二次再热超超临界百万千瓦机组建设 关键技术创新与工程应用

二次再热超超临界百万千瓦机组建设

关键技术创新与工程应用

提 名 者 山东省科技厅

提名意见：

我单位认真审阅了该项目提名书及其附件材料，确认真实有效，相关栏目符合填写要求。按照要求，我单位及完成人所在单位均进行了公示，确认完成人、完成单位排序无异议。根据项目科技创新、技术经济指标、促进行业科技进步作用、应用情况、完成人情况，并参照山东省科学技术进步奖申报和提名基本条件，提名理由和建议等级如下：

本技术创新点、技术经济指标、促进行业科技进步作用：研究对象是世界首台再热温度为620℃的二次再热超超临界百万千瓦机组。成果突破了施工过程中存在的机组结构复杂、荷载较大、设计难度大，建设过程中存在超高空作业多、吊装就位困难、精度要求高、焊接难度大、安装工序复杂等诸多施工技术难题，并首次成功应用二次再热超超临界1000MW机组建设，形成具自主知识产权二次再热超超临界机组建设关键技术，获得行业及省部级科技进步奖10项（其中特等奖、一等奖各1项），授权发明专利12项，实用新型专利29项，取得国际先进水平以上关键技术成果11项，省部级工法8项。中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司、山东电力工程咨询院有限公司、华能莱芜发电有限公司、山东大学合作，建设完成世界首台再热温度为620℃的百万千瓦超超临界二次再热机组，是世界上单机容量最大、效率最高、能耗最低、指标最优、环保最好的火电机组。相关技术成果相继在鸳鸯湖电厂二期2×1100MW等工程推广应用，缩短工期，节约成本超数亿元，社会、经济、生态效益显著，具有重要的示范引领作用和意义。

提名该项目为国家科学技术进步奖 二 等奖。

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项目简介

电力工业是国民经济的重要基础，是国民经济发展战略的重点和先行产业。电力行业主要由发电和输变电两部分构成，象征国家高技术名片的特高压技术标志着我国输变电领域已进入国际领先地位，发电领域的技术创新是推动我国整个电力行业技术进步的关键。发电系统主要包括锅炉及附属设备、汽轮机及附属设备、发电机及励磁机。电力建设则是通过电力设计和建造技术，将各关键部分有机综合的构成一体，形成完整的发电系统，因此电力建设是整个发电系统的重要基础。国际上发电厂建设经历了第一代5-10万千瓦亚临界机组、第二代30-60万机超临界组和第三代100万千瓦超超临界机组，而目前二次再热超超临界机组则为第三代高效节能电力技术最杰出的代表，是整个国际发电领域的高技术战略制高点。

本技术研究对象是世界首台再热温度为620℃的二次再热超超临界百万千瓦机组，也是我国首批二次再热超超临界百万千瓦机组我国二次再热超超临界机组电力建设瓶颈性关键技术难题主要体现为：

1）目前已有的大型超超临界发电机基座抗震等基础设计方案与施工技术有待突破，它直接决定汽轮发电机组的安装精度和转动设备的完美匹配。

2）我国电力建设的布局不可避免的涉及岩溶极强发育区，现有的锅炉基础设计规范与施工技术难以满足负载基础与强度、精确定位等技术要求。

3）受热面管排布置异常密集，施工空间极其狭小，需创新塔式锅炉大板梁制作施工技术、炉内受热面安装就位技术。高空困难位置的盲区焊口的出现需要集成创新开发焊接技术。

4）因比常规机组多一级再热系统，再热汽温控制难度大。现有总线控制系统难以满足控制要求，同时受热面防超温控制、气温调节技术和烟风道加固与匹配特性也是机组建设的制约因素。

公司以代表国际电建最高水平的超超临界二次再热百万千瓦发电机组建设为突破口，解决发电机基座抗震等基础设计方案与施工技术、岩溶极强发育区基础设计规范与施工技术；集成创新塔式锅炉大板梁制作施工技术、炉内受热面安装就位技术与焊接技术和总线控制系统等关键技术难题。通过工程应用的示范，推动电力建设的技术创新发展，提升我国整个电力行业技术水平。

针对以上问题与挑战，通过产学研合作形式，加强联合和技术攻关，取得了以下创新性成果和关键技术，并应用于世界首台二次再热超超临界百万千瓦机组建设，实

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现了“倒送厂用电、汽轮机扣缸、锅炉水压试验、锅炉点火、汽轮机冲转、机组并网、机组168小时试运”等七个一次成功，创造了机组并网到168小时试运结束仅21天的全国最短工期记录，填补国内空白，推动了火电施工技术进步。

