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百万千瓦等级超超临界机组汽轮发电机参数选型作者：顾守录单位：上海汽轮发电机有限公司PARAMETERS SELECTION FOR 1000MW CLASS SUPER CRITICAL TURBINE GENERATORS SHOULU GUGU Shou-lu(Shanghai Turbine Generator Co. Ltd, Shanghai 200240)ABSTRACT: The 1000MW class super critical turbine generators are becoming the key developing points dew to their excellent economical performances. This article is the analyzing and comprising to the design parameters of deferent capacities of 1000MW class super critical turbine generators.KEY WORDS: 1000MW class fossil power plant; Turbine generator摘要：百万等级超超临界机组由于具有良好的经济性而成为电力工业和电机制造业的发展重点。
文K 对我国发展百万等级超超临界机组汽轮发电机的容量参数和技术选型进行了分析，并对各方案进行了比较。
关键词：火电百万级；汽轮发电机；1 世界百万千瓦级超临界火电机组装机情况国外发展超临界机组已有40余年的历史，超临界机组比亚临界机组的煤耗低，在一定范围内，汽机的进汽温度或再热温度每提高10℃，机组热耗一般可下降0.25%～0.3%。
在温度和其他条件相同情况下，初压23.5MPa与16.2MPa比较，300MW、600MW、1000MW 机组净热耗下降分别约为1.3%、1.6%、1.8%，由此可见机组容量愈大，采用超临界参数的效益越明显。
超超临界机组参数与容量的选择
李殿成，叶东平
（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江省哈尔滨150046）
摘要: 结合国外超超临界机组发展情况，通过对不同压力温度的方案计算和材料比较，建议目前我国超超临界机组宜采用25MPa，主蒸汽温度600℃，一次中间再热温度600℃参数。
百万等级机组可以采用单轴，四缸四排汽1000MW。
600~700MW机组应该成为我国超超临界的主力机组。
关键词：超超临界；汽轮机；蒸汽参数；容量
0前言
随着国民经济的持续增长，电力的需求也在不断增加。
我国以煤电为主，采用超临界和超超临界参数机组，提高燃煤机组的效率，实。
百万二次再热机组单列蛇形管高压加热器可行性研究摘要：对1000MW超超临界二次再热机组单列蛇形管高压加热器和双列U形管高压加热器的技术成熟度以及系统配置进行了比较分析，并对采用双列U形管式高压加热器及卧式与立式单列蛇形管高压加热器的配置方案进行了技术经济比较。
结果表明，采用卧式单列蛇形管式高压加热器系统简单、布置方便，设备的寿命与可靠性均较高，且具有较好的运行经济性。
关键词：高压加热器；蛇形管；U形管；单列配置1.引言随着我国国民经济的高速发展，国内对能源（特别是电力）的需求增加异常迅猛。
由此带来的能源紧缺、资源浪费、环境污染严重等问题已经成为制约我国经济发展的瓶颈。
因此，节能减排将成为我国今后很长一段时间内的战略选择。
建设“高效、节能、环保”的电厂成为当前电力发展的主题。
