世界首台单轴六缸六排汽汽轮机诞生记
2020年12月1日，国家能源局公示了第一批能源领域首台（套）重大技术装备项目，中国大唐集团山东东营2×1000MW火电项目中采用的百万千瓦级超超临界超长轴系超低背压二次再热汽轮机赫然在列。该设计由中国大唐集团科学技术研究院首次提出并应用，标志着我国在电站设计理论及建设实践中再次取得重大突破，在世界发电领域中树起带有大唐印记的“中国标杆”，在火电节能方面引领了先进的技术发展方向。
（来源：微信公众号“中国电力报” ID：zgdlb_CEPN 作者：孙岩辉 王培园 张娜）
当前，构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系慢慢的变成了能源电力行业的共同使命，对于火力发电行业来说，新建火电机组一定要满足很高的节能减排要求，不仅要达到超低排放，而且要尽可能降低煤耗。在此背景下，大唐东营2×1000MW火电项目从筹建之初就确立高标准、高要求的目标，明确了将该项目建设成为技术先进、指标领先、集成创新的1000MW高效超超临界二次再热机组标杆项目，在锅炉效率、汽机热耗、厂用电率、工程建设价格等经济技术指标创国内领先水平，创建“集团最优、国内一流、世界先进”的示范电厂，打造成为大唐集团公司的“精品工程”“黄海明珠”。
目标催人奋进，使命呼唤担当。科学研究院紧密围绕集团公司未来高新技术产业和战略型新兴起的产业发展重点，开展前沿研发技术。当大唐东营项目的建设号角吹响，科学研究院主动扛起了系统集成创新引领火电项目转变发展方式与经济转型的重任。
2016年4月，科学研究院召开设计审查会，就大唐东营2×1000MW二次再热新建项目节能设计问题开展研讨。以往，我国二次再热机组建设主要是提升初参数指标，而在降低终参数方面还存在较多空白。但是，通过提高初参数实现火电机组节能，需要依托材料科技的进步和大量投入，升级换代周期长、成本高，潜力有限；而降低终参数（即冷端优化设计），虽然也要增加一定的投入，但其工作性价比往往较高。因此，科学研究院首席专家蒋寻寒在审查会上提出：“大唐东营项目有一个十分有利的区位条件，就是当地低温海水的优越条件极为难得，大唐集团可能十年内都难以再遇到，需要充分的利用。”面对1000MW机组容量与低温海水条件，通过降低终参数实现节能的大胆想法呈现于他的脑海。
“采用大冷端的设计理念，将低压缸排汽面积配置纳入冷端优化过程”的设计理念和方案，受到了集团公司的格外的重视和肯定。特别是集团公司总工程师高智溥提出，如果新方案能够实施，不仅经济效益巨大，而且大唐集团将首次在重要方向上引领技术潮流，示范意义重大。在高智溥的倡导下，科学研究院采用3kPa左右的超低背压，搭配单轴六缸六排汽设计，实施宽负荷节能设计的具体方案，用较小的投入换得最大的节能效果
创新的道路不可能是一条坦途，必然布满荆棘。新的设计的具体方案虽然为我国二次再热火电机组节能打开了新的思路，但是要从理论变为现实，仍有许多障碍和难题需要破解。其中最关键的就是汽轮机轴系稳定性的问题。2015年12月2日，集团公司批示：“东营项目要按照最好水平考虑，成为中国百万机组的标杆，同时应考虑性价比，不仅是设备选型，而且也要从设计、施工各环节充分论证，形成全过程优化”。
为实现工程建设目标，科学研究院先后召开16次组织优化会议：2015年12月10日，组织召开的初步设计原则审查会，2016年4月26日，组织召开了初步设计技术交流会，2016年5月5日，组织召开了初步设计内部审查会议，2016年6月21日，组织召开了初步设计推进会议……一直在优化设计的具体方案，着力将项目打造成为精品工程。
科学研究院东营项目主要参与人介绍，汽轮机厂家过去一直有一个不成文的规定，汽轮机轴系长度不应超过40米。轴系过长可能会引起机组振动，进而导致机组无法运行。超过40米的轴系，需要采用双轴设计，而双轴汽轮机会明显地增加建设投资，运行、控制复杂，通常要避免采用。新方案下汽轮机轴系总长达45米，整个机组轴系长达59.627米，这样的汽轮机前所未有，轴系稳定性是新方案实施前需要排除的主要障碍。
