600 MW等级超临界汽轮机通流改造综述

张继红，杜文斌，赵 杰，张朋飞



600 MW等级超临界汽轮机通流改造综述

张继红，杜文斌，赵 杰，张朋飞

（西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054）

随着我国能源结构改革的深入和节能减排要求的提高，近年来600 MW等级超临界汽轮机通流改造技术发展迅速。本文介绍了国内、外超临界汽轮机组的改造发展历程，对比了主要厂家通流改造方案的技术特点，从经济性、可靠性两方面对已经完成的600 MW等级超临界汽轮机通流改造项目的效果进行了比较，并与国外超临界汽轮机进行了对标，在此基础上对通流改造下一步工作提出了建议。结果表明：600 MW 等级超临界汽轮机通流改造技术成熟，改造后汽轮机组的经济性得到显著提高；与国外同类型机组相比，国内汽轮机组经济性已接近或达到国际先进水平。

600 MW等级；超临界；汽轮机；通流改造；深度调峰；经济性；可靠性

我国自20世纪90年代开始引进超临界600 MW机组，此后通过逐步消化吸收，基本掌握了超临界机组的设计、制造、运行、检修技术。受当时设计水平、设计手段和制造加工工艺的限制，目前国内在役的600 MW等级超临界汽轮机普遍存在通流部分效率低、热耗率高、主要性能指标与设计值的偏差较大等问题，严重影响了机组的经济性。同时，国家《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》明确要求：到2020年，现役600 MW等级及以上机组的供电煤耗必须低于300 g/(kW·h)[1]。特别是近年来国内发电机组有效利用小时数不断降低，600 MW等级机组平均负荷系数持续下降，并且需要参与经常性调峰。因此，对600 MW等级超临界汽轮机进行有针对性的提效改造对提高机组经济性，降低国内煤电机组总体能耗水平具有重要意义。

近年来随着技术不断进步，国内陆续有40多台600 MW等级超临界汽轮机完成了通流部分技术改造，使经济效益和社会效益显著提升。目前，相关文献主要侧重于对国内通流改造机组的经济性研究。本文介绍了国内、外超临界机组改造发展历程，从经济性、安全可靠性对比了通流改造后效果，并对国内、外同类型机组进行了对标分析，结合当前火电机组灵活性运行等方面提出了下一步工作建议。

1 国内、外超临界汽轮机改造历程

1.1 国外超临界汽轮机改造

超临界发电技术开始于20世纪50年代，世界上第一台超临界汽轮机是1957年投产的美国Philo电厂6号机组[2]。欧洲超临界汽轮机大多分布在德国、英国、意大利和丹麦[3-5]，其中德国是发展超临界技术最早的国家之一，在20世纪50—60年代和美国同步地开展了超临界汽轮机的研究工作。日本于20世纪60年代中期开始发展超临界压力机组，在吸收美国和欧洲技术的基础上，通过引进、仿制、创新，发展成为超临界汽轮机技术先进的国家。俄罗斯立足于国内情况进行超临界汽轮机的研制，第一台超临界300 MW机组于1963年投运[6-7]。

从20世纪80年代起，一方面由于早期投运的超临界汽轮机事故偏多、可靠性较低，且机组已运行15~20年，经济性降低；另一方面由于材料技术的发展，汽轮机材料性能有了大幅度改进，美国GE、西屋公司开始对已投运的超临界汽轮机进行改造和优化，开发形成了新的结构和设计方法，有效提高了机组的经济性、可靠性[8-10]。典型的案例为美国Zimmer电厂1号汽轮机，机组容量1 300 MW，蒸汽参数25.4 MPa/538 ℃/538 ℃，是世界上单机容量最大的超临界机组之一，于1986年进行了汽轮机高、中压缸通流改造。国外600 MW等级及以上机组通流改造情况见表1。

表1 国外600 MW等级及以上机组通流改造情况

Tab.1 The flow path retrofit situation of 600 MW class units and above at abroad

随着超临界发电技术的进步和改造技术的成熟，以弯扭联合成型全三维叶片为代表的第三代通流设计进入工业化实用阶段，更先进高效的汽封技术被开发应用，2000年以后在美国、德国、英国、澳大利亚等国家，超临界汽轮机通流改造得到快速发展[11-14]，机组性能得到进一步提升，改造后汽轮机热效率可达到47%~48%。典型的案例有：1）美国Brayton Point电厂3号汽轮机，机组容量600 MW，蒸汽参数24.2 MPa/538 ℃/552 ℃/565 ℃，二次 再热机组，于2011年进行了高压缸通流改造； 2）上文提到的美国Zimmer电厂1号汽轮机，于2012年又进行了低压缸通流改造；3）德国Boxberg电厂Q号汽轮机，机组容量908 MW，蒸汽参数 26.0 MPa/580 ℃/580 ℃，2001年投产时汽轮机热效率约为48.5%，为当时效率较高的汽轮机组之一，于2014年进行了高压缸通流改造。国外汽轮机通流改造的特点是，单次改造一般只在部分缸体上实施，很少高、中、低三缸同时进行改造。

