劉建強(qiáng)

(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州市 510663)

0 引言

印度電力市場(chǎng)前景廣闊［1-4］，我國(guó)三大電氣電站集團(tuán)公司(中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司、上海電氣電站集團(tuán)有限公司和哈爾濱電氣集團(tuán)公司)陸續(xù)以承包鍋爐島、汽機(jī)發(fā)電機(jī)島形式(即BTG項(xiàng)目形式)進(jìn)入印度電力市場(chǎng)，相應(yīng)國(guó)內(nèi)一批設(shè)計(jì)院借船出海，依托國(guó)內(nèi)三大電氣電站集團(tuán)及部分總承包企業(yè)的印度國(guó)際業(yè)務(wù)，在印度設(shè)計(jì)咨詢領(lǐng)域具有一定聲譽(yù)。伴隨印度業(yè)主對(duì)國(guó)內(nèi)主機(jī)技術(shù)特點(diǎn)的了解，出于成本控制的考慮，開始有一批業(yè)主直接在中國(guó)采購(gòu)BTG設(shè)備，同時(shí)委托國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院進(jìn)行BTG項(xiàng)目的設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)。本文就印度某2×660 MW超臨界機(jī)組主機(jī)技術(shù)談判情況，對(duì)三大動(dòng)力廠(上海汽輪機(jī)有限公司、東方汽輪機(jī)廠及哈爾濱汽輪機(jī)廠)的汽輪機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)。

1 工程簡(jiǎn)介

項(xiàng)目位于印度恰蒂斯加爾省(Chhattisgarh)的邦詹吉查姆帕區(qū)，本期擬建2×660 MW超臨界機(jī)組，鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等BTG項(xiàng)目涉及的設(shè)備擬從中國(guó)進(jìn)口，廣東省電力設(shè)計(jì)院作為印方業(yè)主的設(shè)計(jì)咨詢單位，負(fù)責(zé)BTG部分的設(shè)計(jì)、咨詢服務(wù)。根據(jù)印度電力監(jiān)管委員會(huì)(central electricity authority，CEA)的電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則(2010版)［5］，500 MW及以上超臨界機(jī)組在100%汽輪機(jī)最大連續(xù)出力(turbine maximum continuous rating，TMCR)工況下熱耗應(yīng)不超過7 744 kJ/(kW·h)，其對(duì)應(yīng)循環(huán)冷卻水溫度為33℃，0%補(bǔ)水。為使汽輪機(jī)熱耗滿足印度CEA規(guī)范的要求以及設(shè)備出口的需要，國(guó)內(nèi)三大動(dòng)力廠相應(yīng)開發(fā)了適應(yīng)印度市場(chǎng)需要的新機(jī)型，即24.2(24.7)MPa/ 566℃/600℃的單軸、一次中間再熱、超臨界的主機(jī)配置方案。以下結(jié)合本工程汽機(jī)技術(shù)談判情況對(duì)三大動(dòng)力廠汽輪機(jī)的主要特點(diǎn)予以介紹。

2 三大動(dòng)力廠汽輪機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1 上海汽輪機(jī)有限公司

上海汽輪機(jī)有限公司N660－24.2/566/600的汽輪機(jī)為單軸、反動(dòng)式、三缸、兩排汽、單背壓機(jī)型，其技術(shù)特點(diǎn)［6］如下:

(1)高壓缸第1級(jí)葉片的獨(dú)特技術(shù)風(fēng)格。第1級(jí)低反動(dòng)度20%，以降低轉(zhuǎn)子溫度;全周進(jìn)汽、無附加汽隙激振;大動(dòng)靜距離有利防沖蝕;滑壓運(yùn)行低負(fù)荷效率高;滑壓運(yùn)行大幅降低第1級(jí)載荷，解決強(qiáng)度問題，單流程效率高。

(2)主調(diào)門及再熱調(diào)門的獨(dú)特技術(shù)風(fēng)格。無蒸汽管道，直接與汽缸相連。切向進(jìn)汽，結(jié)構(gòu)緊湊、損失小、附加推力小。

(3)雙流中壓缸的進(jìn)汽結(jié)構(gòu)。在中壓缸進(jìn)口有4個(gè)切向進(jìn)汽孔，利用渦流原理，能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后，溫度可下降15℃左右，起到冷卻中壓轉(zhuǎn)子的作用。

