汽轮机行业

关于汽轮机行业的报告

电力工业是整个国民经济的基础和支柱产业。截止2014年，我国发电设备总容量站上13亿千瓦台阶，达13.6亿千瓦。其中，非化石能源发电装机4.45亿千瓦，占总装机容量的33%左右；火电装机突破9亿千瓦，达9.16亿千瓦，占比降至67%左右。

我国制造业为电力工业的发展做出了重大贡献, 目前在火电设备中国产机组占80% 左右。从 1996 年起我国 的总装机及总发电量均已列居世界第二位, 但人均装机及电 量水平仍相当落后, 仅为国际最低标准的 75% , 世界平均的 40% , 欧美发达国家的 1/15。即使今后每年按至少 5% 的增 长速度, 预计到 2010 年, 我国的总装机容量达到 5亿千瓦后, 也才达到国际人年均 1500kW#h 的最低标准。这种状况表 明: 我国电力工业还有巨大的市场需求, 我国发电设备业将继续为电力工业的发展做出应有的贡献。 作为生产发电设备主机之一的汽轮机制造业, 自 1953 年中国第一家汽轮机制造厂成立, 1955 年研制我国首台单机 容量6MW 的中压机组以来, 经历了自力更生, 改革开放, 引 进技术, 国际合作的不同发展阶段, 先后开发了较为完整的 各种参数, 各种功率等级的火电、核电、工业汽轮机产品系 列。我国汽轮机产品的技术性能, 成套能力, 整体质量已达到和接近国际同类产品的先进水平。目前汽轮机产量占世 界的 1/4, 年生产能力超过 1500 万千瓦, 基本能满足国民经 济和电力工业的需求。 随着国民经济的进一步高速增长及西部大开发、西电东送政策的实施给我国汽轮机制造业带来了巨大的市场和发展机 遇, 与此同时, 中国入世, 关税壁垒的解除, 将使中国汽轮机制造 业直接面临国际市场的挑战。我们在总结回顾过去的同时, 要 认清国内外本行业的现状和发展趋势, 展望未来, 找出差距, 制 定对策, 为开创我国动力工业新的历史篇章做出更大的努力。 我国汽轮机制造业的发展状况

1、我国汽轮机制造业发展历史的回顾

作为一个与高新技术紧密相关的重大装备制造业, 汽轮机 行业的发展是国家技术进步和经济发展的写照, 回顾我国汽轮 机制造业的发展历程, 可概括为几个不同特点的发展阶段: (1) 1953年至 1980 年的创业, 自力更生发展阶段 这个阶段是我国汽轮机制造业创业发展的阶段: 1953 年 在上海成立了我国

第一家汽轮机制造厂后, 作为 50 年代及 60 年代五年计划的国家重点项目, 又分别建立了哈尔滨汽轮 机厂, 北京重型电机厂及东方汽轮机厂, 与此同时还先后在南京、武汉、杭州、青岛等地建立了不同规模的 8个汽轮机制 造厂, 在全国形成了较为完整的汽轮机制造体系。全行业广大职工发扬自力更生, 奋发图强的精神为国民经济的发展提 供了较为完整的产品系列, 其主要有: 从

1955年我国第一台中压 6MW 汽轮机开始到 1960 年迅速完成了 3MW 以下、3MW 、6MW 、12MW 、25MW 、50MW 、 100MW 功率等级汽轮机的开发。60 年代后期, 又将参数提 高到超高压及亚临界, 先后自行开发了三种大功率的中间再 热机型: 1969年第一台超高压中间再热 125MW 汽轮机正式投 运, 至今已生产超过 200 台。 1974年第一台亚临界中间再热 300MW 汽轮机正式投 运, 至 1993 年总计生产 29 台。 1975年第一台超高压中间再热 200MW 汽轮机出厂, 至 今已生产近 200台。 这些机组填补了我国汽轮机产品的空白, 长期以来是我 国电力工业的主力机型。 建立了较为齐全的, 抽汽压力在 0. 118MPa~ 4. 4MPa 范围内的单抽汽或双抽汽供热、背压、抽背式 6MW~ 50MW 汽轮机产品系列, 同时自行开发了 6MW~ 12MW 驱动水泵、 风机的工业汽轮机, 满足了冶金、化工、船舶工业的需求。各企业建立了相应的产品研究机构, 如空动试验台、 材料试验室、疲劳试验台、振动试验台、自控试验室等。原一 机部又成立了全国汽轮机行业的研发中心: 汽轮机锅炉研究 所, 形成了中国汽轮机技术研究发展的基本框架, 奠定了我 国开发自主汽轮机产品的技术基础。 (2) 大功率亚临界参数汽轮机技术的引进发展阶段 随着改革开放以及国民经济的飞速发展, 从 1980 年起 就面向世界, 采取各种方式引进了国外先进大功率、高性能 产品的汽轮机制造技术。通过吸收国外先进技术使我们的 研究、设计、工艺, 质保体系的技术水平上了一个台阶。这个 阶段的实践是我国改革开放以来, 在大型工程设备制造和成 套领域, 建立自主的具有世界先进水平产品开发体系最为成 功的实例。 从 1981年起引进了美国西屋公司亚临界 300MW 及 600 MW 机组的设计制造技术, 在原机械、电力两部的组织领 导下, 上海、哈尔滨、东方三大主机厂, 上海汽轮机锅炉研究 所( 现上海发电设备成套设计研究所) 通过技术培训, 咨询对引进技术消化吸收, 并围绕首台考核机组试制进行了一系列重大的技术攻关。首台引进型 300MW 考核机组由上海汽轮 机厂制造, 于 1987 年 7