1.2 国内超临界汽轮机改造

国内超临界汽轮机设计技术主要是通过对引进机型消化吸收和国产优化改进发展而来。1992年我国引进的首台600 MW超临界汽轮机在华能国际电力股份有限公司上海石洞口第二电厂（华能石洞口二厂）投入商业运行，其后又经过了多年的引进、吸收和优化，2005年我国首台国产化600 MW超临界汽轮机在华能沁北发电有限责任公司（华能沁北电厂）投入商业运行。随着我国电力设备制造水平的整体提升和超临界技术的研发进步，我国超临界机组发展迅速，近几年国内新增燃煤装机容量绝大多数为超临界和超超临界机组。截至2017年底，国内现役的超临界及以上参数机组共约480台。

国内超临界汽轮机通流改造的发展与超临界汽轮机技术的不断进步密切相关。最早，华能石洞口二厂分别在1996年、2010年对2、1号汽轮机进行了低压缸通流改造尝试，取得了预期的效果。其后，在2012—2014年间，浙江浙能兰溪发电有限责任公司（兰溪电厂）、淮浙煤电有限责任公司凤台发电分公司（凤台电厂）、浙江浙能乐清发电有限责任公司（乐清电厂）进行了首批国产600 MW等级超临界汽轮机整体通流改造，改造后汽轮机热耗率可达到7 620 kJ/(kW·h)左右，机组经济性明显提升。随着国内汽轮机技术的研发改进，新型低压斜撑内缸[15]、360°蜗壳进汽结构、排汽导流环优化[16]、小间隙汽封等先进技术在超临界机组通流改造中得到不断应用。近2年来，平顶山姚孟发电有限责任公司（姚孟电厂）、国电丰城发电有限公司（丰城电厂）、阜阳华润电力有限公司（阜阳电厂）、浙江大唐乌沙山发电有限责任公司（乌沙山电厂）等多台超临界汽轮机陆续完成了通流改造，改造后机组热耗率可达到7 550 kJ/(kW·h)左右，机组的经济性、可靠性均得到进一步提高。

随着国家节能降耗要求的不断提高和发电机组的有效利用小时数不断降低，早期投产的超临界机组，甚至部分超超临界机组通流改造的需求也更加迫切，很有必要对已经完成的超临界机组通流改造工作进行梳理、总结，为其他发电企业实施同类型机组通流改造提供参考。

2 在役600 MW等级超临界汽轮机存在问题

600 MW等级超临界汽轮机存在的主要问题是经济性较差，与设计值的偏差较大。湿冷机组热耗率设计值7 510~7 550 kJ/(kW·h)，试验实际测量 值7 720~7 850 kJ/(kW·h)，比设计值偏高200~ 300 kJ/(kW·h)。造成上述情况的主要原因为：1）在未对汽轮机进行技术改进的情况下，制造厂为更大程度争取项目中标，不断压低热耗率设计值，设计值与机组实际性能偏差较大；2）早期的国产引进型汽轮机受当时设计水平和制造工艺的限制，汽轮机热耗率较高。汽轮机设计方面存在的主要问题有：1）汽轮机叶片型线设计落后，叶型损失大，级效率低；2）通流级数偏少，各级焓降分配不合理，通流部分优化不充分，汽轮机缸效率低[17-18]；3）高、中、低压缸进、排汽部分结构设计老套，进排汽损失大[19]；4）高中压内部套结构设计落后，内部套数量较多，接合面较多，发生变形后内漏严重；5）低压内缸产生变形，5号、6号抽汽温度高于设计值；6）汽封间隙偏大，汽封系统漏汽量大。

3 600 MW等级超临界汽轮机改造技术特点

3.1 高中压整体内缸

从在役机组运行情况看，汽轮机高压内缸变形、高压内缸与喷嘴室等静止部件配合面泄漏、高压进汽插管泄漏等问题较为普遍。在汽轮机通流改造中，采用高中压整体内缸方案，高压缸取消独立的喷嘴室，将高中压内缸、喷嘴室、高压静叶持环整合为一体，进汽插管焊接在高压内缸上，或优化高压内缸与进汽插管之间密封体[20-22]，通过上述措施有效减少接合面漏汽。