(4)高中壓轉(zhuǎn)子通流部分的獨(dú)有技術(shù)風(fēng)格。小直徑、多級(jí)數(shù)，雖制造成本會(huì)增加，但效率高，轉(zhuǎn)子應(yīng)力小。

(5)汽缸落地設(shè)計(jì)。軸承座全部支撐在基礎(chǔ)上、動(dòng)靜間隙變化小;低壓外缸與凝汽器剛性連接;低壓內(nèi)缸用推拉裝置與中壓外缸連接，減少低壓缸的相對(duì)膨脹。汽輪機(jī)采用柔性基座。

(6)單軸承結(jié)構(gòu)。每2根轉(zhuǎn)子之間只設(shè)1個(gè)軸承，汽機(jī)軸向?qū)挾缺绕渌问蕉?～10 m。

(7)采用高壓缸啟動(dòng)、高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式。

(8)機(jī)組的高、中壓模塊在工廠總裝后整體發(fā)貨至電廠工地，直接安裝;大修周期為12年;高壓模塊的解體和重裝必須使用專用工具、遵循特定規(guī)程進(jìn)行，并需切除高排及抽汽等管道。

2.2 東方汽輪機(jī)廠

東方汽輪機(jī)廠N660－24.2/566/600的汽輪機(jī)為單軸、反動(dòng)式、三缸、兩排汽、單背壓機(jī)型，其技術(shù)特點(diǎn)［7］如下:

(1)高壓缸呈反向布置(頭對(duì)中壓缸)，由1個(gè)調(diào)節(jié)級(jí)與8個(gè)單流壓力級(jí)組成。中壓缸為8級(jí)正向布置的反動(dòng)式中壓壓力級(jí)，低壓缸為2×6雙分流的低壓壓力級(jí)。末級(jí)葉片長(zhǎng)度為1 092.2 mm。

(2)配汽方式采用閥門管理方式，兼具節(jié)流、噴嘴2種配汽功能，能在任何工況下實(shí)現(xiàn)無擾切換。

(3)對(duì)高溫部件作特殊設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)上采取有效對(duì)策，高壓主汽管壁上開有小孔，引入冷卻蒸汽對(duì)CrMoV鍛鋼制成的高壓外缸進(jìn)行冷卻。中壓缸進(jìn)汽部分除有類似高壓缸的冷卻結(jié)構(gòu)以外，還設(shè)置專門的管道用冷卻蒸汽去冷卻雙流型中壓轉(zhuǎn)子溫度最高的中間部位。對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子的軸頸部位用CrMo鋼進(jìn)行表面堆焊，防止被軸承表面磨損。調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴采用新的斜面型線葉型(SPE)防止固體微粒腐蝕和表面噴涂Cr-C化合物;中壓第1級(jí)靜葉表面噴涂Cr-C化合物和擴(kuò)大動(dòng)靜間隙，加強(qiáng)防固體顆粒侵蝕的能力。

(4)采用多項(xiàng)先進(jìn)通流技術(shù)，保證較高經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)不同部位的通流部分，采用了多項(xiàng)有效的先進(jìn)通流技術(shù)，以提高通流內(nèi)效率，如平衡層流葉柵、AVN-S及AVN-L靜葉成型技術(shù)等。

(5)采用高壓缸或中壓缸啟動(dòng)方式。

2.3 哈爾濱汽輪機(jī)廠

哈爾濱汽輪機(jī)廠CCLN660－24.7/566/600型超臨界汽輪機(jī)為單軸、三缸、四排汽、一次中間再熱、凝汽式機(jī)組。高中壓汽輪機(jī)采用合缸結(jié)構(gòu)，低壓采用哈汽廠成熟的600 MW等級(jí)超臨界機(jī)組低壓機(jī)模塊，末葉為哈汽廠自主研發(fā)并有良好運(yùn)行業(yè)績(jī)的680 mm葉片［8］。

(1)采用噴嘴調(diào)節(jié)方式。

(2)汽輪機(jī)通流包括1個(gè)反向布置的帶有部分進(jìn)汽的沖動(dòng)式調(diào)節(jié)級(jí)，9級(jí)反向布置的反動(dòng)式高壓壓力級(jí)，中壓缸為7級(jí)正向布置的反動(dòng)式中壓壓力級(jí)，低壓缸為2×2×6雙分流的低壓壓力級(jí)。

