根據(jù)華能玉環(huán)電廠1000MW機組建設的實踐,介紹了3大主機的結構型式,重點探討了超超臨界高參數(shù)大容量下的材料、設備選擇,以及對相關的系統(tǒng)布置及設計理念也作了思考,所述內容對今后超超臨界技術機組的推廣有借鑒作用。 [b]0概述 [/b]　　超超臨界發(fā)電技術在國外已有十多年的發(fā)展歷史,原國家電力公司2001年將超超臨界燃煤機組計劃列為“十五”國家重點科技攻關項目即863項目。華能公司和原國家電力公司一起承擔了子課題技術選型的攻關。通過在浙江玉環(huán)建設我國首臺1000MW超超臨界機組作為項目的依托開展探討與實踐,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大量的實際調研、參數(shù)比選以及技術論證,我們在3大主機的選型上最后確定玉環(huán)機型為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)確定使用的機組,其參數(shù)在壓力上高于日本,溫度上超過歐洲,尤其又是單軸,世界上并無一臺完全相同的機型可供借鑒。 　　為了提高我國火電機組的總體技術水平,3大主機全部國內訂貨,通過4臺機組的逐臺制造,使得制造廠家逐步掌握關鍵技術并提高國產化率。鍋爐由哈爾濱鍋爐有限責任公司中標,技術支持方為日本三菱公司,汽輪機、發(fā)電機則分別由上海汽輪機有限公司、上海汽輪發(fā)電機有限公司供貨,其技術支持方為德國西門子公司。 [b]1鍋爐結構特點 [/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、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構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螺紋垂直管。上下部水冷壁之間設有混合集箱,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。為防止鍋爐結渣,慎重地選擇爐膛容積熱負荷為82.7kW/m3,爐膛斷面熱負荷為4.59MW/m2。鍋爐采用帶啟動循環(huán)泵的內置式啟動系統(tǒng)。 　　燃燒方式采用無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燃燒器。采用該燃燒器NOX的排放量低于360mg/Nm3。過熱器系統(tǒng)采用四級布置,以降低每級過熱器焓增,沿蒸汽流程依次為水平與立式低溫過熱器、分隔屏過熱器、屏式過熱器和末級過熱器。過熱器系統(tǒng)共有三級噴水減溫。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器,兩級再熱器之間設有事故用緊急噴水減溫器。主要使用煙氣擋板調節(jié)再熱汽溫。省煤器管束采用無縫光管順列布置。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鍵,高溫過熱器、末級再熱器受熱面的主要材料為Su2per304H和HR3C,Super304H高溫下許用應力較高,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汽輪機結構特點 [/b]　　華能玉環(huán)電廠的汽輪機引進德國西門子技術,其主要技術規(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、八級回熱抽汽、功率1000MW、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。除高壓轉子由兩只徑向軸承支承外,中壓轉子和兩根低壓轉子均采用單軸承支承方式。這種支承方式不僅結構比較緊湊,縮短了軸系長度,提高了軸系剛性,減少了基礎變形對于軸承荷載和軸系對中的影響,利于汽輪機轉子平穩(wěn)運行,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個軸承座上。而低壓外缸直接座落在凝汽器頸部,低壓內缸通過貓爪及支架直接座落在外缸前后的專用臺板上。內外缸之間由膨脹節(jié)密封連接,徹底消除了低壓外缸熱變形或位移對低壓動靜間隙的影響。內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靜間隙。 　　高壓缸采用單流程雙層缸設計。外缸為桶形,前后兩段用螺栓連接,內缸為垂直縱向平分面結構。缸體為旋轉對稱,無連接大法蘭,汽缸橫斷面積無變化,使得缸體受熱均勻,在主蒸汽參數(shù)變化時,缸體的的溫度梯度很小,且?guī)缀跄軌蚝娃D子同時達到同樣的溫度水平,因此機組適應快速啟停、變負荷過程中無需監(jiān)視汽缸的絕對膨脹和與轉子的脹差。高壓缸沒有調節(jié)級,100全周進汽,第一級采用了低反動度葉片級（約20的反動度）,以降低進入轉子動葉的蒸汽溫度。第一級靜葉斜置設計,切向進汽,效率高、漏汽損失小。 　　中壓缸采用雙流程雙層缸設計。中壓缸第一級除了與高壓缸一樣采用了低反動度葉片級,以及切向進汽的第一級斜置靜葉結構外,還采取了一種切向渦流冷卻技術,以降低中壓轉子的溫度。 　　另外,高中壓轉子通流部分采用小直徑、多級數(shù);高中低壓動、靜葉片（末三級除外）設計成全三維馬刀型,不同反動度葉片級的組合提高了通流效率;兩只主調門及兩只再熱調門水平布置在汽缸兩側,切向進汽;閥體與汽缸采用螺栓連接,便于檢修;所有軸承均通過軸承座直接支撐在基礎上,汽缸不承受轉子的重量,變形小,易保持動靜間隙的穩(wěn)定。 　　