3.2 优化低压内缸

改造前由于机组中低压分缸参数高，低压缸从入口到排汽口温度梯度大，而原有的低压内缸结构不合理，机组运行一段时间后，多存在缸体变形 及5号、6号抽汽超温等问题。在汽轮机通流改造中，S制造厂通过采用新型整体式单层斜撑低压内缸，抽汽室采用新型平行四边形封闭腔室，使温度梯度分布更均匀。D制造厂取消原来单独的低压进汽室，将进汽部分结构整体焊接到低压缸上，避免因装配而带来的蒸汽泄漏；取消中分面整体法兰结构，避免因法兰为整板而产生的热应力及变形的情 况[23-24]。A制造厂在中分面抽汽口处增加螺栓，适当加大螺栓的尺寸以防止漏汽。

3.3 优化高压调节级

调节级运行工况复杂，约占整个高压缸做功比例的20%，调节级效率对机组经济性有显著影响。目前在役运行的超临界机组普遍存在通流面积偏大、通流级数少、调节级单级焓降大、效率低的特点。在机组通流改造中，通过对机组的热力部分进行宏观优化调整，增加通流级数，合理选取调节级喷嘴通流面积，减小调节级焓降，优化喷嘴配汽[25]，综合提升高压缸效率。

3.4 优化进排汽结构

进排汽结构型线的差异直接影响进排汽流场及前几级通流的均匀性，进而影响汽轮机性能。对进排汽部分进行优化设计也是提高汽轮机经济性的重要措施。通过采用蜗壳进汽、三段渐缩进汽等技术，优化高、中、低压进汽机构及进汽腔室型线，优化低压排汽导流环型线和扩压管型线，使进排汽部分流场分布更加均匀，紊流度减小，蒸汽流动更加顺畅，流动损失减小，缸效率提高。

3.5 低压末级长叶片技术

我国大容量机组长期调峰运行，在低负荷工况下，低压段蒸汽容积流量显著减小，容易造成低压末级叶片根部倒吸，引起叶片出汽边水蚀及叶片颤振，影响机组安全可靠性。为了保证机组在较宽的工况变化范围内保持较高的末级效率，末级叶片需要具有较好的工况适应性。在汽轮机通流改造中，结合机组冷端现状和负荷率优化选取低压末级叶片长度，满足机组经济性、安全可靠性以及参与调峰灵活性要求。在600 MW等级超临界汽轮机中，S制造厂主要采用1 050 mm或915 mm末级动叶片，D制造厂家主要采用1 016 mm末级动叶片，A制造厂主要采用940 mm末级动叶片。

3.6 采用组合型式汽封方案

汽封作为汽轮机中限制蒸汽泄漏的必要部件，其性能的优劣对机组运行经济性和安全性均有影响。在汽轮机通流改造中，通过采用新型汽封以减少漏汽损失，提高机组安全性和经济性。DAS汽封、布莱登汽封、刷式汽封、蜂窝汽封、侧齿汽封、接触式汽封、小间隙汽封等多种型式的汽封技术均得到很好的应用。各种不同型式的汽封，特点各不相同，适用的条件和范围也不尽相同。在目前的汽轮机改造过程中，大多根据汽轮机不同部位选择相适宜的不同型式汽封，这种组合型式汽封方案较单一型式汽封方案，能获得更好的改造效果。

4 各制造厂通流改造方案

600 MW等级超临界汽轮机通流部分改造中，由于技术路线不同，各制造厂采用的通流改造方案在本体结构、通流部分、进排汽部分以及汽封等部分均有所不同[26-28]。

4.1 S制造厂方案

1）采用小直径、多级数的设计理念，适当增加高、中、低压通流级数。

2）动、静叶片采用弯扭马刀型叶片，变反动度，根据气动特性优化各级的反动度。

3）调节级动叶采用自带围带的三叉三销三联体叶片。

4）整体围带叶片，全切削加工。

5）全部采用T型叶根。

6）高中压整体内缸，原高压内缸、中压内缸、高压静叶持环等部件合并形成新的整体内缸。

7）优化高、中压蒸汽室型线，采用滑入式喷嘴结构。

8）新型整体式单层斜撑低压内缸，低压内缸抽汽室采用新型平行四边形封闭腔室。

9）径向隔板斜向布置。

10）三段渐缩低压进汽结构，优化进汽腔室型线。

11）弱化水平中分面螺栓作用以减小缸体变形，在水平中分面处增加弹性密封键。

12）优化低压缸排汽导流环，提高静压恢复系数。

13）低压末级采用1 050、915 mm长叶片系列，根据电厂的实际负荷及背压选择适当的末级叶片。

14）通流部分隔板和叶顶汽封采用镶片式汽封替换弹簧退让式汽封，增加叶顶汽封齿数，平衡活塞处多采用布莱登汽封或刷式汽封，高中压及低压端部汽封采用蜂窝式汽封或刷式汽封，高、中压进汽插管密封形式由活塞环式结构改为叠片结构。