(3)合理的汽缸的結(jié)構(gòu)類型和支撐方式，保證在熱態(tài)膨脹自如，且熱變形對(duì)稱，從而使扭曲變形降到最小。最優(yōu)的排汽渦殼設(shè)計(jì)，壓力損失最小。

(4)高中壓轉(zhuǎn)子采用具有高蠕變斷裂強(qiáng)度的實(shí)心合金鋼鍛件加工而成。在高壓端連接一個(gè)獨(dú)立的短軸，裝有推力盤、主油泵葉輪和超速跳閘裝置。低壓轉(zhuǎn)子同樣采用高抗拉強(qiáng)度的實(shí)心合金鋼鍛件加工而成，具有良好的延展性。

(5)高中壓轉(zhuǎn)子中壓進(jìn)汽區(qū)由來自調(diào)節(jié)后的節(jié)流蒸汽進(jìn)行冷卻，冷卻蒸汽覆蓋在轉(zhuǎn)子的表面，高溫再熱蒸汽不會(huì)接觸轉(zhuǎn)子。

(6)采用高中壓聯(lián)合啟動(dòng)方式。

2.4 三大動(dòng)力廠汽輪機(jī)主要參數(shù)比較

2.4.1 三大動(dòng)力廠汽輪機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)

三大動(dòng)力廠汽輪機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)參見表1。

由表1可知，上海汽輪機(jī)有限公司、東方汽輪機(jī)廠均采用高、中壓缸分缸配1個(gè)低壓缸的方案，高壓缸模塊采用成熟的660 MW超臨界機(jī)組模塊，中壓缸采用1 000 MW超超臨界機(jī)組模塊，低壓缸采用國(guó)內(nèi)660 MW空冷機(jī)組模塊，技術(shù)成熟。哈爾濱汽輪機(jī)廠采用高中壓合缸配2個(gè)低壓缸的方案，低壓缸采用成熟的國(guó)內(nèi)660 MW機(jī)組模塊。為解決高、中壓缸溫差膨脹不一致問題，高中壓轉(zhuǎn)子中壓進(jìn)汽區(qū)由來自調(diào)節(jié)后的節(jié)流蒸汽進(jìn)行冷卻，冷卻蒸汽覆蓋在轉(zhuǎn)子的表面，高溫再熱蒸汽不會(huì)接觸轉(zhuǎn)子。高中壓合缸且主汽、再熱溫度不一致機(jī)型，哈爾濱汽輪機(jī)廠在國(guó)內(nèi)有1臺(tái)600 MW運(yùn)行業(yè)績(jī)，其技術(shù)引進(jìn)方三菱重工也有1臺(tái)運(yùn)行業(yè)績(jī)，因此哈汽廠機(jī)組方案在技術(shù)上也應(yīng)是可行的，但該方案運(yùn)行業(yè)績(jī)相對(duì)較少。

表1 汽輪機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)Tab.1Relative parameters of steam turbine

2.4.2 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)印度工程的廠址氣候條件，凝汽器循環(huán)冷卻水溫度一般為32～33℃，因此大部分現(xiàn)有工程機(jī)組背壓印方一般定義為10.13 kPa。上海汽輪機(jī)有限公司、東方汽輪機(jī)廠均采用高、中壓缸分缸配1個(gè)低壓缸的方案，為滿足印度CEA標(biāo)準(zhǔn)的熱耗要求，其機(jī)組背壓定為9.5 kPa。哈汽廠機(jī)組采用高、中壓缸合缸配2個(gè)低壓缸的方案，在背壓10.13 kPa下仍然滿足CEA標(biāo)準(zhǔn)的要求。為探索印度工程的最佳經(jīng)濟(jì)背壓，考慮到哈汽廠機(jī)組對(duì)背壓10.13 kPa和9.5 kPa的通用性，現(xiàn)暫按哈汽廠機(jī)組在背壓10.13 kPa與背壓9.5 kPa下的熱平衡圖進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。根據(jù)哈爾濱汽輪機(jī)廠提供的熱平衡數(shù)據(jù)，核算其對(duì)凝汽器、冷卻塔面積及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)表2可知，機(jī)組設(shè)計(jì)背壓由10.13 kPa變?yōu)?.5 kPa，機(jī)組熱耗降低21.1 kPa。相應(yīng)凝汽器面積、冷卻塔及循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備及管道初始投資增加，相關(guān)初投資費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用比較分別參見表3和表4。

