摘要：华能营口电厂2x600mw超超临界机组为国内首台投运的600mw等级超超临界机组，本文介绍汽轮机系统及设备在系统拟定、设备选型和主厂房布置等方面的设计特点。
关键词：两缸两排汽；超超临界；保证热耗；标准煤耗；主厂房布置
1 概述
华能营口电厂二期工程安装两台600mw超超临界机组，三大主机由哈尔滨三大动力厂引进日本三菱技术设计制造。两台机组分别于2007年8月31日及10月14日移交生产，通过投产后运行实践，两台机组各项指标达到设计要求
2 主要热经济指标
1) 汽轮机在热耗率验收(tha)工况的保证热耗率值：7428kj/kw.h（暂定）
2) 锅炉在额定蒸发量时的保证热效率：93.34 % (设计煤种)
3) 机组绝对效率：48.465 %
4) 发电厂热效率：44.785%
5) 发电标准煤耗率：274.65g/kw.h
3 汽轮机主要设计特点
3.1机组的参数
汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的超超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、单背压、凝汽式汽轮机。汽轮机具有八级非调整回热抽汽，给水泵汽轮机排汽进入主机凝汽器。汽轮机额定转速为3000转/分。汽轮机型号：cln600-25/600/600型。
汽轮机主要参数汇总表
名 称
单位
trl工况
tmcr工况
vwo工况
tha工况
功率
mw
600.000
624.100
646.900
600.000
热耗率
kj/kwh
7637
7447
7469
7428
主蒸汽压力
mpa(a)
25.0
25.0
25.0
25.0
再热蒸汽压力
mpa(a)
4.30
4.33
4.54
4.12
主蒸汽温度
℃
600
600
600
600
再热蒸汽温度
℃
600
600
600
600
主蒸汽流量
t/h
1709.232
1709.232
1795.000
1622.487
再热蒸汽流量
t/h
1389.123
1398.132
1464.445
1330.774
高压缸排汽压力
mpa(a)
4.78
4.81
5.04
4.58
低压缸排汽压力
kpa(a)
11.8
4.9
4.9
4.9
低压缸排汽流量
t/h
970.433
972.811
1012.721
932.235
补给水率
%
3
0
0
0
3.2机组的形式
华能营口电厂二期工程的2x600mw超超临界机组采用的是日本三菱公司设计的两缸两排汽机组，与备选方案三缸四排汽机型相比，机组的高中压部分设计相同，均为三菱公司的设计技术；两缸机组的低压缸为三菱公司设计技术，而三缸机组的低压缸为哈汽的常规超临界设计技术。两缸两排汽机组长21米，宽10.5米，高7.5米，本体总重770吨；三缸四排汽机组长28米，宽10.5米，高6.2米，本体总重1020吨。两缸机组的外形及重量均远小于三缸机组，制造成本低。从热耗率来看，三缸机组tha工况的设计热耗率比两缸机组低24kj/kw.h，全年加权平均热耗率比两缸机组低6.4kj/kw.h，两缸机组的热耗率略高于三缸机组。与两缸机组完全相同的日本广野5#机组，到目前运行的各项指标均达到设计值。尤其是世界上最长的48英寸末级钢制叶片在投运前进行了大量的实验验证，以确保其安全性，并且在广野5#机组上安全运行。综合上述因素，由于两缸机组与三缸机组的经济性基本相当，而两缸机组的制造成本及运行维护成本均低于三缸机组，安全性也得到了相应的验证，因而两缸两排汽机型是比较合理的选择。
3.2机组参数的确定
主蒸汽的温度拟采用580℃或600℃，汽机厂对采用两种不同的主蒸汽温度，从热耗率和制造成本方面进行了计算比较，主蒸汽温度采用580℃，在tha工况下，机组的热耗率比主蒸汽温度采用600℃高43 kj/kw.h，全年的运行成本高228万元左右（年运行小时7800h，标准煤价400元/吨，标准煤发热量29300 kj/kg）。主蒸汽温度从580℃提高到600℃，汽轮机主要部件的材料不变，只是高压进汽部分的壁厚增加20%左右，对汽轮机的制造成本的影响仅20万元左右。综合上述，主蒸汽温度采用600℃比主蒸汽温度采用580℃有较大优势。主蒸汽压力经过优化后，确定锅炉出口为26.25mpa，汽轮机入口为25mpa。
3.3机组的特点
