汽轮机发展趋势及最新技术20140624

哈尔滨汽轮机厂有限责任公司2014年06月汽轮机发展趋势及最新技术研究院：祝海义2目录第一部分汽轮机发展趋势第二部分汽轮机前沿技术第三部分汽轮机设计理念3目录第一部分汽轮机发展趋势一、汽轮机发展历程二、世界主要汽轮机制造商三、国内三大汽轮机厂情况四、哈汽公司汽轮机发展历程五、未来汽轮机发展趋势六、国内电力市场现状41883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机，1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台多级反动式汽轮机，虽然当时的汽轮机和我们现在的汽轮机相比结构非常简单，但是从此推动了汽轮机在世界范围内的应用，被广泛应用在电站、航海和大型工业中。一、汽轮机发展历程冲动式汽轮机反动式汽轮机第一部分汽轮机发展趋势5大型汽轮机发展情况：60年代，世界工业发达的国家生产的汽轮机已经达到500—600MW等级水平；1972年瑞士BBC公司制造的1300MW双轴全速汽轮机在美国投入运行，设计参数达到24Mpa，蒸汽温度538°C，3600rpm；1974年西德KWU公司制造的1300MW单轴半速（1500rpm）饱和蒸汽参数汽轮机投入运行；1982年世界上最大的1200MW单轴全速汽轮机在前苏联投入运行，压力24Mpa，蒸汽温度540°C；2000年以后超临界600MW（24.2/566/566）汽轮机、超超临界600MW（25/600/600）汽轮机、超超临界1000MW（25（26.25）/600/600）汽轮机在国内得到了长足的发展。国内正在建造AP1000、EPR三代核电汽轮机。目前国、内外正在研究700℃材料及更高效汽轮机的研制。一、汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势我国生产厂家：哈汽、上汽、东汽、北重、青汽、武汽、杭汽、南汽二、世界主要汽轮机制造商冲动式美国通用电气（GE）、英国通用电气（GEC）日本东芝和日立、意大利安莎多、列宁格勒金属工厂哈尔科夫透平发动机厂、乌拉尔透平发动机厂反动式美国西屋、欧洲ABB、德国西门子、三菱、英国帕森斯、法国电气机械公司、法国阿尔斯通6第一部分汽轮机发展趋势7都具备制造超超临界1000MW汽轮机的能力。-上海汽轮机厂采用西门子技术-东方汽轮机厂采用日立技术-哈汽公司原与东芝公司合作，现已开发完成具有自主知识产权的高效1000MW等级超超临界汽轮机（参数为28/600/620）。都具备百万等级二次再热汽轮机设计能力（参数为31/600/620/620）。在容量和参数上，国内已经达到国际水平，但在效率上还有差距。三、国内三大汽轮机厂情况第一部分汽轮机发展趋势8第一阶段（上世纪50年代）：前苏联援建创始阶段主要生产25MW、50MW以下纯凝和抽汽机组第二阶段（上世纪60～70年代）：自力更生发展阶段主要生产200MW以下纯凝和抽汽机组（25、50、100、200MW）第三阶段（上世纪80年代～2000年）：引进消化西屋公司技术阶段主要生产反动式300、600MW亚临界纯凝机组第四阶段（2000～2008年）：引进优化多方技术阶段，三菱：超临界和超超临界600MW技术，AP1000核电汽轮机技术东芝：超超临界1000MW技术GE：F级燃机及联合循环机组ALSTOM：E级燃机及联合循环机组第五阶段（2008年以后）：自主创新、优化提升阶段在消化吸收国外先进技术的基础上，采用先进的设计研发手段和试验验证，自主研发350MW、660MW、1000MW等机组四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势新型73B#亚临界300MW(原型机)亚临界300MW改进73A#优化73#198019902000199520022006300MW供热及空冷超临界350MW亚临界300MW300MW双抽机组2007超临界350MW空冷及供热2008350MW亚临界NCB20102011350MW超临界三缸双抽92012优化型350MW超临界湿冷、空冷300MW等级汽轮机发展历程四