國產(chǎn)超(超)臨界汽輪機的發(fā)展及經(jīng)濟性評估

趙偉光，陳顯輝，羅碧星

(1．東北電力科學研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006;2．東方汽輪機有限公司，四川 德陽 618000;3．上海汽輪機有限公司，上海 200240)

隨著我國制造加工技術的提高，國產(chǎn)超臨界350 MW、660 MW機組和超超臨界600 MW、1 000 MW機組相繼投產(chǎn)發(fā)電 (見表1)，特別是世界首臺1 000 MW空冷機組于2010年12月28日在寧夏靈武電廠投入商業(yè)運行，標志著我國空冷技術走在了世界前列。截止2010年底已投入300 MW機組703臺，600 MW以上機組394臺，其中已投入商業(yè)運行的超超臨界1 000 MW機組33臺，由上海汽輪機有限公司 (簡稱上汽)、東方汽輪機有限公司 (簡稱東汽)和哈爾濱汽輪廠有限公司 (簡稱哈汽)生產(chǎn)制造。在建的超超臨界機組61臺，大大改變了電網(wǎng)的發(fā)、供電結(jié)構，降低了發(fā)電單耗(煤、水)、溫室氣體和污染物排放量，為實現(xiàn)2020年減排40%～45%的目標奠定了基礎。

1 國產(chǎn)超 (超)臨界汽輪機設計的經(jīng)濟指標及結(jié)構特點

1.1 主要設計指標

國產(chǎn)超 (超)臨界汽輪機幾種機型設計經(jīng)濟指標見表2。

1.2 超臨界600 MW等級汽輪機技術特點

現(xiàn)已運行超臨界600 MW等級汽輪機，均來自國內(nèi)幾大制造廠家，主要技術特點見表3。

表1 國產(chǎn)超 (超)臨界汽輪機組投產(chǎn)時間匯總表

1.3 超超臨界600 MW等級汽輪機技術特點

現(xiàn)已運行超超臨界600 MW等級汽輪機，國內(nèi)廠家已制造近百臺，主要運行及技術特點見表4。

1.4 超超臨界1 000 MW等級技術特點

現(xiàn)已運行的33臺超超臨界1 000 MW汽輪機，主要運行技術特點見表5。

上海汽輪機有限公司生產(chǎn)的超超臨界1 000 MW汽輪機由德國西門子公司引進，高壓缸特點:單流程、圓筒型、無中分面、無調(diào)節(jié)級、全周進汽、效率達92%，遠高于沖動式和雙流程，檢修工期為12年 (汽輪機結(jié)構剖視圖見圖1)。為解決北方地區(qū)缺水狀態(tài)，東汽研制了世界首臺1 000 MW空冷機組。

表2 國產(chǎn)超 (超)臨界汽輪機幾種機型設計經(jīng)濟指標

表3 已運行超臨界600 MW等級汽輪機幾大制造廠家

表4 現(xiàn)運行超超臨界600 MW等級汽輪機主要運行技術特點

表5 現(xiàn)運行1 000 MW汽輪機主要運行技術特點

表6 600 MW以上等級超臨界機組設計和運行供電煤耗匯總表

圖1 上汽四缸四排汽超超臨界1 000 MW汽輪機結(jié)構剖視圖

2 國產(chǎn)超 (超)臨界汽輪機的運行經(jīng)濟性

截止2010年底統(tǒng)計，1 000 MW超超臨界機組平均實際供電煤耗為290.4 g/kWh，上海外高橋第三發(fā)電公司2010年供電煤耗為279.39 g/kWh，創(chuàng)同容量機組供電煤耗最低。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計的2010年全國600 MW級火電機組能效對標結(jié)果 (2011.05)，分別整理得到表6、表7、表8和圖2。

表7 600 MW以上等級超臨界機組運行小時、負荷率、廠用電率及供電煤耗匯總表

表8 4家制造廠投入運行的超 (超)臨界機組供電煤耗統(tǒng)計匯總表

表9 哈汽600 MW超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

表10 上汽600 MW超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

表11 東汽600 MW超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

圖2 7家發(fā)電公司148臺600 MW以上等級機組供電煤耗統(tǒng)計

3 600 MW以上等級超 (超)臨界汽輪機性能評估

國民用電的需求每年以兩位數(shù)遞增，現(xiàn)投產(chǎn)超(超)臨界機組已超過400臺，對這些投產(chǎn)機組進行性能考核，可得出不同制造廠家汽輪機性能。

