柯文石,張 峰
(華能玉環(huán)電廠,浙江省臺(tái)州市,317604)
華能玉環(huán)電廠自2006年底首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)至今,機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)已進(jìn)入穩(wěn)定期。目前,華能玉環(huán)電廠累計(jì)發(fā)電450多億kW·h,實(shí)現(xiàn)了機(jī)組安全運(yùn)行記錄不斷刷新和廠用電率、供電煤耗連續(xù)下降的目標(biāo),在為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出突出貢獻(xiàn)的同時(shí),企業(yè)效益也取得了長足的進(jìn)步。在此期間,通過努力學(xué)習(xí)和消化超超臨界機(jī)組發(fā)電技術(shù),提高檢修、運(yùn)行水平,3年來在超超臨界機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面進(jìn)行了積極有效的實(shí)踐探索,現(xiàn)介紹如下。
華能玉環(huán)電廠一、二期8臺(tái)循環(huán)水泵均由德國KSB公司制造,型號(hào)為SEZA26-165,單泵流量約為58000 m3/h,設(shè)計(jì)為單機(jī)2泵運(yùn)行方式。一期4臺(tái)循環(huán)水泵安裝完成后,1A、1B、2A泵在投入運(yùn)行不到1年的時(shí)間里分別于2006年11月29日、2007年7月5日、2007年8月25日相繼因振動(dòng)大被迫停運(yùn)。
對故障循環(huán)泵解體檢查發(fā)現(xiàn),3臺(tái)泵下軸承室均已松動(dòng),其法蘭和連接螺栓均存在嚴(yán)重的被腐蝕問題。經(jīng)過分析,認(rèn)為其主要原因是下軸承室連接螺栓以及連接法蘭面受海水腐蝕后強(qiáng)度降低,從而引起松脫。KSB公司與玉環(huán)電廠簽定的合同技術(shù)協(xié)議中說明了循環(huán)水泵組采用雙相不銹鋼材質(zhì),并保證該材料能夠抵抗間隙腐蝕,不需要陰極保護(hù)系統(tǒng),但從現(xiàn)場實(shí)際情況來看,法蘭結(jié)合面和螺栓處的間隙腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。
為解決此問題,玉環(huán)電廠提出了改造方案,并與KSB公司溝通后,對原設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改,將所有泵的下軸承室采取焊接的方式進(jìn)行加固,并制定了保護(hù)循環(huán)水泵的運(yùn)行啟停措施,減小機(jī)組啟停對泵的擾動(dòng)。從2008年1月12日開始實(shí)施至今,玉環(huán)電廠已先后完成了8臺(tái)循環(huán)泵泵下軸承室的焊接加固,目前各泵運(yùn)行狀態(tài)良好。該改造的實(shí)施徹底根除了因設(shè)計(jì)和材質(zhì)原因造成循環(huán)泵組損壞的可能,提高了循環(huán)泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。
玉環(huán)電廠4臺(tái)機(jī)組均采用英國蘇爾壽公司的BDC 500-510/D+3S型凝結(jié)水泵,設(shè)計(jì)為單機(jī)2泵,一運(yùn)一備運(yùn)行方式。自投運(yùn)以來,4臺(tái)機(jī)組的B凝結(jié)水泵比A凝結(jié)水泵振動(dòng)大,并且超出規(guī)定值。在問題發(fā)生初期,曾邀請?zhí)K爾壽英國專家到現(xiàn)場解決此問題。專家經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和研究后,要求在電機(jī)與泵的連接法蘭之間增加減震墊,同時(shí)在泵座四角分別增加支撐桿以降低振動(dòng)。實(shí)施后,凝結(jié)水泵振動(dòng)有所降低,但并未從根本上解決振動(dòng)大的問題。在解體2B凝結(jié)水泵檢修時(shí)發(fā)現(xiàn),由于振動(dòng)超標(biāo),已造成導(dǎo)向石墨軸承磨損量加大,相比正常運(yùn)行的凝結(jié)水泵軸承磨損量高出3倍;同時(shí),振動(dòng)超標(biāo)還造成了凝結(jié)水泵吸入葉輪產(chǎn)生裂紋,嚴(yán)重影響凝結(jié)水泵的正常運(yùn)行。
