印度某2×660 MW超临界燃煤电厂汽轮机主机选型

刘建强

(广东省电力设计研究院，广州市 510663)

0 引言

印度电力市场前景广阔［1-4］，我国三大电气电站集团公司(中国东方电气集团有限公司、上海电气电站集团有限公司和哈尔滨电气集团公司)陆续以承包锅炉岛、汽机发电机岛形式(即BTG项目形式)进入印度电力市场，相应国内一批设计院借船出海，依托国内三大电气电站集团及部分总承包企业的印度国际业务，在印度设计咨询领域具有一定声誉。伴随印度业主对国内主机技术特点的了解，出于成本控制的考虑，开始有一批业主直接在中国采购BTG设备，同时委托国内设计院进行BTG项目的设计咨询服务。本文就印度某2×660 MW超临界机组主机技术谈判情况，对三大动力厂(上海汽轮机有限公司、东方汽轮机厂及哈尔滨汽轮机厂)的汽轮机主要技术特点进行分析总结。

1 工程简介

项目位于印度恰蒂斯加尔省(Chhattisgarh)的邦詹吉查姆帕区，本期拟建2×660 MW超临界机组，锅炉、汽轮机、发电机等BTG项目涉及的设备拟从中国进口，广东省电力设计院作为印方业主的设计咨询单位，负责BTG部分的设计、咨询服务。根据印度电力监管委员会(central electricity authority，CEA)的电站设计导则(2010版)［5］，500 MW及以上超临界机组在100%汽轮机最大连续出力(turbine maximum continuous rating，TMCR)工况下热耗应不超过7 744 kJ/(kW·h)，其对应循环冷却水温度为33℃，0%补水。为使汽轮机热耗满足印度CEA规范的要求以及设备出口的需要，国内三大动力厂相应开发了适应印度市场需要的新机型，即24.2(24.7)MPa/ 566℃/600℃的单轴、一次中间再热、超临界的主机配置方案。以下结合本工程汽机技术谈判情况对三大动力厂汽轮机的主要特点予以介绍。

2 三大动力厂汽轮机主要技术特点

2.1 上海汽轮机有限公司

上海汽轮机有限公司N660－24.2/566/600的汽轮机为单轴、反动式、三缸、两排汽、单背压机型，其技术特点［6］如下:

(1)高压缸第1级叶片的独特技术风格。第1级低反动度20%，以降低转子温度;全周进汽、无附加汽隙激振;大动静距离有利防冲蚀;滑压运行低负荷效率高;滑压运行大幅降低第1级载荷，解决强度问题，单流程效率高。

(2)主调门及再热调门的独特技术风格。无蒸汽管道，直接与汽缸相连。切向进汽，结构紧凑、损失小、附加推力小。

(3)双流中压缸的进汽结构。在中压缸进口有4个切向进汽孔，利用涡流原理，能量转换为动能后，温度可下降15℃左右，起到冷却中压转子的作用。

(4)高中压转子通流部分的独有技术风格。小直径、多级数，虽制造成本会增加，但效率高，转子应力小。

(5)汽缸落地设计。轴承座全部支撑在基础上、动静间隙变化小;低压外缸与凝汽器刚性连接;低压内缸用推拉装置与中压外缸连接，减少低压缸的相对膨胀。汽轮机采用柔性基座。

(6)单轴承结构。每2根转子之间只设1个轴承，汽机轴向宽度比其他形式短8～10 m。

(7)采用高压缸启动、高中压缸联合启动方式。

(8)机组的高、中压模块在工厂总装后整体发货至电厂工地，直接安装;大修周期为12年;高压模块的解体和重装必须使用专用工具、遵循特定规程进行，并需切除高排及抽汽等管道。

2.2 东方汽轮机厂

东方汽轮机厂N660－24.2/566/600的汽轮机为单轴、反动式、三缸、两排汽、单背压机型，其技术特点［7］如下:

(1)高压缸呈反向布置(头对中压缸)，由1个调节级与8个单流压力级组成。中压缸为8级正向布置的反动式中压压力级，低压缸为2×6双分流的低压压力级。末级叶片长度为1 092.2 mm。

(2)配汽方式采用阀门管理方式，兼具节流、喷嘴2种配汽功能，能在任何工况下实现无扰切换。

(3)对高温部件作特殊设计。在结构上采取有效对策，高压主汽管壁上开有小孔，引入冷却蒸汽对CrMoV锻钢制成的高压外缸进行冷却。中压缸进汽部分除有类似高压缸的冷却结构以外，还设置专门的管道用冷却蒸汽去冷却双流型中压转子温度最高的中间部位。对高中压转子的轴颈部位用CrMo钢进行表面堆焊，防止被轴承表面磨损。调节级喷嘴采用新的斜面型线叶型(SPE)防止固体微粒腐蚀和表面喷涂Cr-C化合物;中压第1级静叶表面喷涂Cr-C化合物和扩大动静间隙，加强防固体颗粒侵蚀的能力。

(4)采用多项先进通流技术，保证较高经济性。针对不同部位的通流部分，采用了多项有效的先进通流技术，以提高通流内效率，如平衡层流叶栅、AVN-S及AVN-L静叶成型技术等。

(5)采用高压缸或中压缸启动方式。

2.3 哈尔滨汽轮机厂

哈尔滨汽轮机厂CCLN660－24.7/566/600型超临界汽轮机为单轴、三缸、四排汽、一次中间再热、凝汽式机组。高中压汽轮机采用合缸结构，低压采用哈汽厂成熟的600 MW等级超临界机组低压机模块，末叶为哈汽厂自主研发并有良好运行业绩的680 mm叶片［8］。

