国外超超临界发电技术考察报告

1、华能usc技术考察团考察报告“十五”国家重点科技攻关计划项目课题名称：超超临界燃煤发电技术 （2002aa526010）子课题1：超超临界发电机组技术选型研究 （2002aa526011）编号：密级：国外超超临界发电技术考察报告（一）子课题1技术报告之 附件十一华能集团863超超临界课题考察团2003年 8 月0课 题 名 称： 超超临界燃煤发电技术子 课 题 名 称： 超超临界发电机组技术选型研究子 课 题 编 号： 2002aa526011 工 作 起 迄 日 期： 2003年7月-8月报 告 名 称： 国外超超临界发电技术考察报告负 责 人： 金浪川主要工作人员： 金浪川 苏文斌 段志慧

2、 燕 前 彭大为 苗迺金 朱宝田 彭泽英 王国鸿 李殿成 报 告 编 写 人 ： 苗迺金 彭泽英 王国鸿 李殿成报 告 校 阅 人 ： 苏文斌批 准： 金浪川国外超超临界发电技术考察报告按照国家863计划“超超临界燃煤发电技术”课题中子课题1的工作安排，特别是结合在课题研究工作中对一些重要技术参数存在的不同意见，由华能集团负责组团、并由华能集团金浪川总工程师为团长的超超临界机组技术考察团（考察团成员名单参见附录2）于2003年7月27日至8月11日期间，重点对日本三菱重工、alstom、siemens和fortum能源（电力）公司等在超超临界燃煤发电技术上拥有先进设计、制造业绩和运行经验的有关

3、设备制造商及电力公司和发电厂进行了实地考察和技术交流。技术考察和交流的主要内容包括了国外电力公司与制造厂在决定机组主汽及再热汽参数、关键部件材料选择以及在机型和炉型设计等重大技术问题时的考虑因素与原则；一些在运的大容量高参数超超临界机组的主要技术参数、存在问题及运行可靠性情况； 下一步主要的技术研发工作特点和计划安排；等等。在国外二周期间，考察团主要了解和考察了日本三菱重工本部；三菱重工在长崎的汽轮机制造厂、锅炉制造厂和研究所；日本三隅发电厂（1000mw，24.5mpa/600/600）；alstom公司在瑞士的发电技术研发中心和发电设备（汽轮机、发电机）制造基地；siemens公司在德国m

4、uelheim的技术总部和汽轮机、发电机制造厂；德国niederauem发电厂（1000mw，275bar/580/600）；芬兰fortum电力公司；芬兰meri-pori发电厂（565mw，240bar/540/560）等。考察其间，考察团还与有关制造商、电力公司和发电厂的主要部门主管、技术研发和负责人员等就有关超超临界关键技术的发展及机组运行经验和可靠性等许多双方共同感兴趣的问题进行了有意义的技术交流和讨论；同时，考察团还认真听取和了解了国外主要发电设备制造商在其超超临界技术发展过程中的有关参数和方案选择、下一步发展计划等方面所做的一些考虑和分析，其中，有些分析和考虑意见很值得我们加以借

5、鉴和参考。通过为期二周的国外实地技术考察和参观，考察团成员对目前超超临界发电技术的现状和发展状况有了更进一步的、直观的了解；对国内发展超超临界火电技术的技术路线有了更加清晰的理解和认识；同时也加大了对超超临界火电技术国产化工作的信心。1 关于德国西门子(siemens)公司的概况西门子（siemens）公司为德国最大的跨国电气公司，其产品独树一帜，在全球享有良好的声誉。西门子公司成立于1847年，1866年发明了发电机，在电力技术领域取得了突破性的进展，1927年开始生产汽轮机和凝汽器，至今已有75年历史。目前德国的发电设备业务由其全资子公司kwu（kraftwerk union ag）经营，

6、该公司正式组建于1969年，经过近年的资产重组，西门子发电集团（kwu）已成为全球性生产蒸汽轮机及燃气轮机的跨国公司，有分布在德国、英国、加拿大、荷兰、美国、匈牙利、印尼共13个发电设备的生产制造基地。其中德国缪海姆工厂是西门子kwu全球汽轮机的工程技术和制造中心（包括50hz大型发电机的总装），此外缪海姆还包括服务及燃气轮机的工程设计两个部门；共计职工3244人，其中工程及管理人员为1831人，占55%。汽轮机服务燃气轮机总计工程及管理9703433931831制造车间11502621413 代表团访问了缪海姆工厂，该厂由西门子于1927年接受，开始生产汽轮机，1930年制造了第一台60mw

7、汽轮机。自二次大战后50年代起工厂迅速发展了150mw、300mw、600mw等级的汽轮机，以及直至1200mw的核电汽轮机。在超临界汽轮机方面，西门子1951年就生产了625c的超超临界汽轮机，至今进汽温度600c的机组已有14台在运行。近十年，西门子更在单轴大功率机型大开发中取得成功的业绩。h-高压单流缸m-中压双流缸n-低压双流缸 按西门子的产品设计体系，采用成熟的积木块系列可以组合成各种参数及功率等级的汽轮机产品。对50hz共有5种类型的积木块：h型的高压单流程汽缸、m型的中压双流程汽缸、n型的低压双流程汽缸、k型的高中压合缸汽缸、e型的中低压合缸汽缸。 这五种系列的积木块可以组合出功