經(jīng)過對比全廠機(jī)組凝結(jié)水泵的運(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組均是B凝結(jié)水泵的振動(dòng)比A凝結(jié)水泵大1倍以上。4臺(tái)機(jī)組A、B凝結(jié)水泵設(shè)備結(jié)構(gòu)相同,最大的區(qū)別就是出口管路的布置。受現(xiàn)場條件的限制,4臺(tái)機(jī)組B凝結(jié)水泵出口管彎頭都比A凝結(jié)水泵多1個(gè),另外,B凝結(jié)水泵出口管彎頭之間幾乎沒有直管。分析認(rèn)為出口管路因彎頭多而產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使凝結(jié)水泵振動(dòng)增大,凝結(jié)水泵出口管路布置不合理是造成4臺(tái)機(jī)組B凝結(jié)水泵振動(dòng)超標(biāo)的根源。
為解決這一問題,與設(shè)計(jì)院進(jìn)行了溝通,提出了更改出口管布置的方案,減少B凝結(jié)水泵出口管路的彎頭數(shù)量,并盡可能增加直管段的長度。在3號(hào)機(jī)組檢修期間實(shí)施了改造方案,改造后3B凝結(jié)水泵振動(dòng)由原來的0.07 mm/s降至0.035 mm/s,3A凝結(jié)水泵振動(dòng)由原來的0.032 mm/s降至0.014 mm/s。2臺(tái)泵振動(dòng)均下降50%以上,且振動(dòng)值達(dá)到要求。
玉環(huán)電廠現(xiàn)已將此整改措施逐步推廣至其他3臺(tái)機(jī)組,以確保凝泵能安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。通過該項(xiàng)目的實(shí)施,每臺(tái)泵可挽回直接經(jīng)濟(jì)損失115萬元以上。
玉環(huán)電廠采用哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)三菱技術(shù)制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐采用三菱開發(fā)的內(nèi)螺紋垂直管圈膜式水冷壁,如圖1所示。水冷壁由SA-213 T12內(nèi)螺紋管焊成,結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝,啟動(dòng)或負(fù)荷變化時(shí)熱應(yīng)力較小,有較好的正向流動(dòng)特性,能在各種工況下保證水動(dòng)力的穩(wěn)定性,且阻力比普通水冷壁少1/3。設(shè)計(jì)中為控制調(diào)節(jié)水冷壁入口流量,在水冷壁集箱出口管接頭上安裝了節(jié)流孔圈。直徑為7~14 mm。實(shí)際運(yùn)行中,這種在水冷壁集箱的出口管接頭上加裝節(jié)流孔圈的設(shè)計(jì)方式在有效控制調(diào)節(jié)水冷壁入口流量,給檢查、檢修帶來方便的同時(shí),也帶來了一些負(fù)面的影響。