(1)采用喷嘴调节方式。

(2)汽轮机通流包括1个反向布置的带有部分进汽的冲动式调节级，9级反向布置的反动式高压压力级，中压缸为7级正向布置的反动式中压压力级，低压缸为2×2×6双分流的低压压力级。

(3)合理的汽缸的结构类型和支撑方式，保证在热态膨胀自如，且热变形对称，从而使扭曲变形降到最小。最优的排汽涡壳设计，压力损失最小。

(4)高中压转子采用具有高蠕变断裂强度的实心合金钢锻件加工而成。在高压端连接一个独立的短轴，装有推力盘、主油泵叶轮和超速跳闸装置。低压转子同样采用高抗拉强度的实心合金钢锻件加工而成，具有良好的延展性。

(5)高中压转子中压进汽区由来自调节后的节流蒸汽进行冷却，冷却蒸汽覆盖在转子的表面，高温再热蒸汽不会接触转子。

(6)采用高中压联合启动方式。

2.4 三大动力厂汽轮机主要参数比较

2.4.1 三大动力厂汽轮机的有关数据

三大动力厂汽轮机的有关数据参见表1。

由表1可知，上海汽轮机有限公司、东方汽轮机厂均采用高、中压缸分缸配1个低压缸的方案，高压缸模块采用成熟的660 MW超临界机组模块，中压缸采用1 000 MW超超临界机组模块，低压缸采用国内660 MW空冷机组模块，技术成熟。哈尔滨汽轮机厂采用高中压合缸配2个低压缸的方案，低压缸采用成熟的国内660 MW机组模块。为解决高、中压缸温差膨胀不一致问题，高中压转子中压进汽区由来自调节后的节流蒸汽进行冷却，冷却蒸汽覆盖在转子的表面，高温再热蒸汽不会接触转子。高中压合缸且主汽、再热温度不一致机型，哈尔滨汽轮机厂在国内有1台600 MW运行业绩，其技术引进方三菱重工也有1台运行业绩，因此哈汽厂机组方案在技术上也应是可行的，但该方案运行业绩相对较少。

表1 汽轮机的有关数据Tab.1Relative parameters of steam turbine

2.4.2 机组经济性分析

根据印度工程的厂址气候条件，凝汽器循环冷却水温度一般为32～33℃，因此大部分现有工程机组背压印方一般定义为10.13 kPa。上海汽轮机有限公司、东方汽轮机厂均采用高、中压缸分缸配1个低压缸的方案，为满足印度CEA标准的热耗要求，其机组背压定为9.5 kPa。哈汽厂机组采用高、中压缸合缸配2个低压缸的方案，在背压10.13 kPa下仍然满足CEA标准的要求。为探索印度工程的最佳经济背压，考虑到哈汽厂机组对背压10.13 kPa和9.5 kPa的通用性，现暂按哈汽厂机组在背压10.13 kPa与背压9.5 kPa下的热平衡图进行技术经济比较。根据哈尔滨汽轮机厂提供的热平衡数据，核算其对凝汽器、冷却塔面积及循环冷却水系统的影响，具体数据如表2所示。

根据表2可知，机组设计背压由10.13 kPa变为9.5 kPa，机组热耗降低21.1 kPa。相应凝汽器面积、冷却塔及循环水系统设备及管道初始投资增加，相关初投资费用及运行费用比较分别参见表3和表4。

综上所述:机组设计背压从10.13 kPa优化至9.5 kPa后，机组初投资增加1 476万元，年运行费用减少283.4万元，根据静态投资收益5.2年即可收回成本，动态投资收益7.72年可以收回成本(内部收益率按10%计)。因此，对于印度工程，600 MW级机组均为基本负荷机组，机组设计背压定义为9.5 kPa时经济性优于10.13 kPa。

3 结论

(1)为满足印度市场及印度规范CEA要求的需要，国内三大汽轮机厂相应开发了新机型，上海汽轮机有限公司与东方汽轮机厂在各自引进技术基础上开发的机型均采用高中压分缸配1个低压缸的方案，各模块技术成熟，但为满足印度CEA对于热耗的要求，机组背压优化为9.5 kPa。哈尔滨汽轮机厂在其引进技术基础上开发的机型均采用高中压合缸配2个低压缸的方案。为解决高、中压缸温差膨胀不一致问题，高中压转子中压进汽区由来自调节后的节流蒸汽进行冷却，冷却蒸汽覆盖在转子的表面，高温再热蒸汽不会接触转子。该机型有类似工程运行业绩，技术亦应可行，但运行业绩相对较少。

表4 年运行费用比较Tab.4Comparison of annual operation cost

(2)本文通过机组凝汽器背压优选及其技术经济比较，采用费用现值比较法进行综合经济比较后表明:对于印度工程，600 MW级机组均为基本负荷机组，机组设计背压定义为9.5 kPa时经济性优于10.13 kPa。因此，在后续工程招标过程中，在同等边界条件下，建议印度工程机组设计背压定义为9.5 kPa。

［1］李韩房，谭忠富.印度电力市场化改革概况［J］.华东电力，2007 (7):9-99.

［2］张新闻.印度电力建设市场的问题及前景分析［J］.中国电力教育，2010(32):241-243.

［3］董和平，倪海，程波，等.印度电力建设市场展望［J］.电力勘测设计，2009(6):8-13.

［4］郭伟华.印度火电工程电站物资出口贸易风险分析［J］.电力建设，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.

(编辑:马晓华)