8、率范围在100mw1100mw内的各种超临界、超超临界参数的机组。对玉环项目，西门子就采用h-m-n的模块形式。这种模块设计方法的最大特点是由于模块的标准化设计及成熟的结构和运行经验可以快速地按市场要求开发出性能先进、可靠的产品。1.1 西门子900mw功率等级的超超临界汽轮机 西门子900mw功率等级的超超临界汽轮机采用单轴形式，由标准的积木块hmn组成。自九十年代后，德国政府实行关闭核电，鼓励燃用国内褐煤的政策，使得与环保相应的清洁煤发电技术得以迅速发展；在这期间西门子公司成功推出了一系列大功率高效汽轮发电机组。自1997年起，西门子kwu在50hz、单轴、900mw功率等级领域领先一步取

9、得了独特的业绩；近十年由日本和欧洲制造的共计8台50hz、单轴、900mw功率等级的机组业绩中，西门子占据了其中的6台（另为alstom 1999/2000年在lippendorf电厂的两台930mw、26mpa/550c /580c机组）；其中最大的1025mw、单轴、参数为26.5mpa/576c/599c的超超临界汽轮机（锅炉参数为27.49mpa/580c/600c） 已于2002年8月正式投运。 与其他900mw等级机组相比，西门子业绩的优势主要体现在下面三个方面：= 50hz业绩为主。= 单轴1000mw等级。= 压力高于25mpa下为西门子公司超临界及超超临界汽轮机的发展业绩表：

10、1.2 西门子超超临界汽轮机的技术特点h型单流圆筒型高压缸 除了单轴机型外，西门子汽轮机有其独特的技术特点，主要为：1） 高压缸为单流程、小直径、多级转子以及圆筒型的汽缸。这种高压缸的结构形式的最大特点圆筒形的前后缸以紧凑的轴向法兰连接；由于无中分面，汽缸可承受更高的压力和温度以及小直径的结构，使h型积木块的设计压力达到30mpa，能适应更高超超临界压力的要求。2） 各转子采用整锻转子，转子之间由整体刚性联轴器连接；所有轴承座均直接支撑在基础上，且每两根转子之间只设一个轴承；不但轴向尺寸紧凑，而且可减少基础变形对轴承载荷和轴颈弯曲应力的影响。对玉环机组，汽轮机四个汽缸的轴向总长仅27m。3）

11、高压主调门直接与汽缸连接，对主汽温度566c采用焊接连接；580c600c采取螺旋接口连接；主蒸汽直接切向进入汽轮机，没有主蒸汽和再热蒸汽管道，阀门重量由适当的弹簧支撑在基础上。= 第一级为低反动度叶片级（约20%的反动度），降低进入转子动叶的温度。= 切向进汽的第一级斜置静叶结构；效率高、漏汽损失小。= 100%的全周进汽，对动叶片无任何附加激振力。 4） 中压缸为双流程，中压主调门同样直接与汽缸连接；可减少流动损失和汽缸高温段中压第一级也是采用典型斜置布置的反动度为20%的全周进汽叶片级。的受力。 为冷却转子，在中压进汽端，还采用了一种特殊的旋涡切向冷却结构；四个切向进汽孔使进入的蒸汽形成

12、高速切向旋流，温度可降低15度。5） 西门子的膨胀系统设计具有独特的技术风格和独特的结构设计。西门子各轴承座直接支撑在基础上，其特点为：= 机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处。= 中压汽缸与低压内缸以及低压内缸之间有推拉装置，减小低压段动静相对间隙。转子绝对膨胀= 汽缸与轴承座之间有耐磨、滑动性能良好的金属介质。转子与汽缸相对膨胀汽缸绝对膨胀马刀型静叶片马刀型动叶片西门子公司全三维叶片技术处在世界领先地位，其体现在：= 所有的高中低压叶片级全部采用马刀型不仅静叶片，而且所有的动叶片（除末三级外）也是马刀型。= 较低反动度的叶片级；根据最佳的气动设计，已不是50%反动度的纯反动式

13、叶片级，目前级反动度控制在30%40%的水平。= 整体自带围带结构，动应力小，抗高温蠕变性能好。 6）全三维的弯扭（马刀型）叶片7）目前3000r/min 有运行业绩，最长的1146mm长叶片。 西门子单轴机型配套的两个基本技术为：汽缸之间的单轴承以及特大长叶片；单轴承结构是整体可以配置三个低压缸,采用五缸、六排汽的形式，其汽轮机总的轴向长度与其他机型的四缸四排汽机型相同；这也是为什么欧洲的制造厂很早就在大功率领域采用单轴的主要原因。自九十年代后期，随着清洁煤高效发电技术的发展，欧洲普遍采取大幅度降低汽轮机冷端背压的措施；背压由4.4kpa5.4kpa降到2.91kpa3.58kpa。欧洲实行

