半速机技术能使岭澳二期多提供8%的可靠电力

阿尔斯通核电业务副总裁 Philippe Anglaret

阿尔斯通产品推广经理 Olivier Mandement

阿尔斯通公司与东方电气集团有限公司合作，共同向岭澳核电站3号、4号机组提供了其ARABELLETM品牌技术。2005年，中国广东核电集团选择了先进的半速汽轮机技术，用于其新建的百万千瓦级核电机组。目前，运行机组单机实际输出功率为1080兆瓦，较此前全速机设计机组的输出功率提高了8%。

阿尔斯通ARABELLETM汽轮机是全球最尖端、最成熟的技术之一。其特有的结构和配置提高了设备的整体效率，延长了设计寿命期，缩短了维修周期，从而降低了维护成本。ARABELLETM核电汽轮机可与任何类型的核岛配套使用。

反应堆单元的规模通常作为选择涡轮技术的决定性因素。全速技术的特点是低压涡轮排气面积比较小，接近其1000兆瓦电功率的极限值。因此，半速技术是1000兆瓦以上电功率的主导技术，能有效地适用于各类反应堆和现场条件。

半速汽轮机技术是有效处理大型核反应堆产生的大量蒸汽的唯一技术。汽轮机采用半速技术可降低应力水平，确保高可靠性和耐用期（60年）。它能够通过较长的末级叶片增加低压涡轮机的排气面积，从而最大限度地降低进入冷凝器内蒸汽的动能损失。

ARABELLE 的结构设计

核电站的前一代汽轮机，采用双流高压缸，缸内的主入口蒸气流被分成两个对称流。蒸汽在膨胀后，进入汽水分离再热器（MSRs），首先经过干燥处理，然后利用主蒸汽进行过热处理。过热蒸汽被输送到4个或6个低压（LP）流（分别为2个或3个低压流），经膨胀降至冷凝器压力。

在ARABELLETM汽轮机中，蒸汽在单流高压通路中膨胀，然后分送到两个MSRs中。这两个过热蒸汽流又在单流的中压（IP）管道中再次合并与膨胀。该中压管道是世上绝无仅有的，ARABELLETM是迄今为止唯一的能在核电站使用的饱和蒸汽汽轮机，其中压膨胀未集成在低压模块中。ARABELLETM高压和中压蒸汽流道集成在一个高压/中压模块内。最后到两三个双流低压缸的分流是在较低的压力水平下完成的，比传统的汽轮机低3倍。

为了减少汽轮机的整体长度，高压和中压膨胀在高压/中压组合汽缸中重新组合，除了规模较大以外，与化石燃烧应用中的一样。由于蒸汽压力和温度均低得很多，饱和蒸汽原子汽轮机的入口蒸汽流量比相同额定功率的化石燃烧设备高5倍。

ARABELLETM技术最突出的特点是，体系结构非常适应高效率的单流蒸汽膨胀。这种单流式设计，由于减少了蒸汽通路首尾两端的二次损耗，可确保较高的效率。单流蒸汽膨胀的入口压力一般维持在6.5 MPa至0.3 MPa之间。汽轮机提供的60%以上的电源都利用了这种高效的单流蒸汽膨胀。这种单流体系结构的总效率比传统结构提高至少1%。

一个关键要求是，岭澳3号、4号机组的占地面积应与1号、2号机组相同，1号、2号机组采用的全速汽轮机，每部都有47 m2的低压排气面积。ARABELLETM半速汽轮机的排气面积增加到75 m2，从而提高了输出功率。尽管利用半速技术每个汽轮机模块的体积较大，但由于将3个低压模块减为2个，并对涡轮发电机进行了小型的无刷励磁机设计，汽轮机房的整体占地面积与岭澳一期相同。

阿尔斯通生产的汽轮机和燃气轮机的一个重要特点是，ARABELLETM汽轮机转子采用了焊接转子技术，不同于其他厂家采用的热套转子或整锻转子设计。

阿尔斯通与东方电气集团有限公司合力为岭澳3号、4号机组推出其ARABELLETM技术。2005年，中国广东核电集团为1000兆瓦功率级的核工程项目选择了新型的半速汽轮机技术。每个机组的实际总的输出功率为1080兆瓦，约比先前的全速设计方案高出8%。

对于非常大的转子而言，该项技术可以最佳地控制材料的内在性质。该项技术需要相对“小”的锻件可以来源于锻造师的较宽面板。相对于红套叶轮设计，该项技术降低了应力水平。因此，为了更好地防止应力腐蚀裂缝（SCC），可以选择屈服强度较低的钢材，同时也保持了支撑末级叶片的锻件的所需性质。

与其他技术性比，ARABELLETM技术具有几大优势。该项技术推出了一种比上一代汽轮机更小巧、更轻质的蒸汽轮机配置（每兆瓦的输出功率），由于低压汽轮机模块结构独立，支持为低压汽轮机独立地安装冷凝器，因此便于组装和维护，同时由于便于校直轴线及降低施加在汽轮机混凝土地基的负载，从而降低了土木工程的实施程度。

岭澳二期的汽水分离再热器支持着4个再热阀组，从而为维护腾出了宝贵空间。汽轮机控制台下面的中压/低压跨接管便于方便地到达低压汽轮机。该项功能增大了放置面积并因而缩短了低压模块的维护时间。

成功地实施项目

岭澳二期的订购范围包括提供两台ARABELLETM1000的半速蒸汽轮机，相关的汽轮发电机、汽水分离再热器、冷凝器以及冷凝器颈部的1&2号低压加热器。

值得一提的是，阿尔斯通焊接转子技术的主要优点是叶轮的个别锻件截面相对较小，这就意味着锻造师有能力去制造它们，从而有助于缩短了交货时间以及确保遵守项目时间表。

事实上，第三组于2010年9月进入商业运行阶段，比原计划提前了3个月。第四组于2011年8月进入商业运行阶段，比原计划提前了一周。尽管在项目实施的过程中中国发生了“5·12”大地震，导致东方电气集团有限公司的工厂及其中的一些设备损坏，但是仍然取得了上述成就。

在项目的执行和实施方面，岭澳二期取得了成功，单机输出功率比一期提高了8%。通过中广核工程有限公司对3号、4号机组进行的性能测试证明了实际输出功率大幅度地高于保证数值。

通过证明，轴线的振动能级非常低，其优异的机械性能使得仅在几个月内便从起初的蒸汽负载平稳地过渡至满负载状态。

未来展望

阿尔斯通公司和东方电气集团有限公司期望ARABELLETM技术将有助于他们保持较大的市场份额。ARABELLETM1000的解决方案非常适用于反应堆在1000兆瓦范围内的发电厂（其中几个此类的商用反应堆在中国是合格的）。ARABELLETM1700的解决方案具备一个更大的高压/中压模块，能够传输1750兆瓦的功率，该解决方案将符合正于泰山建造的功率更大的EPR类型反应堆的要求。

无论是哪一种反应堆（国际设计的还是中国设计的），阿尔斯通及其中国的合作伙伴均具备技术和经验，以使汽轮机满足中国市场的需要。