1000MW超超临界机组技术发展的探讨

潘 军

(中国电力工程顾问集团公司，北京 100120)

1000MW超超临界机组技术发展的探讨

潘 军

(中国电力工程顾问集团公司，北京 100120)

从1000MW机组的设计、设备加工、建安和调试等环节入手，针对现状、新技术和节能减排措施的选择应用等方面进行了总结，结论对1000MW机组建设和发展、大容量高参数机组研发等方面提出建议。

1000MW机组；设计；建安；调试。

1 1000MW超超临界机组技术发展现状

随着我国国民经济的快速发展，节能减排工作取得了显著成效，燃煤火电技术也得到了快速提升，我国1000MW火电机组已走出一条技术合作、引进消化、自主设计和加工制造的技术路线。截止2011年12月31日，国内建成并投产的1000MW等级超超临界火电机组已有51台(其中两台为直接空冷机组，其余均为湿冷机组)。根据收集的2011年度24台1000MW机组实际运行数据分析，机组年平均供电标准煤耗为290.21g/kWh，比2011年全国6000kW及以上机组年平均值330g/kWh低39.79g/kWh，已达到国际先进水平，可见1000MW机组具有良好的运行经济性，节能减排效果明显。

从2008年～2011年1000MW机组运行可靠性指标上分析，统计的2008年运行的6台机组、2009年运行的9台机组、2010年运行的19台机组和2011年运行的30台机组(实际运行51台机组，其中的30台机组有统计数据)的EAF(等效可用系数)和EFOR(等效强迫停运率)平均值分别为90.7%和1.33%、91.22%和0.05%、92.29%和0.42%、90.0%和0.62%，整体分析等效可用系数基本在逐年提高，等效强迫停运率整体处于明显下降趋势，且2009年和2010年可靠性指标数据已基本均优于同期的300MW级机组水平，说明经过近几年的运行培训和探索，现阶段国内已基本掌握了1000MW机组的运行操作要求。

建成投运的1000MW机组印证了我国电力设备行业研发和加工制造能力、材料开发和应用能力、电建施工和调试水平等方面已出现质的飞跃，也验证了我国设计行业的综合水平已达到了一定的高度，充分表明设计行业已基本掌握了大容量高参数机组的系统拟定、设备和材料选择和布置设计等综合技术要求，并经实际验证达到了设计预期效果。本文旨在着眼于1000MW机组的设备选用、新技术和节能减排措施的优化选择及应用情况进行总结并提出推广意见，同时针对行业建设和发展、大容量高参数机组研发等方面提出一些个人思考和建议。

2 1000MW机组主机和主要辅机设备研发和国产化情况

国内三大动力厂经历先采用引进技术、合作生产，由技术支持方负责性能担保，继而消化吸收、自主设计完善和自主性能保证的过程，目前1000MW机组三大主机设备已基本实现国产化，其主要结构型式和参数如下：①锅炉：哈尔滨锅炉厂引进三菱技术，采用内螺纹管垂直上升水冷壁П型炉，单炉膛墙式反向双切圆燃烧方式；东方锅炉厂引进巴布科克日立公司技术，采用螺旋管圈(内螺纹)+垂直管屏水冷壁П型炉，前后墙对冲旋流燃烧方式；上海锅炉厂除天津北疆、广东平海工程引进阿尔斯通美国公司技术，采用了П型炉，其他投运、订货的均为引进阿尔斯通德国公司技术，采用螺旋管圈(光管)+垂直管圈塔式炉，单炉膛四角切圆燃烧方式；②汽轮机均为单轴、四缸四排汽、一次再热、凝汽式，主汽和再热蒸汽温度均为600℃，主汽压力为25MPa(东方汽轮机厂和哈尔滨汽轮机厂)或26.25MPa/27MPa (上海汽轮机厂)。哈汽、东汽的技术支持方分别为东芝和日立公司，其技术均源自美国GE公司，为冲动机型，转子均采用双轴承支承方式，共8个径向轴承。东汽采用复合配汽(喷嘴调节＋节流调节)调节方式，哈汽采用喷嘴调节方式；上海汽轮机厂采用德国西门子技术，是反动机型，无调节级、全周进汽，采用滑压运行方式，转子采用单轴承支承方式，共5个径向轴承。 ③发电机均为引进和消化吸收与之成熟配套的东芝、日立和西门子的技术产品并已基本国产化。