14、的低背压政策又促进了特大长叶片的开发和应用；1997年世界上最长的全速3000r/min、高度为1146mm的特大型长叶片正式投入运行。该叶片用于我国外高桥2x900mw机组及德国niederaussem电厂低背压（2.91kpa3.58kpa）、1025mw单轴六排汽机型中。该叶片的使用业绩如下： 对玉环项目，其平均背压为4.9kpa，排汽容积流量与外高桥机组相当，从气动的角度，四排汽的1146mm叶片是最佳的选择。8）更大排汽面积16m2钛合金1420mm叶片的开发。 受材料强度极限的限制，特大长叶片的开发对采用什么结构形式提出更高的要求；西门子有两种形式的单个整体型结构的特大长叶片：1）

15、 自由叶片：无任何应力集中附件，振型简单，能精确调频，对超音速气流无扰，但动应力阻尼小，叶片设计得比较粗壮。2） 整体自带围带后凸台的自锁阻尼型叶片：无应力集中的附件，整圈阻尼动应力小，叶片宽度可较小。西门子具有这两种叶片的设计技术体系，目前的划分是这样的：l 对钢材料，圆周速度660m/s的极限条件下，采用自由叶片系列。1146mm叶片是世界上已运行的排汽面积最大最长的叶片，是唯一圆周速度达到662m/s的钢材料叶片；也是目前唯一在900mw机组中有成熟运行业绩的特长叶片，1997年至今已运行6年，至2002年9月已超过27500小时。l 对圆周速度超过660m/s，更长的叶片则采用钛合金材

16、料的整体自带围带（ilb）叶片；目前正在大量使用的有圆周速度达到704m/s，60hz的1067mm钛合金叶片（该叶片如模化到50hz，其高度为1280mm）。此外还有为百万千瓦机组n30低压缸配置的圆周速度达到716m/s、排汽面积达到13.45m2的1320mm整体自带围带（ilb）钛合金叶片（西门子按根部径向平面定义的叶片高度称为1420mm，排汽面积为16 m2）。该叶片是正在开发、最长的3000r/min钛合金长叶片；目前已完成设计和试验。今后将用于更低背压的四排汽百万千瓦机组，以及两排汽的600mw机组中。2 关于日本三菱（mitsubishi）重工的概况21 三菱公司超超临界锅炉

17、技术状况 从1974年起，日本国内投运的电站机组主要是超临界锅炉机组、超超临界锅炉机组和联合循环机组。三菱公司在1981年提供了第一台螺旋水冷壁滑压运行锅炉，在1989年提供了第一台垂直水冷壁滑压运行锅炉。据2003年的统计，三菱公司在日本国内75mw及以上容量锅炉的市场份额中占45.8%，其超（超）临界机组锅炉的业绩如下：机组容量（mw）定压运行机组（台）滑压运行机组（台）总计（台）350499729500699211839700999112131000347总计（台）323668三菱公司在发展超临界锅炉机组、超超临界锅炉机组方面的标志性项目如下：业主与电厂机组容量（mw）sh压力（mpa）

18、sh/rh温度（）燃料投运年份chubu epco kawagoe 1#70031566/566/566lng1989chubu epco hekinan 3#70024.1538/593煤1992chugoku epco misumi 1#100024.5600/600煤1998epdc tachibanawan 2#105025600/610煤2000 三菱公司对超超临界锅炉机组参数选型的考虑三菱公司对不同蒸汽参数条件下的电站机组效率进行了分析研究，其结果如下：机组压力（mpa）机组温度()机组热耗（相对值）24.1538/566基准24.1566/566-1%24.1593/593-3.

19、4%24.5600/600-3.8%31.0566/566/566-4.3%从上表可见，chubu epco kawagoe 1#的700 mw机组采用31 mpa、566/566/566的蒸汽参数与chugoku epco misumi 1#的1000 mw机组采用24.5 mpa、600/600的蒸汽参数相比较，机组热耗的相对值仅相差约0.5%。三菱公司认为，目前适用于600/600等级蒸汽参数的耐高温材料已成熟，而采用31mpa、566/566/566蒸汽参数却会较大幅度的增加锅炉成本，机组的技术经济综合性能未必会有较大提高。 三菱公司的垂直水冷壁超（超）临界锅炉三菱公司在长崎（naga

20、saki）的研究发展中心对超临界内螺纹管垂直水冷壁的传热特性、流动特性进行了系统的试验研究，并采用cfd软件进行了内螺纹管流动特性的数值计算。三菱公司第一台垂直水冷壁超临界锅炉安装在kyushu epco matsuura 1#机组，至今已成功投运14年。三菱公司垂直水冷壁超临界锅炉的业绩如下：业主与电厂机组容量（mw）sh压力（mpa）sh/rh温度（）燃料投运年份kyushu epco matsuura 1#70024.1538/566煤1989chubu epco kawagoe 1#,2#70031.9（滑压)566/566/566lng1989/1990chubu epco heki