15）配合机组改造增容需求，对阀门口径进行放大，优化阀门结构。

4.2 D制造厂方案

1）采用小焓降、多级数、低根径的设计理念，合理地增加通流级数，优化通流级焓降分配。

2）动、静叶片采用弯扭全马刀型叶片，后加载层流叶型，整体围带。

3）调节级动叶采用四叉三销三联体叶片，双层铆接围带。

4）使用更高强度的叶片，优化相对叶高，减小动静叶表面二次流损失。

5）采用边界层抽吸技术，降低动叶根部通道涡。

6）高压缸动叶采用菌型叶根，中压缸动叶采用纵树型叶根，低压缸前几级采用菌型叶根，低压末几级采用叉形叶根。

7）高中压整体内缸，高压缸取消独立的喷嘴室，进汽室与内缸铸为一体，进汽插管焊接在高压内缸上。

8）优化高压、中压进汽腔室型线及进汽部分结构。

9）中压第一级隔板采用双支点设计，去掉原来的加强筋，取消中压冷却系统。

10）取消原来单独的低压进汽室，将进汽部分结构整体焊接到低压缸上，优化低压进汽腔室型线。

11）取消低压缸中分面整体法兰结构。

12）优化高、中压排汽缸结构，优化低压排汽导流环型线和扩压管型线。

13）自带冠动叶，动叶叶顶采用高低城墙齿密封系统，高、中、低压端部汽封、隔板汽封处多使用DAS汽封，高中压缸间过桥汽封采用DAS+刷式汽封，并增加高中压缸间过桥汽封齿数。

4.3 A制造厂方案

1）高、中压动叶为冲动式叶型，低压动叶为反动式叶型，除低压末级外均采用整体围带。

2）高、中压动叶叶根为叉型，低压末两级动叶叶根为纵树型，其他低压动叶叶根为双T型。

3）采用高强度型线设计，优化叶片的节圆直径，减小叶片宽度和增大叶片高度。

4）采用大叶栅喷嘴叶片。喷嘴组通常用40~ 70个静叶，大约是其他机组喷嘴组静叶数量的1/2。

5）低压末两级为倾斜加弯扭叶片，质量沿叶片径向分布更均匀。末级动叶为自支撑，不需拉筋等增加刚性的部件。

6）对低压末级动叶进汽侧外缘局部感应硬化处理，对整个动叶表面喷丸处理。

7）高中压整体内缸，高压缸取消独立的喷嘴室，进汽室与内缸铸为一体，进汽管与高压内缸之间采用热弹性蒸汽活塞环密封。

8）使用叶轮隔板结构，减小动叶根部直径处反动度。

9）低压内缸中分面抽汽口处增加螺栓，在静叶持环与内缸间增加密封环。

10）低压转子为焊接转子鼓型结构。

11）优化低压缸排汽导流环。

12）隔板和叶顶采用迷宫式汽封系统，高、中、低压端部汽封和高中压缸间过桥汽封采用压簧式汽封环结构，并增加高中压缸间过桥汽封环数量。隔板汽封采用防汽流激振设计。

13）高、中压静叶材料采用12Cr合金钢，低压末两级静叶材料为球墨铸铁。

5 汽轮机通流改造效果

5.1 改造后机组经济性

2012年以来，主要制造厂陆续进行了600 MW超临界汽轮机通流改造，改造效果对比见表2。改造后总体情况良好，机组经济性能得到显著提高[29-30]，机组经济指标均满足国家节能减排要求。

表2 国内600 MW等级超临界机组通流改造效果对比

Tab.2 The results of flow path retrofit of 600 MW class supercritical units in domestic

通过比较主要厂家通流改造后的主要技术指标可知：600 MW等级超临界汽轮机改造后的高压缸效率能够达到88.9%，中压缸效率（考虑高中压缸间过桥汽封漏汽）能够达到93.2%，低压缸效率能够达到90.8%，汽轮机热耗率平均约为7 570 kJ/(kW·h)；经过改造，机组热耗率较改造前一般降低200~ 300 kJ/(kW·h)，供电煤耗降低7~10 g/(kW·h)，经济性得到显著提高。

5.2 改造后机组安全可靠性

通流改造后，解决了高压内缸变形、低压内缸变形、高中压隔板套/持叶环变形、高压主汽阀、调节阀卡涩、高压调节阀阀杆脱落、断裂等问题，汽轮机5号、6号抽汽温度高于设计值的情况也得到明显改善，部分机组改造后5号、6号抽汽温度与设计值接近或略低于设计值（表3），机组运行的安全可靠性也得到明显提升。