在基建和投產(chǎn)初期,由于設(shè)備制造和現(xiàn)場施工的原因,鍋爐水系統(tǒng)內(nèi)不可避免會(huì)留有部分異物,由于水冷壁集箱的出口管接頭上加裝了節(jié)流孔圈,運(yùn)行中進(jìn)入水壁集箱的異物會(huì)被攔在水冷壁集箱內(nèi)而無法排出;節(jié)流孔圈在工廠加工和現(xiàn)場施工過程中也常會(huì)出現(xiàn)孔徑與設(shè)計(jì)不符的現(xiàn)象。這2個(gè)問題會(huì)使水冷壁冷卻不足而溫度偏高,甚至因異物堵塞而爆管。為解決這一問題,采取了停爐后帶壓放水的措施,盡可能將異物沖刷帶走;鍋爐冷卻后割開水冷壁下集箱手孔,用高壓除鹽水沖洗,機(jī)械清理異物等方法進(jìn)行清洗。同時(shí),在水冷壁上加裝溫度測點(diǎn),提前發(fā)現(xiàn)水冷壁溫度偏高的現(xiàn)象,避免爆管的發(fā)生。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間數(shù)的增加,基建遺留問題逐漸清理干凈,異物堵塞引起水冷壁溫高的問題不再發(fā)生。
鍋爐運(yùn)行小時(shí)數(shù)增加后,此種結(jié)構(gòu)又帶來新的問題。機(jī)組并網(wǎng)正常運(yùn)行2400 h后,水冷壁溫度逐漸升高,隨著鍋爐運(yùn)行小時(shí)的增加,水冷壁溫度升高的問題越來越嚴(yán)重。停爐檢查發(fā)現(xiàn),所有溫度高的水冷壁對應(yīng)的節(jié)流孔圈上逆水流方向都有呈毛刺狀的物質(zhì)積存,嚴(yán)重時(shí)將節(jié)流孔圈堵塞80%以上,如圖2所示。對堵塞物進(jìn)行分析,其主要成分為Fe3O4。經(jīng)過汽水監(jiān)督發(fā)現(xiàn),給水中鐵離子含量在2~3 μg/L之間,而蒸汽中鐵離子含量大部分時(shí)間在1 μg/L左右,這說明在水到蒸汽狀態(tài)改變過程中,鐵離子會(huì)以氧化物的狀態(tài)沉積在水冷壁內(nèi)部。分析認(rèn)為,這種水冷壁節(jié)流孔圈“結(jié)垢”的現(xiàn)象主要是因?yàn)楣?jié)流孔圈前后壓力變化大,在此處出現(xiàn)局部濃縮現(xiàn)象,造成鐵氧化物的集中沉積。
對節(jié)流孔圈采用局部化學(xué)清洗的方法進(jìn)行處理,并通過對省煤器及水冷壁集箱進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查、節(jié)流孔圈射線檢測、割管清除“結(jié)垢”物等方法,達(dá)到清理和減少氧化鐵沉積的目的,成效顯著。為從源頭上避免鐵氧化物的沉積,下一步將積極開展聯(lián)合水處理方式的相關(guān)準(zhǔn)備工作。
玉環(huán)電廠鍋爐主蒸汽溫度和壓力分別為605℃、27.56 MPa,使用了如T/P91、T/P92、T/P122等含9%~12%Cr的鐵素體耐熱鋼新材料。在3年的運(yùn)行中,曾發(fā)生主蒸汽管道上小接管焊縫開裂泄漏的問題,對鍋爐安全運(yùn)行帶來不利影響。
2009年4月,3號(hào)鍋爐A側(cè)主蒸汽管道71 m處的右側(cè)取樣管泄漏,取樣管接管座所用材料為T91。對泄漏的部位進(jìn)行分析,裂紋距離焊接熔合線為2~4 mm,走向與熔合線平行,長度約為41 mm;焊縫兩側(cè)管子均未發(fā)生明顯塑性變形及脹粗。金相分析裂紋位于焊接熱影響區(qū)的不完全相變區(qū),裂紋周圍有密集的蠕變小裂紋及蠕變空洞,性質(zhì)是典型的IV型蠕變裂紋。對取樣管系的應(yīng)力計(jì)算顯示,取樣管由于熱脹冷縮和其他位移受約束而產(chǎn)生的二次應(yīng)力超限,最大二次應(yīng)力出現(xiàn)在連接大小頭的焊縫處。
分析發(fā)生IV型開裂早期失效的重要誘因是主汽管系在啟、?;蜃冐?fù)荷工況運(yùn)行過程中會(huì)上、下膨脹,幅度可能達(dá)10 cm以上,對焊口產(chǎn)生應(yīng)力。從該部位的泄漏情況來看,主汽管系受拉應(yīng)力作用,導(dǎo)致在應(yīng)力集中和焊接接頭薄弱處的焊縫熔合線附近出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展。
為提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性,主要采取增加管系柔性支吊架布置、優(yōu)化調(diào)整支吊架位置、降低取樣管二次應(yīng)力等措施,并改善運(yùn)行條件,加強(qiáng)運(yùn)行控制,減輕蠕變損傷,同時(shí)積極優(yōu)化檢測工藝,探索裂紋萌發(fā)的早期檢測發(fā)現(xiàn)。