21、nan 1#70024.1538/566煤1991soma joint epco shinchi 2#100024.1538/566煤1995tohoku epco haramachi 1#100024.5 (滑压)566/593煤1997chugoku epco misumi 1#100024.5(滑压)600/600煤1998kobe steel kobe 1#70024.1538/566煤2002kansal epco maizuru 1#90024.5(滑压)595/595煤2004tokyo epco hirono 5#60024.5(滑压)600/600煤2004n plant60

22、0600/600煤2009三菱公司认为内螺纹管垂直水冷壁与光管螺旋水冷壁相比具有以下优点：1) 结构简单l 容易制造；l 容易安装、周期缩短：炉膛下部水冷壁管子对接焊口数量和刚性梁耳板数量减少一半以上，水冷壁管子对接焊口对位更容易； l 更小的热应力。2) 水冷壁管压降更低、流动稳定性更好l 由于内螺纹管与光管相比热传导性能更好，可在更低的工质质量流速下保证核态沸腾，使水冷壁管压降更低，从而给水泵能耗更低。l 与光管螺旋水冷壁相比，由于内螺纹管垂直水冷壁采用的工质质量流速更低，使其流动特性具有自然循环锅炉的“自补偿”特性，即吸热多的管子其流量增加，因而温度不均匀性小。3) 结渣更容易脱落为避免

23、因吸热偏差、流动阻力偏差在水冷壁平行管之间产生过大的温度偏差，三菱公司在超临界内螺纹管垂直水冷壁上设计了进口节流圈，采用“插入管”型式，在现场热态调试时进行调整、安装，据介绍需三天左右的时间。 三菱公司对耐高温材料的研制从1980年起，三菱公司在长崎（nagasaki）的研究发展中心对蒸汽温度为595、620（630）、650条件下的锅炉集箱、受热面管子材料进行了研究，具体见下表：材料牌号成分研究试验现场试验实际使用hcm2s(sa213t23)2.25cr 0.1mo 1.6w1989年1993年1997年hcm9m9cr 2mo1980年1984年super 9cr(sa213t91)9c

24、r 1mo1981年1983年1989年hcm1212cr 1mo 1w1980年1983年1986年hcm12a(sa213t22)11cr 0.4mo 1.9w1989年1993年1999年super 304h18cr 10ni 3cu1986年1989年1998年hr3c(sa213tp310hcbn)25cr 20ni nb1982年1986年1997年在600/600蒸汽温度条件下，三菱公司锅炉集箱、蒸汽管道材料使用情况如下：过热蒸汽出口： 使用9cr钢或12cr钢；再热蒸汽出口： 使用9cr钢。三菱公司大容量超（超）临界机组锅炉受热面管子用材情况一般如下：过热器再热器省煤器水冷壁四

25、级三级二级一级二级一级25crhr3c18crsuper 304hsa213tp247h9crsa213t912.25crsa213t221crsa213t12碳钢sa192sa210 三菱公司的燃烧系统、脱硝系统（scr）三菱公司采用pm低nox燃烧器 & mact（炉内脱氮系统），配以mrs磨煤机，其pm低nox燃烧器已有222台锅炉的业绩。在大容量锅炉上，燃烧器采用无分隔墙双切圆布置，其业绩如下：电厂机组容量（mw）燃料投运时间tokyo epc sodegaura #41000气1979年tokyo epc hirono #31000气/油1989年saudi arabia sceco

26、-east qurayyah #1 to #4600气/油1989年chubu epc kawagoe #1700气1989年chubu epc kawagoe #2700气1990年chubu epc hekinan #1700煤1991年sooma joint epc shinchi #21000煤1995年tohoku epc haramachi #11000煤1997年chugoku epc misumi #11000煤1998年formosa petrochemical co. fp-1 #1 to #3600煤1998年formosa petrochemical co. up-1

27、#a,#b600煤1999年china ipp cp-1 #1 to #4600煤1999年saudi arabia sceco-east ghazlan #5 to #8600气/油2002年kansai epc maizuru #1900煤2004年三菱公司于1971年开始研制脱硝（scr）系统，1978年投入商业运行。至今，三菱公司已为124台锅炉提供了scr系统。 三菱公司usc锅炉的控制技术三菱公司usc锅炉控制技术主要着眼于：l 在亚临界压力运行工况下，保证在省煤器出口工质有适当的湿度；l 在亚临界压力运行工况下，保证在过热器进口工质有适当的过热度；l 在各种运行工况下，保证在过热