项目投产后，刷新了世界百万千瓦机组的指标记录，机组发电效率为48.12%，发电煤耗为255.29 克/千瓦时，供电煤耗为266.18 克/千瓦时，烟尘排放、二氧化硫及氮氧化物各项环保指标优于国家超低排放要求，成为世界上单机容量最大、效率最高、能耗最低、指标最优、环保最好的火电机组。

相关技术成果已获得行业及省部级科技进步奖10项（其中特等奖、一等奖各1项），获授权发明专利12项，实用新型专利29项，取得国际先进水平以上关键技术成果11项，省部级工法8项。相关技术成果相继在鸳鸯湖电厂二期2×1100MW等工程推广应用，缩短工期，节约成本超数亿元，社会、经济、生态效益显著。

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客观评价

政府评价

本技术共取得授权发明专利12项，实用新型专利29项。 科技奖励

（1）项目获中国电力规划设计协会2016年度电力行业优秀工程设计一等奖 （2）项目获中国电力规划设计协会电力行业优秀工程勘测一等奖

（3）“SA-213TP347HFG钢焊接工艺研究与应用”获中国施工企业管理协会科技进步一等奖

(4) 二次再热超超临界百万千瓦机组施工关键技术研究与应用获中国电力建设企业协会科技进步一等奖。

（5）燃煤电站烟气协同治理关键技术研究及集群化工程应用获得2016年度中国电机工程学会科技进步一等奖。

（6）二次再热超超临界百万千瓦机组建设关键技术及应用获得山东省科学技术进步二等奖

国内外查新结论

“经检索，国内外未见有：与本技术基于二次再热超超临界百万千瓦机组的关键技术创新和工程应用有关的文献报道。

第三方检测

西安热工研究院有限公司完成项目指标检测，锅炉效率：6号机95.46%，7号机95.21%，优于设计值94.65%；汽机热耗：6号机7051.6kJ/kW·h，7号机7049.7kJ/kW·h，优于设计值7053kJ/kW·h；供电煤耗：6号机266.18g/kW·h，7号机265.07g/kW·h，优于设计值266.75g/kW·h，处于世界领先水平；厂用电率：6号机4.09%，7号机4.11%，优于设计值4.2%。

烟尘排放量：6号机1.5mg/Nm3，7号机1.3mg/Nm3，SO2排放浓度：6号机10mg/Nm3，7号机4mg/Nm3；NOX排放量：6号机15mg/Nm3，7号机8mg/Nm3；烟尘排放、二氧化硫及氮氧化物各项环保指标优于国家超低排放要求，山东省第一个投产即满足超低排放标准的二次再热百万千瓦机组。环保设施与主机同步建设投运，灰渣石膏全部综合利用。废水集中处理，梯次利用，零排放；灰渣、石膏全部综合利用。

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用户评价

（1）华能莱芜发电有限公司应用评价：该成果在华能莱芜发电有限公司1000MW机组施工并成功应用，实现了“倒送厂用电、汽轮机扣缸、锅炉水压试验、锅炉点火、汽轮机冲转、机组并网、机组168小时试运”七个一次成功。经西安热工研究院有限公司（苏州西热节能环保技术有限公司）检测：“机组各项性能指标优于国家标准”；山东省环境保护厅对项目进行环评验收：“烟尘排放、二氧化硫及氮氧化物各项环保指标优于国家超低排放标准，且实现了废水集中处理，梯次利用，零排放；灰渣、石膏全部综合利用。”机组自投运至今，运行稳定，是我国二次再热技术应用的典范。

（2）大唐东营发电有限公司应用评价：

该成果在大唐东营发电有限公司1000MW机组施工并成功应用，提高了机组的建设和施工质量，保证了工程施工质量和运行指标，提高了机组运行指标，经济和社会效益显著。

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推广应用情况、经济效益和社会效益

通过自主研发、建设，突破二次再热超超临界百万千瓦机组施工过程中诸多技术难题，形成具有自主知识产权的二次再热超超临界机组建设关键设计、施工技术体系。集成项目技术成果成功应用于华能莱芜发电有限公司1000MW机组施工，提高了施工效率，缩短了工期，确保了安全质量，降低了成本，取得了显著的经济社会效益。实现了“倒送厂用电、汽轮机扣缸、锅炉水压试验、锅炉点火、汽轮机冲转、机组并网、机组168小时试运”七个一次成功；机组自投运至今，运行稳定，机组各项性能试验指标优良，锅炉效率：6号机95.46%，7号机95.21%，优于设计值94.65%；供电煤耗：6号机266.18g/kW•h，7号机265.07g/kW•h，优于设计值266.75g/kW•h，处于世界领先水平；厂用电率：6号机4.09%，7号机4.11%，优于设计值4.2%。

