1、項(xiàng)目來源
為了填補(bǔ)哈爾濱“三大動力”這一全國最大的發(fā)電設(shè)備制造基地沒有亞臨界300 MW火電機(jī)組的空白，經(jīng)原哈爾濱電站設(shè)備成套公司向國家申請，原機(jī)械工業(yè)部和水利電力部于1986年9月12日以(86)機(jī)電函聯(lián)字第1445號文‘關(guān)于哈爾濱地區(qū)三十萬千瓦火電機(jī)組設(shè)計(jì)方案的批復(fù)》批準(zhǔn)哈爾濱動力設(shè)備股份有限公司（現(xiàn)名）開發(fā)亞臨界300 MW火電機(jī)組。
2、研制過程
2.1 300 MW火電機(jī)組技術(shù)準(zhǔn)備階段(1986～1990年)
2.1.1容量等級
針對當(dāng)時(shí)用戶有的要求上亞臨界300 MW、有的要求上亞臨界350 MW兩種方案，經(jīng)過公司與電力部東北電力設(shè)計(jì)院進(jìn)行全國范圍的調(diào)查，得出結(jié)論是上300 MW為佳。因?yàn)樯?00 MW比上350 MW輔機(jī)問題容易解決，而且從300 MW改為350 MW容易辦到，所以容量定為300 MW。
2.1.2容量匹配
機(jī)、爐、電三大主機(jī)之間容量匹配將影響電站總體最佳經(jīng)濟(jì)性，如何使容量匹配合理，使機(jī)組既能在額定工況有較高的效率，又能在一定范圍內(nèi)滿足電網(wǎng)負(fù)荷變動時(shí)要求機(jī)組具有一定的調(diào)峰能力，這是成套方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。本項(xiàng)目在成套方案設(shè)計(jì)中，改進(jìn)了過去200 MW大電機(jī)組容量匹配方式，采用國際上先進(jìn)的容量匹配方式：汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)把額定工況(300 MW)作為保證工況，而通流部分按105%額定功率設(shè)計(jì)，并且允許超壓到105%額定壓力下長期運(yùn)行，此時(shí)機(jī)組能發(fā)110%額定功率，即機(jī)組最大功率為330 MW，鍋爐和發(fā)電機(jī)容量同時(shí)滿足額定功率和最大功率(超壓5%)的要求。
2.1.3參數(shù)選擇
(1)主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度的選擇：本項(xiàng)目雖然是亞臨界參數(shù)機(jī)組，但考慮到電站長期運(yùn)行的安全、材料的合理采購，采用了國際上多數(shù)同類機(jī)組的蒸汽溫度，540．±5℃為鍋爐出口蒸汽溫度，汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度為537℃，即溫降3℃比原來溫降5℃先進(jìn)。
(2)主蒸汽壓力的選擇：對于亞臨界強(qiáng)制循環(huán)鍋爐主蒸汽壓力與國際通行的參數(shù)（鍋爐主蒸汽出口壓力為177 kg/cm2，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為170 kg/cm2) -致，但對于自然循環(huán)汽包爐采用國際上通行的壓力參數(shù)，涉及鍋爐安全問題，難度很大，當(dāng)時(shí)國內(nèi)沒有成熟經(jīng)驗(yàn)。但為了趕上國際先進(jìn)水平，本項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算和精心設(shè)計(jì)，對自然循環(huán)汽包爐同樣采用了上述壓力參數(shù)。
(3)發(fā)電機(jī)參數(shù)的選擇：由于引進(jìn)的美國西屋電氣公司的發(fā)電機(jī)性能不是很先進(jìn)，而我國發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)水平已經(jīng)接近國際前沿，所以本項(xiàng)目發(fā)電機(jī)方案設(shè)計(jì)瞄準(zhǔn)了國際先進(jìn)水平：發(fā)電機(jī)額定功率300 MW，最大功率330 MW，發(fā)電機(jī)效率98.7%（高于引進(jìn)技術(shù)的美國西屋公司發(fā)電機(jī)效率98.6%）。
2.1.4機(jī)型選擇
(1)汽輪機(jī)機(jī)型選擇：按照兩部的批復(fù)，
汽輪機(jī)保持美國西屋電氣公司的300 MW汽輪機(jī)機(jī)型（反動式）不變。但是由于西屋的汽輪機(jī)效率不算太好，而我們也掌握了國際上的先進(jìn)技術(shù)，所以對通流部分進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，目的是提高汽輪機(jī)效率。