西門子的百萬千瓦超超臨界汽輪機(jī)軸封間隙較小,熱態(tài)停機(jī)后需要的軸封蒸汽溫度為300℃,而設(shè)計(jì)的軸封供汽僅輔汽1路,供汽溫度最高只能達(dá)到300℃,無法提供溫度更高的軸封汽源。投產(chǎn)初期,在機(jī)組熱態(tài)停機(jī)4 h后,多次出現(xiàn)汽輪機(jī)高壓缸兩側(cè)軸承振動(dòng)上升、盤車轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象,威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。
經(jīng)分析研究,排除了機(jī)組潤滑油系統(tǒng)的問題,上述問題的主要原因是機(jī)組熱態(tài)停機(jī)后,軸封供汽溫度僅為300℃,而高壓轉(zhuǎn)子溫度在500℃以上,由于汽輪機(jī)高壓缸疏水的抽吸作用,高壓缸內(nèi)呈現(xiàn)真空狀態(tài),軸封供汽會(huì)漏入高壓缸。由于漏入的這部分蒸汽量不大,對轉(zhuǎn)子冷卻比較明顯,但汽缸卻得不到冷卻,轉(zhuǎn)子和汽缸在軸封處溫差加大。由于高壓缸汽封間隙很小而產(chǎn)生碰磨,造成1號(hào)、2號(hào)瓦軸振增大。
為保證熱態(tài)停機(jī)后盤車裝置的正常運(yùn)行,經(jīng)過研究,采取了修改運(yùn)行規(guī)程的措施,規(guī)定在熱態(tài)停機(jī)最多4 h后要停運(yùn)汽輪機(jī)真空、軸封系統(tǒng),防止冷空氣繼續(xù)被吸入高壓缸;在軸封未停運(yùn)期間嚴(yán)格控制軸封進(jìn)汽溫度與汽輪機(jī)缸溫相匹配。對問題進(jìn)行了分析處理,沒有再發(fā)生汽輪機(jī)盤車轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。
電廠干式輸灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)裕量偏小,不能適應(yīng)煤種變化的需要。投產(chǎn)初期,來煤質(zhì)量低、灰量大,經(jīng)常出現(xiàn)輸灰系統(tǒng)堵塞、電除塵灰斗料位高等問題。通過分析總結(jié),對3號(hào)機(jī)組輸灰系統(tǒng)進(jìn)行了改造,一、二電場每個(gè)輸灰管路由6個(gè)倉泵改為3個(gè)倉泵,輸灰能力加倍,同時(shí)3號(hào)、4號(hào)機(jī)組各增加2臺(tái)高壓輸灰空壓機(jī),以保證輸灰母管壓力;優(yōu)化配煤方案,控制煤質(zhì)的加權(quán)灰分在合理范圍內(nèi),以減小鍋爐的產(chǎn)灰量;精心調(diào)整各個(gè)倉泵的落料時(shí)間,嚴(yán)密監(jiān)視各輸灰管路的輸灰曲線變化情況,防止堵灰,最大限度地發(fā)揮飛灰系統(tǒng)的輸送能力,徹底解決了煤質(zhì)差時(shí)輸灰困難、影響機(jī)組負(fù)荷的問題。
玉環(huán)電廠投產(chǎn)以后,負(fù)荷高、渣量大時(shí)撈渣機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)常困擾著電廠,曾經(jīng)發(fā)生撈渣機(jī)浸水輪卡澀、鏈條張緊力過大而被迫停爐的事件。經(jīng)過對損壞的浸水輪解體檢查發(fā)現(xiàn),撈渣機(jī)浸水輪卡澀是由于原設(shè)計(jì)的油封不能防止含渣的水侵入軸承而導(dǎo)致?lián)p壞。經(jīng)研究,采取了給撈渣機(jī)浸水輪加裝水封,利用清潔的工業(yè)水防止渣水侵入軸承的方法;同時(shí)采取了優(yōu)化撈渣機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)、加強(qiáng)撈渣機(jī)的運(yùn)行巡檢、避免鏈條刮板返渣等措施,消除了因爐底渣系統(tǒng)故障影響鍋爐安全運(yùn)行的不利因素。