月 12 日在山东石横电厂正式投运; 首 台引进型 600MW 考核机组由哈尔滨汽轮机厂制造, 于 1989 年11 月 14日在安徽平圩电厂正式投运。上述考核机组分别 于1988年 5 月及 1990 年 12 月通过性能考核试验。1985 开 始上海汽轮机厂又与美国西屋公司合作设计制造我国第一 台核电 310MW 机组, 于1991 年正式在秦山核电厂投运。 º 1987年东方汽轮机厂首台 300MW 机组在山东黄台电 厂投运, 经过十多年的完善和优化相继开发出合缸、分缸、空冷、供热等品种齐全的 300MW 汽轮机系列。 1986 年北京重型电机厂与法国阿尔斯通公司( ALSTOM)签定了生产 330MW 汽轮机发电机的合作协议, 首台机 组于 1990年在四川江油电厂投运。1991 年东方汽轮机厂与日本日立公司以合作生产的方式引进了亚临界 600MW 汽轮机的技术, 1996 年首台机组 在山东邹县电厂投运 2002年哈尔滨汽轮机厂与西屋公司合作设计制造的 我国首台 650MW 核电机组在秦山核电厂投运。上述 300MW 机组的总量已超过 200 余台, 600MW 机组已超过 40 台, 这些大容量亚临界参数火电设备是目前我国 电力工业的主力机型。 (3) 应用当代先进技术对引进机组性能进一步优化的阶段 在引进技术后, 我们没有停顿在按样机, 按图重复制造 的水平上, 而是瞄准世界技术的发展趋势, 采用当代先进技 术对机组不断进行全面的优化设计工作。重大课题的技术攻关 在 / 七五0期间, 在原机械部的组织下, 上海发电设备成 套设计研究所, 国内三大主机厂及有关高等院校, 研究院所 联合开展了汽轮机气动设计方法, 转子动力学, 叶片自动设 计系统, 转子自动设计系统等一系列重点科技攻关。/ 八五0 期间又联合完成了国家重点科技攻关项目/ 优化汽轮机研 制该项目包括了调节级、高中压缸通流部分可控涡叶片级 开发及试验研究、转子动力学、低压长叶片级的开发及试验研究、排汽蜗壳气动研究等一系列提高机组性能的技术攻 关。正如原机械部、电力部在国家重大技术装备鉴定会的意 见所述: 这些优化技术/ 均为汽轮机行业的前沿课题, 与国外 的研究基本上是同步进行的, 达到当代国际先进水平。先进的产品优化设计及制造技术 各企业又根据自身的特点, 在高新技术应用、设计创新、 新材料、新工艺方面开展了大量产、学、研相结合的项目攻 关, 并在产品设计中应用。125MW 、200MW 、300MW 及引进型 300MW、600MW 机组均全面实现了产品的更新换代而且派生 出技术含量更高的各种热电联供、空冷机型。优化型机组的经济性提高 3% , 可靠性, 自

动化水平和运行灵活性也进一步 提高, 机组的总体性能已达到当代国际先进水平。典型的优 化设计技术成果有: 全三元叶片级设计方法和试验研究开发了一系列低压 弯扭静叶、高中压斜置静叶、高中压弯扭动静叶片, 进一步提 高叶片级的效率。 有限元方法为基础的计算机工程(CAE) 技术进入产品结 构设计领域。一系列低应力集中, 具有优良抗高周及抗低周 疲劳性能的新型结构在产品中应用, 如自带围带动叶、无中 心孔转子、高强度转子轮槽型线、整圈自锁阻尼型长叶片等 大大提高了机组在调峰, 二班制运行条件下的安全可靠性。 抗蠕变性能更好的高温材料, 高强度, 高抗腐蚀性材料的应用。

2、 我国汽轮机行业的发展与展望

大批数控设备的应用使关键部件加工实现了数控化 ( CAM) , 新的热加工技术, 如钢包精炼及铸造工艺的改进, 埋 弧自动焊接技术, 模锻技术的改进, 高频淬火防水蚀技术等 均进一步提高了产品质量, 缩短了制造周期。 大功率电站汽轮机辅机设计制造技术达到国际先进 水平 我国从 80 年代起通过从国外引进电站汽轮机主要辅 机: 加热器、除氧器、凝汽器的设计及制造技术, 经过消化、优 化和再次开发, 目前已具备了设计和制造直至 1300MW 功率 等级的亚临界、超临界、核电和燃气- 蒸汽联合循环机组主 要辅机的设计和制造能力。目前我国所有电厂, 包括进口机 组的辅机均实现了国产化, 汽轮机电站辅机的设计、材料、制 造工艺、性能均达到国际先进水平。在企业中形成了与国际水平相当的现代汽轮 机设计制造体系。现阶段各企业正在开始实施 ERP( 企业资 源计划) , 建立企业统一的运作平台, 将计算机管理、信息化 和网络化技术贯穿着整个产品设计和制造的各个环节, 进一 步推动汽轮机产品的技术进步。 2. 2 我国大功率机组的技术水平状况 目前超高压、亚临界参数, 135MW 以上到 600MW 功率等 级范围内汽轮机产品的制造质量, 运行性能, 可靠性等综合 指标已达到国际同类机组的水平。我国已具有了与国际跨 国公司相当的亚临界, 常规超临界参数大功率汽轮机的设计 制造能力, 机组设计制造的技术状况为: 新一代引进技术机型的 300MW~ 600MW 汽轮机的 国产化率均达到 95% 以上 300MW~ 600MW 等级汽轮机的保证热耗均达到国 际先进水平。等效可用系数达到国际先进水平。以 300MW 为例, 整个机组(机、电、炉) 的等效可用系数由 1997 年的 86. 86% 提高到 2001 年的 91. 43% , 新投运机组更达

