東方汽輪機廠N660－24.2/566/600的汽輪機為單軸、反動式、三缸、兩排汽、單背壓機型，其技術特點［7］如下:

(1)高壓缸呈反向布置(頭對中壓缸)，由1個調節(jié)級與8個單流壓力級組成。中壓缸為8級正向布置的反動式中壓壓力級，低壓缸為2×6雙分流的低壓壓力級。末級葉片長度為1 092.2 mm。

(2)配汽方式采用閥門管理方式，兼具節(jié)流、噴嘴2種配汽功能，能在任何工況下實現(xiàn)無擾切換。

(3)對高溫部件作特殊設計。在結構上采取有效對策，高壓主汽管壁上開有小孔，引入冷卻蒸汽對CrMoV鍛鋼制成的高壓外缸進行冷卻。中壓缸進汽部分除有類似高壓缸的冷卻結構以外，還設置專門的管道用冷卻蒸汽去冷卻雙流型中壓轉子溫度最高的中間部位。對高中壓轉子的軸頸部位用CrMo鋼進行表面堆焊，防止被軸承表面磨損。調節(jié)級噴嘴采用新的斜面型線葉型(SPE)防止固體微粒腐蝕和表面噴涂Cr-C化合物;中壓第1級靜葉表面噴涂Cr-C化合物和擴大動靜間隙，加強防固體顆粒侵蝕的能力。

(4)采用多項先進通流技術，保證較高經濟性。針對不同部位的通流部分，采用了多項有效的先進通流技術，以提高通流內效率，如平衡層流葉柵、AVN-S及AVN-L靜葉成型技術等。

(5)采用高壓缸或中壓缸啟動方式。

2.3 哈爾濱汽輪機廠

哈爾濱汽輪機廠CCLN660－24.7/566/600型超臨界汽輪機為單軸、三缸、四排汽、一次中間再熱、凝汽式機組。高中壓汽輪機采用合缸結構，低壓采用哈汽廠成熟的600 MW等級超臨界機組低壓機模塊，末葉為哈汽廠自主研發(fā)并有良好運行業(yè)績的680 mm葉片［8］。

(1)采用噴嘴調節(jié)方式。

(2)汽輪機通流包括1個反向布置的帶有部分進汽的沖動式調節(jié)級，9級反向布置的反動式高壓壓力級，中壓缸為7級正向布置的反動式中壓壓力級，低壓缸為2×2×6雙分流的低壓壓力級。

(3)合理的汽缸的結構類型和支撐方式，保證在熱態(tài)膨脹自如，且熱變形對稱，從而使扭曲變形降到最小。最優(yōu)的排汽渦殼設計，壓力損失最小。

(4)高中壓轉子采用具有高蠕變斷裂強度的實心合金鋼鍛件加工而成。在高壓端連接一個獨立的短軸，裝有推力盤、主油泵葉輪和超速跳閘裝置。低壓轉子同樣采用高抗拉強度的實心合金鋼鍛件加工而成，具有良好的延展性。

(5)高中壓轉子中壓進汽區(qū)由來自調節(jié)后的節(jié)流蒸汽進行冷卻，冷卻蒸汽覆蓋在轉子的表面，高溫再熱蒸汽不會接觸轉子。

(6)采用高中壓聯(lián)合啟動方式。

2.4 三大動力廠汽輪機主要參數(shù)比較

2.4.1 三大動力廠汽輪機的有關數(shù)據(jù)

三大動力廠汽輪機的有關數(shù)據(jù)參見表1。

由表1可知，上海汽輪機有限公司、東方汽輪機廠均采用高、中壓缸分缸配1個低壓缸的方案，高壓缸模塊采用成熟的660 MW超臨界機組模塊，中壓缸采用1 000 MW超超臨界機組模塊，低壓缸采用國內660 MW空冷機組模塊，技術成熟。哈爾濱汽輪機廠采用高中壓合缸配2個低壓缸的方案，低壓缸采用成熟的國內660 MW機組模塊。為解決高、中壓缸溫差膨脹不一致問題，高中壓轉子中壓進汽區(qū)由來自調節(jié)后的節(jié)流蒸汽進行冷卻，冷卻蒸汽覆蓋在轉子的表面，高溫再熱蒸汽不會接觸轉子。高中壓合缸且主汽、再熱溫度不一致機型，哈爾濱汽輪機廠在國內有1臺600 MW運行業(yè)績，其技術引進方三菱重工也有1臺運行業(yè)績，因此哈汽廠機組方案在技術上也應是可行的，但該方案運行業(yè)績相對較少。