1000MW机组配套的主要辅机设备如：磨煤机、风机、给水泵汽轮机、凝结水泵、循环水泵、脱硫吸收塔浆液循环泵、变压器、加热器、除氧器、凝汽器和空冷散热器等均已实现国内加工制造和供应能力，并已有成熟使用业绩，仅给水泵、炉水循环泵和发电机出口断路器等部分设备尚有部分部件需要进口，实践证明辅机设备制造厂的研发能力和加工制造能力的提升能适应国内发展大容量机组的要求。

3 1000MW机组系统和设计方面情况

1000MW机组的设计从最初在参考国外同容量机组的设计资料基础上，沿用国内600MW超临界国产化示范项目的设计研发成果和投运后的经验总结，从与大容量高参数相关的工艺系统拟定、设备选型、主厂房布置等方面着手进行了多次研讨和论证，从热力系统的可靠性、安全性、经济性等方面进行了大量的比选和优化，完善至今已形成了涵盖国内各种型式的主机设备、湿冷和空冷两种冷却方式、钢结构和钢筋混凝土两种主厂房结构型式等基本条件下的多套标准和模块化设计方案和成果。

1000MW机组的系统设计、设备选择和布置等全方位优化设计工作经数十个工程探索、研究、实际验证和总结，已形成了一套较为完整的体系，除了各项目针对电厂外部条件如煤、灰、水、接入系统、岩土地质条件等建厂条件的差异化配套开展的相应优化设计外，设计行业通过科研开发和工程实践进行了大量的专题优化论证和细化设计工作，掌握了大容量高参数机组的设计并取得了很好的优化设计成果。下面仅将涉及专业面宽，节能效果较明显部分具体措施汇总、罗列和分析如下：①根据工程所在地实际气候条件和水源等外部约束条件，形成了一系列冷端参数优化措施和方案，针对冷却塔面积(或空冷器散热面积)、凝汽器面积和循环水量等参数综合优化后确定凝汽器的经济排气背压，提高了机组热力系统的运行经济性；②对于运行中随季节变化或工况调整时，参数变化较大的设备，考虑采用变频调节(如凝结水泵等设备)或采用双速电机(如循环水泵等设备)，使转动设备在各种运行工况均能在高效率点工作，降低运行厂用电率，节约了电能；③采用计算机软件平台，各专业协同作业，基本消除了管道之间、管道与电缆桥架和土建结构等相互碰撞问题，为工程文明施工创造了良好的条件；④强化照明节能设计理念，使用高光效光源提高照明效率，采用节能型电子镇流器，使用照明调压器，采用无功功率自动补偿装置，采用照明控制理论优化设计等措施，降低了厂用电率；⑤微油点火等节油点火技术已经多工程、多煤种验证并在逐步推广使用；⑥在引风机出口和脱硫吸收塔之间烟道上设置低温省煤器，考虑烟气余热回收利用，节能降耗和节约脱硫系统工艺水耗量；⑦尝试采用基于现场总线的控制系统实现单元机(不包括DEH、ETS等重要调节、保护)和辅助车间系统的过程监视和控制方案，降低工程造价、提高自动化水平，已取得了一定的成功经验；⑧本着减少主厂房体积、综合考虑土建结构合理性要求、减少四大管道、烟风道的长度，降低初投资、增加运行经济性等目的，已形成了涵盖钢结构或钢筋混凝土结构型式，四列式双框架、单框架侧煤仓等数套主厂房布置格局的成熟布置模块；⑨多工程已针对主蒸汽、再热蒸汽热段和冷段管道规格进行了优化，并采用弯管代替弯头，降低了管道系统初投资，已将主蒸汽管道和再热系统压降由原传统控制的5%和10%降低到约4%和8%，提高了运行期的经济性；⑩考虑将全部工艺流程中产生的所有污废水集约化处理，简化了系统并实现了水的分级合理调配使用和综合处理；⑾空预器采用柔性密封技术，降低漏风率，有利于提高一、二次风温，改善炉内燃烧工况，进而提高了锅炉效率；⑿注重建筑节能，采用节能建筑规划设计、因地制宜选择朝向、采用合理的建筑体形和门窗墙体类型，提高门窗的气密性，在寒冷地区大力推广双层窗、推广保温隔热性能好的围护结构，推广保温墙体，取代传统的实心粘土砖并做好构造及节点设计、重视地面、屋面和扩建端山墙的保温隔热设计，以及炎热地区的建筑遮阳与通风设计等等主要措施。