表3 通流改造后THA工况5、6号抽汽温度对比

Tab.3 The No.5 and No.6 extraction temperature under THA condition ℃

6 国内、外超临界汽轮机性能对标

6.1 机组经济性对比

国外早期投运的超临界机组，受当时技术水平限制，机组热效率较低，为38%~41%。随着超临界汽轮机设计、制造水平的发展进步，经过通流改造后，机组性能不断提高[31-33]。如澳大利亚Callide电厂汽轮机，2001年投产，是澳大利亚投运的第一台超临界汽轮机，机组容量420 MW，蒸汽参数 25.1 MPa/566 ℃/566 ℃。改造后汽轮机热耗率 7 513 kJ/(kW·h)（折算到汽轮机排汽压力4.9 kPa），高压缸效率88.5%，中压缸效率93.0%，低压缸效率为92.0%。

目前已知的资料显示：国外600 MW等级超临界汽轮机能效先进水平为热耗率7 470 kJ/(kW·h)左右，高压缸效率约91.0%，中压缸效率约94.0%，低压缸效率约92.5%。

国内600 MW等级超临界汽轮机通流改造后，热耗率可达到7 550 kJ/(kW·h)左右，结合实施烟气余热利用改造、冷端系统优化、辅机变频改造、空气预热器柔性密封等一体化节能改造，进一步挖掘机组节能潜力，提升机组整体经济性水平。通过采用上述节能改造措施，部分机组供电煤耗达到约288 g/(kW·h)，接近美国最先进的AEP公司Joho W.Turk Jr.电厂的供电煤耗水平（287 g/(kW·h)）。

通过以上国、内外常规超临界汽轮机能效指标的对比，目前我国600 MW等级超临界汽轮机通流改造后的经济性与国际先进水平还有一些差距，但通过热力系统一体化节能改造后，综合供电煤耗已达到国际先进水平。

6.2 机组可靠性对比

随着国内汽轮机设计技术的研发进步，汽轮机制造装配工艺的优化改进，高性能汽轮机材料的开发应用，以及电力企业管理水平的不断提高，国内机组的运行可靠性得到显著提升。

通过调研淮沪煤电有限公司田集发电厂（田集电厂）、乐清电厂、江苏常熟发电有限公司（常熟电厂）、兰溪电厂、姚孟电厂等已进行600 MW等级超临界汽轮机通流改造的发电企业发现，改造后机组总体运行稳定，机组性能保持较为良好，未存在明显影响机组可靠性的设备缺陷。

根据北美电力可靠性组织（NERC）和中国可靠性中心[34-35]发布的2017年度电力可靠性统计数据，北美地区（美国、加拿大、墨西哥）600 MW等级机组的等效可用系数、等效强迫停运率为80.76%和8.24%，国内600 MW等级机组的等效可用系数、等效强迫停运率为92.54%和0.57%，国内600 MW等级机组的运行可靠性总体较高。

7 下一步工作建议

在国内已经完成40多台次的通流改造实践中也发现了一些问题，需要在今后的通流改造项目中予以重视。

1）通过通流改造后机组的性能试验及改造前、后技术方案对比表明，国内超临界汽轮机通流改造在通流部分设计、新型缸体结构设计等方面取得了明显技术进步，但与国外汽轮机制造厂家先进技术相比，在调节级动叶叶型设计，低压缸末级叶片叶型设计，内缸结构设计，各缸体进、排汽结构优化等方面还有进一步节能提升空间，特别是高、中、低压缸排汽端的优化。

2）在汽轮机通流改造的同时，建议与目前普遍采用的一体化节能改造通盘考虑，充分考虑通流改造与其他节能措施的耦合效应，进一步挖掘机组节能潜力，提升机组整体经济性水平。

3）随着可再生能源装机容量的迅速增长，电源侧负荷随机快速扰动增强，需要燃煤机组快速响应以匹配可再生能源发电负荷的快速扰动。我国电力发展“十三五”规划中明确提出挖掘燃煤机组调峰潜力，提升我国火电运行灵活性。建议在制定汽轮机通流改造方案时，应综合考虑未来机组参与电网深度调峰和进行灵活性改造的需求。

4）通流改造后个别机组仍然存在5号、6号抽汽温度偏高的现象，说明内缸仍然存在蒸汽泄漏的现象，建议制造厂进一步优化低压缸入口和低压缸水平中分面处密封方式和结构，考虑优化分缸参数，降低低压缸温度梯度。

5）高中压缸间过桥汽封漏汽量虽较原先已有明显改进，部分改造后的机组THA工况下的高中压缸间过桥汽封漏汽流量平均水平仍然有30 t/h左右，与先进水平比还有较大优化的空间，建议在后续改造中继续关注高中压缸间过桥汽封漏汽量较大的问题，在安装过程中注意控制汽封间隙。