表1 汽輪機的有關數(shù)據(jù)Tab.1Relative parameters of steam turbine

2.4.2 機組經濟性分析

根據(jù)印度工程的廠址氣候條件，凝汽器循環(huán)冷卻水溫度一般為32～33℃，因此大部分現(xiàn)有工程機組背壓印方一般定義為10.13 kPa。上海汽輪機有限公司、東方汽輪機廠均采用高、中壓缸分缸配1個低壓缸的方案，為滿足印度CEA標準的熱耗要求，其機組背壓定為9.5 kPa。哈汽廠機組采用高、中壓缸合缸配2個低壓缸的方案，在背壓10.13 kPa下仍然滿足CEA標準的要求。為探索印度工程的最佳經濟背壓，考慮到哈汽廠機組對背壓10.13 kPa和9.5 kPa的通用性，現(xiàn)暫按哈汽廠機組在背壓10.13 kPa與背壓9.5 kPa下的熱平衡圖進行技術經濟比較。根據(jù)哈爾濱汽輪機廠提供的熱平衡數(shù)據(jù)，核算其對凝汽器、冷卻塔面積及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)表2可知，機組設計背壓由10.13 kPa變?yōu)?.5 kPa，機組熱耗降低21.1 kPa。相應凝汽器面積、冷卻塔及循環(huán)水系統(tǒng)設備及管道初始投資增加，相關初投資費用及運行費用比較分別參見表3和表4。

綜上所述:機組設計背壓從10.13 kPa優(yōu)化至9.5 kPa后，機組初投資增加1 476萬元，年運行費用減少283.4萬元，根據(jù)靜態(tài)投資收益5.2年即可收回成本，動態(tài)投資收益7.72年可以收回成本(內部收益率按10%計)。因此，對于印度工程，600 MW級機組均為基本負荷機組，機組設計背壓定義為9.5 kPa時經濟性優(yōu)于10.13 kPa。

3 結論

(1)為滿足印度市場及印度規(guī)范CEA要求的需要，國內三大汽輪機廠相應開發(fā)了新機型，上海汽輪機有限公司與東方汽輪機廠在各自引進技術基礎上開發(fā)的機型均采用高中壓分缸配1個低壓缸的方案，各模塊技術成熟，但為滿足印度CEA對于熱耗的要求，機組背壓優(yōu)化為9.5 kPa。哈爾濱汽輪機廠在其引進技術基礎上開發(fā)的機型均采用高中壓合缸配2個低壓缸的方案。為解決高、中壓缸溫差膨脹不一致問題，高中壓轉子中壓進汽區(qū)由來自調節(jié)后的節(jié)流蒸汽進行冷卻，冷卻蒸汽覆蓋在轉子的表面，高溫再熱蒸汽不會接觸轉子。該機型有類似工程運行業(yè)績，技術亦應可行，但運行業(yè)績相對較少。

表4 年運行費用比較Tab.4Comparison of annual operation cost

(2)本文通過機組凝汽器背壓優(yōu)選及其技術經濟比較，采用費用現(xiàn)值比較法進行綜合經濟比較后表明:對于印度工程，600 MW級機組均為基本負荷機組，機組設計背壓定義為9.5 kPa時經濟性優(yōu)于10.13 kPa。因此，在后續(xù)工程招標過程中，在同等邊界條件下，建議印度工程機組設計背壓定義為9.5 kPa。

［1］李韓房，譚忠富.印度電力市場化改革概況［J］.華東電力，2007 (7):9-99.

［2］張新聞.印度電力建設市場的問題及前景分析［J］.中國電力教育，2010(32):241-243.

［3］董和平，倪海，程波，等.印度電力建設市場展望［J］.電力勘測設計，2009(6):8-13.

［4］郭偉華.印度火電工程電站物資出口貿易風險分析［J］.電力建設，2008，29(6):72-75.

［5］Government of India Ministry of Power Central Electricity Authority.Central electricity authority(construction of electrical plants＆electric lines)regulations［S］.New Delhi:CEA，2010.

［6］Shanghai Electric Group Co.Ltd.Technical description for supercritical(24.2/566/600)660 MW steam turbine［R］.Shanghai: Shanghai Electric Group Co.Ltd.，2012.

［7］Dongfang Electric Corporation Limited.Technical description for super-critical(24.2/566/600)660 MW steam turbine［R］.Deyang: Dongfang Electric Corporation Limited，2012.

［8］Harbin Turbine Company Limited.Technical tender of turbine for 2×660 MW Chhattisgarh project［R］.Harbin:Harbin Turbine Company Limited，2012.

(編輯:馬曉華)