3.1 超臨界600 MW汽輪機性能評估

哈汽600 MW超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果如表9所示。

上汽600 MW超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果如表10所示。

東汽600 MW超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果如表11所示。

通過對哈汽3臺機組 (華能沁北、國電莊河、國電康平)、東汽2臺機組 (華潤阜陽、南陽天益)、上汽2臺機組 (土耳其EREN電站)進行考核試驗可知:

a． 哈汽600 MW超臨界汽輪機高中壓缸引進日本三菱技術，低壓缸采用美國西屋設計，熱耗率

表12 哈汽600 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

表13 上汽660 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

表14 東汽660 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

值較保證值略高，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 568～7 584 kJ/kWh;

b． 東汽600 MW超臨界汽輪機，引進日立設計技術，經(jīng)濟性與保證值有差距，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 607～7 651 kJ/kWh;

c． 上汽600 MW超臨界機組引進美國西屋設計理念，設計熱耗率略高于另外兩廠，但經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 582～7 598 kJ/kWh，達到設計值。

3.2 超超臨界600 MW汽輪機性能評估

哈汽600 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果如表12所示。

上汽660 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果如表13所示。

東汽660 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果如表14所示。

通過對哈汽3臺機組 (華能營口、江蘇闞山、華電鐵嶺)、東汽2臺 (華電蕪湖)、上汽3臺(華電望亭、華能石洞口)進行考核試驗可知:

a． 哈汽600 MW超超臨界汽輪機總體設計結(jié)構緊湊 (兩缸兩排汽)，設計思想先進，國產(chǎn)化后經(jīng)濟性基本保持原設計水平，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 416.7～7 423.8 kJ/kWh(鐵嶺6號機試驗超過規(guī)定試驗有效期);

b． 東汽600 MW超超臨界汽輪機引進日立設計技術。在日本該型機熱耗率曾達到7 194 kJ/kWh，較保證值與國內(nèi)熱耗率有一定差距，且機組經(jīng)濟性有待進一步驗證，經(jīng)一、二類修正后熱效率為7 498～7 593.6 kJ/kWh;

c． 上汽引進660 MW超超臨界機組SIEMENS技術，設計理念先進，可達到與1 000 MW同等水平，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 298～7 308 kJ/kWh。

3.3 超超臨界1 000 MW汽輪機性能評估

國產(chǎn)1 000 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果見表15。

通過對哈汽1臺機組 (泰州)、東汽2臺 (國華綏中、華電靈武－空冷)、上汽1臺 (華電望亭、華能石洞口)進行考核試驗可得:

表15 國產(chǎn)1 000 MW超超臨界汽輪機性能試驗結(jié)果

a． 哈汽1 000 MW超超臨界汽輪機采用日本東芝設計技術，結(jié)構緊湊，設計思想先進，國產(chǎn)化后經(jīng)濟性基本保持原設計水平，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 347.7 kJ/kWh;

b． 東汽1 000 MW濕冷及空冷超超臨界汽輪機引進日立設計技術，經(jīng)濟性較保證值有一定差距，有待進一步驗證，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 397.4～7 789.8 kJ/kWh;

c． 上汽1 000 MW超超臨界機組引進SIEMENS技術，可達到設計值，經(jīng)一、二類修正后熱耗率為7 298～7 308 kJ/kWh。

4 結(jié)論

通過對超超臨界汽輪機的介紹和經(jīng)濟性分析，可知某些汽輪機熱耗率達不到設計值由以下幾方面原因造成。

a． 為了競標，汽輪機加工預留偏差未考慮，投報機組熱耗保證值偏低，使投產(chǎn)后機組很難達到設計值。如國產(chǎn)600 MW超臨界機組，實際熱耗率應在7 600 kJ/kWh左右，但國內(nèi)投標給出的為7 500 kJ/kWh，這一指標在投產(chǎn)后測試中無法達到。上汽出口到土耳其EREN電站的2臺超臨界600 MW機組熱耗保證值為7 600 kJ/kWh，經(jīng)考核試驗均達到設計值，這一結(jié)果真實反映了該等級汽輪機的經(jīng)濟性。

b． 雖然超臨界、超超臨界技術均從國外引進，但加工精度和零部件鍛造技術與國外有一定差距，由原裝進口整機效率高于國內(nèi)加工機組可說明這一點。

c． 對引進技術的消化吸收還存在誤區(qū)，造成引進設備經(jīng)技術改進后經(jīng)濟性還不如以前。

d． 某些電廠和安裝單位為搶工期，違反常規(guī)，使非常嚴謹?shù)陌惭b工藝得不到滿足，造成機組投產(chǎn)后高、中壓缸效率和熱耗率偏離設計值較大，只有通過一年后解體大修重新進行調(diào)整，才可使機組相關指標接近設計值。

［1］ 東方汽輪機有限責任公司．NZK1000－25/600/600型汽輪機熱力特性 ［Z］．2009．

［2］ 東方汽輪機有限責任公司．N1000－25/600/600型汽輪機熱力特性 ［Z］．2009．

［3］ 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司．CLN1000－25/600/600型汽輪機熱力特性［Z］．2007．

［4］ 上海汽輪機有限責任公司．N1000－25/600/600型汽輪機熱力特性 ［Z］．2008．