汽轮机为单轴、两缸、两排汽、一次中间再热、凝汽式机组。高中压汽轮机采用合缸结构，汽轮机低压缸采用48英寸末级叶片，这种设计降低了汽轮机总长度，紧缩电厂布局。机组采用超超临界蒸汽参数（25mpa、600℃／600℃），因此具有较高的经济性，设计工况下机组热耗率为7428kj/kwh，发电煤耗274.65g/kwh，供电煤耗294.13g/kwh，处于同功率等级机组领先地位。两台机组分别于2007年8月31日及10月14日移交生产，通过投产后运行实践，机组各项指标达到设计值。
3.4 机组技术经济性比较
与超临界机组的经济性比较
营口600mw超超临界机组与600mw超临界机组经济指标比较
技 术 经 济 指 标 比 较
项 目
600mw超超临界机组
600mw超临界机组
主蒸汽参数
25mpa/600℃/600℃
24.5mpa/566℃/566℃
汽机热耗(kj/kw.h)
7428
7522
锅炉效率(%)
93.3
93.3
管道效率(%)
99
99
发电效率(%)
44.8
44.2
发电煤耗(g/kw.h)
274.7
278.3
效率提高(%)
+1.3
0
600mw超超临界机组比600mw超临界机组有较好的经济性，效率提高1.3%。为营口电厂降低成本，竞价上网发电打下良好的基础；
与600mw超临界机组比年节省标准煤23760吨/年（按发电设备利用小时5500小时计算），预计年降低生产成本1069.2万元（按标煤450元/吨）。
4 四大管道材料设计特点
4.1主蒸汽和再热热段管道材料
超超临界机组设计关键之一是选择合适的高温管道用钢材，高温管道用钢材一般考虑以下因素：要求具有高的高温热强度、耐高温腐蚀、耐汽侧氧化、有良好的焊接及加工性能，经济上比较合理。根据各国的应用经验，适用于600℃以上的高温管道材料主要有astm a335 p92、astm a335 p122和e911等三种。对于主蒸汽和再热热段蒸汽管道，从高温热强度、焊接方面及抗氧化性等方面的综合比较，a335 p92做为主蒸汽和再热热段管道的材料比p122和e911有更大的优势。由于当时a335 p92材料没有纳入任何材料标准（只列入asme code case），通过研讨，其许用应力值是根据2005年eccc(欧洲蠕变学会)的评估值而选取的，610℃时的许用应力为66.6mpa。2007年，p92材料被纳入欧洲标准：din en 10216-2，材料牌号为：x10crvvmovnb9-2，610℃时的许用应力为66.6mpa。
4.2再热冷段管道材料
对于再热冷段蒸汽管道，虽然超超临界主蒸汽压力提高，但受到低压缸排汽湿度的限制，高压缸的排汽压力变化不大，因此，其正常工作最高排汽温度也不会超过400°c。但营口二期工程的主机有特殊要求，其高压缸排放温度可有短暂的450°c，最高允许使用温度为427°c的a672b70cl32电熔焊接钢管已不能使用，所以选择能耐更高温度的a691cr1-1/4cl22电熔焊接钢管。
4.3高压给水管道材料
对于高压给水管道，由于受到烟气露点的限制，空气预热器出口的排烟温度很难做到低于120°c，因此尽管超超临界机组的蒸汽参数提高得较多，但给水温度仍维持在300°c左右，而目前建设的超超临界机组给水管道压力只是略高于600mw超临界机组，就目前国内外高压给水管道普遍采用的en10216－2标准的15nicumonb5-6-4无缝钢管来说，仍然适用，不涉及新材料的应用。
4.4四大管道材料及规格
四大管道的材料和规格
名称
管道规格
管道材质
1
主蒸汽支管
id292x71
a335p92
2
主蒸汽总管
id406x98
a335p92
3
再热热段总管
id883x41
a335p92
4
再热热段支管
id626x29
a335p92
5
再热冷段总管
od1016x31.75
a691gr2 1/4cl22 1/4cl22
6
再热冷段支管
od711x22.23
a691gr2 1/4cl22
7
旁路阀前母管
id197x49
a335p92
8
旁路阀前支管
od152x38
a335p92
9
旁路阀后管道
od630x8
q235-a
od630x8
a691gr21/4cl22 1/4cl22l22 1/411/1/1/4crcl22
10
汽泵支管
od355.6x40
15nicumonb5-6-4（wb36）
11
电泵支管
0d323.9x40
15nicumonb5-6-4（wb36）
12
给水母管
od508x55
15nicumonb5-6-4（wb36）