28、器出口汽温偏差在保证范围内。 三菱公司超超临界机组锅炉的制造、研发能力三菱公司长崎造船所香烧工厂于1971年建厂，制造能力为年生产锅炉6000mw容量，现有员工约800人，至今已生产600多台锅炉。香烧工厂有四个生产车间，分别主要生产集箱与管道、过热器/再热器蛇形管、水冷壁与省煤器、燃烧器。（重型汽包在长崎造船所本工场生产）香烧工厂目前生产负荷仅达60%，正在为中国福建厚石电厂等制造有关锅炉部件。香烧工厂的主要生产设备有：l 压力容器生产：8000吨水压机、环缝焊机、纵缝焊机l 管道生产：高频弯管机、焊接三通马鞍型焊缝焊接机器人、窄间隙mig焊机、管接头自动焊机l 集箱生产：集箱管接头焊接机器

29、人l 过热器/再热器蛇形管生产：自动弯管机（可同时弯制4种不同的弯管半径）、管屏附件焊接机器人、管子附件焊接机器人l 水冷壁生产：44头mpm焊机、管屏附件焊接机器人、管屏弯管机22三菱公司超超临界汽轮机技术状况 三菱公司1000mw等级汽轮机的业绩到目前为止三菱公司已经生产了1000mw等级汽轮机6台，如表1所示。表1三菱公司1000mw等级汽轮机的业绩电厂名机 组容 量mw压力kg/cm2温度/ 投运日期转速rpm型号末叶（英寸）袖浦#41000246538/5661979.083000/1500cc4f44松浦#11000246538/5661990.063600/1800cc4f44东

30、扇岛#21000246538/5661991.033000/1500cc4f44松浦#21000246593/5931997.073600/1800cc4f46三隅#11000250600/6001998.063600/1800cc4f46橘湾#21050255600/6102000.123800/1800cc4f46其中两台是超临界参数538/566、50hz的机组。1台是超临界参数538/566、60hz的机组。其余三台是超超临界参数593/593或更高温度的60hz的机组。虽然上述机组都是双轴机组，但高、中压缸的设计可以用于单轴机组。尽管没有单轴1000mw等级、50hz超超临界参数机组

31、的业绩，但50hz和60hz机组的差别并不大；可以通过模化设计成50hz的机组。 三菱公司技术特点图2-1高压缸实体图三菱公司汽轮机是在引进美国西屋公司技术基础上经过消化吸收而发展起来的。汽轮机为反动式机组，结构形式与我国引进型300mw和600mw相似。已运行的1000mw机组为四缸四排汽，由双分流高压缸、双分流中压缸和2个双流半转速低压缸组成。高中压缸分别为双层缸，低压缸为三层缸。下面是为中国设计的900mw，25mpa，600/600汽轮机的方案特点。1） 高压缸特点高压缸为双流式，四个进汽口，每个流向包括1个调节级和12个反动级。高压缸的静子采用高热性能的12cr铸钢和9cr锻钢，转子

32、采用12cr锻钢。高温转子的叶片采用奥氏体合金钢制成。中间级采用高效率的全三维设计的反动式叶片。通过这种设计，通过控制设计参数（反动度，流量和流动角度）来使损失最小化。f3d 整体围带反动式叶片图2-2 全三维整体围带叶片高压缸的高温零件采用隔离形式，高压缸通过挠性管分别与装配在两侧的蒸汽室连接，大大降低部件的温度梯度，有助于热启动和冷启动时不产生缸体裂缝。两个卧式主汽阀，固定在蒸汽室的末端。此种布置降低了整体的间隔要求，布置在汽轮机运转层上方的所有运行零件有助于维修。每个蒸汽室带有两个具有扩压器出口的柱塞型调节阀。从调节阀来的蒸汽进入高压缸中心，通过四个进汽管（两个在汽缸上半，两个在汽缸下半

33、）进入喷嘴室。蒸汽通过调节级，温度明显降低，之后流过高压缸反动级，通过外缸下半部的两个排汽口排到再热器。图2-3 中压缸实体图2）中压缸特点中压缸为双流式，两个进汽口，每个流向包括9个反动级。中压缸的静子采用高热性能的12cr铸钢和9cr锻钢，转子采用12cr锻钢。高温转子的叶片采用奥氏体合金钢制成。中压缸采用高效率的全三维设计的反动使叶片。中压缸进口由高压缸的排汽进行冷却，因此600的再热蒸汽不会接触转子。蒸汽通过位于中压缸两侧的两个再热主汽阀和四个再热调节阀，进入中压缸。蒸汽流过中压反动式叶片，降低压力和温度。在中压缸内做功的蒸汽通过外缸下半开口流出中压缸，通过连通管连接到两个低压缸。图2

34、-4 低压缸实体图3） 低压缸特点低压缸为两个双流式，每个流向包括5个反动级，低压末级为48英寸（1220mm）长叶片。48英寸叶片的环形面积为11.3m2，是世界上3000rpm机组中最长的叶片，材料为17%cr4ni锻钢。每个低压缸包括两组反向流动叶片。通过高效率叶片、扩压式排汽和自由式排汽缸组合结构，使汽轮机在热耗方面有明显的改进。48英寸叶片是按照3600rpm机组的40英寸叶片以1.2倍模化出来的。因此，两种叶片的强度和频率特性如下：1） 离心应力相同； 2）蒸汽弯曲应力相同；3） 固有频率相同，即坎贝尔图所示的特性相同；4） 阻尼影响相同； 5）动力特性相同。3600rpm/40i