对于1000MW超超临界二次再热机组，高压加热器是机组承压最高的设备之一，也是整个抽汽回热系统中不可缺少的重要设备，高压加热器的设置和运行稳定性直接影响电厂的造价和运行经济性。
目前，1000MW超超临界机组高压加热器主要有U形管和蛇形管两种主要形式，对于每种形式又有单列配置与双列配置两种方式。
受制造能力的限制，国内初期投运的1000MW超超临界一次再热机组多采用双列U形管式高压加热器。
随着设计与制造技术的提升，目前1000MW超超临界一次再热机组多采用单列U形管式高压加热器。
对于1000MW超超临界二次再热机组，由于其较高的设计参数，单列U形管式的高压加热器无法满足设计要求，因而国内投运的二次再热机组均采用双列U形式高压加热器。
随着国内目前蛇形管高压加热器设计与制造技术的提高，使得1000MW超超临界二次再热机组采用单列高压加热器成为可能。
采用单列高压加热器具有系统简单，运行及维护较为方便等特点，与此同时，单列高压加热器配置还能降低除氧间高度，进而减少主厂房造价，因此，本专题对采用单列高压加热器的可行性及经济性进行了研究与分析。
关于沙洲二期超超临界机组参数选型的报告一、百万超超临界机组材料选型范围1、锅炉方面目前百万超超临界机组锅炉受热面管材选型主要考虑奥氏体钢TP347HFG、Super304、HR3C、NF709，材料方面国内外均没有新的突破。
表1-1奥氏体钢Super304、HR3C主要规格及使用条件＊数据来源于北京科技大学《新型奥氏体耐热钢HR3C的研究进展》2010.10 再热器出口管道目前百万超超临界机组全部采用P92，P92的温度使用上限为650℃。
2、汽机方面汽轮机叶片、转子、汽缸、阀体选用材料为铁素体9-12%Cr耐热钢，目前主要形成两个等级，600℃/625℃。
上表数据来源：上海发电设备成套设计研究院《超超临界机组材料》我公司二期工程主机参数选型目前涉及到两大方案，即600℃/600℃型和600℃/620℃型。
1）600℃的9-10%Cr耐热钢汽轮机至今已运行10年以上，无论含W或不含W都能在600℃下安全运行，属于有成熟运行业绩产品。
2）625℃的9%Cr钢已完成用于产品前的全部试验，试验数据表明“625℃的超超临界参数”汽轮机已不存在材料技术问题。
但目前此参数机组国内仅有产品订单但无投运业绩（安徽田集660MW机组）。
国外德国达特尔恩有产品业绩，无投运业绩。
仅日本有投运业绩，时间不长。
二、再热器出口603℃提升到623℃技术1、技术上的实现手段主要是增加低温再热器和高温再热器的受热面面积2、材料使用情况：从选材上可以看出，为了确保再热蒸汽温度提高至623℃后锅炉再热器的安全性，将高温再热器的出口散管由T92材料提升至SA-213 S 304H，高温段的材料仍然采用Super304、HR3C。
三、选用623℃参数后，管壁温度的运行情况分析：1、根据AMSE的标准一般炉内管壁温度取蒸汽温度+（25 ~ 39）℃，国内计算取50℃，选用623℃参数后，高温再热器出口段平均壁温在（648 ~ 662）℃，HR3C的允许管壁温度672℃，上限壁温还有10℃的安全余量，但是由于并列管排的热偏差的存在，炉内可能有局部管壁超过672℃。
1000MW超超临界某火电机组高压加热器选型及配置研究摘要：高压加热器是火电机组回热系统的关键设备之一，对提高机组热效率发挥着重要作用，其设计选型及配置不仅影响到机组的经济性，还影响到机组的安全运行。
本文从理论上分析了某项目1000MW超超临界火电机组高压加热器选型和配置情况，对同型号机组设计高压加热器选型及配置具有参考作用。
关键词：1000MW；超超临界；U形管；蛇形管；单列；双列；立式；卧式引言随着1000MW超超临界火电机组主机参数和容量的提高，机组配套高压加热器的参数和容量也随之提升。