到 94. 63% , 其中汽轮机的等效可用系 数 2001年达到 99.73% 。

3 、国外汽轮机产品和技术的发展状况

近期世界火电技术在大幅降低机组的价格性能比, 追求 机组高效率以及减少对环境的污染二个方面取得了非常显 著的成果。其发展状况为: 3. 1 国际汽轮机行业大规模资产重组, 维护市场价格, 提高 产品技术竞争 汽轮机的技术特点及其所涉及学科领域的广度和深度使得世界上只有少数工业发达国家的跨国公司才有开发制造汽轮机的能力。为了维持世界市场的格局和价格体系, 国 际汽轮机行业在 1998 年~ 2001年期间进行了大规模的资产 重组。例如整个欧美国家由近十家制造汽轮机的公司合并为 ALSTHOM、GE 、SIEMENS 三家, 在资产重组和保持市场分 额的同时又: (1) 迅速完成了计算机技术对企业的改造, 提高产品开 发竞争力, 缩短周期, 降低成本。 (2) 实行技术的优优组合提升重组公司的技术竞争力 和开发实力。 (3) 实行制造加工业的分工重组, 将制造加工转移到人 力成本较低的发展中国家和地区。 这种转移与发展中国家要求的-国产化率. 正好相符。 在国际市场的规则下, 没有产品完整开发自主产权的高-国 产化率. 和制造当地化已成为这些跨国公司进一步垄断市 场, 获取高额利润的最佳手段。 国际汽轮机制造业的重组给我们带来很多启示, 在 WTO 的框架下对中国汽轮机制造业的发展势必产生较大影响, 我 们必须认真研究, 寻求对策。 3. 2 国外汽轮机产品和技术的发展 到目前为止, 世界总发电量中, 火电比重仍占据首位, 达 到 65% 以上。鉴于煤的储量远大于石油和天然气, 所以今后 煤电的发展仍将占据突出地位。此外, 严格的环保要求促进 了清洁煤燃烧技术的发展, 高效、低能耗、低污染、低造价已 成为各国电力装备业最主要的发展目标。近期发展最快的 是高效(超超临界) 大功率超临界汽轮机、燃气轮机、燃气蒸汽联合循环汽轮机这三种类型机组, 主要的发展特点为: (1) 大功率高效超超临界汽轮机的发展 随着常规超临界技术的成熟, 从 90 年代开始, 以日本, 美国、欧洲为中心, 世界又进入了新一轮超超临界汽轮机的 发展阶段。采用更高的温度、更高的压力是该阶段发展的主要特点。 提高进汽温度。目前国外新机组的进汽温度均在 580e ~ 600e , 国外已 形成用于 566e 以 下的 CrMoV 钢, 566e 的 2. 25%Cr 钢, 600e 的 9% Cr 钢及 12% 钢等标准材料 系列。 º 提高进汽压力 27MPa。由于汽轮机排汽湿度的原因, 提

高压力的同时, 必须采用更高的再热温度( 如 600e 以上) 或二次中间再热循环。目前参数下的二次再热将使电厂投 资增加 10 % ~ 15% , 经济性得益为 2. 5% 左右, 近期只有欧 洲热电联供 415MW 超超临界二次再热机组( 28. 5MPa/ 580e / 580e /580e )投运的报道。要降低超超临界压力, 二次再热 机组的价格性能比, 只有再进一步提高压力温度, 为此, 日 本、美国、欧盟均在进行进汽压力为 34. 3MPa~ 40MPa, 温度 为 630e 以及 700e 和 760e 参数的研制开发计划。 » 1000MW 等级超超临界机组的开发。大功率涉及的关 键是低压缸长叶片, 目前新的全速 3000r/min 大功率机组中 已普遍采用高度为 1000mm~ 1050mm, 排汽面积在 9m2 左右 的长叶片。出于对更大功率超超临界机组及减少低压缸数

1） 近期国外各大公司均开发研制了更长的末级长叶 片; 西门子公司用于我国外高桥四缸四排汽超临界 900MW 机组的 1143mm 长叶片, 其排汽面积已达到

12. 5 m2。目前钢 制最长的 1218mm 叶片也将于 2004 年在电厂投运, 可满足

四 排汽百万千瓦等级机组的要求。 (2) 提高汽轮机内效率及可靠性

采用全三元成型技术不断开发高效的叶型及叶片。 已普遍采用斜置及弯扭静叶。如西门子、西屋、三菱公司不 仅在静叶, 而且全三维的弯扭动叶已在整个汽轮机高中低压 叶片级中应用, 可使效率提高 0. 8% ~ 1. 5% 。 º 普遍采用先进的三维有限元结构分析程序对汽轮机 的主要部件, 如汽缸、阀门、轴承座、隔板、高温螺栓等进行模 拟工作状态的仿真计算, 以数字化设计取代经验和半经验的 设计方法, 提高结构设计的可靠性。轴系稳定性、可靠性的 设计技术已相当成熟。 (3) 燃气轮机及蒸汽轮机- 燃气轮机联合循环 燃气轮机及蒸汽轮机- 燃气轮机联合循环技术飞速发 展, 技术渐趋成熟, 加上天然气资源的开发和环保对电站排 放要求的提高, 使燃气轮机及燃气- 蒸汽联合循环在电力系 统中的地位发生了明显的变化。近期的发展状况如下: ¹ 在世界国际市场形成 GE、SIEMENS 、西屋和三菱(1997 年分开) 、ALSTHOM( ABB) 等几大燃气轮机及燃气- 蒸汽联 合循环产品的系列。 燃气轮机单机功率已达到 300MW 等级, 最大 701ATS 机 组的功率已达到 350MW。 1420e 进气温度的燃气轮机机组 1997 年已投运成功, 目 前的进气温度可达 1510e , 燃机的单机效率达到 39% 。 燃料以天然气为主, 排放可达到 NOx 低于 9ppm, CO 及 未

燃物低于 20ppm。 机组的可靠性及可用率达到 97% 以上。 º 联合循环及相应蒸汽轮机的同步发展 蒸汽轮机- 燃气轮机联合循环装置的效率相应 1420e 燃机的联合循环效率已达 58% , 对应 1510e 燃机的循环效率 将达到 60% 。 联合循环装置设备: 包括再热及非再热的双压、三压余 热锅炉, 低参数、多汽源进汽、应用更长末级叶片的大功率蒸 汽轮机装置的开发。

