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江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--专专专题题题报报报告告告之之之000222///333222编编编号号号：：：333222---SSSTTTBBB222000000555---000222111---PPP000222---000222---AAA000222主机设备及参数选择专题报告江江江苏苏苏省省省电电电力力力设设设计计计院院院222000000555年年年111111月月月江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--主机设备及参数选择专题报告批批批准准准：：：高高高嘉嘉嘉梁梁梁审审审核核核：：：王王王志志志斌斌斌卢卢卢建建建彬彬彬校校校核核核：：：吴吴吴斌斌斌编编编制制制：：：宋宋宋坤坤坤林林林江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--目录1前言2国外超超临界机组技术发展状况和经验教训2.1国外主要技术流派超超临界汽轮机技术特点2.2国外主要技术流派超超临界锅炉技术特点2.3国外主要技术流派大功率发电机技术特点2.4国外近期超超临界机组的主要业绩3国内超超临界机组最新发展状况和技术特点3.1国内1000MW超超临界汽轮机技术合作情况3.2国内1000MW超超临界锅炉技术合作情况3.3国内1000MW发电机技术合作情况4超超临界机组的运行特性4.1低负荷运行特性4.2负荷变化的范围和变动率4.3启动方式4.4启动时间5本工程1000MW超超临界机组结构选型5.1本工程1000MW超超临界机组再热次数分析5.2本工程1000MW超超临界机组炉型选择分析5.3本工程1000MW超超临界机组发电机型式及电压等级选择分析5.4本工程1000MW超超临界机组汽轮机结构分析6本工程1000MW超超临界机组主要蒸汽初参数选择6.1超超临界主要蒸汽参数对经济性的影响分析江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--6.2超超临界机组可靠性分析7对本工程主机参数的推荐意见和结论江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--[内容提要]：结合国外超超临界机组发展情况，通过对不同压力温度的方案计算和材料比较，建议本工程采用蒸汽参数25(26.25)MPa/600℃/600℃的四缸四排汽单轴一次再热1000MW超超临界机组，其中如采用东汽、哈汽等引进日本技术的汽轮机，推荐主汽压力为25MPa，如采用上汽引进SIEMENS技术的汽轮机，推荐主汽压力为26.25MPa。主蒸汽温度600℃，一次中间再热温度600℃参数。1前言我们知道，亚临界机组的工作压力低于水的临界点压力(Pc=22.129MPa)，一个很明显的特征就是蒸汽循环中存在一个定温汽化的过程，并在锅炉的汽包中完成对汽水的分离。而当机组的工作压力大于水的临界点压力时，我们就称之为超临界机组。对于超临界机组来说，当工质被加热到某一温度后就立即全部汽化，不存在上述汽化分离的过程。因此超临界锅炉均为直流炉，在锅炉水冷壁出口就已经完成了汽化而无需汽包这一汽水分离的装置。当今国际上超超临界机组的参数一般是在常规超临界机组参数24.2MPa／566℃／566℃的基础上在压力或温度上提升一个档次，目前普遍公认把工质工作压力大于28.0MPa或工作温度大于580℃的参数统称为超超临界(UltraSupercritical)。江苏华电句容发电厂工程本期拟建设二台1000MW等级的超超临界机组。本报告即为针对江苏华电句容发电厂工程超超临界机组主机设备及参数选择而进行的分析论证。2国外超超临界机组技术发展状况和经验教训国外目前发展超超临界技术领先的地区主要是日本、欧洲及美国等，超超临界机组的最高热效率已达到49％。