35、nch已成功在很多机组上运行。第一台此类机组于1999年投运。按照模化理论，3000rpm/48inch的叶片应该是很可靠的。3阿尔斯通（alstom）超超临界技术概况alstom公司也是在国际上发电设备制造行业中业绩突出的著名公司之一，在技术上具有自己的特点。考察团参观了alstom公司位于瑞士的发电设备技术研发中心和一个发电设备制造基地，对其在超超临界发电技术领域的研究工作和设备制造情况作了认真的了解和交流。3.1 alstom 超临界机组业绩表3-1 alstom业绩表（400-930mw）序号电厂名称国家高压模块中压模块低压模块容量蒸汽参数投产日期mpa1石洞口1中国hd4md42nd

36、3763024.253856619902石洞口2中国hd4md42nd5463024.253856619903staudinger德国hd3md42nd415502554056019924amer 9荷兰hd4md53nd416502553556319935meri pori芬兰hd3md43nd4158823.553853819936hemweg 8荷兰hd4md53nd416802553556319947rostock德国hd3md42nd415502554056019948schkopau a德国hd3md3nd4141925.354456019959schkopau b德国hd3md3

37、nd4141925.3544560199610lippendorf s德国hd4md53nd41b93325.95550582199911lippendorf r德国hd4md53nd41b93325.95550582200012avedre 2丹麦hd2md22nd4152530580600200113millmerran 1澳大利亚hd2md2nd3142524.2565595200214millmerran 2澳大利亚hd2md2nd3142524.25655952002表3-1是alstom 4001000mw机组的运行业绩。 与现阶段我国准备建设的900mw，25mpa-600/60

38、0机组接近的机型为lippendorf的s和r机组。该电厂安装了两台933mw汽轮机，分别于1999年和2000年投运。该机组为五缸、六排汽，高压缸为单流，中、低压缸为双流，低压由三个排汽缸组成。末级叶片高度43英寸，排汽面积9.6m2，排汽压力: 3.8 kpa。 3.2 alstom公司汽轮机设计特点alstom公司汽轮机设计有如下特点：焊接转子；高压双层缸，内缸中分面无法兰，采用套环热紧；高、中、低压进汽采用涡壳结构，减少进汽损失。采用模块化、系列化设计，有利于满足用户要求。对于更高温度的超超临界机组，其设计原则与亚临界机组是相同的。仅仅是内缸、阀壳、转子中部高温段采用耐高温材料。由于转

39、子两端的温度较低，这一区域可以采用1%crmov钢。这种材料广泛应用在常规机组上，具有很好的运行特性，因而不用像整锻的12%cr钢转子那样必须在轴径处堆焊crmo钢。焊接转子还具有下列特点：锻件小、锻造质量高，无损探伤条件好；有广泛的锻件供货商可以选择；机械性能均匀，韧性好；由于采用焊接转子，一根转子上由适应不同温度的材料焊接而成，进汽部分使用高cr材料，不需要转子冷却，提高了效率。高压内缸采用套环紧固件，无中分面法兰，使内、外缸紧凑小巧，避免高温螺栓装拆带来的不便。内缸旋转对称，缸壁厚度均匀，降低了热应力，有利于变负荷运行。3.2.1 alstom典型的四缸四排汽机组设计汽轮机包括四个汽缸；

40、一个单流高压缸（hp），一个双流中压缸（ip）和两个双流低压缸（lp）。整个轴系的转子配有胀套式联结的刚性联轴节。汽轮机的转子支撑是根据阿尔斯通的单轴承理念而设计，即两个汽缸之间只有1个轴承（n+1个轴承）。这样设计的主要优点是更好地确定轴承上的负载，保证设备具有良好的运行性能，不会出现由于相邻轴承负载不平衡而导致的振动问题和由于胀差引起的错位问题。除了安装在高压缸和中压缸之间的推力/支持联合轴承箱，在基础上滑动来补偿汽缸的绝对膨胀以外，其他所有的轴承箱都直接安装在基础上。推力/支持联合轴承箱代表整个轴系的死点。前轴承箱通过横向和轴向键进行固定。高压缸、推力/支持联合轴承箱和中压缸的热膨胀将通

41、过高压缸托架在前轴承箱上的滑动来补偿。 图3-1 纵剖面图1） 高压缸图3-2 高压缸：阀门的布置高压缸主要包括带动叶片的转子，外缸和带静叶片的内缸。主蒸汽流入位于垂直安装在汽缸两端主汽阀内。从阀到汽缸的连接汽道设计成加长扩压段。 图3-3 高压缸纵剖面图（典型）高压内缸的进汽部分装有180o的进汽涡壳，调整流到汽轮机叶片的蒸汽流动。通过优化蒸汽进汽部分的设计和第一列静叶的径向布置确保汽轮机的最佳效率。蒸汽通过进汽涡壳（内缸的一个组成部分），流向叶片。热膨胀通过汽道周围可移动活塞环进行补偿。该设计的主要特征是：l 阻力系数低，允许高速度l 结构非常紧凑l 阀门和汽缸之间没有管道在高压叶片中膨胀

