根據(jù)華能玉環(huán)電廠1000MW機(jī)組建設(shè)的實(shí)踐,介紹了3大主機(jī)的結(jié)構(gòu)型式,重點(diǎn)探討了超超臨界高參數(shù)大容量下的材料、設(shè)備選擇,以及對(duì)相關(guān)的系統(tǒng)布置及設(shè)計(jì)理念也作了思考,所述內(nèi)容對(duì)今后超超臨界技術(shù)機(jī)組的推廣有借鑒作用。 [b]0概述 [/b]　　超超臨界發(fā)電技術(shù)在國(guó)外已有十多年的發(fā)展歷史,原國(guó)家電力公司2001年將超超臨界燃煤機(jī)組計(jì)劃列為“十五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目即863項(xiàng)目。華能公司和原國(guó)家電力公司一起承擔(dān)了子課題技術(shù)選型的攻關(guān)。通過(guò)在浙江玉環(huán)建設(shè)我國(guó)首臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組作為項(xiàng)目的依托開展探討與實(shí)踐,目前已取得階段性成果。 　　在玉環(huán)超超臨界工程可行性方面通過(guò)大量的實(shí)際調(diào)研、參數(shù)比選以及技術(shù)論證,我們?cè)?大主機(jī)的選型上最后確定玉環(huán)機(jī)型為1000MW,26.25MPa,600℃/600℃。所選參數(shù)與863課題組推薦值相似。華能在玉環(huán)確定使用的機(jī)組,其參數(shù)在壓力上高于日本,溫度上超過(guò)歐洲,尤其又是單軸,世界上并無(wú)一臺(tái)完全相同的機(jī)型可供借鑒。 　　為了提高我國(guó)火電機(jī)組的總體技術(shù)水平,3大主機(jī)全部國(guó)內(nèi)訂貨,通過(guò)4臺(tái)機(jī)組的逐臺(tái)制造,使得制造廠家逐步掌握關(guān)鍵技術(shù)并提高國(guó)產(chǎn)化率。鍋爐由哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司中標(biāo),技術(shù)支持方為日本三菱公司,汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)則分別由上海汽輪機(jī)有限公司、上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司供貨,其技術(shù)支持方為德國(guó)西門子公司。 [b]1鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn) [/b]　　華能玉環(huán)電廠鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓垂直管圈直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。爐膛斷面尺寸為（寬×深×高）32.08m×15.67m×66.40m,爐膛容積28000m3。鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量（B-MCR）2950t/h。鍋爐出口蒸汽參數(shù)27.56MPa/605℃/603℃。爐膛上、下部水冷壁均采用內(nèi)螺紋垂直管。上下部水冷壁之間設(shè)有混合集箱,在由各水冷壁下集箱引出的水冷壁入口管段上,按不同的回路裝有不同孔徑的節(jié)流孔圈。為防止鍋爐結(jié)渣,慎重地選擇爐膛容積熱負(fù)荷為82.7kW/m3,爐膛斷面熱負(fù)荷為4.59MW/m2。鍋爐采用帶啟動(dòng)循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。 　　燃燒方式采用無(wú)分隔墻的八角雙火焰切圓燃燒方式。采用PM-MACT型八角反向雙切圓布置的擺動(dòng)燃燒器。采用該燃燒器NOX的排放量低于360mg/Nm3。過(guò)熱器系統(tǒng)采用四級(jí)布置,以降低每級(jí)過(guò)熱器焓增,沿蒸汽流程依次為水平與立式低溫過(guò)熱器、分隔屏過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器。過(guò)熱器系統(tǒng)共有三級(jí)噴水減溫。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器,兩級(jí)再熱器之間設(shè)有事故用緊急噴水減溫器。主要使用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫。省煤器管束采用無(wú)縫光管順列布置。省煤器為連續(xù)管圈可疏水型。 　　受熱面主要材料的選擇是成敗的關(guān)鍵,高溫過(guò)熱器、末級(jí)再熱器受熱面的主要材料為Su2per304H和HR3C,Super304H高溫下許用應(yīng)力較高,但在抗蒸汽氧化及抗煙氣高溫腐蝕上比HR3C稍差,玉環(huán)電廠鍋爐采用了抗氧化性更好的成熟材料HR3C同Super304H相結(jié)合方式,將Su2per304H作噴丸處理后用于金屬溫度較低區(qū)域,易氧化的高溫區(qū)則采用HR3C。Super304H、HR3C在受熱面成形后作整屏固溶化熱處理。 [b]2汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) [/b]　　華能玉環(huán)電廠的汽輪機(jī)引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù),其主要技術(shù)規(guī)范為:超超臨界,一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、八級(jí)回?zé)岢槠?、功?000MW、主汽門前壓力26.25MPa、溫度600℃、再熱閥前溫度600℃、給水溫度292.5℃。平均背壓5.39/4.4kPa,夏季背壓9.61/7.61kPa。該型汽輪機(jī)是目前世界上采用高壓缸、中壓缸和兩只低壓缸單軸串聯(lián)布置的最大容量汽輪機(jī)。除高壓轉(zhuǎn)子由兩只徑向軸承支承外,中壓轉(zhuǎn)子和兩根低壓轉(zhuǎn)子均采用單軸承支承方式。這種支承方式不僅結(jié)構(gòu)比較緊湊,縮短了軸系長(zhǎng)度,提高了軸系剛性,減少了基礎(chǔ)變形對(duì)于軸承荷載和軸系對(duì)中的影響,利于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)行,節(jié)省廠房投資。 　　高壓缸、中壓缸采用傳統(tǒng)方式支承,由其貓爪支承在汽缸前后的2個(gè)軸承座上。而低壓外缸直接座落在凝汽器頸部,低壓內(nèi)缸通過(guò)貓爪及支架直接座落在外缸前后的專用臺(tái)板上。內(nèi)外缸之間由膨脹節(jié)密封連接,徹底消除了低壓外缸熱變形或位移對(duì)低壓動(dòng)靜間隙的影響。內(nèi)缸支架用推拉裝置與中壓外缸相連,以保持低壓部分的軸向動(dòng)靜間隙。 　　高壓缸采用單流程雙層缸設(shè)計(jì)。外缸為桶形,前后兩段用螺栓連接,內(nèi)缸為垂直縱向平分面結(jié)構(gòu)。缸體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱,無(wú)連接大法蘭,汽缸橫斷面積無(wú)變化,使得缸體受熱均勻,在主蒸汽參數(shù)變化時(shí),缸體的的溫度梯度很小,且?guī)缀跄軌蚝娃D(zhuǎn)子同時(shí)達(dá)到同樣的溫度水平,因此機(jī)組適應(yīng)快速啟停、變負(fù)荷過(guò)程中無(wú)需監(jiān)視汽缸的絕對(duì)膨脹和與轉(zhuǎn)子的脹差。高壓缸沒有調(diào)節(jié)級(jí),100全周進(jìn)汽,第一級(jí)采用了低反動(dòng)度葉片級(jí)（約20的反動(dòng)度）,以降低進(jìn)入轉(zhuǎn)子動(dòng)葉的蒸汽溫度。第一級(jí)靜葉斜置設(shè)計(jì),切向進(jìn)汽,效率高、漏汽損失小。 　　中壓缸采用雙流程雙層缸設(shè)計(jì)。中壓缸第一級(jí)除了與高壓缸一樣采用了低反動(dòng)度葉片級(jí),以及切向進(jìn)汽的第一級(jí)斜置靜葉結(jié)構(gòu)外,還采取了一種切向渦流冷卻技術(shù),以降低中壓轉(zhuǎn)子的溫度。 　　另外,高中壓轉(zhuǎn)子通流部分采用小直徑、多級(jí)數(shù);高中低壓動(dòng)、靜葉片（末三級(jí)除外）設(shè)計(jì)成全三維馬刀型,不同反動(dòng)度葉片級(jí)的組合提高了通流效率;兩只主調(diào)門及兩只再熱調(diào)門水平布置在汽缸兩側(cè),切向進(jìn)汽;閥體與汽缸采用螺栓連接,便于檢修;所有軸承均通過(guò)軸承座直接支撐在基礎(chǔ)上,汽缸不承受轉(zhuǎn)子的重量,變形小,易保持動(dòng)靜間隙的穩(wěn)定。 　　膨脹系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的技術(shù)風(fēng)格:機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)及相對(duì)死點(diǎn)均設(shè)在高中壓之間的推力軸承處,整個(gè)軸系以此為死點(diǎn)向兩端膨脹,低壓內(nèi)缸也通過(guò)汽缸之間有推拉裝置而向后膨脹,為此動(dòng)靜葉片的相對(duì)間隙變化最小。