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何阿平 阳虹 彭泽瑛

从上表数据可以看出：采用超超临界600℃参数相对亚临界，热耗下降约4%（3.95%～4.235%）；热效率则提高1.7%(1.66%～1.78%)左右。以亚临界600MW先进的热耗指标7796kJ/kWh为基准，仅考虑600℃参数的因素，对应的保证热耗应为7500kJ/kWh～7457 kJ/kWh，而表中所列目前各种机型的保证热耗水平，例如超超临界百万千瓦机组的保证热耗均为7316kJ/kW左右，比亚临界热耗水平降低6.6%，显然其中有大约2.3%-2.6%（170 -190kJ/kWh）不是由于采用超超临界参数的原因，制造商有必要对此作出合理的解释和说明。
3.高效洁净燃煤电厂设计理念的热效率比亚临界提高7.7%
为了符合严格的环保要求，上世纪90年代起，德国发起的高效洁净燃用褐煤发电（简称BoA）设计理念取得了成功，该理念的核心是为燃煤电厂提供技术上最优,经济效益最好以及充分环保的综合解决方案：采用一切可以使用的、提高效率的先进技术和设备，包括超超临界参数、最新的结构和技术提高汽轮机的内效率、区域供热、冷端优化、余热利用、热力系统配置优化、一切有效的减排措施、一次和二次调频能力等。2002年德国Niederaussem电厂1027MW机组是BoA的典型实例，通过一切可以应用技术和装备的投入，不仅与亚临界600MW的热效率35.5%相比，新电厂的热效率提高到43.2%，增加幅度达到7.7%（图1），而且在相同电量条件下的CO2排放每年减少300万吨；粉尘、SO2和Nox的排放量减少约30%（2）。
图1 高效洁净燃煤发电技术效益分解
  
德国高效洁净发电技术（BoA）理念给我们有至少2方面的启示：
（1）超超临界参数仅仅是高效洁净发电技术中提高效率的6个技术领域：超超临界参数、汽轮机结构优化、冷端、余热利用、热力系统配置、厂用电中的1个。600℃参数对效率提高的贡献仅占1/6左右。如果仅仅关注参数提高，而忽略其他5个方面，甚至在某些方面，例如汽轮机结构以及冷端设计不进行优化，甚至于“劣化”，显然是偏离节能减排宗旨的。
（2） 在设备投资成本和造价评估中只有引入了提高效益的经济杠杆才会在电厂建设中实现“尽可能采取一切可以提高效率的设备和技术”的选型原则。以Niederaussem的1027MW机组为例，为利用锅炉的排烟余热,使热效率提高0.9%，增加内部1300公里的换热管道投资；为冷端优化的超低双背压2.91kPa/3.68kPa，使热效率提高1.4%，采用了巨大的冷却塔以及五缸六排汽（三个名义排汽面积为2×12.5的低压缸）汽轮机；为热力系统优化，采用了10级回热抽汽等，这些设备和技术的投入一方面使效率提高7.7%,另一方面使单位千瓦的投资增加到1200欧元（大约是目前我国的3倍），是“高价格与高效率、低排放设备”的典型实例，但按热耗1kJ/kWh为20万欧元的“大成本”原则计算，这些设备投资的增加是完全值得的。相比如果在电厂建设中，不计先进技术设备投资的经济效益，制造商和电厂执行 “降低单位造价”的方针，这些高效洁净燃煤技术就不会得到应用。我们的超超临界机组数量在世界上遥遥领先，但德国高效洁净燃煤发电技术的理念和先进技术的应用深度，所取得的节能减排社会效益均值得我们参考和借鉴。4， 先进的结构是保证高效率的关键
4.1 先进的独特结构是汽轮机提高效率的三个技术领域中的关键
在计算机技术融入整个汽轮机设计制造的今天，产品设计技术平台（CAD、CAE、CFD、CAM）的国际化和商业化使汽轮机的结构设计成为决定产品性能高低，最基本、最关键的决定性因素。与传统风格形式相比，在汽轮机有关的三个提高效率的技术领域：热力循环热端的进汽参数；汽轮机的内效率以及汽轮机冷端排汽优化中，只有采用了先进而独特的结构才能使产品具有采用更高超超临界参数的能力、才能大幅度降低流动损失，得到更高的汽轮机内效率、才能降低冷端损失，从而得到最高的效率。
SEPG具有传统及独特两种结构风格的机型，分析表明：在超超临界参数及大容量条件下，继续保持亚临界、超临界的传统汽轮机结构形式，不仅不会降低流动损失，反而会因参数和容量增加带来的安全可靠性问题，增加损失，牺牲超超临界参数带来的部分得益。
SEPG正是通过一系列独特的结构设计技术来实现热耗在超超临界参数4%得益基础提高到6.6%的目标。除了明显提高机组的安全可靠性、安装维护特性以及运行灵活性能外，几乎在蒸汽流动的每一段过程中，独特结构均能明显地降低流动损失。扣除诸如容量增大的影响、回热系统优化等因素之外，独特结构设计至少有2.5%以上的热耗得益。
4．2 独特结构汽轮机性能的实践验证
“实践是检验的唯一标准”，10年来大量独特结构机组的运行性能令人信服地证实了先进结构设计的经济效益（见下表2）。玉环、外高桥连续6台机组的现场性能为我国电力企业带来的惊喜是：① 在热耗达到保证值得同时，高中压缸效率也达到设计值；② 不仅一台机组，而且陆续投运的所有机组的性能均稳定地达到设计和保证性能；③ 电厂实际运行热耗很少进行修正，甚至实际运行测试的热耗还低于保证热耗，例如玉环#1实测热耗为7258kJ/kWh，修正后的热耗为7295 kJ/kWh，即电厂在实际运行中还能得到比保证值更高的经济效益（3）。
表2 独特结构机组的实测性能数据

  

  

  

  

  

  

析
我们从设计角度，通过与传统结构对比的方法，沿着蒸汽流动的轨迹，从汽轮机进口到排汽的各个流段，对独特结构的低流动损失、高效率特性进行分解。

（1）汽轮机阀门前可采取更高的蒸汽压力
与传统结构型式相比，SEPG采用的“独特”圆筒型高压模块中，外缸为无水平中分面的圆筒型，前后分为高温及低温缸，由轴向螺栓连接；内缸有水平中分面，但也是一个无法兰外伸端的光滑圆筒型结构（见图2）。自冷结构不仅冷却转子和汽缸，同时使内外缸分别承受部分压力载荷（见图3），加上受力直径小、温度场及应力均匀等特点使螺栓、汽缸及转子的工作应力、热应力、膨胀都能承受更高的蒸汽压力，现有的模块在一开始就将参数定位在30MPa/600℃/620℃。