半速機技術能使嶺澳二期多提供8%的可靠電力

阿爾斯通核電業務副總裁 Philippe Anglaret

阿爾斯通產品推廣經理 Olivier Mandement

阿爾斯通公司與東方電氣集團有限公司合作，共同向嶺澳核電站3號、4號機組提供了其ARABELLETM品牌技術。2005年，中國廣東核電集團選擇了先進的半速汽輪機技術，用于其新建的百萬千瓦級核電機組。目前，運行機組單機實際輸出功率為1080兆瓦，較此前全速機設計機組的輸出功率提高了8%。

阿爾斯通ARABELLETM汽輪機是全球最尖端、最成熟的技術之一。其特有的結構和配置提高了設備的整體效率，延長了設計壽命期，縮短了維修周期，從而降低了維護成本。ARABELLETM核電汽輪機可與任何類型的核島配套使用。

反應堆單元的規模通常作為選擇渦輪技術的決定性因素。全速技術的特點是低壓渦輪排氣面積比較小，接近其1000兆瓦電功率的極限值。因此，半速技術是1000兆瓦以上電功率的主導技術，能有效地適用于各類反應堆和現場條件。

半速汽輪機技術是有效處理大型核反應堆產生的大量蒸汽的唯一技術。汽輪機采用半速技術可降低應力水平，確保高可靠性和耐用期（60年）。它能夠通過較長的末級葉片增加低壓渦輪機的排氣面積，從而最大限度地降低進入冷凝器內蒸汽的動能損失。

ARABELLE 的結構設計

核電站的前一代汽輪機，采用雙流高壓缸，缸內的主入口蒸氣流被分成兩個對稱流。蒸汽在膨脹后，進入汽水分離再熱器（MSRs），首先經過干燥處理，然后利用主蒸汽進行過熱處理。過熱蒸汽被輸送到4個或6個低壓（LP）流（分別為2個或3個低壓流），經膨脹降至冷凝器壓力。

在ARABELLETM汽輪機中，蒸汽在單流高壓通路中膨脹，然后分送到兩個MSRs中。這兩個過熱蒸汽流又在單流的中壓（IP）管道中再次合并與膨脹。該中壓管道是世上絕無僅有的，ARABELLETM是迄今為止唯一的能在核電站使用的飽和蒸汽汽輪機，其中壓膨脹未集成在低壓模塊中。ARABELLETM高壓和中壓蒸汽流道集成在一個高壓/中壓模塊內。最后到兩三個雙流低壓缸的分流是在較低的壓力水平下完成的，比傳統的汽輪機低3倍。

為了減少汽輪機的整體長度，高壓和中壓膨脹在高壓/中壓組合汽缸中重新組合，除了規模較大以外，與化石燃燒應用中的一樣。由于蒸汽壓力和溫度均低得很多，飽和蒸汽原子汽輪機的入口蒸汽流量比相同額定功率的化石燃燒設備高5倍。

ARABELLETM技術最突出的特點是，體系結構非常適應高效率的單流蒸汽膨脹。這種單流式設計，由于減少了蒸汽通路首尾兩端的二次損耗，可確保較高的效率。單流蒸汽膨脹的入口壓力一般維持在6.5 MPa至0.3 MPa之間。汽輪機提供的60%以上的電源都利用了這種高效的單流蒸汽膨脹。這種單流體系結構的總效率比傳統結構提高至少1%。

一個關鍵要求是，嶺澳3號、4號機組的占地面積應與1號、2號機組相同，1號、2號機組采用的全速汽輪機，每部都有47 m2的低壓排氣面積。ARABELLETM半速汽輪機的排氣面積增加到75 m2，從而提高了輸出功率。盡管利用半速技術每個汽輪機模塊的體積較大，但由于將3個低壓模塊減為2個，并對渦輪發電機進行了小型的無刷勵磁機設計，汽輪機房的整體占地面積與嶺澳一期相同。

阿爾斯通生產的汽輪機和燃氣輪機的一個重要特點是，ARABELLETM汽輪機轉子采用了焊接轉子技術，不同于其他廠家采用的熱套轉子或整鍛轉子設計。

阿爾斯通與東方電氣集團有限公司合力為嶺澳3號、4號機組推出其ARABELLETM技術。2005年，中國廣東核電集團為1000兆瓦功率級的核工程項目選擇了新型的半速汽輪機技術。每個機組的實際總的輸出功率為1080兆瓦，約比先前的全速設計方案高出8%。

對于非常大的轉子而言，該項技術可以最佳地控制材料的內在性質。該項技術需要相對“小”的鍛件可以來源于鍛造師的較寬面板。相對于紅套葉輪設計，該項技術降低了應力水平。因此，為了更好地防止應力腐蝕裂縫（SCC），可以選擇屈服強度較低的鋼材，同時也保持了支撐末級葉片的鍛件的所需性質。

與其他技術性比，ARABELLETM技術具有幾大優勢。該項技術推出了一種比上一代汽輪機更小巧、更輕質的蒸汽輪機配置（每兆瓦的輸出功率），由于低壓汽輪機模塊結構獨立，支持為低壓汽輪機獨立地安裝冷凝器，因此便于組裝和維護，同時由于便于校直軸線及降低施加在汽輪機混凝土地基的負載，從而降低了土木工程的實施程度。

嶺澳二期的汽水分離再熱器支持著4個再熱閥組，從而為維護騰出了寶貴空間。汽輪機控制臺下面的中壓/低壓跨接管便于方便地到達低壓汽輪機。該項功能增大了放置面積并因而縮短了低壓模塊的維護時間。

成功地實施項目

嶺澳二期的訂購范圍包括提供兩臺ARABELLETM1000的半速蒸汽輪機，相關的汽輪發電機、汽水分離再熱器、冷凝器以及冷凝器頸部的1&2號低壓加熱器。

值得一提的是，阿爾斯通焊接轉子技術的主要優點是葉輪的個別鍛件截面相對較小，這就意味著鍛造師有能力去制造它們，從而有助于縮短了交貨時間以及確保遵守項目時間表。

事實上，第三組于2010年9月進入商業運行階段，比原計劃提前了3個月。第四組于2011年8月進入商業運行階段，比原計劃提前了一周。盡管在項目實施的過程中中國發生了“5·12”大地震，導致東方電氣集團有限公司的工廠及其中的一些設備損壞，但是仍然取得了上述成就。

在項目的執行和實施方面，嶺澳二期取得了成功，單機輸出功率比一期提高了8%。通過中廣核工程有限公司對3號、4號機組進行的性能測試證明了實際輸出功率大幅度地高于保證數值。

通過證明，軸線的振動能級非常低，其優異的機械性能使得僅在幾個月內便從起初的蒸汽負載平穩地過渡至滿負載狀態。

未來展望

阿爾斯通公司和東方電氣集團有限公司期望ARABELLETM技術將有助于他們保持較大的市場份額。ARABELLETM1000的解決方案非常適用于反應堆在1000兆瓦范圍內的發電廠（其中幾個此類的商用反應堆在中國是合格的）。ARABELLETM1700的解決方案具備一個更大的高壓/中壓模塊，能夠傳輸1750兆瓦的功率，該解決方案將符合正于泰山建造的功率更大的EPR類型反應堆的要求。

無論是哪一種反應堆（國際設計的還是中國設計的），阿爾斯通及其中國的合作伙伴均具備技術和經驗，以使汽輪機滿足中國市場的需要。