大容量機(jī)組的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其對機(jī)組和電網(wǎng)的可靠運(yùn)行起到重要作用。開展了很多提高電氣設(shè)備可靠性的工作:將設(shè)計(jì)容量不足的發(fā)電機(jī)出口PT進(jìn)口高壓熔絲更換為容量更大的國產(chǎn)高壓熔絲,解決了發(fā)電機(jī)出口PT熔絲頻繁熔斷的問題;分析法國進(jìn)口柴油發(fā)電機(jī)頻繁出現(xiàn)空載啟動(dòng)不成功的原因,更換啟動(dòng)蓄電池組,并改造邏輯,從根本上解決了柴油發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)不易成功的問題;進(jìn)行計(jì)算校核,將2段水油灰母線負(fù)荷串聯(lián)倒換改為并聯(lián)倒換,實(shí)現(xiàn)了水油灰母線負(fù)荷不停電倒換,大大縮短了操作時(shí)間;將同一工藝流程系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)力和控制電源接至同一母線上,避免了1條母線故障造成系統(tǒng)設(shè)備全部跳閘事件的發(fā)生;更換防污性能更好的絕緣子,同時(shí)加強(qiáng)機(jī)組檢修時(shí)絕緣子的清洗,及時(shí)更換零值瓷瓶,大大減少了海濱鹽霧對絕緣子的影響,減少了閃絡(luò)放電現(xiàn)象的發(fā)生;加裝非線性消諧電阻器,更換鐵芯飽和特性好的PT,并在母線上加裝電容器組,改變系統(tǒng)參數(shù),避開諧振區(qū)域,防止長距離送電的母線產(chǎn)生鐵磁諧振。
隨著火電機(jī)組容量的不斷增大、6 kV廠用電接線的復(fù)雜,縮短廠用電保護(hù)級差,提高廠用電保護(hù)動(dòng)作速度對保證設(shè)備安全及機(jī)組可靠運(yùn)行尤顯重要。通過開發(fā)西門子廠用電綜合保護(hù)中的“反向閉鎖功能”,實(shí)現(xiàn)了廠用電的快速母線保護(hù),大大縮短了廠用電保護(hù)的級差,且快速母線保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定無需多級配合,突破了以往6 kV電源進(jìn)線主保護(hù)時(shí)間級差需與下一級甚至多級保護(hù)配合,造成整定時(shí)間過長的局限。快速母線保護(hù)在玉環(huán)電廠的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用,將部分6 kV電源進(jìn)線的動(dòng)作時(shí)間由2 s縮短到0.2 s,大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
本汽輪機(jī)原設(shè)計(jì)為純滑壓運(yùn)行方式,在提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),在一定程度上降低了一次調(diào)頻性能。
為滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求,在不降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的同時(shí),認(rèn)真分析機(jī)組調(diào)節(jié)的實(shí)際情況,經(jīng)過大量的試驗(yàn),對百萬千瓦超超臨界機(jī)組的一次調(diào)頻控制回路不斷進(jìn)行優(yōu)化:在給水調(diào)節(jié)回路里增加對一次調(diào)頻的快速響應(yīng)控制,提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度;在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí),用短時(shí)快速提高一次風(fēng)機(jī)母管壓力的方法,提高一次風(fēng)系統(tǒng)輸送煤粉的能力,同時(shí)瞬間減少抽汽流量(利用減少凝結(jié)水流量來實(shí)現(xiàn))以提高機(jī)組負(fù)荷;通過降低負(fù)荷─壓力曲線的方法將調(diào)門的開度抬高,減少機(jī)組節(jié)流損失。