42、之后，蒸汽到达外缸的高压排汽口。合理的压力分布和温度梯度保证壁厚的优化和法兰的适当布置，有利于简化制造工艺和应力分布。法兰起支撑和密封作用，保证力的传递和较好的密封。外缸水平中分，通过液压拧紧的加长双头螺柱连接，这是在大修时应注意的一个特性。 高压内缸的负载非常高，纵向分开并通过套环装配在一起，这是阿尔斯通的专有特征。允许内缸转动并且结构非常紧凑，如：不需要占用很大空间的法兰螺栓。图3-4 高压缸进汽口剖面图在大修期时，整个内缸连同转子一起吊离外缸。使用专用工具（套环加热器），可以拆卸内缸和转子。拆卸内缸所需的时间比其它使用高温螺栓的连接方法要短的多。内缸在进汽中心线的平面上轴向固定。同时，在

43、进汽口平面和排汽口平面，内缸还通过在外缸内的滑动键支撑。轴向导向装置通过顶部和底部的带有定中心螺栓的楔形键固定在进汽口平面和排汽口的平面上。位于外缸两端的端部汽封确保汽缸内部与大气隔离。转子的轴向推力由平衡活塞环予以补偿。残余推力将在设计阶段最终确定。轴封和平衡活塞环的汽封是迷宫式弹性汽封，降低了摩擦损坏的危险。总体来说，高压缸部件的定位方式确保每一种运行工况下，所有的零件都处于同心位置并且能够自由膨胀 。 高压转子为由几个锻造零件焊接在一起的焊接结构。主要优点是：和同尺寸的实心转子相比，在启动和瞬时变工况运行时具有较低的热应力。在所有重要的位置都配有光学孔径检查仪接口，做到不拆卸汽缸就可以对

44、叶片进行检查。转子的重新平衡也可以在不拆卸汽缸的情况下进行。高压缸装配发货，特殊的安装件分开发运。转子通过支撑环固定在外缸端壁上。转子的轴向固定由可以通过平衡孔装配和拆卸的内部零件保证。所有的开孔都由金属盖封闭。2） 中压缸中压缸的主要部件有：转子、外缸和内缸。再热阀位于中压缸两侧，通过螺栓和汽缸相连，再热蒸汽流入再热阀后，通过调节阀的加长扩压段流入中压内缸。扩压段安装在内缸的活塞环通道内，允许热膨胀。 阀壳由固定在基础上的摇摆式托架支撑，使阀门和汽缸螺栓连接处的力很小。中压内缸的进汽部分有两个180o的进汽涡壳，调整流到汽轮机叶片的蒸汽流量，通过优化蒸汽进汽部分的设计和第一列静叶的径向布置确

45、保汽轮机的最佳效率。图3-5 中压缸的剖面图这种设计的主要特征是：l 阻力系数低，允许高速度 l 结构非常紧凑l 阀门和汽缸之间没有管道 外缸水平中分。中压外缸的上半和下半通过液压拧紧的加长双头螺柱连接。在大修时，与使用加热元件的高温螺栓连接工艺相比，更节省时间。法兰设计采用金属与金属接触，不需要垫片。 图3-6 中压进汽涡壳图内缸也是水平中分。上下半由具有上述优点的液压加长双头螺柱连接。内缸轴向固定在外缸水平中分面前端，通过四个滑动件等高支撑在外缸中。由安装在汽缸中部上面和下面的键进行横向导向，在排汽部分，则由导向螺栓固定在底部。中压缸的两个抽汽口向给水加热器（包括除氧器）和给水泵汽轮机供汽

46、。在确定推力轴承时，充分考虑了抽汽的不对称分布产生的不平衡推力。位于外缸两端的端部汽封确保汽缸内部与大气隔离。中压转子为由几个锻造零件焊接在一起的焊接结构。主要优点是：和同尺寸的实心转子相比，在启动和瞬时变工况运行时具有较低的热应力。而且如果需要，把不同的材料组焊在同一根转子上。在所有重要的位置都配有光学孔径检查仪接口，做到不拆卸汽缸就可以对叶片进行检查。转子的重新平衡也可以在不拆卸汽缸的情况下进行。中压缸装配发货，突出的安装件分开发运。转子通过支撑环固定在外缸端壁上。转子的轴向固定由可以通过平衡孔装配和拆卸的内部零件保证。所有的开孔都由金属盖封闭。图3-7 低压缸进汽涡壳图3） 低压缸双流低