6）在当前发电企业降电价、降成本的形势下，有效提高机组运行可靠性，对改善企业经营状况、提高企业竞争力具有重要意义。建议在后续通流改造实施过程中，不仅要关注机组的经济性，更要关注机组的运行可靠性。通过汽轮机材料的研发[36]、汽轮机结构设计的改进、机组运行方式的优化以及结合状态检修方法[37-39]，提高机组运行可靠性，延长机组检修周期，降低电厂运行管理成本。

8 结 语

1）600 MW 等级超临界汽轮机通流部分改造技术成熟，改造后的汽轮机组的经济性、安全性、可靠性均得到提高，具有显著的经济效益与社会效益，是一项值得推广的技改项目。

2）与国外同类型机组相比，目前我国600 MW等级超临界汽轮机通流改造后的整体运行经济性已接近或达到国际先进水平。

3）在制定汽轮机通流改造方案时，应综合考虑未来机组参与深度调峰的可预见的现实情况，以及与其他节能、技改措施同步实施的耦合效应，科学选择改造方案。

［1］ 国家发展改革委, 环境保护部, 国家能源局. 煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）[R]. 北京: 国家发展改革委, 2014: 1-3.

National Development and Reform Commission, Ministry of Environmental Protection. Ministry of Energy. Plan of the action for upgrading the energy saving and emissions reduction measures taken in coal-fired power generation plants and relevant reconstruction[R]. Beijing: National Development and Reform Commission, 2014: 1-3..

［2］ 西安热工研究院. 超临界、超超临界燃煤发电技术[M]. 北京:中国电力出版社, 2008: 2-10.

Xi’an Thermal Power Research Institute. Supercritical, ultra-supercritical coal-fired power generation tech- nology[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2008: 2-10.

［3］ LEYZEROVICH A S. Steam turbines for modern fossil-fuel power plants[M]. United States: The Fairmont Press, 2007: 31-35.

［4］ PROBASCO D, RUHLMAN B. Coal-fired generation cost and performance trends[J]. Power, 2011, 155(5): 66-69.

［5］ TERMUEHLEN H. 100 years of power plant develop- ment: focus on steam and gas turbines as prime movers[M]. ASME Press, 2001: 45-52.

［6］ FUKUDA Y. Development of advanced ultra super- critical fossil power plants in japan: materials and high temperature corrosion properties[J]. Materials Science Forum, 2011, 696: 236-241.

［7］ TUMANOVSKII A G, SHVARTS A L, SOMOVA E V, et al. Review of the coal-fired, over-supercritical and ultra-supercritical steam power plants[J]. Thermal Engineering, 2017, 64(2): 83-96.

［8］ TUMANOVSKII A G, ALTUKHOV M Y, SHVARTS A L, et al. Development of a 660 MW coal-dust generator unit with supercritical steam parameters[J]. Power Technology & Engineering, 2010, 44(2): 127-136.

［9］ VISWANATHAN R, GANDY D, COLEMAN K. Advances in materials technology for fossil power plants[M]. United States: ASM International, 2005: 21-25.

［10］ SCHIMMOLLER B K. Supercritical technology looks to trump subcritical designs for new coal capacity[J]. Power Engineering, 2001, 105(2): 34-37.

［11］ LUBY P. Supercritical systems[J]. Modern Power Systems, 2003, 23(8): 27-32.

［12］ VISWANATHAN R, ARMOR A F, BOORAS G. A critical look at supercritical power plants[J]. Power, 2004, 148(3): 42-49.

［13］ BUGGE J, KJAR S, BLUM R. High-efficiency coal-fired power plants development and perspectives[J]. Energy, 2006, 31(10): 1437-1445.

［14］ HOFFSTADT U. Boxberg achieves world record for effi-ciency[J]. Modern Power Systems, 2015, 21(10): 21-23.

［15］ 谭锐, 徐星, 邵峰, 等. 300 MW等级亚临界汽轮机通流改造综述[J]. 汽轮机技术, 2017, 9(4): 291-294.

TAN Rui, XU Xing, SHAO Feng, et al. Review of the flow path retrofit of 300 MW class subcritical steam turbine[J]. Turbine Technology, 2017, 9(4): 291-294.

［16］ 赵杰, 朱立彤, 付昶, 等. 300 MW等级汽轮机通流部分改造综述[J]. 热力透平, 2011, 40(1): 39-42.

ZHAO Jie, ZHU Litong, FU Chang, et al. Review of flow path retrofit of 300 MW class steam turbines[J]. Thermal Turbine, 2011, 40(1): 39-42.