相对于1000MW一次再热机组，1000MW二次再热机组初参数进一步提高，高压给水的设计压力也随之提高，因此高压加热器的设计和制造难度也越来越大。
由于技术传承关系，国内以往一次再热超超临界机组均采用U型管高压加热器，而蛇形管高压加热器在欧洲国家应用比较广泛，近几年在国内受到一定的关注，国内现已有蛇形管高压加热器火电机组使用业绩。
一、高压加热器的结构型式根据传热管形状不同，现代大型火力发电机组回热系统中的高压加热器通常有两种结构型式，即U形管式和蛇形管式。
目前，国内1000MW超超临界机组常采用传统的U 形管式高压加热器，而在国外，尤其是欧洲的一些超临界及超超临界火电机组，蛇形管式高压加热器应用比较广泛。
1．U形管与蛇形管高压加热器的结构特点U 形管式高压加热器管侧为高压部分，由半球形水室、管束（管板、U 形管、导流板和支撑板等）、壳体、固定支座和滑动支座等组成。
U形管式加热器由于管板、水室、筒体一般较厚，水室分隔板在与管板、水室焊接和在高加快速切除时热应力较高。
制造厂通常的解决方法是将水室分隔板组件制成半圆锥形或半球形，其底面与管板密封焊接，在水室分隔板组件与给水出口管之间用一个过渡圈连接，具体结构及流程见下图1所示。
图1 U形管式高压加热器结构及流程示意图U 形管式高加换热管材料采用 SA－556C2，为美国 ASME 标准中加热器专用钢管，国内各个加热器厂家普遍选用此材料。
百万千瓦超超临界机组高压加热器选型探讨周锐广东省电力设计研究院【摘要】该文介绍了百万千瓦超超临界机组高压加热器选择所需考虑的各种因素【关键词】百万千瓦超超临界机组高压加热器选型探讨1 前言高压加热器在火力发电厂抽汽回热系统中占有非常重要的地位，给水通过高压加热器时被加热从而提高了循环的效率，高压加热器的故障停运会直接导致机组的效率降低，煤耗增加，从而直接影响电厂的正常运行和经济性。
目前，在全球运行的百万千瓦等级超超临界机组的高压加热器分双列高压加热器和单列高压加热器，双列高压加热器多采用U形管；单列高压加热器多采用蛇形管。
由于国内尚无百万千瓦超超临界机组的运行业绩，因此本文结合国内部分已实施的百万千瓦超超临界项目，针对百万千瓦超超临界机组的高压加热器型式的选择进行初步探讨。
2 技术成熟度国内现在进入实施阶段的百万千瓦超超临界机组的电厂主要有华能玉环电厂、山东邹县电厂四期、上海外高桥电厂三期及国电泰州电厂、国华宁海电厂二期等。
除了上海外高桥电厂三期采用单列、卧式、U形管高压加热器以外，其余电厂均采用双列、卧式、U形管高压加热器。
百万千瓦级超超临界机组的双列高压加热器与600MW超临界机组的单列高压加热器外形尺寸接近，而百万千瓦级超超临界机组的单列高压加热器由于加热面积较大，因此高压加热器的直径和长度均较大，表1为国内600MW及以上机组所采用的高压加热器外形尺寸的对照表，所有高压加热器均为卧式、U形管。
高压加热器的管束布置方式有两种，U形管布置和蛇形管布置，目前国内高压加热器生产厂商普遍采用U形管型式的管束布置，究其原因大致有以下方面：1）U形管布置模型简单，传热计算结果比较准确；2）U形管布置技术成熟，能提供技术支持的国外厂商较多；3）管束在壳体中的弯曲少，流动阻力小,管束装配相对简单；4）对于单列高压加热器而言，U形管布置的生产成本较低；5）蛇形管布置为德国BDT公司（Balcke-Dürr）专利，其专利转让费用较高。
对于600MW及以下容量的机组，采用U形管布置的单列式高压加热器完全可以满足加热面积的要求。
但随着机组容量的增大，特别是对于百万千瓦超超临界机组，其高压加热器所需要的换热面积增加，对于U形管管束布置的单列式高压加热器而言只有以下两种方法可以达到目的，一是增加管束的长度，二是增加管束中换热管的数量。