綜上所述:機(jī)組設(shè)計(jì)背壓從10.13 kPa優(yōu)化至9.5 kPa后，機(jī)組初投資增加1 476萬元，年運(yùn)行費(fèi)用減少283.4萬元，根據(jù)靜態(tài)投資收益5.2年即可收回成本，動(dòng)態(tài)投資收益7.72年可以收回成本(內(nèi)部收益率按10%計(jì))。因此，對(duì)于印度工程，600 MW級(jí)機(jī)組均為基本負(fù)荷機(jī)組，機(jī)組設(shè)計(jì)背壓定義為9.5 kPa時(shí)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于10.13 kPa。

3 結(jié)論

(1)為滿足印度市場(chǎng)及印度規(guī)范CEA要求的需要，國(guó)內(nèi)三大汽輪機(jī)廠相應(yīng)開發(fā)了新機(jī)型，上海汽輪機(jī)有限公司與東方汽輪機(jī)廠在各自引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的機(jī)型均采用高中壓分缸配1個(gè)低壓缸的方案，各模塊技術(shù)成熟，但為滿足印度CEA對(duì)于熱耗的要求，機(jī)組背壓優(yōu)化為9.5 kPa。哈爾濱汽輪機(jī)廠在其引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的機(jī)型均采用高中壓合缸配2個(gè)低壓缸的方案。為解決高、中壓缸溫差膨脹不一致問題，高中壓轉(zhuǎn)子中壓進(jìn)汽區(qū)由來自調(diào)節(jié)后的節(jié)流蒸汽進(jìn)行冷卻，冷卻蒸汽覆蓋在轉(zhuǎn)子的表面，高溫再熱蒸汽不會(huì)接觸轉(zhuǎn)子。該機(jī)型有類似工程運(yùn)行業(yè)績(jī)，技術(shù)亦應(yīng)可行，但運(yùn)行業(yè)績(jī)相對(duì)較少。

表4 年運(yùn)行費(fèi)用比較Tab.4Comparison of annual operation cost

(2)本文通過機(jī)組凝汽器背壓優(yōu)選及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用費(fèi)用現(xiàn)值比較法進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較后表明:對(duì)于印度工程，600 MW級(jí)機(jī)組均為基本負(fù)荷機(jī)組，機(jī)組設(shè)計(jì)背壓定義為9.5 kPa時(shí)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于10.13 kPa。因此，在后續(xù)工程招標(biāo)過程中，在同等邊界條件下，建議印度工程機(jī)組設(shè)計(jì)背壓定義為9.5 kPa。

［1］李韓房，譚忠富.印度電力市場(chǎng)化改革概況［J］.華東電力，2007 (7):9-99.

［2］張新聞.印度電力建設(shè)市場(chǎng)的問題及前景分析［J］.中國(guó)電力教育，2010(32):241-243.

［3］董和平，倪海，程波，等.印度電力建設(shè)市場(chǎng)展望［J］.電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2009(6):8-13.

［4］郭偉華.印度火電工程電站物資出口貿(mào)易風(fēng)險(xiǎn)分析［J］.電力建設(shè)，2008，29(6):72-75.

［5］Government of India Ministry of Power Central Electricity Authority.Central electricity authority(construction of electrical plants＆electric lines)regulations［S］.New Delhi:CEA，2010.

［6］Shanghai Electric Group Co.Ltd.Technical description for supercritical(24.2/566/600)660 MW steam turbine［R］.Shanghai: Shanghai Electric Group Co.Ltd.，2012.

［7］Dongfang Electric Corporation Limited.Technical description for super-critical(24.2/566/600)660 MW steam turbine［R］.Deyang: Dongfang Electric Corporation Limited，2012.

［8］Harbin Turbine Company Limited.Technical tender of turbine for 2×660 MW Chhattisgarh project［R］.Harbin:Harbin Turbine Company Limited，2012.

(編輯:馬曉華)