［17］ 裴东升, 刘晓宏, 王伟锋, 等. GE公司350 MW汽轮机通流改造及优化研究[J]. 汽轮机技术, 2015(5): 396-398.

PEI Dongsheng, LIU Xiaohong, WANG Weifeng, et al. Study on optimization of retrofit of GE manufactured 350 MW steam turbine[J]. Turbine Technology, 2015(5): 396-398.

［18］ 刘晓宏, 裴东升, 王理博, 等. 汽轮机通流改造效果分析、存在问题研究及对策[J]. 中国电力, 2016, 49(4): 112-117.

LIU Xiaohong, PEI Dongsheng, WANG Libo, et al. Analysis and research on steam turbine flow remoulding for energy conservation and countermeasures[J]. Electric Power, 2016, 49(4): 112-117.

［19］ 吴涛. 湖北能源集团鄂州发电有限公司600 MW超临界汽轮机通流改造可行性研究报告[R]. 西安: 西安热工研究院有限公司, 2015: 13-14.

WU Tao. Feasibility study report for 600 MW super- critical steam turbines in Hubei energy group Ezhou Power generation Co., Ltd.[R]. Xi’an: Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., 2015: 13-14.

［20］ 朱中杰, 闫森, 周惠莲. 超临界600 MW等级汽轮机整体通流改造结构特点[J]. 热力透平, 2015, 44(2): 83-85.

ZHU Zhongjie, YAN Sen, ZHOU Huilian. Structural characteristics on flow path optimization for supercritical 600 MW turbine[J]. Thermal Turbine, 2015, 44(2): 83-85.

［21］ 郝庆丰, 华陆平, 丁国庆, 等. 600 MW超临界汽轮机组的增容提效改造[J]. 电力安全技术, 2017, 19(9): 50-52.

HAO Qingfeng, HUA Luping, DING Guoqing, et al. 600 MW supercritical steam turbines capacity increase and efficiency improve retrofit[J]. Electric Safety Tech- nology, 2017, 19(9): 50-52.

［22］ 张磊, 张俊杰, 冯立国, 等. 亚临界600 MW汽轮机通流改造技术方案研究与应用[J]. 中国电力, 2018, 51(4): 89-95.

ZHANG Lei, ZHANG Junjie, FENG Liguo, et al. Research and application of flow path retrofit upgrade of the subcritical 600 MW turbine[J]. Electric Power, 2018, 51(4): 89-95.

［23］ 张余波. 上都电厂600 MW汽轮机通流部分改造方案及性能分析[D]. 北京: 华北电力大学, 2017: 9-15.

ZHANG Yubo. The flow path reformation project and performance analysis based on 600 MW steam turbines in Shangdu Power Plant[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2017: 9-15.

［24］ 袁洪利. 超临界600 MW等级汽轮机升参数通流改造技术[C]//2016清洁高效燃煤发电技术交流研讨会论文集. 合肥: 中国节能协会热电产业联盟, 2016: 57-66.

YUAN Hongli. Flow path retrofit technology of supercritical 600 MW class steam turbine[C]//2016 Symposium on Clean and Efficient Coal-fired Power Generation technology. Hefei: China Energy Con- servation Associa-tion Thermoelectricity Industry Alliance, 2016: 57-66.

［25］ 付昶, 王伟锋, 朱立彤. 汽轮机通流能力分析及试验研究[J]. 热力发电, 2013, 42(1): 48-51.

FU Chang, WANG Weifeng, ZHU Litong. Experimental study on flow capacity of steam turbine[J]. Thermal Power Generation, 2013, 42(1): 48-51.

［26］ 王飞, 朱新平. 600 MW超临界汽轮机通流改造及效果探究[J]. 机电信息, 2015(3): 68-69.

WANG Fei, ZHU Xinping. Flow path retrofit and effect research of 600 MW supercritical steam turbines[J]. Mechanical and Electrical Information, 2015(3): 68-69.

［27］赵伟光, 刘少杰, 王久崇, 等. 大型汽轮机通流部分改造效果综述及新技术应用[J]. 东北电力技术, 2014(2): 37-41.

ZHAO Weiguang, LIU Shaojie, WANG Jiuchong, et al. Effectiveness comment on renovating flow passage of large steam turbine and new technique application[J]. Northeast Electric Power Technology, 2014(2): 37-41.

［28］ 徐书德, 卢泓樾. 国产600 MW超临界燃煤机组扩容改造及经济效益分析[J]. 浙江电力, 2015(2): 33-35.

XU Shude, LU Hongyue. Capacity expansion of domestic 600 MW supercritical coal-fired units and analysis of economic benefits[J]. Zhejiang Electric Power, 2015(2): 33-35.

