百万千瓦级SIEMENS汽轮机技术特点.doc

GW级SIEMENS汽轮机的技术特点及讨论 冯伟忠 （上海外高桥第二发电有限责任公司 上海市 200137） 【摘要】本文围绕外高桥二期工程的900MW汽轮机设备，对SIEMENS百万千瓦级汽轮机的汽缸配置、推缸技术、背压问题、末级长叶片、轴系及取消了调节级、机械危急保安器和同轴主油泵等技术和结构特点，相应的变压运行方式等进行了介绍，对其相关的一些问题进行了讨论。 【关键词】超临界 汽轮机 技术特点 0、引言 目前，我国正掀起一轮电力建设的高潮，百万千瓦级的超（超）临界机组正受到日益关注。目前，国际上百万千瓦级的汽轮发电机组主要分布在美国、日本和德国。美国和日本都为双轴机组，而德国则为单轴机组。其中以SIEMENS为代表的单轴机组最具特色。目前正在建设的外高桥二期2×900MW超临界汽轮发电机组即为SIEMENS产品，其第一台机组已于2004年4月20日顺利通过168h试运行并投产。该机组在调试期间已能达到980MW最大连续出力的稳定运行，最高曾达到1000.3MW。通过该项目的设计、施工和调试，体会到了SIEMENS大型汽轮机的许多技术特点。 1、汽缸配置及效率等 外高桥二期900MW汽轮机，为SIEMENS超临界单轴、一次再热、四缸四排汽。四缸分别为高、中、低、低。 这两台汽轮机，是SIEMENS公司为其度身定制的。按照招标书的要求，投标容量应为：双轴，1000MW；单轴，900MW。而根据世界银行的招标导则，只要符合技术规范，原则上为低价中标。这样，SIEMENS以末级叶片长度达1146mm作为技术支撑的单轴四缸方案就比其他投标商的双轴机方案及单轴五缸等方案在价格上更具有竞争力。 据悉，SIEMENS的技术部门起初拿出的是五缸六排汽方案，后商务部门出于低价竞争的考虑，请技术部门重做了四缸方案，虽然这样明显降低了机组热效率，但由于招标书的热耗标准定得太低（7658KJ/ kWh），故四缸方案已绰绰有余。 1.1 轴系问题 采用单轴四缸方案，在技术上有其有利的方面。作为900MW容量的机组，与单轴五缸方案相比，轴系明显缩短，这有利于轴系的稳定。之所以在外高桥二期的招标书中对单轴机组的容量作了限制，也是出于对单轴大机组轴系稳定性的考虑。因此SIEMENS的四缸方案较容易消除人们当时对轴系稳定问题的忧虑。 国际上在发展大机组的过程中，随着蒸汽参数的不断提高和多缸多排汽结构的发展，采用传统汽缸和双支点轴承的汽轮机遭遇了转子与汽缸间相对膨胀过大和长轴系稳定性的瓶颈①，因此，美国在近百万千瓦及以上的汽轮机都采用了双轴结构，而日本在战后引进的是美国技术，在发展百万级机组时亦只能选择双轴方案。 但是，SIEMENS公司针对大机组的特点开发了独门的推（拉）缸技术，结合单支点轴承，巧妙地解决了单轴大机组的相对膨胀和轴系稳定性问题。采用单轴五缸六排汽的德国Boxberg电厂910MW机组及Niederaussem电厂1025机组已于1999年及2002年分别投产。 1.2 热效率与背压 近些年来，德国在提高蒸汽初参数的同时，大力降低排汽背压。采用五缸六排汽方案，可大大增加排汽面积，显著降低背压，提高热效率。Boxberg电厂910MW机组采用的是977mm末级叶片，排汽面积为6×8.9m2，背压低达2.91/3.68KPa。Niederaussem电厂1025机组，采用1146mm末级叶片，排汽面积达6×10.96 m2，背压亦为2.91/3.68KPa（冷却水温14/24℃），与常规背压相比，可提高机组效率1.4%。作为比较，若改用600℃/ 与四缸方案相比，即使采用末级短叶片的五缸机组的额定热耗相同，其实际运行热耗仍将明显低于前者，这是因为在低负荷工况时，热耗的恶化同末级叶片长度成正比，故采用较短叶片的五缸机组的运行热耗必然低于四缸方案。随着电网容量的不断扩大，大机组作为电网的调峰主力已成趋势，显然长叶片方案与此背道而驰。问题在于招标技术规范书通常只规定额定工况的热耗。因此，在评标时，相对造价较高的短叶片五缸方案并占不到便宜。 另外，SIEMENS对外高桥二期的投标方案为单背压。按其技术，可在低压缸和凝汽器均不变的前提下采用双背压方案。事实上，其大型机组的典型设计就是双背压方案。问题在于SIEMENS的投标方案（单背压）的热耗已优于招标书，在世界银行低价竞争的机制下，他没有积极性去推荐虽热耗更低但需增加凝结水泵投资的双背压方案。 下表为外高桥900MW汽轮机与Niederaussem电厂1025机组的部分技术参数： 外高桥 Niederaussem 额定出力： 900MW 1012MW 最大连续出力： 980MW 1027MW 主汽门前额定压力/温度 23.96 Mpa/538 26.5 Mpa/576 主蒸汽流量（最大） 2788