许多工程项目部分采用了上述优化设计思路和方案并取得了较好的成效，经实践验证可考虑在后续的工程中推广和进一步完善。随着行业内部交流和沟通的日渐深入，整体设计行业能力和水平在不断地强化和提高，但也应该认识到优化和细化设计、节能降耗的潜力还很大，我们需要通过更新观念、科学创新，不断总结和汲取各方面有益经验，进一步提高行业整体设计水平。

4 1000MW机组施工安装和调试方面情况

经过数十台1000MW机组的建设，国内施工企业已建立了一套针对大容量和高参数机组的施工规范和规定，完善了T/P92等合金钢材料的焊接工艺评定导则和施工质量控制办法。掌握了大体积混凝土浇注方法，总结出了采用多点同时连续浇注，制定了控制浇筑完成后的保养和内外冷却措施，基本杜绝了水化热导致的温度裂纹的发生。同时也掌握了超大型双曲线钢筋混凝土湿式冷却塔的施工方法，并完善了施工质量保障措施。

1000MW机组和亚临界或超临界600MW机组相比，材料等级提高、系统配置复杂，机组调试理念和工艺都有新突破和创新，经过数十台1000MW机组的实践和探索，国内调试企业也已形成一整套针对各种机炉型式配套的分部(套)试运和整套启动调试方案大纲和措施，并已完善了相应的规程规范。

5 1000MW机组存在的需要改善的问题

1000MW主机设备部分零部(套)件、大口径P92等耐高温合金钢管道和部分辅机设备的关键部件目前尚存在着需要从国外采购的现状，迫切需要进一步加大开发的研究力度，早日完全打破依赖进口的瓶颈。

针对1000MW机组主、辅机设备在建立标准参数产品系列化基础上，尚需要兼顾具体项目条件特点进行个性化设计和有针对性开发，确保设备运行期效率最大化，如燃用褐煤的1000MW锅炉和对系统效率影响较大的辅机设备产品。需要加快进行北方缺水地区采用大容量干法脱硫系统方案进行开发、研究和试点。

1000MW机组在全方位整合和协调建设单位、设备供应厂商、施工安装和调试等各方资源，工程建设全过程发挥设计龙头的作用等方面还有许多需要进一步的努力和研究。

在1000MW机组施工和调试过程中针对锅炉受热面大面积组合焊接的应力控制、直流锅炉的燃烧深度调整、超大型冷却塔的水池池壁和超大体积砼浇注的裂纹控制、在机组168h试运阶段完成所有性能试验、特殊试验和涉网试验，深化调试指标，彻底取消投产后试生产运行阶段、克服主辅机设备控制系统和机组程控之间技术壁垒，考虑实现机组大程控启动的条件等方面尚需进一步开发研究和量化措施。