如果增加管束的长度，由于现在的600MW 机组高压加热器管束长度已经超过了10m，再增加长度会导致管束运输困难，因此不宜采用。
如果增加换热管数量，则需要相应增加管板的面积及厚度，并且加大高压加热器壳体的直径。
对于U形管型式的高压加热器而言，其热应力集中的区域正好位于管板与壳体的连接处，增加换热管数量后，会给管板与壳体的设计制造带来很多新的问题。
上海外高桥电厂三期所采用的单列、U 形管高压加热器正是采用增加换热管数量的方法来增加换热面积。
据了解，其生产厂商上海动力设备有限公司采用FOSTER WHEELER的加热器设计制造技术，而此次生产的高压加热器也是目前世界上最大容量的U形管高压加热器。
对于其技术支持方FOSTER WHEELER公司，目前也没有百万千瓦超超临界机组单列、U形管高压加热器的订货业绩。
据了解，上海动力设备有限公司对于百万千瓦超超临界机组单列、U形管高压加热器的制造过程进行了研究，难点如下：(1) 高压加热器的整体重量和各个部件的重量较大，受制于车间的起重能力，退火炉小车的承载能力等；(2) 管板厚度增强，对于管板材料的采购、加工和起重要求较高；(3) 球形封头厚度增加，对于球形封头材料的采购和加工要求较高。
对于上述难点，上海动力设备有限公司已基本有了解决方案。
首先对高压加热器各个部件均进行了优化设计，将高压加热器总重控制在180吨以内。
其次由于高压加热器的半球型水室封头壁厚较厚，达到了220mm，在与高压加热器管板的连接处较易产生裂纹，因此对高压加热器关键件进行了强度计算及球形封头与管板连接处的有限元应力分析计算，保证其结构的合理性。
为了减少高压加热器管板的热应力，在高压加热器过热段采用了封闭式的包壳，使过热蒸汽对管板不进行接触，汽侧管板接触到的仍是饱和温度，使管板两侧的温差降到最小，从而可以减少热应力对高压加热器管板的影响。
相对于U形管高压加热器厚重的管板和球形封头而言，蛇形管高压加热器独特的连接手段则避免了热应力过于集中的问题。
蛇形管高压加热器采用在母管上开孔来代替U形管高压加热器上传统的管板设计，母管壁厚只相当于相同条件下管板厚度的15％，因此，蛇形管布置比U形管布置更适合大容量机组的单列式高压加热器。
蛇形管技术已经有了80年左右的发展历史，在德国运行业绩较多，如Niederauβem电厂950MW机组（1999年投运）、Lippendorf电厂920MW机组（2000年投运）等，目前最大容量蛇形管高压加热器的订货业绩是德国NEURA TH电厂（计划2009年投运），其机组容量为1100MW，其单台高压加热器重量230吨，换热面积4087m2，壳侧设计温度435℃，管侧设计压力38MPa，给水流量797kg/s。
3 系统设置根据上文的论述，针对现有的百万千瓦超超临界机组主厂房布置方式，高压加热器的型式可按以下方式进行考虑：双列、U形管、卧式高压加热器；单列、U形管、卧式高压加热器；单列、蛇形管、卧式高压加热器。
对于单列高压加热器，无论是采用蛇形管还是采用U形管的管束布置方式，均不会对高压给水系统的设置产生影响，因此可以采用同样的给水系统设置。
而对于高压加热器是否采用单列型式还是双列型式，对给水系统的影响主要集中在从给水泵出口连接母管至锅炉省煤器进口母管之间的管道系统上面，对给水系统的管道布置的影响也主要集中在汽机房内的高压给水管道布置上面。
因此，对于方案一，采用双列、U形管、卧式高压加热器，其给水泵出口连接母管至锅炉省煤器进口母管之间的管道系统如图1所示：图1 双列高加给水管道系统图对于方案二，采用单列、U形管或者蛇形管、卧式高压加热器，其给水泵出口连接母管至锅炉省煤器进口母管之间的管道系统如图2所示：图2 单列高加给水管道系统图由于方案一所采用了双列高压加热器的设置，当任一高压加热器故障时，同列三台高压加热器同时从系统中退出，给水能快速切换到该列给水旁路运行，此时运行的1列高压加热器可通过60％～65％的给水流量，机组在双列高压加热器解列时仍能带额定负荷。
