国外超超临界发电技术考察报告

国外超超临界发电技术考察报告内容摘要：

工质有适当的过热度；  在各种运行工况下，保证在过热器出口汽温偏差在保证范围内。 ⑥ 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：  压力容器生产： 8000 吨水压机、环缝焊机、纵缝焊机  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  集箱生产：集箱管接头焊接机器人  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  水冷壁生产： 44 头 MPM 焊机、管屏附件焊接机器人、管屏弯管机 2． 2 三菱公司超超临界汽轮机技术状况 ① 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 华能 USC 技术考察团考察报告 14 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 4 1000 246 538/566 3000/1500 CC4F 44 松浦 1 1000 246 538/566 3600/1800 CC4F 44 东扇岛 2 1000 246 538/566 3000/1500 CC4F 44 松浦 2 1000 246 593/593 3600/1800 CC4F 46 三隅 1 1000 250 600/600 3600/1800 CC4F 46 橘湾 2 1050 255 600/610 3800/1800 CC4F 46 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。 ② 三菱公司技术特点 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，转子采用 12Cr 锻钢。 高温转图 21 高压缸实体图 华能 USC 技术考察团考察报告 15 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。 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）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。 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F3D 整体围带反动式叶片 图 22 全三维整体围带叶片 图 23 中压缸实体图 华能 USC 技术考察团考察报告 16 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。 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 ，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 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/40inch 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图 24 低压缸实体图 华能 USC 技术考察团考察报告 17 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。 Alstom 超临界机组业绩 表 31 ALSTOM 业绩表（ 400930MW） 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 MPa ℃ ℃ 1 石洞口 1 中国 HD4 MD4 2 ND37 630 538 566 1990 2 石洞口 2 中国 HD4 MD4 2 ND54 630 538 566 1990 3 Staudinger 德国 HD3 MD4 2 ND41 550 25 540 560 1992 4 Amer 9 荷兰 HD4 MD5 3 ND41 650 25 535 563 1993 5 Meri Pori 芬兰 HD3 MD4 3 ND41 588 538 538 1993 6 Hemweg 8 荷兰 HD4 MD5 3 ND41 680 25 535 563 1994 7 Rostock 德国 HD3 MD4 2 ND41 550 25 540 560 1994 8 Schkopau A 德国 HD3 MD3 ND41 419 544 560 1995 9 Schkopau B 德国 HD3 MD3 ND41 419 544 560 1996 10 Lippendorf S 德国 HD4 MD5 3ND41B 933 550 582 1999 11 Lippendorf R 德国 HD4 MD5 3ND41B 933 550 582 2020 12 Aved246。 re 2 丹麦 HD2 MD2 2 ND41 525 30 580 600 2020 13 Millmerran 1 澳大利亚 HD2 MD2 ND31 425 565 595 2020 14 Millmerran 2 澳大利亚 HD2 MD2 ND31 425 565 595 2020 表 31 是 Alstom 400~1000MW 机组的运行业绩。 与现阶段我国准备建设的 900MW，25MPa600/600 机组接近的机型为 Lippendorf 的 S 和 R 机组。 该电厂安装了两台 933MW华能 USC 技术考察团考察报告 18 汽轮机，分别于 1999 年和 2020 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 ，排汽压力 : kPa。 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。 Alstom 典型的四缸四排汽机组设计 汽轮机包括四个汽缸；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华能 USC 技术考察团考察报告 19 热膨胀将通过高压缸托架在前轴承箱上的滑动来补偿。 图 31 纵剖面图 1） 高压缸 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。 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：  阻力系数低，允许高速度  结构非常紧 凑 图 32 高压缸：阀门的布置 图 33 高压缸纵剖面图（典型） 华能 USC 技术考察团考察报告 20  阀门和汽缸之间没有管道 在高压叶片中膨胀之后，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。 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。