6 对1000MW机组发展的建议和展望

1000MW机组主机设备尤其是锅炉，应在国家能源发展战略宏观指导下，针对在大型煤炭基地建设大机组的条件，根据煤质具体特点进行相应系列产品开发和研究，如针对锡盟等地区燃用褐煤条件下1000MW机组锅炉的研发应加大力度，争取早日建成试点项目并推广使用。建议加快考虑在现有成熟材料(P92等)技术的基础上，充分发挥材料的潜能，节能提效，考虑再热蒸汽温度由600℃提升到620℃，所采用高温材质基本不变，仅是适当增加管道壁厚，且国外已有运行经验，建议建设示范工程总结后适度推广。考虑进一步提高回热系统热效率，降低煤耗和温室气体和污染物排放，加快针对单轴1200MW机组、二次再热和更高参数1000MW级机组的研发力度。

在建或规划建设的1000MW机组应最大限度地集成使用成熟的节能降耗技术，同时在深度节能、节水等技术开发和应用方面还需要进一步加大研发力度和投入，实时安排和组织新技术的试点应用、总结和推广。

1000MW机组的设计综合协调管理水平在纵深细化发展和横向范围延伸等能力方面还需要进一步提升，全方位整合和协调建设单位、设备制造厂商、施工企业和调试单位等各方资源，制定统一目标，全过程发挥设计龙头的作用，切实做到各环节最优组合，指导新技术、新工艺和新材料的研发、试点和推广使用。应适时开展建设包含设备、材料类的行业基础数据库，负责统筹管理并形成定期更新机制，以期能切实的指导工程建设全过程并有效地服务于电厂运营期管理。要建立项目的技术经济指标提前定制、过程中动态监控并具备及时纠偏和调整的机制，确保过程可控、在控并保障机组投产时达到预期目标。应加大设计环节内部建设和跨专业综合协调和细化管理力度，规范公用和标准化产品的选用原则，切实做到专业之间无缝和无差错对接。

在后续的1000MW机组施工和调试过程中要严格执行规范、科学地吸收和总结前阶段同类型机组建设和调试经验教训，并根据工程特殊性和容量大带来的体积和工程量大的特点，采取提前研究、策划和周密安排，确保建安和调试工作按预定目标顺利完成。

我国电力结构以燃煤发电为主，在将来一定的时期内火力发电仍将占据我国电力结构中的主导地位。面对当前抑制温室气体排放等全球性的环保问题，我国燃煤火电机组的发展也将面临严峻的挑战。全面梳理和总结1000MW机组设计、设备加工制造、施工和调试成功经验和节能降耗措施，在此基础上继续加快并完善大容量高参数机组建设，逐步替代并关停淘汰煤耗高的小机组，加快技术升级、提高煤电转换效率和环保治理技术水平、推进新技术研发与工程示范，降低燃煤火电行业整体能耗指标，推广高效、节能、节水、环保的火电技术将是我国电力行业今后发展的方向和必然选择。

[1]中国电力企业联合会电力可靠管理中心．全国发电机组手册[G]．北京：中国电力企业联合会，2011．

[2]中国电力企业联合会统计信息部．二零一一年电力工业统计资料汇编[G]．北京：中国电力企业联合会，2011．

Discussions on Technique Development of 1000MW Ultra-supercritical Units

PAN Jun
(China Power Engineering Consulting Group Corporation, Beijing 100120, China)

The development of the 1000MW utral-supercritical units was discussed, including the design and manufacturing, the equpment installation and commission. The recent situation of the technolge and the application of the energy－saving and emmission-control measures were also summurized and analyzed. In conclustion, several advises and prospects were suggested both on the construction of the 1000MW units and the research of the highcapacity and high-parameter generation sets.

1000MW units; design; installation; commissioning.

TM621

C

1671-9913(2014)03-0032-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.007

20104-05-01

潘军(1966- )，男，山西临猗县人，研究生学历，教授级高工，从事火电厂咨询和设计工作。