［29］ 张继红. 平顶山姚孟发电有限公司5号汽轮机改造后性能考核试验报告[R]. 西安: 西安热工研究院有限公司, 2017: 16-17.

ZHANG Jihong. Performance test report for No.5 steam turbine retrofit in Pingdingshan Yaomeng Power Generation Co., Ltd.[R]. Xi’an: Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., 2017: 16-17.

［30］ 张朋飞. 淮沪煤电有限公司田集发电厂1号汽轮机通流改造后性能考核试验报告[R]. 西安: 西安热工研究院有限公司, 2016: 12-15.

ZHANG Pengfei. Performance test report for No.1 steam turbine retrofit in Huaihu Tianji Power Generation Co., Ltd.[R]. Xi’an: Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., 2016: 12-15.

［31］ SUBRAMANYAM PAVULURI D A S K. Experimental investigation on design of high pressure steam turbine blade[J]. International Journal of Innovative Research in Science Engineering Technology, 2013, 2(5): 1469-1472.

［32］ LEE J J , KANG S Y , KIM T S , et al. Thermo-economic analysis on the impact of improving inter-stage packing seals in a 500 MW class supercritical steam turbine power plant[J]. Applied Thermal Engineering, 2017, 121: 974-983.

［33］ ROGALEV N, GOLODNITSKIY A, TUMANOVSKIY A, et al. A survey of state-of-the-art development of coal-fired steam turbine power plant based on advanced ultra supercritical steam technology[J]. Contemporary Engineering Sciences, 2014, 7(33): 1807-1825.

［34］ 国家能源局, 中国电力企业联合会. 2017年全国电力可靠性年度报告[R]. 北京: 国家能源局, 2018: 1.

Ministry of Energy, China Electricity Council. Report on national power reliability in 2017[R]. Beijing: Ministry of Energy, 2018: 1.

［35］ North America Electric Reliability Corporation. 2017 generating unit statistical report[R]. USA: North America Electric Reliability Corporation, 2018: 1-2.

［36］ SPEICHER M, HUEGGENBERG D, KLENK A, et al. Materials for advanced ultra-supercritical fossil-fuel power plants: materials properties, microstructure, and component behavior[J]. Energy Technology, 2016, 4(1): 187-192.

［37］ EYGELAAR J, LÖTTER D P, VAN VUUREN J H. Generator maintenance scheduling based on the risk of power generating unit failure[J]. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2018, 95: 83-95.

［38］ CIARAPICA F E, GIACCHETTA G. Managing the condition-based maintenance of a combined-cycle power plant: an approach using soft computing techniques[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2006, 19: 316-325.

［39］ 李建锋, 周宏, 吕俊复. 中国1 000 MW等级火力发电机组可靠性分析[J]. 中国电力, 2017, 50(11): 1-7.

LI Jianfeng, ZHOU Hong, LÜ Junfu. Reliability analysis of 1 000 MW thermal power generating units in China [J]. Electric Power, 2017, 50(11): 1-7.

（责任编辑 刘永强）

Review of flow path retrofit of 600 MW class supercritical steam turbines

ZHANG Jihong, DU Wenbin, ZHAO Jie, ZHANG Pengfei

(Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China)

With the deepening of Chinese energy structure reform and increasing of energy-saving and emission reduction requirements, the 600 MW class supercritical steam turbine retrofit technology is developing rapidly in recent years. This paper introduces the process of flow path retrofit of supercritical steam turbine domestic and abroad, compares the technology features of flow path retrofit schemes in main manufacturers, discusses the economical and reliability effect of the completed 600 MW class supercritical steam turbine retrofit project, and benchmarks the performance with foreign supercritical steam turbines. On this basis, it puts forward some suggestions for the next step for retrofit practices. The results show that, the 600 MW class supercritical steam turbine retrofit technology is mature and the economic efficiency of the unit is significantly improved after transformation. Compared with the same type units abroad, the economical efficiency of the domestic steam turbines have been close to or reached the international advanced level. This study provides a reference for flow path retrofit of the same type steam turbines implemented by power generation enterprises.

600 MW class, supercritical, steam turbine, flow path retrofit, depth peak-load regulation, economical efficiency, reliability

National Key Research and Development Program (2017YFB0902102)

TK261

A

10.19666/j.rlfd.201808192

张继红, 杜文斌, 赵杰, 等. 600 MW等级超临界汽轮机通流改造综述[J]. 热力发电, 2019, 48(2): 1-8. ZHANG Jihong, DU Wenbin, ZHAO Jie, et al. Review of flow path retrofit of 600 MW class supercritical steam turbines[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(2): 1-8.

2018-08-06

国家重点研发计划项目(2017YFB0902102)

张继红(1986—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为汽轮机性能诊断及运行优化，zhangjihong@tpri.com.cn。