(2)鍋爐爐型選擇：按照兩部的批復(fù)，哈爾濱300 MW亞臨界鍋爐除了引進(jìn)美國燃燒工程公司的強(qiáng)制循環(huán)爐型以外，可以上自然循環(huán)汽包爐爐型，但為了取得出力、參數(shù)的一致，要求自然循環(huán)汽包爐爐型必須具有超壓5%的能力。本項(xiàng)目經(jīng)過嚴(yán)格的科學(xué)計(jì)算、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、必要的試驗(yàn)檢驗(yàn)，完成了這一爐型的開發(fā)任務(wù)。
(3)發(fā)電機(jī)機(jī)型選擇：引進(jìn)技術(shù)的美國西屋300 MW發(fā)電機(jī)性能不理想，效率偏低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量偏大。按照兩部批復(fù)，必須予以改進(jìn)。本項(xiàng)目采用了氣隙取氣、水一氫一氫冷卻方式，發(fā)電機(jī)效率設(shè)計(jì)值為98.7%。
2.2首批300 MW火電機(jī)組投產(chǎn)階段(1991～1997年電廠考核試驗(yàn)結(jié)束)
機(jī)組成套方案設(shè)計(jì)完成并經(jīng)兩部批準(zhǔn)以后，公司首先與廣州珠江電廠和深圳媽灣電廠兩個(gè)用戶簽訂了供貨合同，使哈爾濱300 MW火電機(jī)組成套技術(shù)第一次轉(zhuǎn)換成成套商品，走向市場。這兩個(gè)電廠先后采購了8套300 MW機(jī)組，我們稱之為首批機(jī)組。
2.2.1 首批300 MW火電機(jī)組設(shè)計(jì)
(1)機(jī)組主要性能和技術(shù)指標(biāo)見表。
(2)汽輪機(jī)性能參數(shù)
額定功率，300 MW;最大計(jì)算功率，326MW;主汽閥前額定壓力，16.67 MPa;主汽閥前額定汽溫，537℃；再熱閥前額定汽溫，537℃；凝汽器壓力，6.37 kPa;額定功率主蒸汽流量，911 t/h;最大保證工況熱耗，7 997kj/kWh。
(3)鍋爐性能參數(shù)
(4)發(fā)電機(jī)參數(shù)
額定功率，300MW;最大連續(xù)出力，330 MW:功率因數(shù)，0.85；額定電壓，20 kV:短路比，0.65;額定氫壓，0.3 MPa;額定頻率，50 Hz;額定轉(zhuǎn)速，3 000 r/min;瞬變電抗Xd，l9.6%；負(fù)序能力12，10%/22t 10 s：噪音水平，90 dB (A);電壓響應(yīng)比>2.0。
2.2.2首批機(jī)組在電廠的運(yùn)行效果和試驗(yàn)結(jié)果
2.2.2.1運(yùn)行效果
(1)機(jī)組投產(chǎn)以來，年等效可用系數(shù)都大于85%;
(2)機(jī)組能夠達(dá)到額定出力300 MW，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行：
(3)機(jī)組具有良好的調(diào)節(jié)能力，負(fù)荷變動率可達(dá)每分鐘3%額定負(fù)荷；
(4)機(jī)組有良好的安全可靠性，能夠經(jīng)受頻繁調(diào)峰的考驗(yàn)，機(jī)組起、停、調(diào)峰性能好，振動水平和噪音水平可以控制在設(shè)計(jì)值內(nèi)；
(5)機(jī)組具有良好的經(jīng)濟(jì)性，廠用電可以控制在設(shè)計(jì)值5.2%以內(nèi)；
(6)機(jī)組大修期可達(dá)4年；
(7)整個(gè)機(jī)組除熱控系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)，應(yīng)用戶要求的特殊閥門和特別重要的零、部件外，其余均采用國產(chǎn)設(shè)備，國產(chǎn)化率達(dá)到90%，性能滿足要求；
(8) 由于這8套機(jī)組是哈爾濱首批300 MW火電機(jī)組，主、輔機(jī)都還有不足之處，需要公司和工廠認(rèn)真對待并加以改進(jìn)。
2.2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果
(1)鍋爐性能試驗(yàn)結(jié)果
a．鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1029.8 t/h，達(dá)到了保證值1 025 t/h:
b．鍋爐效率試驗(yàn)兩次測得的結(jié)果分別為92.57%和92.6%，達(dá)到保證值92.5%（低位發(fā)熱值）；