47、压缸的主要部件有外缸、内缸和带叶片的转子。蒸汽从中压排汽口通过连通管流入低压缸进汽涡壳。连通管配有热挠性连接的膨胀节，允许管道自由膨胀。内缸的进汽部分采用一个360o的进汽涡壳，调整流到汽轮机叶片的蒸汽流动，通过优化蒸汽进汽部分的设计和第一列静叶的径向布置确保汽轮机的最佳效率。蒸汽膨胀后通过环形扩压段流入低压缸的排汽区，然后向下流入凝汽器。低压外缸为水平中分的焊接结构。低压外缸下半由在基础上的每侧4个可调支撑件支撑。这些支撑件配有滑动元件，允许外缸相对于其轴向和横向死点自由膨胀。低压外缸的轴向死点位于第一个缸的后部。外缸上下半通过沉头螺钉连接，并采用薄金属焊接在一起，不需要衬垫，确保中分面处密

48、封。在低压外缸的上半安装有喷水系统，确保机组在无负荷和低负荷运行时低压缸的冷却。外缸上半装有一个过压保护的大气释放膜。为了确保汽轮机停机过程中快速通过临界转速，在低压外缸发电机侧安装一个真空破坏阀。图3-8 低压缸剖面图低压内缸水平中分，由液压拧紧的加长双头螺柱连接在一起。内缸周围安装有一个保温罩，保持壁厚的温差，从而使热应力保持在很小。内缸在中分面处铸有两个支撑通过四个点垂直支撑在外缸下半上。调端的两个支撑点就是内缸的轴向死点。这些支撑可以垂直和轴向调整。内缸轴向导向由安装在外缸下半纵拉筋底部的导向件保证。在低压外缸的底部布置七个内窥镜孔，不需要拆下汽缸即可检查抽汽室和叶片。此外，在低压外缸

49、的前部设有人孔，用以检查末级自由叶片和重新平衡低压转子。在电端的内缸次末级动叶处安装一个热电偶，确保在低负载运行情况下，启动喷水系统，为叶片提供过热保护。低压转子为由多个锻件按照埋弧焊工艺焊接在一起的装配式设计，代表了阿尔斯通动力系统的成熟技术。在制造过程中，对水平位置处埋弧焊接的转子进行预暖。在焊接过程中测量转子的径向跳动。低压缸按以下几部分单独发货：l 低压外缸下半/上半l 低压内缸下半/上半l 低压转子l 低压轴封322 alstom的新技术开发（1）49英寸钛合末级叶片alstom 已经开发了50hz、49英寸钛合金末级叶片，叶片环形面积为13.2m2。叶根为4叉枞树型，叶片采用整体围

50、带和凸台拉筋连接型式，.运行时由于离心力的作用扭转恢复形成整圈。在额定转速时，邻近的围带和凸台接触力形成叶片环，叶片环产生足够的强度和附加阻尼。（2）正在设计的1100mw四缸四排汽超超临界汽轮机alstom已获得了boa二期（niederaussem为boa的所属电厂）的订单。汽轮机参数为27mpa，600/605，背压4.8kpa，功率1100mw，末叶片长度49英寸钛合金叶片，汽轮机设计热耗为7004kj/kwh。汽轮机有1个单流低压缸、1个双流中压缸和2个双流低压缸组成。（3）刷子汽封为减少围带汽封的漏汽损失，alstom 研制开发了刷子汽封。围带汽封第一列采用刷子汽封，其它汽封仍采用

51、传统汽封，即使刷子汽封损坏，传统汽封仍起作用。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0，有效地减少了汽封漏汽。4日本三隅（misumi）电厂中国电力公司三隅（misumi）电厂1号机组于1995年1月开始动工、1997年12月首次并网，并于1998年6月25日开始投入商业运行，现有职工70人。日本中国电力公司装机总容量为900万kw，其中三隅电厂1号机组容量为100万kw。三隅电厂1号机组设备概要参见表4-1示。表4-1 三隅电厂1号机组设备概要项 目内 容厂址岛根县那贺郡三隅町大字冈见1810厂区面积约69万平方米（邻接的灰场：约32平方米）输出功率100万kw

52、开工/投运时间1995年1月/1998年6月燃料/储煤仓煤（进口）/约40万吨（可用45天）主要设备汽轮机型式：双轴，4排汽、再热冷凝式容量：100万kw转速：3600 / 1800rpm蒸汽参数：汽机入口压力24.5mpa,入口温度600锅炉型式:辐射再热式变压直流型蒸发量:2900吨/小时发电机型式:转动励磁型交流同步发电机容量:113.1万kva主变压器容量:105万kva电压:21.4/220kv环境保护设备硫氧化物对策设置处理全量烟气的湿式石灰石、石膏法烟气脱硫设备（液柱塔单系列单塔），脱硫效率90%以上。氮氧化物对策采用二级燃烧方式、低nox燃烧器等改善燃烧以外，还设置处理全部烟气的干式脱硝装置（氨还原法），脱硝率80%以上。烟尘对策采用电除尘装置和湿式烟气脱硫设备相乘作用的高效率除尘方式，除尘率达99%以上。煤灰飞扬对策输煤皮带等处装防尘罩。噪音对策主噪音源的设备几乎都在室内，室外采用低噪音设备并在通风机、锅炉安全阀等处装消音装置。温排水对策采用低温海水取水的深层取水