所有軸承座與臺(tái)板之間及低壓內(nèi)缸貓爪支架與臺(tái)板之間的滑動(dòng)支承面均采用低摩擦合金,無(wú)需潤(rùn)滑,即可保證機(jī)組自由膨脹。 　　由于壓力的原因,超超臨界機(jī)組低壓缸的排汽濕度比同樣進(jìn)汽溫度的亞臨界機(jī)組要大,低壓末級(jí)及次末級(jí)葉片具有必要的抗應(yīng)力腐蝕及抗水蝕性能尤為重要。在抗水蝕和抗腐蝕技術(shù)的應(yīng)用方面,除了在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成有足夠通量的疏水槽、相當(dāng)大的軸向間隙和采用中空末級(jí)靜葉外,末級(jí)葉片采用抗腐蝕性能好的17-4PH材料。該材料在鈉鹽及水中的疲勞強(qiáng)度均明顯高于12Cr鋼。并在末級(jí)、次末級(jí)動(dòng)葉片采用新型的激光表面硬化技術(shù)。雖然世界上葉片的技術(shù)貯備已很充分,但真正有運(yùn)行業(yè)績(jī)的葉片并不多,玉環(huán)項(xiàng)目應(yīng)用的是低壓缸N30積木塊,末級(jí)葉片長(zhǎng)度為1146mm。華能玉環(huán)電廠在汽輪機(jī)上引進(jìn)了補(bǔ)汽技術(shù),該技術(shù)是指從某一工況（TMCR）開始從主汽閥后、主調(diào)閥前引出一些新蒸汽（進(jìn)汽量的5～10）,經(jīng)節(jié)流降低參數(shù)（蒸汽溫度約降低30℃）后進(jìn)入高壓第五級(jí)動(dòng)葉后空間,主流與這股蒸汽混合后在以后各級(jí)繼續(xù)膨脹做功的一種措施。補(bǔ)汽技術(shù)提高了汽輪機(jī)的過(guò)載和調(diào)頻能力;此外由于在各個(gè)主要工況下閥門可以全開而避免了蒸汽節(jié)流,在開始補(bǔ)汽點(diǎn)以下各工況熱耗率得到改善。該技術(shù)雖缺乏大容量、高參數(shù)汽輪機(jī)的使用業(yè)績(jī),玉環(huán)汽輪機(jī)采用補(bǔ)汽閥有一定風(fēng)險(xiǎn),但在原理和結(jié)構(gòu)方面并無(wú)重大難點(diǎn),可以判斷風(fēng)險(xiǎn)不大;補(bǔ)汽閥只在TMCR以上的運(yùn)行區(qū)域以及需要調(diào)頻時(shí)才開啟,大部分時(shí)間備而不用。玉環(huán)項(xiàng)目汽輪機(jī)TRL工況（背壓11.8kPa）下出力為950MW,考慮到玉環(huán)項(xiàng)目冷卻水的實(shí)際條件（15m深海水）和凝汽器冷卻面積等因素,夏季背壓約為8～9kPa。汽輪機(jī)如按滑壓方式運(yùn)行,機(jī)組全年出力可達(dá)1000MW,但無(wú)調(diào)頻能力;如按5節(jié)流方式運(yùn)行,夏季出力略低于1000MW;采用補(bǔ)汽閥技術(shù)后,該機(jī)組全年出力均可達(dá)到1000MW,且有調(diào)頻能力。 [b]3發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) [/b]　　發(fā)電機(jī)與超超臨界技術(shù)與參數(shù)無(wú)直接關(guān)系,玉環(huán)發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫氫,定子繞組額定電壓27kV,短路比0.5,接線方式為42槽,YY接線,6端子引出。定子線棒使用不銹鋼通水管和實(shí)心無(wú)氧銅線;主絕緣厚度為6.5mm,F級(jí)絕緣,B級(jí)考核;VPI絕緣工藝制造;不銹鋼空心導(dǎo)線與實(shí)心銅線編織。機(jī)座與鐵芯之間采用立式彈簧板隔振結(jié)構(gòu),自振頻率避開179Hz,振幅為38μm。 　　定子鐵芯結(jié)構(gòu)采用疊壓方式、軸向固定,定子鐵芯硅鋼片使用M270-50A型0.5mm厚沖片,氣隙磁密Bs為1.2T,鐵芯端部屏蔽。轉(zhuǎn)子大齒上開有阻尼槽,設(shè)有阻尼銅條,阻尼槽楔外伸至護(hù)環(huán)搭接面進(jìn)行良好接觸,起阻尼繞組作用（嵌線槽內(nèi)無(wú)阻尼條）;轉(zhuǎn)子槽楔采用鎳硅銅槽楔;護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)及材料為Mn18Cr18非磁性?shī)W氏體鋼護(hù)環(huán),梳齒形結(jié)構(gòu),懸掛式護(hù)環(huán);轉(zhuǎn)子軸材質(zhì)為26NiCrMoV,不帶中心孔的整體鍛件。