c．MCR工況下，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果為：漏風(fēng)率A側(cè)17.49%，B側(cè)8.89%，保證值為8%:
d． 無油助燃穩(wěn)定運(yùn)行最低負(fù)荷308 t/h，電廠接受這一指標(biāo)合格；
e．鍋爐過熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度在保證值范圍540±5℃之內(nèi)。
(2)汽輪機(jī)試驗(yàn)結(jié)果
a．出力問題已經(jīng)得到解決。6閥全開工況，不超壓時(shí)出力設(shè)計(jì)值為316.189 MW，改進(jìn)后達(dá)到323.705MW;超壓5%工況出力設(shè)計(jì)值為330.719MW，改進(jìn)后達(dá)到338.16MW。
b．熱耗降低，熱經(jīng)濟(jì)性提高。5閥全開工況，改進(jìn)后熱耗為7 999.2 kj/kWh;6閥全開工況，改進(jìn)后熱耗為7 998 kj/kWh，300 MW出力時(shí)熱耗為l 910.7 kcal/kWh。
(3)汽輪發(fā)電機(jī)試驗(yàn)結(jié)果
a．汽輪發(fā)電機(jī)性能考核的主要指標(biāo)是出力問題，從汽輪機(jī)的試驗(yàn)報(bào)告中得到結(jié)論，已經(jīng)達(dá)到了最大出力330 MW (cos （cosθ=0.85)。
b．發(fā)電機(jī)效率在深圳媽灣發(fā)電總廠試驗(yàn)中超過了設(shè)計(jì)值98.8%，比國家考核機(jī)組發(fā)電機(jī)效率98.6%還高。
c．哈爾濱電機(jī)廠還按照GB7064-86“汽輪發(fā)電機(jī)通用技術(shù)條件”的規(guī)定，按“七·五”科技攻關(guān)75-50-02-03要求進(jìn)行了相應(yīng)測試，得到了包括用戶在內(nèi)的各方專家的認(rèn)可。
2.2.3 首批機(jī)組與石橫電廠300 MW考核機(jī)組的比較
按照兩部批復(fù)，哈爾濱300 MW火電機(jī)組性能不能低于300 MW考核機(jī)組性能．
石橫電廠乙站1號汽輪機(jī)是上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)美國西屋電氣公司技術(shù)生產(chǎn)的第1臺機(jī)組（即國家考核機(jī)組），1987年7月12日正式投產(chǎn)。1988年對其進(jìn)行了性能考核試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：
(1)汽輪機(jī)試驗(yàn)工況下的實(shí)際熱耗率
5閥全開8 465.37 kj/kWh;6閥全開8 397.80 kj/kWh。
經(jīng)系統(tǒng)和參數(shù)修正后汽輪機(jī)熱耗率為8182.7 kj/kWh;經(jīng)老化修正后的最終汽輪機(jī)熱耗率為8 096.0 kj/kWh。說明修正后的汽輪機(jī)熱耗率達(dá)到保證值l 930 kca/kWh（在測量誤差范圍內(nèi)）。
(2)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)的最大連續(xù)出力為315.853 MW，修正后的汽輪機(jī)最大出力可達(dá)326.411 MW，說明修正后的汽輪機(jī)達(dá)到了最大出力326MW。
而按前述，哈爾濱300 MW汽輪發(fā)電機(jī)最大出力338.16 MW，熱耗為1 910.7 kcal/kWh。說明哈爾濱300 MW汽輪機(jī)的性能高于國家考核機(jī)組的水平。
2.3 批量生產(chǎn)的300 MW火電機(jī)組的成套技術(shù)改進(jìn)（1997～1999年）
2.3.1汽輪機(jī)技術(shù)改進(jìn)
首批機(jī)組中汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)是應(yīng)用可控渦設(shè)計(jì)方法，采用了子午面型線噴嘴、靜葉反扭控制渦、部分彎扭靜葉片等新技術(shù)，但由于加工工藝誤差較大，影響了出力。對已出廠的汽輪機(jī)在現(xiàn)場對通流部分進(jìn)行了修整：對未出廠的汽輪機(jī)在廠內(nèi)對通流部分進(jìn)行了修改，使汽輪機(jī)出力都達(dá)到了設(shè)計(jì)值。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，額定功率300 MW，最大功率330 MW;汽輪機(jī)熱耗為1910.7 kcal/kWh，超過了引進(jìn)美國技術(shù)的國家考核機(jī)組水平。