为解决这一核心问题，科学研究院立即组织有关人员赶赴上海汽轮机厂，就新方案的轴系稳定性进行详细而系统的论证。上海汽轮机厂的专家们结合现役5缸机型的轴系振动情况，开展深入探讨和相关机理研究计算，最终得出结论，新方案下机组轴系稳定性是有保障的。就此，单轴6缸6排汽方案从理论变为现实的最大障碍被排除。
世界首个背后，是一段漫长艰辛的登顶之路。科学研究院东营调试项目总工程师高仲武表示，由于面对的是世界上轴系最长的机组，之前基本上没有任何经验可以借鉴。为此，他们将调试工作提前一年半进行部署，引入新的技术和研究方法，从机组膨胀、振动模型、x法则等方面展开各类研究，确保这组价格高昂的世界首台六缸六排汽机组安全稳定投产。
2020年2月，在疫情防控最为严峻的时刻，东营调试项目部吹响了复工复产的集结号。越是特殊的时刻，越需要慎始如终。科学研究院组织召开疫情防控及调试会议，严格项目复工审批制度，编制《东营工程调试项目部疫情防控方案》《东营工程调试项目返港疫情防控及交通安全措施》等文件。
疫情最严峻的时刻，院里指派专车、点对点护送调试人员安全到达现场，全面复工后，先后乘火车、汽车等交通工具，跨越千里，历时42个小时，终于到达项目部。并按照调试防疫要求，坚守现场6个多月，不轮不休，全体成员始终履行“战时思维、战时标准”的要求，克服厂家不能到厂服务、设备到货不及时等困难，积极组织分系统试运，合理的安排试运计划，确保分系统试运顺利进行。
在厂用系统临时受电过程中，受送出线路不能施工，分系统试运无法开展，严重制约两台机组工期进度，科学研究院专业技术人员不等不靠，编制临时受电规划、调试用电规划、核算试运电量，为东营工程上临时变压器提供技术支撑，确保厂用系统临时受电一次成功，两台机组分系统试运顺顺利利地进行；在AGC试验中，由于机组DEH系统控制范围广，自动化程度高，无手动运行方式，全程ATC自动控制，其控制逻辑比常规百万机组更复杂，科学研究院4名专业技术人员连续试验20个小时，前后多次组织调研更改方案，最终形成了东营项目特有的DEH优化控制逻辑；在满负荷试运阶段，锅炉专业技术人员认真分析，精细调整，将再热蒸汽参数从初始不到600℃提高到620℃；在锅炉一阶段吹管期间，汽机专业技术人员克服长期加班的疲惫，鏖战72小时，实现零缺陷点火，确保锅炉点火一次成功……
最终，经过数载匠心营造，2020年9月25日，在渤海之滨，大唐东营2×1000MW新建工程1号机组顺利实现首次并网一次成功。2020年11月11日，该机组顺利通过7天7夜满负荷运行，正式投产。相对于原方案，新方案下机组铭牌出力能增加30MW；汽轮机平均热耗降低100kJ/kWh，合供电煤耗降低近4g/kWh，机组设计供电煤耗低至257 g/kWh，比国内已投产的同类机组低8 g/kWh左右。
此外，在平均负荷75%条件下，东营项目还可望成为首个实际年平均供电煤耗达到265g/kWh的纯凝煤电项目，这比当前国内煤电机组供电煤耗的中等水准低40g/kWh以上，考虑到这样的顶级机组年利用小时数相对较长，东营一期项目投产后，可以使全国煤电机组平均供电煤耗降低近0.1g/kWh，使大唐集团公司煤电平均供电煤耗降低约1g/kWh。
至此，一个采用全新自主设计理念打造的火电系统标杆闪耀升起，一座新的节能降耗里程碑成功铸就。站在的新历史起点上，面向“十四五”，科学研究院将牢固树立和深入贯彻新发展理念，以更加坚定的信念，更加昂扬的姿态，更加务实的作风，抢抓机遇，乘势而上，推动高水平质量的发展，以实际行动有力支撑大唐集团公司加速建设世界一流能源供应商。
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