采用双列高压加热器配置的给水系统运行方式灵活，对负荷的适应性较好。
方案二则采用了单列高压加热器的设置，其系统的运行方式与常规600MW机组给水系统采用给水大旁路系统设置时的运行方式类似。
当任一高压加热器故障时，所有的高压加热器均从系统中退出，给水快速切换到给水旁路运行，此时机组的热经济性较差。
对于采用U形管的单列高压加热器而言，由于高压加热器的管板较厚，管板与壳体的连接处的热应力集中，在温度变化频繁的情况下容易产生裂纹，因此对负荷的适应性较差。
对于采用蛇形管的单列高压加热器，由于其管束的连接方式解决了U形管热应力集中的问题，因此也能适应负荷的变化。
4 经济比较高压加热器是否采用单列还是双列，其结果不仅仅影响到给水系统，同时对抽汽系统、加热器疏水系统也会产生影响，其除氧间的布置也不一样。
当采用单列高压加热器时，其管束的型式则可以选择U形管布置或者蛇形管布置。
对于这两种型式的单列高压加热器而言，给水系统、抽汽系统、加热器疏水系统的设置基本一样，主厂房内设备及管道的布置差别也不大，主要还是高压加热器本身的价格差异。
据了解，单列、蛇形管高压加热器由于技术引进的专利费用较高，同时其制作工艺相对复杂，因此其价格为同等容量单列、U形管高压加热器的1.5倍，如果采用整套进口的蛇形管高压加热器，其价格为U形管高压加热器的3倍以上。
因此，由于单列、蛇形管高压加热器价格过高，在国内也无相应的制造和运行业绩，下面仅对采用U形管布置的单列高压加热器和双列高压加热器进行经济比较，详如表2（按一台机组计算）所示：注：1. 上表中双列高压加热器对应主厂房布置方式为高压加热器错层布置，除氧间跨距10m；单列高压加热器对应主厂房布置方式为高压加热器同层布置，除氧间跨距11m。
根据上表的比较，采用双列、U形管高压加热器时，其设备投资费用稍高，给水系统、加热器疏水系统、抽汽系统的阀门投资费用较高，但主汽再热管道的投资费用和土建的投资费用较低。
其中高压加热器本体投资费用在经济比较中影响最大，其投资费用差价占了总的投资费用差价的50％以上。
本次比较所采用的高压加热器价格数据为外高桥电厂三期招标时的价格，目前单列、U形管高压加热器仅有上海动力辅机有限公司有订货业绩。
据了解，由于采用了较多的进口部件，同时国内也只有一家管板制造厂商具备对单列、U形管高压加热器管板的制造加工能力，因此单列、U形管高压加热器的设备价格可能会有所提高，超过双列、U形管高压加热器的价格。
另外一个影响较大的因素是给水系统阀门的投资费用，据了解，国内的进口阀门代理商对单列高加高压给水系统所采用的三通阀还没有比较准确的价格，只是按照以往的经验进行估价。
如果需要重新设计制造该规格的三通阀的话，其阀门的模具制作费用将相当昂贵，该部分费用将记入阀门的价格中。
这几方面将影响采用单列高加后的经济性。
5 结论根据前文的论述比较，双列、U形管、卧式高压加热器技术上成熟可靠，对机组负荷变化的适应性好，能切除一列高压加热器运行且对机组热耗影响较小，但系统较复杂，费用相对于单列、U形管、卧式高压加热器略高；单列、U形管、卧式高压加热器在世界上尚无百万千瓦超超临界机组的运行业绩，对于国内的加热器制造厂而言存在一定的制造难度，对机组负荷变化的适应性较差，但系统简单，运行及维护较为方便，且费用最低；对于采用蛇形管布置的高压加热器而言，由于国内制造厂尚未引进该技术，且其技术引进费用较高，对于百万千瓦超超临界机组而言，每台机组整套蛇形管单列高压加热器比U形管单列高压加热器费用高1500万元左右，如果采用进口设备，则价格更高。
因此，针对不同工程，可根据不同的技术、经济要求选择合适的高压加热器。