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势20052006200819801990200219954缸亚临界600MW2003200920112012201210(原型机)4缸亚临界600MW改进75A#优化75#新型75B#4缸亚临界600MW亚临界空冷600MW超临界600MW600MW、1000MW超超临界660MW超临界空冷600MW超临界供热1000MW超超临界空冷660MW超超临界1100MW、1200MW超超临界空冷/湿冷300MW、600MW低压模块大内缸应用优化型660MW超临界、超超临界湿冷、空冷高效1000MW超超临界湿冷、空冷、二次再热600MW等级以上汽轮机发展历程四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势1958年:中国第一台25MW汽轮机1959年:中国第一台50MW汽轮机1960年:中国第一台100MW汽轮机1971年:中国第一台200MW汽轮机1984年:中国第一台210MW汽轮机（出口巴基斯坦）1989年:中国第一台300MW亚临界汽轮机（试验机）1989年:中国第一台600MW亚临界汽轮机1989年：中国第一台200MW间接空冷汽轮机2004年:中国第一台600MW超临界汽轮机2004年：中国第一台亚临界300MW直接空冷汽轮机2005年：中国第一台亚临界600MW直接空冷汽轮机2007年:中国第一台600MW超超临界汽轮机(2缸)2008年:中国第一台350MW超临界机组2009年：中国第一台超临界660MW直接空冷汽轮机11产品历史年表四、哈汽公司汽轮机发展历程第一部分汽轮机发展趋势目前世界上75%以上的电量是由汽轮发电机组电站提供的（包括核电和化石燃料），传统蒸汽轮机电站技术正在不断向前发展，其发展趋势如下：①研发高温材料，增大单机功率，提高蒸汽参数，改进通流设计，优化中间再热和给水回热系统，提高汽轮机效率；②发展大型热电联产机组，提高电站热力循环效率；③开发以计算机和电子元器件为基础的汽轮机控制系统和电站控制系统，提高机组自动化水平；④采用先进的加工制造设备和工艺，建立完整的质量保证体系，确保产品质量，提高机组可靠性和利用率；⑤在保证设备的安全性和运行可靠性的前提下，采用基于寿命管理的变负荷控制和机炉电的协调控制方式，提高机组的运行水平，使其不但有最高的经济型，而且适应电网负荷的变化。12五、未来汽轮机发展趋势1、概述第一部分汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势1、概述第一部分汽轮机发展趋势2、世界超临界和超超临界汽轮机蒸汽参数发展过程1430252015105020世纪50年代20世纪60年代20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代21世纪00年代21世纪10年代世界市场成熟技术在欧洲、日本和美国已成为成熟技术，在韩国和中国正为超临界市场引入做准备现在市场引入主要集中在日本和丹麦在欧洲处于研究与发展阶段，日本已引入市场在欧洲处于研究与发展阶段亚临界16.7MPa/540℃/540℃η=40%超临界25.0MPa/540℃/565℃27.0MPa/580℃/600℃29.0MPa/580℃/620℃37.5MPa/720℃/720℃η=50%Δη/η(%)五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势15配有烟气污染控制技术的超超临界燃煤发电机组在技术上具有先进性、成熟性，在经济上具有良好的效益，而且又有较好的环保特性，是一种在国际上已经规模化商业运行的高效、低污染的燃煤发电机组。该发电机组在诸多清洁煤发电机组中最具技术继承性，技术难点也较少，最有条件在短时间内实现规模化生产。再结合我国电力设备制造工业和电力工业的具体国情，就目前阶段来看，超超临界加烟气污染控制发电技术时一种最适合我国国情、最具发展潜力，在我国目前最有条件发展并可为电力工业提供新一代主流装备的洁净煤发电技术。为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，超临界机组正朝着更高参数的超超临界的技术方向发展。