大功率配置使整个联合循环电厂的单位千瓦造价大幅 度下降。 » 高温、大功率、高效率设计集中了当今各相关学科的 最新技术: 如高温材料及工艺, 单晶体铸件叶片, 陶瓷材料开 发, 材料防腐技术; 先进的全三维叶片气动技术; 低 NOx 的燃 烧技术; 高温快速启停热疲劳及冷却技术等。这些技术的发 展涉及到大量的中间及实物实验研究, 需要巨大的前期投 入, 这也是世界燃气轮机行业更趋于集中垄断的原因之一。 (4) 热电联供汽轮机的发展 近期国际热电联供汽轮机的发展: 多种热电汽轮机的开发, 不仅在常规电厂, 而且在核电站, 联合循环电站实现热电联供, 以最大可能地提高能源 利用率。 º 产品向多品种(不同功率、抽汽参数、抽汽量) 方向发 展。普遍采用积木块技术, 高压缸以进汽量, 低压缸以排汽 容积流量, 中压以抽汽压力为主形成系列化的积木块, 可满 足各种不同用户的需求。 » 向大功率、高参数方向发展。欧洲近期单机单炉配置 的大功率亚临界、超临界、超超临界的热电联供机组机组发 展很快。例如西门子公司的 800MW 超临界机组具有压力 0. 45MPa, 800t / h 的工业抽汽及供热网加热器的采暖抽汽能 力, 热效率达到 62% ; 1998 年投运的 415MW 超超临界二次再 热机组具有区域供热功能, 供热时电厂的热效率达到 90% 以 上。

4 、我国汽轮机行业的发展方向及进入 WTO 后的对策

50 年的光辉历程及今后国民经济电力工业的长期需求, 广阔的市场前景是我国汽轮机行业持续发展的基础。在进 入WTO 后, 我们将面临国际汽轮机制造业 90 年代末期成功 大规模重组后几大跨国公司的挑战。在机遇与挑战面前既 要看到我们的成绩和优势, 又要找出差距, 明确今后技术的 发展方向, 制定相应的对策: (1)我国汽轮机行业在常规汽轮机领域内, 包括各种功 率亚临界、常规超临界(25MPa, 566e ) 参数的火电及百万千 瓦等级的核电已具备了与国际质量水平相当的产品设计开 发及制造能力。这是我国近二十年所实行的

-以市场换技 术 . 政策及我国汽轮机行业广大职工努力奋斗的成果。在常 规汽轮机的领域内, 中国的汽轮机制造厂完全有能力开发制 造下列性能和质量水平不亚于外国, 具有很好市场前景的产 品: 单轴, 亚临 界或常 规超临界 参数( 25MPa, 566e / 566e )700MW 功率等级的机组。 开发设计末级叶片高度为 1200mm 左右, 排汽面积为 12m2 以上的超大型低压缸。设计制造单轴、常规超临界参 数, 功率为 1000MW 等级的机组。 » 各种功率等级的亚、 ( 常规) 超临界参数空冷机组 ¼ 各种功率等级的亚、 ( 常规) 超临界参数, 各种抽汽压 力的热电联供机组, 特别适用于我国西北和北方地区的大功 率 300MW~ 1000MW 热电联供机组。 ½ 1000MW~ 1300MW 单轴、半速核电汽轮机。 ¾联合循环汽轮机系列: 包括非再热或中间再热, 双压 或三压进汽, 单轴或双轴, 100MW 功率的单缸到 100MW~ 300MW 的双缸汽轮机。 (2) 大功率超超临界汽轮机的开发研制。目前我国在超 超临界领域内的产品正处在研发阶段, 应参考美、日、欧洲在 行业和政府支助下联合开发的方式, 以企业为中心, 尽快制 定实施发展规划。今后, 超超临界机组应逐步成为我国新一

5、我国汽轮机行业的发展与展望

代的主力机型。近期的发展途径可为: 超高温( 到 600e ) 机组可自行开发, 也可采取与国外合 作的方式局部引进与高温有关的部件: 如进汽管、阀门、高压 内缸、喷嘴组及蒸汽室、高中压转子等。 超超临界压力对汽轮机而言, 主要在于二次再热所相应 的VHP 积木块开发。可自行开发( 应进行必要的中间试验), 也可采取国外合作的方式, 引进局部技术。

燃气轮机的发展：燃气轮机集中了现代工程技术一 系列最新的前沿技术, 包括 1500e 的高温叶片, 低排放、高效 的燃烧技术, 全三元的高效压气机及燃气轮机叶片级, 快速 启停抗热疲劳的结构设计等。这些技术的前期开发投入资 金不是任何企业能单独承担的, 目前国内发电燃气轮机的研 发工作刚处在新的起步阶段, 只有大幅度增加投入, 才能发 展自主的燃气轮机开发制造技术, 否则中国的制造厂将成为 外国公司推行制造当地化, 降低成本的加工伙伴。从发展自 主工业, 加强国民经济和国防建设的角度, 应将燃气轮机的 发展提到议事日程上来, 建议行业协会充分发挥与政府沟 通, 参谋和组织作用, 建立政府支持, 企业为中心, 联合各方 面的技术力量, 统一规划实施的研发

机制。

进入WTO 后, 我国汽轮机行业的发展对策。从维护 国家和民族利益的高度, 在市场准入、项目立项、招标的各个 环节全方位地( 市场分配、价格、新产品准出、财力) 应用( 学 习) 发达国家对等的政策, 为中国企业的成长和发展提供保 证和支持, 做到: ¹ 建立国际通用、对等的政策。例如鼓励支持本国各公司在其国内市场内不断推出新机型, 推行在本国创业绩, 然后推向国外市场的作法。 º 建立完善的价格协调机制。动力设备制造的发展涉 及到国民的长远利益, 需要有十分有效的价格政策吸引大量 的财力和优秀人才。 » 政府对新产品及相应中间试验的财力支持应直接面 向企业。 我国的汽轮机行业走过了 50 的光辉历程, 为我国电力 工业的发展作出了巨大的贡献, 在进入 WTO 的新世纪中, 面 对国内、国际的挑战, 在努力用好以市场换技术得来的先进 技术的同时, 要继续发扬科学创新精神, 加强技术投入, 建立 自主的研发系统; 不断提高产品的科技含量, 提高产品的市 场竞争力, 发展市场要求的高参数、高效率、高可靠性、

高度灵活性、高自动化、低维护性的各种产品。在市场经济的机制下要加强政府和行业协会的协调功能, 为提高整个行业的 国际竞争力, 为我国动力工程事业的发展作出更大的贡献！