分析发达国家超超临界发电技术的发展历程、现状及趋势，大致可得到如下经验总结：●上世纪50年代末以美国为代表，注重提高初压(30MPa或以上)并采用两次再热，使结构与系统趋于复杂，运行控制难度增加，机组可用率及可靠性下降。由于超超临界机组发展初期技术还不成熟，蒸汽参数选择过高，超越了当时的金属材料技术水平，运行中出现了很多问题，因此，美国到上世纪80年代，参数又降低到超临界水平。上世江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--纪80年代末，日本以(川越电厂)31.1MPa／566℃／566℃／566℃的超超临界为代表，由引进到自主开发，有步骤有计划地发展超超临界机组。上世纪90年代初，日本在31.1MPa／566℃／566℃／566℃的超超临界参数基础上将压力调整为24MPa～25MPa，温度由566℃／566℃逐步提高到600℃／600℃并取得了显著的成功。目前德国等欧洲国家(丹麦除外)超超临界机组的压力一般在25MPa～28Mpa,温度一般采用580℃／600℃或600℃／600℃。●采用二次再热的超超临界机组，除了早期美国的三台机组外，只有日本川越两台以及丹麦的机组，其它二次再热机组鲜有报道。采用二次再热虽然可使机组的热效率提高1．3％～1．5％，但也造成了调温方式复杂、受热面布置困难，成本明显提高等不利因素。因此，除早期投运的少数超超临界机组外，目前无论是日本还是欧洲都趋向于采用一次再热。●锅炉布置型式按各锅炉生产公司的传统，有∏型布置及塔型布置。日本超超临界锅炉一般采用∏型布置，德国、丹麦一般采用塔式布置，这主要是各自的传统技术及燃烧煤种特性所决定的。●燃烧方式按各公司传统，主要有切圆燃烧和对冲燃烧。日本IHI、日立公司制造的超超临界∏型炉均采用了前后墙对冲燃烧方式，三菱重工的锅炉燃烧方式全为八角双切圆燃烧方式，两种燃烧方式都是为了减少炉膛出口烟温偏差，欧洲的超超临界塔式炉不存在烟温偏差问题，燃烧方式既有四角切圆燃烧，又有对冲燃烧，还有个别的八角双切圆燃烧和八角单切圆燃烧。●早期超超临界锅炉水冷壁型式一般采用垂直管屏，90年代后，除日本三菱公司采用内螺纹垂直管技术外，其余厂家一般还是采用螺旋管圈。●国际上已投运的1000MW等级超超临界机组以双轴机组居多，随着发电机及长叶片的技术进步，目前国外大容量等级的超超临界机组的开发及1000MW级机组倾向于采用单轴方案。为减少汽轮机低压缸排汽口数量，大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用，3000r／min大功率机组已普遍采用高度为1000mm～1200mm的长叶片。●在超超临界机组材料方面，从上世纪80年代开始，美国、日本及欧洲都分别开展了各自的材料研发计划，针对不同级别参数的机组(如580℃、600℃、620℃等)开发了新的耐热材料，并进行了大量的实验室和实际验证，目前新高温铁素体-马氏体9%～12％Cr材料已可用于压力为31MPa、温度为600℃／625℃的参数等级。江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--国外另外还有前苏联(俄罗斯)也开发了超超临界机组，其超超临界机组的研制主要立足于国内。其超临界机组的蒸汽参数为主汽压力约24MPa，蒸汽温度一般为545～565℃，目前俄罗斯设计了新一代的超超临界机组，蒸汽参数为30～32MPa／580～600℃／580～600℃。前苏联超超临界机组开发采用了包括超临界热电联产技术、燃用劣质高灰分煤的技术、汽轮机末级叶片设计、直接接触式给水加热器、给水加氧处理等特有技术。从总体上看，前苏联的超超临界机组水平低于欧洲先进国家的水平，控制系统比较落后，水处理也比较落后，导致其超超临界机组效率较低。国外超超临界机组发展的近期目标为1000MW级机组，压力参数为31MPa，主蒸汽温度参数为600℃，再热蒸汽温度参数为600℃，并正在向更高的水平发展。