為進(jìn)一步提高汽輪機(jī)效率，采用全三維設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即把氣流流動按實(shí)際三維空間流動來編制設(shè)計(jì)程序，該程序由哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司和中國科學(xué)院熱物理研究所聯(lián)合編制，并采用全三維工藝加工彎扭葉片。公司從美國引進(jìn)3臺五軸四聯(lián)動葉片加工數(shù)控機(jī)床，兩臺已投入生產(chǎn)，一臺正在進(jìn)貨，還有20臺單軸數(shù)控葉片加工機(jī)床，保證了葉片型線的加工精度。整個(gè)汽輪機(jī)高、中、低壓缸全部靜葉片和部分動葉片采用彎扭葉片。又對汽封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，減少漏汽損失。經(jīng)過這些改進(jìn)，使汽輪機(jī)熱耗降低到1 875 kcal/kWh（投標(biāo)保證值），大大提高了汽輪機(jī)效率，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
2.3,2鍋爐技術(shù)改進(jìn)
首批機(jī)組經(jīng)電廠運(yùn)行和試驗(yàn)檢測以后，鍋爐效率達(dá)到92.5%，為了進(jìn)一步提高效率，采用了新型燃燒器，提出了新的配風(fēng)參數(shù)，能使鍋爐效率達(dá)到93%（煙煤、低位），為當(dāng)前國際先進(jìn)水平。由于首批機(jī)組中空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率稍偏大，對預(yù)熱器漏風(fēng)進(jìn)行了改進(jìn)，主要是對漏風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了較大改進(jìn)，并且采用了雙密封結(jié)構(gòu)，使預(yù)熱器漏風(fēng)率達(dá)到了設(shè)計(jì)值。經(jīng)鐵蛉電廠、德州電廠、哈三電廠對空氣預(yù)熱器的試驗(yàn)檢測，改進(jìn)后的空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率在6%k右，低于7.5%設(shè)計(jì)保證值。
哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司除了亞臨界煙煤300 MW鍋爐以外，還開發(fā)了無煙煤、貧煤、褐煤等爐型，擴(kuò)大了煤種適用范圍，而且技術(shù)性能和參數(shù)都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
2.3.3發(fā)電機(jī)技術(shù)改進(jìn)
首批機(jī)組經(jīng)電廠運(yùn)行和試驗(yàn)檢測以后，發(fā)電機(jī)性能完全達(dá)到設(shè)計(jì)值。但為了擴(kuò)大發(fā)電機(jī)的通用性，又對發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了新的方案設(shè)計(jì)，使發(fā)電機(jī)額定功率可以達(dá)到350 MW，最大功率可達(dá)到380 MW，還增加了轉(zhuǎn)子用銅量，使發(fā)電機(jī)效率達(dá)到98.92%。
3、項(xiàng)目的技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)
3.1鍋爐技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)
(1)編制了適用于亞臨界參數(shù)的水循環(huán)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。為防止亞臨界參數(shù)下水冷壁傳熱惡化，出現(xiàn)停滯、倒流、核態(tài)沸騰等不安全工況，必須進(jìn)行精確的水循環(huán)計(jì)算，要用電子計(jì)算機(jī)對每個(gè)回路、甚至每根管子的熱負(fù)荷特性、流量分配、回路阻力及DNB進(jìn)行校核，哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司編制了這個(gè)新的水循環(huán)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，解決了上述問題。經(jīng)過計(jì)算，最大負(fù)荷時(shí)總循環(huán)倍率為4.4左右，考慮到汽包凝汽率后的實(shí)際循環(huán)倍率約為3.5，各回路重量流速為11000～1200 m/s。