国外超超临界机组参数发展的近期目标是主蒸汽压力为31MPa，蒸汽温度为620℃，并正在向更高参数的水平发展。五、未来汽轮机发展趋势3、超临界、超超临界机组的发展趋势第一部分汽轮机发展趋势16从1983年开始，欧洲实施了COST501计划和COST522计划，目标分别是建立29.4MPa/600℃/600℃、29.4MPa/600℃/620℃的机组和开发应用铁素体钢的蒸汽参数为29.4MPa/620℃/650℃的超超临界机组。COST522计划始于1998年，到2003年结束，该计划开发应用铁素体钢的蒸汽参数为29.4MPa/620℃/650℃的超超临界机组。欧共体最近几年来正在进行的“AD700计划”的目的是论证和准备发展具有先进蒸汽参数的未来的燃煤电厂形式，其中关键部件将采用镍基高温合金。AD700计划的目标是使下一代超超临界机组的蒸汽参数达到37.5MPa/700℃/700℃，从而使效率达到52%~55%（对海水冷却方式达到55%，对内陆地区和冷却塔方式达到52%），是温室气体CO2的排放降低15%，并降低燃煤电厂投资。该计划预期在2014年完成，目前进展顺利。4、超临界、超超临界机组的发展趋势（欧洲）五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势17从2002年开始，美国能源部又开始了一个用于燃煤电厂超临界和超超临界机组的高温高强度合金材料的研究项目（VISION21计划的一部分），以增强美国锅炉制造业在国际市场的竞争力。该研究项目的五个主要目标如下：•确定哪些材料影响了燃煤电厂的运行温度和效率。•定义并实现能使锅炉运行于760℃的合金材料的生产、加工和涂层工艺。•参与ASME的认证过程并积累数据，为成为ASME规范批准的合金材料做好基础工作。•确定影响运行温度为871℃的超超临界机组设计和运行的因素。•与合金材料生产商、设备制造商和电力公司一起确定成本目标并提高合金材料和生产工艺的商业化程度。4、超临界、超超临界机组的发展趋势（美国）五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势18日本电力（J-Power，原为EPDC）在日本通商产业省支持下，从政府得到50%的补助金，与其他单位共同组织超超临界技术的开发，第一阶段目标是：第一步用铁素体钢达到593℃，第二步用奥氏体钢达到649℃。第二阶段目标是用新型铁素体钢达到630℃。日本三大设备制造公司对转子、汽缸、法兰、螺栓等主要部件进行了相应参数下的实物中间试验，50MW功率的中间实验机组已经投运。4、超临界、超超临界机组的发展趋势（日本）五、未来汽轮机发展趋势第一部分汽轮机发展趋势欧洲“AD700”美国“AD760”日本“A－USC”项目先进的“AD700”超临界技术发展和示范发展先进的“AD760”超临界发电技术先进的“A－USC”超临界发电技术发展目标500MW37.5MPa/705℃/720℃机组净热效率≈50％(LHV)750MW37.9MPa/732℃/760℃机组净热效率≈45％～47％650MW35MPa/700℃/720℃机组净热效率≈46%计划时间表1998-2003：总体设计和可行性研究2002-2005：锅炉、透平设计2004-2008：部件测试2008-2014：示范电厂试车及投运2001-2006：第一阶段材料研究2006-2007：第二阶段深入研究（包括纯氧燃烧的应用）2008-2015：建造750MW示范电厂2008年以前已经完成第一阶段和第二阶段材料方面的研究2008-2012：锅炉、透平及阀门技术研究，材料长期测试2012-2016：材料测试，试验透平主要任务可行性研究材料研究电站设计（锅炉及透平优化设计）示范工程建设和运行经济性和可行性研究材料研究（锅炉、透平材料）电站设计（锅炉，透平优化设计)示范工程建设和运行可行性研究和经济性分析材料研究锅炉优化设计，透平相关技术高压试验透平目前状态关键部件的现场测试示范电厂建设完成第二阶段研究示范电厂设计建造完成第二阶段研究材料长期测试，制造工艺研究第一部分汽轮机发展趋势五、未来汽轮机发展趋势