一些国家和制造厂商纷纷公布了发展下一代超超临界机组的计划，蒸汽初温将提高到700℃，再热汽温达720℃，相应的压力将从目前的30MPa左右提高到35MPa～40MPa，机组的供电效率预计可达到50％～55％。国外主要的动力制造厂商经过多次的并购和整合，在超超临界火电机组设计制造方面，主要以欧洲(SIEMENS、ALSTOM)、日本(东芝、三菱、日立)为代表，形成了不同的技术流派。国外超超临界机组技术的发展给我们国家发展超超临界机组提供了很多有益经验和教训：●提高机组效率和保护环境是发展超超临界技术的主要动力。●要把研究和开发放在十分重要的地位。特别要重视锅炉和材料方面的研究。●要采用经过验证的成熟技术，把示范技术放在重要地位。参数和容量的选择十分重要，在这方面，美国早期发展超超临界技术过程中的经验教训值得借鉴。在提高蒸汽参数的同时，也应发展和采用其它提高效率和性能的技术。●作为超超临界技术重要基础的材料的研究和开发应该先行。●对于发展超超临界机组较晚的国家，引进技术、消化吸收和自主创新是一条比较好的发展之路。2.1国外主要技术流派超超临界汽轮机技术特点2.1.1SIEMENS公司SIEMENS公司在1951年就生产了625℃的超超临界汽轮机，至今进汽温度在600℃江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--以上的机组已有14台在运行。自1997年起，SIEMENS公司在50HZ、单轴、900MW功率等级超超临界机组处于领先位置；近十年来8台单轴50HZ的870MW至1025MW机组业绩中，SIEMENS公司占据了其中的6台(另两台为ALSTOM(ABB机型)的930MW、26MPa／550℃／580℃机组)；其中最大的1025MW、单轴、参数26.5MPa／576℃／599℃的超超临界汽轮机(锅炉参数为27.49MPa／580℃／600℃)已于2002年在德国NIEDERAUSSEM电厂投运。目前SIEMENS公司的汽轮机产品系列中的HMN系列可适应200MW～1200MW、50HZ／60HZ的超超临界机组，蒸汽参数最高可达30MPa／600℃／620℃。SIEMENS公司超临界大功率汽轮机的主要特点是高压缸采用单流程、小直径筒式结构、中压缸进口为双层结构并做涡旋式冷却、轴承箱与汽缸分离并刚性落地。机组采用滑压运行，调峰性能好。各转子采用整锻转子，转子之间由整体刚性联轴器连接。1000MW超超临界机组每两根转子之间只设一个轴承，四个汽缸(高压缸、中压缸和两个低压缸)共五个轴承。轴承座全部支撑在基础上，动静间隙变化小。低压外缸与凝汽器采用刚性连接。SIEMENS公司的机组通流部分设计采用全三维技术，除低压末三级外，其余所有的高中低压叶片级全部采用弯扭耦合叶片，级反动度控制在30％～40％的水平。目前SIEMENS公司50HZ机组中有运行业绩的末级叶片为1146mm，其正在开发排汽面积13.5m2的1430mm钛合金叶片。2.1.2ALSTOM公司ALSTOM公司由原ABB、原ALSTOM公司合并而成，其大功率超超临界机组已投运的有参数为930MW、26MPa／550℃／580℃单轴机组2台。ALSTOM公司目前正在设计1100MW四缸四排汽27MPa／600℃／605℃超超临界汽轮机。ALSTOM公司具备原ABB公司的焊接转子、高压内缸中分面用紧箍环安装等特点，ALSTOM公司和SIEMENS公司一样采用全周进汽、节流调节方式，为适合电网调频要求，另保留5％节流能力，在节流时会降低机组效率。机组每两根转子之间只设一个轴承，四个汽缸(高压缸、中压缸和两个低压缸)共五个轴承。为减少围带汽封的漏汽损失，ALSTOM公司研制开发了刷子汽封。刷子汽封材料由Ni基材料组成，能耐700℃高温，运行时与围带间隙接近于零，有效地减少了汽封漏江苏华电句容发电厂工程可行性研究及后续勘察设计投标文件第二卷第二册专题报告--1--汽。ALSTOM公司已经开发了50HZ、49英寸钛合金末级叶片，并将应用于新设计的1100MW四缸四排汽超超临界汽轮机。ALSTOM公司的材料开发大致可以分成三个阶段：90年代前主要采用X20（11％～12％Cr)，适应温度5