关于汽轮机行业的报告

电力工业是整个国民经济的基础和支柱产业。截止2014年，我国发电设备总容量站上13亿千瓦台阶，达13.6亿千瓦。其中，非化石能源发电装机4.45亿千瓦，占总装机容量的33%左右；火电装机突破9亿千瓦，达9.16亿千瓦，占比降至67%左右。

我国制造业为电力工业的发展做出了重大贡献, 目前在火电设备中国产机组占80% 左右。从 1996 年起我国 的总装机及总发电量均已列居世界第二位, 但人均装机及电 量水平仍相当落后, 仅为国际最低标准的 75% , 世界平均的 40% , 欧美发达国家的 1/15。即使今后每年按至少 5% 的增 长速度, 预计到 2010 年, 我国的总装机容量达到 5亿千瓦后, 也才达到国际人年均 1500kW#h 的最低标准。这种状况表 明: 我国电力工业还有巨大的市场需求, 我国发电设备业将继续为电力工业的发展做出应有的贡献。 作为生产发电设备主机之一的汽轮机制造业, 自 1953 年中国第一家汽轮机制造厂成立, 1955 年研制我国首台单机 容量6MW 的中压机组以来, 经历了自力更生, 改革开放, 引 进技术, 国际合作的不同发展阶段, 先后开发了较为完整的 各种参数, 各种功率等级的火电、核电、工业汽轮机产品系 列。我国汽轮机产品的技术性能, 成套能力, 整体质量已达到和接近国际同类产品的先进水平。目前汽轮机产量占世 界的 1/4, 年生产能力超过 1500 万千瓦, 基本能满足国民经 济和电力工业的需求。 随着国民经济的进一步高速增长及西部大开发、西电东送政策的实施给我国汽轮机制造业带来了巨大的市场和发展机 遇, 与此同时, 中国入世, 关税壁垒的解除, 将使中国汽轮机制造 业直接面临国际市场的挑战。我们在总结回顾过去的同时, 要 认清国内外本行业的现状和发展趋势, 展望未来, 找出差距, 制 定对策, 为开创我国动力工业新的历史篇章做出更大的努力。 我国汽轮机制造业的发展状况

1、我国汽轮机制造业发展历史的回顾

作为一个与高新技术紧密相关的重大装备制造业, 汽轮机 行业的发展是国家技术进步和经济发展的写照, 回顾我国汽轮 机制造业的发展历程, 可概括为几个不同特点的发展阶段: (1) 1953年至 1980 年的创业, 自力更生发展阶段 这个阶段是我国汽轮机制造业创业发展的阶段: 1953 年 在上海成立了我国

第一家汽轮机制造厂后, 作为 50 年代及 60 年代五年计划的国家重点项目, 又分别建立了哈尔滨汽轮 机厂, 北京重型电机厂及东方汽轮机厂, 与此同时还先后在南京、武汉、杭州、青岛等地建立了不同规模的 8个汽轮机制 造厂, 在全国形成了较为完整的汽轮机制造体系。全行业广大职工发扬自力更生, 奋发图强的精神为国民经济的发展提 供了较为完整的产品系列, 其主要有: 从

1955年我国第一台中压 6MW 汽轮机开始到 1960 年迅速完成了 3MW 以下、3MW 、6MW 、12MW 、25MW 、50MW 、 100MW 功率等级汽轮机的开发。60 年代后期, 又将参数提 高到超高压及亚临界, 先后自行开发了三种大功率的中间再 热机型: 1969年第一台超高压中间再热 125MW 汽轮机正式投 运, 至今已生产超过 200 台。 1974年第一台亚临界中间再热 300MW 汽轮机正式投 运, 至 1993 年总计生产 29 台。 1975年第一台超高压中间再热 200MW 汽轮机出厂, 至 今已生产近 200台。 这些机组填补了我国汽轮机产品的空白, 长期以来是我 国电力工业的主力机型。 建立了较为齐全的, 抽汽压力在 0. 118MPa~ 4. 4MPa 范围内的单抽汽或双抽汽供热、背压、抽背式 6MW~ 50MW 汽轮机产品系列, 同时自行开发了 6MW~ 12MW 驱动水泵、 风机的工业汽轮机, 满足了冶金、化工、船舶工业的需求。各企业建立了相应的产品研究机构, 如空动试验台、 材料试验室、疲劳试验台、振动试验台、自控试验室等。原一 机部又成立了全国汽轮机行业的研发中心: 汽轮机锅炉研究 所, 形成了中国汽轮机技术研究发展的基本框架, 奠定了我 国开发自主汽轮机产品的技术基础。 (2) 大功率亚临界参数汽轮机技术的引进发展阶段 随着改革开放以及国民经济的飞速发展, 从 1980 年起 就面向世界, 采取各种方式引进了国外先进大功率、高性能 产品的汽轮机制造技术。通过吸收国外先进技术使我们的 研究、设计、工艺, 质保体系的技术水平上了一个台阶。这个 阶段的实践是我国改革开放以来, 在大型工程设备制造和成 套领域, 建立自主的具有世界先进水平产品开发体系最为成 功的实例。 从 1981年起引进了美国西屋公司亚临界 300MW 及 600 MW 机组的设计制造技术, 在原机械、电力两部的组织领 导下, 上海、哈尔滨、东方三大主机厂, 上海汽轮机锅炉研究 所( 现上海发电设备成套设计研究所) 通过技术培训, 咨询对引进技术消化吸收, 并围绕首台考核机组试制进行了一系列重大的技术攻关。首台引进型 300MW 考核机组由上海汽轮 机厂制造, 于 1987 年 7