通過這些協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化,在充分利用機(jī)組節(jié)能效果的同時(shí)又保證了機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制和一次調(diào)頻速率。目前,幾臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻效果均大大優(yōu)于全省的平均水平,同比還可降低煤耗0.4~0.9 g/(kW·h)。
玉環(huán)電廠4臺(tái)機(jī)組連續(xù)建設(shè),其輔汽系統(tǒng)母管總長度超過1 km,設(shè)計(jì)正常運(yùn)行時(shí)依靠自動(dòng)疏水器排除系統(tǒng)凝結(jié)水,保持母管溫度。機(jī)組投運(yùn)初期,因輔汽母管較長,各機(jī)組輔汽系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行,正常運(yùn)行時(shí)單臺(tái)機(jī)組輔汽用量低,僅僅依靠疏水器無法滿足保持母管蒸汽溫度的要求,曾經(jīng)出現(xiàn)過運(yùn)行中的給水泵小汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度偏低,熱態(tài)機(jī)組停運(yùn)后供軸封汽源溫度低等問題,影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。
為此,制定了專項(xiàng)措施來防止這一問題的出現(xiàn):正常運(yùn)行時(shí),4臺(tái)機(jī)組輔汽母管聯(lián)絡(luò)運(yùn)行,選1臺(tái)機(jī)組4段抽汽供給全廠輔汽用戶,根據(jù)機(jī)組軸封供汽溫度的變化切換供汽機(jī)組,利用4臺(tái)機(jī)組的工作汽流使輔汽母管處于暖管狀態(tài),避免了某一段蒸汽長時(shí)間停滯帶來的蒸汽溫度偏低的問題;同時(shí)加強(qiáng)輔汽系統(tǒng)的疏水器的維護(hù)。由于方法有效,實(shí)施后沒有再出現(xiàn)輔汽溫度偏低的問題,為確定大規(guī)模電廠全廠輔汽系統(tǒng)的運(yùn)行方式提供了新的思路。
華能玉環(huán)電廠3號(hào)機(jī)組運(yùn)行中軸系振動(dòng)偏大,屬基建遺留問題,投產(chǎn)初期主汽輪機(jī)3號(hào)瓦振動(dòng)最高曾達(dá)9.3 mm/s(報(bào)警值9.1 mm/s,跳閘值11.8 mm/s),嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。
電廠積極組織多方專家認(rèn)真分析,采取機(jī)組軸系重新找中心、轉(zhuǎn)子配重等檢修措施,努力消除造成機(jī)組振動(dòng)的內(nèi)因。通過摸索調(diào)整各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù),觀察主、再熱汽溫,主機(jī)潤滑油溫,負(fù)荷,機(jī)組真空等參數(shù)對振動(dòng)的影響,發(fā)現(xiàn)凝汽器真空對振動(dòng)影響最大,采取了冬季環(huán)境溫度低時(shí)適當(dāng)降低機(jī)組真空、調(diào)整凝汽器真空泵的運(yùn)行方式等措施,將汽輪機(jī)振動(dòng)控制在6 mm/s以下的合格范圍內(nèi)。
在華能玉環(huán)電廠3年的運(yùn)行實(shí)踐中,針對上述運(yùn)行過程中的問題,立足現(xiàn)場分析,創(chuàng)新解決方法,機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和可靠性得以不斷提高,為我國1000 MW超超臨界機(jī)組的運(yùn)行和管理提供了很好的參考。
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