氫氣供氣系統(tǒng)特點(diǎn)是采用CO2置換式氫氣系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)氫和分子篩氫氣干燥器,氫氣干燥器設(shè)有增壓風(fēng)機(jī)。 　　勵(lì)磁方式為無(wú)刷勵(lì)磁,勵(lì)磁電壓418V,電流5653A,滅磁時(shí)間常數(shù)8.73。華能玉環(huán)電廠主要輔機(jī)的選擇考慮了安全可靠,以支撐主機(jī)的安全運(yùn)行,充分顧及著力提高國(guó)內(nèi)輔機(jī)制造水平,同時(shí)也為了降低工程造價(jià)使得機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后具備足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。 [b]4熱力管道的選材 [/b]　　主蒸汽管道決定采用P92鋼。常規(guī)P91鋼雖然國(guó)內(nèi)有足夠的使用經(jīng)驗(yàn),但由于其使用范圍按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為540～600℃,而且在610℃時(shí)的許用應(yīng)力較低,計(jì)算壁厚達(dá)到108mm,單道焊口焊接施工時(shí)間長(zhǎng),焊接成本高,更重要的是難以保證焊接質(zhì)量;由于壁厚大,對(duì)管系的柔性不利,管系熱膨脹大不易吸收,會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生較大推力,專家們認(rèn)為主蒸汽管道壁厚不宜超過(guò)80mm。同時(shí)P91在600℃下材料老化加速,厚壁P91主汽管道的熱應(yīng)力大,長(zhǎng)期運(yùn)行安全難以保證,所以不采用P91作為玉環(huán)的主汽管道材料。另外,P92、P122和P911雖然都能滿足溫度要求,但P911含C量較高,P122含Cr量高,材料的焊接性能不好,長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行的組織穩(wěn)定性稍差;而且P911的計(jì)算壁厚也達(dá)到92mm;而P92高溫持久強(qiáng)度高,焊接和其它熱加工工藝與P91接近,計(jì)算壁厚只有72mm。從技術(shù)的角度看采用P92作為主蒸汽管材較為適宜。再熱熱段由于蒸汽壓力較低,采用P91壁厚適中,如果選擇P92壁厚偏薄,管件加工難度增大,管道的橢圓度難以保證。再熱汽冷段采用A691Cr1-1/4CL22、給水管道采用15NiCuMoNb5。這兩種材料屬于成熟的材料,在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有應(yīng)用業(yè)績(jī)。 [b]5結(jié)束語(yǔ) [/b]　　總的來(lái)說(shuō),針對(duì)玉環(huán)工程1000MW超超臨界機(jī)組大容量高參數(shù)的特點(diǎn),關(guān)注了高溫高壓材料的選擇;充分注意了技術(shù)支持方的一些習(xí)慣配置,如西門子的發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁機(jī)的成熟搭配;汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)同為西門子技術(shù),機(jī)電一體則軸系的穩(wěn)定得到了保證;主要輔助設(shè)備在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,在確保安全的前提下優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)或合資產(chǎn)品,支持本國(guó)制造業(yè)的同時(shí)也降低了玉環(huán)工程初投資;設(shè)計(jì)上引進(jìn)國(guó)外電廠廠房布置及管理格局的新的理念,提高機(jī)組自動(dòng)化水平,提高環(huán)保整體水平。 　　由于華能玉環(huán)電廠的工程正在建設(shè)之中,還有許多問(wèn)題還需進(jìn)一步探討與摸索。本文觀點(diǎn)僅供商榷探討,歡迎各方共同關(guān)注,目的是使我國(guó)第一臺(tái)引進(jìn)技術(shù)自行生產(chǎn)的超超臨界1000MW機(jī)組真正能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠、高效、成熟的目標(biāo)。