月 12 日在山东石横电厂正式投运; 首 台引进型 600MW 考核机组由哈尔滨汽轮机厂制造, 于 1989 年11 月 14日在安徽平圩电厂正式投运。上述考核机组分别 于1988年 5 月及 1990 年 12 月通过性能考核试验。1985 开 始上海汽轮机厂又与美国西屋公司合作设计制造我国第一 台核电 310MW 机组, 于1991 年正式在秦山核电厂投运。 º 1987年东方汽轮机厂首台 300MW 机组在山东黄台电 厂投运, 经过十多年的完善和优化相继开发出合缸、分缸、空冷、供热等品种齐全的 300MW 汽轮机系列。 1986 年北京重型电机厂与法国阿尔斯通公司( ALSTOM)签定了生产 330MW 汽轮机发电机的合作协议, 首台机 组于 1990年在四川江油电厂投运。1991 年东方汽轮机厂与日本日立公司以合作生产的方式引进了亚临界 600MW 汽轮机的技术, 1996 年首台机组 在山东邹县电厂投运 2002年哈尔滨汽轮机厂与西屋公司合作设计制造的 我国首台 650MW 核电机组在秦山核电厂投运。上述 300MW 机组的总量已超过 200 余台, 600MW 机组已超过 40 台, 这些大容量亚临界参数火电设备是目前我国 电力工业的主力机型。 (3) 应用当代先进技术对引进机组性能进一步优化的阶段 在引进技术后, 我们没有停顿在按样机, 按图重复制造 的水平上, 而是瞄准世界技术的发展趋势, 采用当代先进技 术对机组不断进行全面的优化设计工作。重大课题的技术攻关 在 / 七五0期间, 在原机械部的组织下, 上海发电设备成 套设计研究所, 国内三大主机厂及有关高等院校, 研究院所 联合开展了汽轮机气动设计方法, 转子动力学, 叶片自动设 计系统, 转子自动设计系统等一系列重点科技攻关。/ 八五0 期间又联合完成了国家重点科技攻关项目/ 优化汽轮机研 制该项目包括了调节级、高中压缸通流部分可控涡叶片级 开发及试验研究、转子动力学、低压长叶片级的开发及试验研究、排汽蜗壳气动研究等一系列提高机组性能的技术攻 关。正如原机械部、电力部在国家重大技术装备鉴定会的意 见所述: 这些优化技术/ 均为汽轮机行业的前沿课题, 与国外 的研究基本上是同步进行的, 达到当代国际先进水平。先进的产品优化设计及制造技术 各企业又根据自身的特点, 在高新技术应用、设计创新、 新材料、新工艺方面开展了大量产、学、研相结合的项目攻 关, 并在产品设计中应用。125MW 、200MW 、300MW 及引进型 300MW、600MW 机组均全面实现了产品的更新换代而且派生 出技术含量更高的各种热电联供、空冷机型。优化型机组的经济性提高 3% , 可靠性, 自

动化水平和运行灵活性也进一步 提高, 机组的总体性能已达到当代国际先进水平。典型的优 化设计技术成果有: 全三元叶片级设计方法和试验研究开发了一系列低压 弯扭静叶、高中压斜置静叶、高中压弯扭动静叶片, 进一步提 高叶片级的效率。 有限元方法为基础的计算机工程(CAE) 技术进入产品结 构设计领域。一系列低应力集中, 具有优良抗高周及抗低周 疲劳性能的新型结构在产品中应用, 如自带围带动叶、无中 心孔转子、高强度转子轮槽型线、整圈自锁阻尼型长叶片等 大大提高了机组在调峰, 二班制运行条件下的安全可靠性。 抗蠕变性能更好的高温材料, 高强度, 高抗腐蚀性材料的应用。

2、 我国汽轮机行业的发展与展望

大批数控设备的应用使关键部件加工实现了数控化 ( CAM) , 新的热加工技术, 如钢包精炼及铸造工艺的改进, 埋 弧自动焊接技术, 模锻技术的改进, 高频淬火防水蚀技术等 均进一步提高了产品质量, 缩短了制造周期。 大功率电站汽轮机辅机设计制造技术达到国际先进 水平 我国从 80 年代起通过从国外引进电站汽轮机主要辅 机: 加热器、除氧器、凝汽器的设计及制造技术, 经过消化、优 化和再次开发, 目前已具备了设计和制造直至 1300MW 功率 等级的亚临界、超临界、核电和燃气- 蒸汽联合循环机组主 要辅机的设计和制造能力。目前我国所有电厂, 包括进口机 组的辅机均实现了国产化, 汽轮机电站辅机的设计、材料、制 造工艺、性能均达到国际先进水平。在企业中形成了与国际水平相当的现代汽轮 机设计制造体系。现阶段各企业正在开始实施 ERP( 企业资 源计划) , 建立企业统一的运作平台, 将计算机管理、信息化 和网络化技术贯穿着整个产品设计和制造的各个环节, 进一 步推动汽轮机产品的技术进步。 2. 2 我国大功率机组的技术水平状况 目前超高压、亚临界参数, 135MW 以上到 600MW 功率等 级范围内汽轮机产品的制造质量, 运行性能, 可靠性等综合 指标已达到国际同类机组的水平。我国已具有了与国际跨 国公司相当的亚临界, 常规超临界参数大功率汽轮机的设计 制造能力, 机组设计制造的技术状况为: 新一代引进技术机型的 300MW~ 600MW 汽轮机的 国产化率均达到 95% 以上 300MW~ 600MW 等级汽轮机的保证热耗均达到国 际先进水平。等效可用系数达到国际先进水平。以 300MW 为例, 整个机组(机、电、炉) 的等效可用系数由 1997 年的 86. 86% 提高到 2001 年的 91. 43% , 新投运机组更达