5 汽轮机旁路系统设计特点
由于三菱公司机组的成熟启动方式为汽轮机高压缸启动，机组启动时，锅炉再热器在控制烟温的前题下可以干烧，所以旁路系统采用一级旁路系统，由主汽经旁路阀减温减压后进入凝汽器。旁路容量按满足机组启动功能设计，容量为30%bmcr，旁路阀采用电动。减温水来自凝结水系统。
一级大旁路系统降低了电厂设备的初投资，比二级旁路系统减少了占地面积，简化了控制连锁程序，降低了运行维护费用。
给水系统设计特点
6.1 给水系统
给水系统采用单元制，每台机组配置二台50%b-mcr容量的汽动给水泵，一台电动定速给水泵作为启动及紧急停机（主机凝汽器破坏真空）锅炉补水用泵。锅炉最小直流负荷为25%bmcr，为满足锅炉启动要求，电动定速给水泵的容量为25%bmcr。每台汽动给水泵有一台定速电动机拖动的前置泵。汽动给水泵与前置泵不考虑交叉运行。电动给水泵前置泵与主泵用同一电机拖动。
给水系统中三台高压加热器采用大旁路系统，旁路管道由3号高加入口前三通阀接出，在1号高加出口电动闸阀后接入，具有系统简单，阀门少，投资节省，运行维护方便等优点。
给水泵汽轮机为单缸、单轴、纯凝汽汽轮机。
正常工作汽源来自主汽轮机四级抽汽，备用汽源来自主汽轮机高压缸排汽。小汽机排汽进入主凝汽器。
6.2 给水系统主要设备技术规范
（1） 给水泵汽轮机 型号nk63/71
型式：单缸、单轴、纯凝汽;
台数： 2台（每台机组）
运行方式：变参数、变功率、变转速
安装方式： 独立底盘
工作汽源:四段抽汽(在主机tha工况时，)
压力: 1.0 mpa
温度: 380 ℃
流量: 82.395t/h
备用汽源：冷再热蒸汽；
（2） 汽动给水泵
汽动给水泵： 型号chdt6/5；
台数： 每台机2台；
入口流量： 944t/h；
扬程： 3294mh2o；
（3）汽动给水泵前置泵：型号sq300-670 ；
台数： 每台机2台；
流量： 944t/h；
扬程： 149mh2o；
电动机： 520kw，6000v；
（4）电动给水泵及其前置泵：
电动给水泵前置泵： 型号hpk y200-315；
台数： 每台机1台；
流量： 531t/h；
扬程： 120m h2o。
（5）电动给水泵： 型号hgc5/8 ；
台数： 每台机1台；
流量： 531t/h；
扬程： 1123mh2o；
电动机： 1800kw，6000v；
（6） 高压加热器
1号高压加热器： 型号jg-1970-1 卧式，换热面积1970m2；
2号高压加热器： 型号jg-2000-2 卧式，换热面积2000m2；
3号高压加热器： 型号jg-1500-1 卧式，换热面积1500m2；
凝结水系统设计特点
7.1 凝结水系统
凝汽器为单壳体、单背压、单流程，冷却面积为25000 m2。
凝结水系统设两台100%容量立式定速凝结水泵，四台低压加热器，一台轴封冷却器，一台内置式除氧器，一台300m3凝结水贮水箱和一台凝结水输送水泵，凝结水精处理采用中压系统。
除氧水箱有效容积为235m3，相当于约7~8分钟的锅炉最大给水量。
每台机组设有一台300m3的凝结水贮水箱和一台凝结水输送泵，为凝结水系统提供补水和启动注水，并作为凝汽器热井水位控制的贮水和补水容器，同时也用于锅炉启动上水等。相邻两台凝结水贮水箱和凝结水输送泵出口之间设置一根联络管，并设有隔离门，正常运行时相互隔断。
本系统还向减温器提供减温水。
凝汽器为单流程单背压表面式、单壳体、横向布置，其喉部内设置有7号、8号两个低加和旁路的二级减温减压器。
7.2 凝结水系统主要设备技术规范
（1） 除氧器 型号ssd-1900/235 卧式、内置式；
除氧器有效容积： 235 m3；
除氧器额定出力： 1900t/h；
除氧器运行参数：
除氧器各抽汽参数和各工况运行参数详见汽机热平衡图。
除氧器最高工作温度： 380℃
除氧器进口水温： 154.9℃
除氧器出口水温： 181.6℃
（2） 凝汽器
凝汽器型式：n－25000－1型
凝汽器参数：单流程、单背压、表面式、单壳体
冷却管材料：钛管和钛质 复合板
冷却面积： 25000m2
（3） 凝结水贮水箱
水箱容积： 300m3
（4） 凝结水泵 型号10ldtnb-4pjx-wxt
台数： 2台
流量： 1461m3/h；
扬程： 311 mh2o；
电动机： 1800kw，6000v；
（5） 凝结水输送泵 型号200d43-3
台数： 1台
流量： 300m3/h