膨脹系統(tǒng)設計具有獨特的技術風格:機組的絕對死點及相對死點均設在高中壓之間的推力軸承處,整個軸系以此為死點向兩端膨脹,低壓內缸也通過汽缸之間有推拉裝置而向后膨脹,為此動靜葉片的相對間隙變化最小。所有軸承座與臺板之間及低壓內缸貓爪支架與臺板之間的滑動支承面均采用低摩擦合金,無需潤滑,即可保證機組自由膨脹。 　　由于壓力的原因,超超臨界機組低壓缸的排汽濕度比同樣進汽溫度的亞臨界機組要大,低壓末級及次末級葉片具有必要的抗應力腐蝕及抗水蝕性能尤為重要。在抗水蝕和抗腐蝕技術的應用方面,除了在結構上設計成有足夠通量的疏水槽、相當大的軸向間隙和采用中空末級靜葉外,末級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度均明顯高于12Cr鋼。并在末級、次末級動葉片采用新型的激光表面硬化技術。雖然世界上葉片的技術貯備已很充分,但真正有運行業(yè)績的葉片并不多,玉環(huán)項目應用的是低壓缸N30積木塊,末級葉片長度為1146mm。華能玉環(huán)電廠在汽輪機上引進了補汽技術,該技術是指從某一工況（TMCR）開始從主汽閥后、主調閥前引出一些新蒸汽（進汽量的5～10）,經節(jié)流降低參數(shù)（蒸汽溫度約降低30℃）后進入高壓第五級動葉后空間,主流與這股蒸汽混合后在以后各級繼續(xù)膨脹做功的一種措施。補汽技術提高了汽輪機的過載和調頻能力;此外由于在各個主要工況下閥門可以全開而避免了蒸汽節(jié)流,在開始補汽點以下各工況熱耗率得到改善。該技術雖缺乏大容量、高參數(shù)汽輪機的使用業(yè)績,玉環(huán)汽輪機采用補汽閥有一定風險,但在原理和結構方面并無重大難點,可以判斷風險不大;補汽閥只在TMCR以上的運行區(qū)域以及需要調頻時才開啟,大部分時間備而不用。玉環(huán)項目汽輪機TRL工況（背壓11.8kPa）下出力為950MW,考慮到玉環(huán)項目冷卻水的實際條件（15m深海水）和凝汽器冷卻面積等因素,夏季背壓約為8～9kPa。汽輪機如按滑壓方式運行,機組全年出力可達1000MW,但無調頻能力;如按5節(jié)流方式運行,夏季出力略低于1000MW;采用補汽閥技術后,該機組全年出力均可達到1000MW,且有調頻能力。 [b]3發(fā)電機結構特點 [/b]　　發(fā)電機與超超臨界技術與參數(shù)無直接關系,玉環(huán)發(fā)電機冷卻方式為水氫氫,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心無氧銅線;主絕緣厚度為6.5mm,F級絕緣,B級考核;VPI絕緣工藝制造;不銹鋼空心導線與實心銅線編織。機座與鐵芯之間采用立式彈簧板隔振結構,自振頻率避開179Hz,振幅為38μm。 　　定子鐵芯結構采用疊壓方式、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。轉子大齒上開有阻尼槽,設有阻尼銅條,阻尼槽楔外伸至護環(huán)搭接面進行良好接觸,起阻尼繞組作用（嵌線槽內無阻尼條）;轉子槽楔采用鎳硅銅槽楔;護環(huán)結構及材料為Mn18Cr18非磁性奧氏體鋼護環(huán),梳齒形結構,懸掛式護環(huán);轉子軸材質為26NiCrMoV,不帶中心孔的整體鍛件。氫氣供氣系統(tǒng)特點是采用CO2置換式氫氣系統(tǒng)自動補氫和分子篩氫氣干燥器,氫氣干燥器設有增壓風機。 　　勵磁方式為無刷勵磁,勵磁電壓418V,電流5653A,滅磁時間常數(shù)8.73。華能玉環(huán)電廠主要輔機的選擇考慮了安全可靠,以支撐主機的安全運行,充分顧及著力提高國內輔機制造水平,同時也為了降低工程造價使得機組投入商業(yè)運營后具備足夠的競爭力。 [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鋼雖然國內有足夠的使用經驗,但由于其使用范圍按有關標準規(guī)定為540～600℃,而且在610℃時的許用應力較低,計算壁厚達到108mm,單道焊口焊接施工時間長,焊接成本高,更重要的是難以保證焊接質量;由于壁厚大,對管系的柔性不利,管系熱膨脹大不易吸收,會對機組產生較大推力,專家們認為主蒸汽管道壁厚不宜超過80mm。同時P91在600℃下材料老化加速,厚壁P91主汽管道的熱應力大,長期運行安全難以保證,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,長時間高溫運行的組織穩(wěn)定性稍差;而且P911的計算壁厚也達到92mm;而P92高溫持久強度高,焊接和其它熱加工工藝與P91接近,計算壁厚只有72mm。從技術的角度看采用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,在國內已經有應用業(yè)績。 [b]5結束語 [/b]　　總的來說,針對玉環(huán)工程1000MW超超臨界機組大容量高參數(shù)的特點,關注了高溫高壓材料的選擇;充分注意了技術支持方的一些習慣配置,如西門子的發(fā)電機與旋轉勵磁機的成熟搭配;汽輪機和發(fā)電機同為西門子技術,機電一體則軸系的穩(wěn)定得到了保證;主要輔助設備在充分調研的基礎上,在確保安全的前提下優(yōu)先選用國產或合資產品,支持本國制造業(yè)的同時也降低了玉環(huán)工程初投資;設計上引進國外電廠廠房布置及管理格局的新的理念,提高機組自動化水平,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之中,還有許多問題還需進一步探討與摸索。本文觀點僅供商榷探討,歡迎各方共同關注,目的是使我國第一臺引進技術自行生產的超超臨界1000MW機組真正能夠實現(xiàn)安全、可靠、高效、成熟的目標。