到 94. 63% , 其中汽轮机的等效可用系 数 2001年达到 99.73% 。

3 、国外汽轮机产品和技术的发展状况

近期世界火电技术在大幅降低机组的价格性能比, 追求 机组高效率以及减少对环境的污染二个方面取得了非常显 著的成果。其发展状况为: 3. 1 国际汽轮机行业大规模资产重组, 维护市场价格, 提高 产品技术竞争 汽轮机的技术特点及其所涉及学科领域的广度和深度使得世界上只有少数工业发达国家的跨国公司才有开发制造汽轮机的能力。为了维持世界市场的格局和价格体系, 国 际汽轮机行业在 1998 年~ 2001年期间进行了大规模的资产 重组。例如整个欧美国家由近十家制造汽轮机的公司合并为 ALSTHOM、GE 、SIEMENS 三家, 在资产重组和保持市场分 额的同时又: (1) 迅速完成了计算机技术对企业的改造, 提高产品开 发竞争力, 缩短周期, 降低成本。 (2) 实行技术的优优组合提升重组公司的技术竞争力 和开发实力。 (3) 实行制造加工业的分工重组, 将制造加工转移到人 力成本较低的发展中国家和地区。 这种转移与发展中国家要求的-国产化率. 正好相符。 在国际市场的规则下, 没有产品完整开发自主产权的高-国 产化率. 和制造当地化已成为这些跨国公司进一步垄断市 场, 获取高额利润的最佳手段。 国际汽轮机制造业的重组给我们带来很多启示, 在 WTO 的框架下对中国汽轮机制造业的发展势必产生较大影响, 我 们必须认真研究, 寻求对策。 3. 2 国外汽轮机产品和技术的发展 到目前为止, 世界总发电量中, 火电比重仍占据首位, 达 到 65% 以上。鉴于煤的储量远大于石油和天然气, 所以今后 煤电的发展仍将占据突出地位。此外, 严格的环保要求促进 了清洁煤燃烧技术的发展, 高效、低能耗、低污染、低造价已 成为各国电力装备业最主要的发展目标。近期发展最快的 是高效(超超临界) 大功率超临界汽轮机、燃气轮机、燃气蒸汽联合循环汽轮机这三种类型机组, 主要的发展特点为: (1) 大功率高效超超临界汽轮机的发展 随着常规超临界技术的成熟, 从 90 年代开始, 以日本, 美国、欧洲为中心, 世界又进入了新一轮超超临界汽轮机的 发展阶段。采用更高的温度、更高的压力是该阶段发展的主要特点。 提高进汽温度。目前国外新机组的进汽温度均在 580e ~ 600e , 国外已 形成用于 566e 以 下的 CrMoV 钢, 566e 的 2. 25%Cr 钢, 600e 的 9% Cr 钢及 12% 钢等标准材料 系列。 º 提高进汽压力 27MPa。由于汽轮机排汽湿度的原因, 提

高压力的同时, 必须采用更高的再热温度( 如 600e 以上) 或二次中间再热循环。目前参数下的二次再热将使电厂投 资增加 10 % ~ 15% , 经济性得益为 2. 5% 左右, 近期只有欧 洲热电联供 415MW 超超临界二次再热机组( 28. 5MPa/ 580e / 580e /580e )投运的报道。要降低超超临界压力, 二次再热 机组的价格性能比, 只有再进一步提高压力温度, 为此, 日 本、美国、欧盟均在进行进汽压力为 34. 3MPa~ 40MPa, 温度 为 630e 以及 700e 和 760e 参数的研制开发计划。 » 1000MW 等级超超临界机组的开发。大功率涉及的关 键是低压缸长叶片, 目前新的全速 3000r/min 大功率机组中 已普遍采用高度为 1000mm~ 1050mm, 排汽面积在 9m2 左右 的长叶片。出于对更大功率超超临界机组及减少低压缸数

1） 近期国外各大公司均开发研制了更长的末级长叶 片; 西门子公司用于我国外高桥四缸四排汽超临界 900MW 机组的 1143mm 长叶片, 其排汽面积已达到

12. 5 m2。目前钢 制最长的 1218mm 叶片也将于 2004 年在电厂投运, 可满足

四 排汽百万千瓦等级机组的要求。 (2) 提高汽轮机内效率及可靠性

采用全三元成型技术不断开发高效的叶型及叶片。 已普遍采用斜置及弯扭静叶。如西门子、西屋、三菱公司不 仅在静叶, 而且全三维的弯扭动叶已在整个汽轮机高中低压 叶片级中应用, 可使效率提高 0. 8% ~ 1. 5% 。 º 普遍采用先进的三维有限元结构分析程序对汽轮机 的主要部件, 如汽缸、阀门、轴承座、隔板、高温螺栓等进行模 拟工作状态的仿真计算, 以数字化设计取代经验和半经验的 设计方法, 提高结构设计的可靠性。轴系稳定性、可靠性的 设计技术已相当成熟。 (3) 燃气轮机及蒸汽轮机- 燃气轮机联合循环 燃气轮机及蒸汽轮机- 燃气轮机联合循环技术飞速发 展, 技术渐趋成熟, 加上天然气资源的开发和环保对电站排 放要求的提高, 使燃气轮机及燃气- 蒸汽联合循环在电力系 统中的地位发生了明显的变化。近期的发展状况如下: ¹ 在世界国际市场形成 GE、SIEMENS 、西屋和三菱(1997 年分开) 、ALSTHOM( ABB) 等几大燃气轮机及燃气- 蒸汽联 合循环产品的系列。 燃气轮机单机功率已达到 300MW 等级, 最大 701ATS 机 组的功率已达到 350MW。 1420e 进气温度的燃气轮机机组 1997 年已投运成功, 目 前的进气温度可达 1510e , 燃机的单机效率达到 39% 。 燃料以天然气为主, 排放可达到 NOx 低于 9ppm, CO 及 未

燃物低于 20ppm。 机组的可靠性及可用率达到 97% 以上。 º 联合循环及相应蒸汽轮机的同步发展 蒸汽轮机- 燃气轮机联合循环装置的效率相应 1420e 燃机的联合循环效率已达 58% , 对应 1510e 燃机的循环效率 将达到 60% 。 联合循环装置设备: 包括再热及非再热的双压、三压余 热锅炉, 低参数、多汽源进汽、应用更长末级叶片的大功率蒸 汽轮机装置的开发。