(2)水冷壁采用內(nèi)螺紋管。加大水冷壁管徑．采用較大的下降管引出管與上升管間的截面比。
(3)增加汽包長度和汽水分離器數(shù)量，
采用美國燃燒工程公司先進(jìn)的汽水分離器。
采取以上措施后，鍋爐在額定工況下汽包壓力可以達(dá)到190 kg/cm2，機(jī)組電負(fù)荷為300 MW;并可以超壓5%，即汽包壓力可以達(dá)到200kg/cm2，機(jī)組電負(fù)荷為330 MW。這是目前世界上自然循環(huán)鍋爐汽包壓力的最高值，使其具有與國際上同類機(jī)組完全相同的出力、參數(shù)和性能。該性能的亞臨界300MW自然循環(huán)汽包爐在國內(nèi)是首次采用的。
三門峽富通新能源銷售的生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下所示：
3.2汽輪機(jī)技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)
哈爾濱300 MW汽輪機(jī)設(shè)計(jì)采用可控渦設(shè)計(jì)方法，使汽輪機(jī)熱耗達(dá)到1 910.7 kcal/kWh，又采用全三維設(shè)計(jì)方法、全三維工藝、全三維葉片使汽輪機(jī)熱耗降低到1875 kcal/kWh（投標(biāo)保證值）。這兩種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法都是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司自己開發(fā)的。
3.3發(fā)電機(jī)技術(shù)進(jìn)步點(diǎn)
定子繞組改為水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子氣隙取氣通風(fēng)方式，即水一氫一氫冷卻方式，降低了定子繞組溫升。定予繞組由單支路改為雙支路，降低了每根線棒的電動力，改善了電磁參數(shù)，使結(jié)構(gòu)大大簡化，擴(kuò)大了容量范圍，最大出力為330MW，略做改進(jìn)額定出力可達(dá)350 MW，最大出力可達(dá)380 MW，轉(zhuǎn)子用銅量由4.9 t增加到6.5 t，使發(fā)電機(jī)效率從98.7%提高到98.92%。
4、項(xiàng)目的應(yīng)用、推廣情況
300 MW火電機(jī)組已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，截止1999年年底，鍋爐已簽訂合同53臺，投入運(yùn)行32臺；汽輪機(jī)已簽訂合同48臺，投入運(yùn)行30臺；發(fā)電機(jī)已簽訂合同52臺，投入運(yùn)行34臺。隨著國家電力工業(yè)的發(fā)展，特別是國家開發(fā)西部戰(zhàn)略的實(shí)施以及外國公司與中國公司合作機(jī)會的增加，300 MW火電機(jī)組繼續(xù)推廣應(yīng)用的前景樂觀。
為了進(jìn)一步推廣應(yīng)用，公司將在經(jīng)營上加大力度，瞄準(zhǔn)國際市場，盡快把哈爾濱的300 MW火電機(jī)組成套地推向國際市場，為國家做出更大貢獻(xiàn)。
5、結(jié)論
綜上所述，哈爾濱300 MW火電機(jī)組是在引進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上自主、優(yōu)化開發(fā)的，技術(shù)有較多創(chuàng)新，是采用國際標(biāo)準(zhǔn)的高新技術(shù)成果。三大主機(jī)性能達(dá)到了機(jī)械工業(yè)部、水利電力部下達(dá)的性能指標(biāo)要求，高于引進(jìn)技術(shù)考核機(jī)組水平，達(dá)到了國際90年代先進(jìn)水平。
輔機(jī)配套立足于國內(nèi)，輔機(jī)性能滿足運(yùn)行要求，國產(chǎn)化率達(dá)到90%。
哈爾濱300MW火電機(jī)組（成套技術(shù)）已經(jīng)推廣應(yīng)用，形成批量生產(chǎn)，成為國家電力工業(yè)中的主力機(jī)組及哈爾濱電站行業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品，為國家、為地區(qū)、為公司、為工廠取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。哈爾濱300 MW火電機(jī)組成套技術(shù)、成套商品、成套工程的開發(fā)是成功的。