扬程： 100mh2o
电动机： 60kw、380v
（6） 低压加热器
5号低压加热器：型号jd-1090-2 卧式 换热面积1090m2
6号低压加热器：型号jd-1230-2 卧式 换热面积1230m2
7号低压加热器：型号jd-1390-2 卧式 换热面积1390m2
8号低压加热器：型号jd-1650-2 卧式 换热面积1650m2
（7） 轴封加热器
轴封加热器参数：表面式、冷却面积：150m2
汽机房布置设计特点
8.1主厂房布置原则
主厂房按2x600mw布置，并考虑扩建可能。
本期汽机房与一期汽机房脱开布置。
主厂房采用三列式布置――汽机房、煤仓间和锅炉房，除氧间与汽机房合并，除氧器及给水回热系统设备布置在汽机房内。
主厂房阶梯式布置、锅炉房紧身封闭，汽机房、煤仓间、锅炉房（包括炉前通道）和风机室（包括炉后通道）地面标高相同，绝对标高为7.5m，风机室后的除尘器区域、炉后烟道区域、吸风机区域、烟囱和脱硫区地面标高比主厂房地面标高高6.0米，绝对标高为13.5m。炉后风机室、吸风机室封闭布置。
主厂房采用钢筋混凝土框架，锅炉构架为钢结构。汽机房运转层采用大平台。两机之间设置检修场。两台机组合用一个集中控制楼。汽机房轨顶标高为26.515m。设两台100/20t汽机房桥式起重机。
予留脱硝装置布置在炉后风机室上方，吸风机布置在电气除尘器后。每炉采用两台双室四电场电气除尘器。两台炉合用一个单管烟囱。
8.2主厂房尺寸
主厂房主要尺寸汇总表
名称
项目
数值（单位：m）
汽 机 房
柱距
10.000（9.000）
跨数
15
跨度
35.000
双柱间柱距（插入距）
1.200
本期总长度
148.200
中间层标高
el+6.700
运转层标高
el+14.200
行车轨顶标高
el+26.500
汽机房屋架下弦标高
el+30.200
煤 仓 间
柱距
10.000(9.000)
跨数
15
跨度
12.000
总长度
148.200
运转层(给煤机)标高
el+17.000
皮带层标高
el+42.000
锅 炉 部 分
锅炉大板梁顶标高
el+86.800
运转层标高
el+17.000
炉前跨度
6.000
锅炉宽度
40.600
锅炉深度
52.700
炉h柱中心线至烟囱中心线间距
137.830
汽机房a排柱中心线至烟囱中心线间距
190.830
烟囱出口标高
210.000+6.000
8.3 汽机房布置
8.3.1 汽轮发电机组纵向布置，机头朝向扩建端，汽机房运转层为大平台结构。两台机组之间设一个零米检修场，汽机房采用变柱距，两台机总长度148.200m。汽机房跨度为35.000m。
8.3.2 汽机房运转层标高14.2m，中间层标高6.7m。汽机房底层主要布置电动定速给水泵、汽动给水泵前置泵、凝汽器、主油箱及润滑油冷却器、润滑油净化装置、开式水循环泵、闭式循环冷却水泵、闭式水热交换器、机械真空泵组、凝结水输送泵、凝汽器胶球清洗装置、发电机密封油装置、定子冷却水装置、氢气干燥器等。汽机房靠b排侧留有贯通的检修通道。
8.3.3 中间层主要布置1、2号高压加热器、发电机封闭母线、轴封冷却器及轴封风机、抗燃油装置、轴封系统阀门站、主蒸汽、再热蒸汽管道、小汽机排汽管道等管道。7、8号低压加热器布置在凝汽器喉部。机尾发电机侧为6kv工作段配电室。
8.3.4 汽机运转层为大平台结构，除布置汽轮发电机组外，还布置二台50%容量的汽动给水泵组、除氧器、3号高压给水加热器、5号和6号低压加热器、汽轮机旁路装置等。
8.4 给水除氧设备的布置 除氧间与汽机房合并，除氧器布置在汽机房运转层上，利用汽机房桥吊检修。经详细计算，内置式除氧器布置在14.200m层上，中心标高为17.200 m，经详细计算在任何工况下不会引起汽蚀。
1、2号高压加热器布置在中间层，3号高加布置在运转层靠近除氧器，5号和6号低加布置在运转层靠近a排侧。
布置特点总结
三列式布置：汽机房，煤仓间，锅炉房。
汽机房短：148.2m；
ab垮尺寸小：35m；
没有单独的除氧间，除氧器及回热系统设备布置在汽机房；
四大管道的长度小于同类机组四列式布置的长度；
凝汽器循环水单侧进单侧出，循环水管道在汽机大底版下直埋.
9 结束语
华能营口电厂二期工程是国内首台采用的600mw超超临界参数的机组，也是国内第一台两缸两排汽高参数的汽轮机组，不仅经济性好，而且主厂房尺寸小，节约了占地空间，降低初投资，而且运行情况很好，是具有良好经济性的机组