大功率配置使整个联合循环电厂的单位千瓦造价大幅 度下降。 » 高温、大功率、高效率设计集中了当今各相关学科的 最新技术: 如高温材料及工艺, 单晶体铸件叶片, 陶瓷材料开 发, 材料防腐技术; 先进的全三维叶片气动技术; 低 NOx 的燃 烧技术; 高温快速启停热疲劳及冷却技术等。这些技术的发 展涉及到大量的中间及实物实验研究, 需要巨大的前期投 入, 这也是世界燃气轮机行业更趋于集中垄断的原因之一。 (4) 热电联供汽轮机的发展 近期国际热电联供汽轮机的发展: 多种热电汽轮机的开发, 不仅在常规电厂, 而且在核电站, 联合循环电站实现热电联供, 以最大可能地提高能源 利用率。 º 产品向多品种(不同功率、抽汽参数、抽汽量) 方向发 展。普遍采用积木块技术, 高压缸以进汽量, 低压缸以排汽 容积流量, 中压以抽汽压力为主形成系列化的积木块, 可满 足各种不同用户的需求。 » 向大功率、高参数方向发展。欧洲近期单机单炉配置 的大功率亚临界、超临界、超超临界的热电联供机组机组发 展很快。例如西门子公司的 800MW 超临界机组具有压力 0. 45MPa, 800t / h 的工业抽汽及供热网加热器的采暖抽汽能 力, 热效率达到 62% ; 1998 年投运的 415MW 超超临界二次再 热机组具有区域供热功能, 供热时电厂的热效率达到 90% 以 上。

4 、我国汽轮机行业的发展方向及进入 WTO 后的对策

50 年的光辉历程及今后国民经济电力工业的长期需求, 广阔的市场前景是我国汽轮机行业持续发展的基础。在进 入WTO 后, 我们将面临国际汽轮机制造业 90 年代末期成功 大规模重组后几大跨国公司的挑战。在机遇与挑战面前既 要看到我们的成绩和优势, 又要找出差距, 明确今后技术的 发展方向, 制定相应的对策: (1)我国汽轮机行业在常规汽轮机领域内, 包括各种功 率亚临界、常规超临界(25MPa, 566e ) 参数的火电及百万千 瓦等级的核电已具备了与国际质量水平相当的产品设计开 发及制造能力。这是我国近二十年所实行的

-以市场换技 术 . 政策及我国汽轮机行业广大职工努力奋斗的成果。在常 规汽轮机的领域内, 中国的汽轮机制造厂完全有能力开发制 造下列性能和质量水平不亚于外国, 具有很好市场前景的产 品: 单轴, 亚临 界或常 规超临界 参数( 25MPa, 566e / 566e )700MW 功率等级的机组。 开发设计末级叶片高度为 1200mm 左右, 排汽面积为 12m2 以上的超大型低压缸。设计制造单轴、常规超临界参 数, 功率为 1000MW 等级的机组。 » 各种功率等级的亚、 ( 常规) 超临界参数空冷机组 ¼ 各种功率等级的亚、 ( 常规) 超临界参数, 各种抽汽压 力的热电联供机组, 特别适用于我国西北和北方地区的大功 率 300MW~ 1000MW 热电联供机组。 ½ 1000MW~ 1300MW 单轴、半速核电汽轮机。 ¾联合循环汽轮机系列: 包括非再热或中间再热, 双压 或三压进汽, 单轴或双轴, 100MW 功率的单缸到 100MW~ 300MW 的双缸汽轮机。 (2) 大功率超超临界汽轮机的开发研制。目前我国在超 超临界领域内的产品正处在研发阶段, 应参考美、日、欧洲在 行业和政府支助下联合开发的方式, 以企业为中心, 尽快制 定实施发展规划。今后, 超超临界机组应逐步成为我国新一

5、我国汽轮机行业的发展与展望

代的主力机型。近期的发展途径可为: 超高温( 到 600e ) 机组可自行开发, 也可采取与国外合 作的方式局部引进与高温有关的部件: 如进汽管、阀门、高压 内缸、喷嘴组及蒸汽室、高中压转子等。 超超临界压力对汽轮机而言, 主要在于二次再热所相应 的VHP 积木块开发。可自行开发( 应进行必要的中间试验), 也可采取国外合作的方式, 引进局部技术。

燃气轮机的发展：燃气轮机集中了现代工程技术一 系列最新的前沿技术, 包括 1500e 的高温叶片, 低排放、高效 的燃烧技术, 全三元的高效压气机及燃气轮机叶片级, 快速 启停抗热疲劳的结构设计等。这些技术的前期开发投入资 金不是任何企业能单独承担的, 目前国内发电燃气轮机的研 发工作刚处在新的起步阶段, 只有大幅度增加投入, 才能发 展自主的燃气轮机开发制造技术, 否则中国的制造厂将成为 外国公司推行制造当地化, 降低成本的加工伙伴。从发展自 主工业, 加强国民经济和国防建设的角度, 应将燃气轮机的 发展提到议事日程上来, 建议行业协会充分发挥与政府沟 通, 参谋和组织作用, 建立政府支持, 企业为中心, 联合各方 面的技术力量, 统一规划实施的研发

机制。

进入WTO 后, 我国汽轮机行业的发展对策。从维护 国家和民族利益的高度, 在市场准入、项目立项、招标的各个 环节全方位地( 市场分配、价格、新产品准出、财力) 应用( 学 习) 发达国家对等的政策, 为中国企业的成长和发展提供保 证和支持, 做到: ¹ 建立国际通用、对等的政策。例如鼓励支持本国各公司在其国内市场内不断推出新机型, 推行在本国创业绩, 然后推向国外市场的作法。 º 建立完善的价格协调机制。动力设备制造的发展涉 及到国民的长远利益, 需要有十分有效的价格政策吸引大量 的财力和优秀人才。 » 政府对新产品及相应中间试验的财力支持应直接面 向企业。 我国的汽轮机行业走过了 50 的光辉历程, 为我国电力 工业的发展作出了巨大的贡献, 在进入 WTO 的新世纪中, 面 对国内、国际的挑战, 在努力用好以市场换技术得来的先进 技术的同时, 要继续发扬科学创新精神, 加强技术投入, 建立 自主的研发系统; 不断提高产品的科技含量, 提高产品的市 场竞争力, 发展市场要求的高参数、高效率、高可靠性、

高度灵活性、高自动化、低维护性的各种产品。在市场经济的机制下要加强政府和行业协会的协调功能, 为提高整个行业的 国际竞争力, 为我国动力工程事业的发展作出更大的贡献！