烟尘排放浓度：6号机1.5mg/Nm3，7号机1.3mg/Nm3，SO2排放浓度：6号机10mg/Nm3，7号机4mg/Nm3；NOX排放浓度：6号机15mg/Nm3，7号机8mg/Nm3；各项环保指标优于国家超低排放要求，实现环保设施与主机同步建设投运。废水集中处理，梯次利用，零排放；灰渣、石膏全部综合利用。

整个工程比计划工期提前6个月投产发电，为施工单位节约成本7632万元。工程的建成投产，增强了鲁中电网大型电源点支撑作用，对电网的安全稳定运行发挥了重要的作用。机组的成功投产运行，标志着我国二次再热技术又一次获得重大突破；标志着中国已掌握高效清洁发电技术，是电力行业自主创新、绿色发展的成功典范，截止2018年3月底，累计发电200.36亿kW•h，实现利税7.86亿元，社会、经济和生态效益良好。

二次再热技术符合我国能源科技中长期发展规划，符合国家节能减排政策，是我国火力发电技术的主要发展和应用方向，示范引领作用显著。项目相关成果正在鸳鸯湖电厂二期2×1100MW工程、大唐东营电厂2×1100MW工程、广东陆丰甲湖电厂2×1000MW工程、大唐雷州电厂2×1000MW工程中推广和应用。

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主要知识产权证明目录

知识产权类别 知识产权具体名称 汽轮发电机组转子联轴器中心找正盘动装置 国家 （地区） 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 发明专利有效状态 发明专利权 中国 ZL 201410280502.4 2016-03-02 ZL 201410280502.4 邵德让、赵立波、梁强、刘进卓 邵德让、邵德川、邵明勇、王森、兰京成 彭连勇、李开、刘慧兰、孟策 有效 发明专利权 汽轮机轴系中心找正方法 中国 ZL201510603095.0 2018-02-27 ZL201510603095.0 有效 发明专利权 二次再热超超临界塔式锅炉内受热面部件安装系统及方法 一种焊接培训用管道V型坡口加工设备 中国 ZL201510233496.1 2016-11-16 ZL201510233496.1 有效 发明专利权 中国 ZL201410274824.8 2015-12-09 ZL201410274824.8 陈雅斌、李胜利、陈凯、张涛 有效 发明专利权 锅炉受热面管排伸缩式热处理夹具 中国 ZL201410270789.2 2016-02-03 ZL201410270789.2 陈雅斌、陈凯、侯延斌、张建豪 于洪涛、蒋莉、苗井泉、祁金胜、高永芬、王妮妮、翟慎会、杨俊有效 6.发明专利权 燃煤电站煤粉锅炉及侧煤仓间联合结构系统 中国 ZL 201210431929.0 2012-11-02 ZL 201210431929.0 山东电力工程咨询院有限公司 有效 — 7 —

波、张乐川 实用新型专利权 一种混凝土预埋件装配结构 中国 ZL201520673198.X 2016-01-13 实用新型专利权 一种用于超超临界二次再热锅炉壁的温度监测系统 中国 ZL201520676496.4 2016-01-13 中国电建集团山东电ZL201520力建设673198.X 第一工程有限公司 中国电建集团山东电ZL201520力建设676496.4 第一工程有限公司 中国电建集团山东电ZL201520力建设132104.8 第一工程有限公司 中国电建集团山东电ZL201420力建设323737.2 第一工程有限公司 王守民、赵立果、李涛、王毓才 吴传南、荣生庆、井立宏、杨少波 刘彬、刘永阳、张崇洋、仉健康、吴庆富、史海红 有效 有效 实用新型专利权 重物吊装装置 中国 ZL201520132104.8 2015-07-08 有效 实用新型专利权 管路焊接对口调整装置 中国 ZL201420323737.2 2014-10-29 陈雅斌、秦东升 有效 主要完成人情况表

姓名 排名 刘永阳 1 工作单位 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 职务 公司副总经理、总工程师 副工师电工公总程、力程司职称 教授级高级工程师 主要贡献 全面进行了该项目的工程方案设计、施工技术与管理工作。研究了侧煤仓布置条件下双通道多层受热面串联吊装和水冷壁新型安装及精准安装就位技术，提高了水冷壁的安装质量，保证了燃烧器的中心尺寸，提高了机组的燃烧效率和经济性能。研制专用提升装置，创新采用烟道模块空中接钩、悬浮平移吊装方案，实现烟道侧面提升、高空平移、精准就位。支撑材料：实用新型专利1项（附件9）。 汽轮机本体采用弹簧隔振器安装并首次应用于二次再热1000MW级汽轮发电机组，研制了“汽轮发电机组转子联轴器中心找正盘动装置”和 “汽轮机转子可调防轴窜装置”发明专利，解决工艺质量难题，保证了安装精度，实现了精确找平，确保了弹簧隔振器和汽轮机基础的施工质量。 — 8 —

邵德让 2 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 高级工程师

总经理 工程力学计算中心主任 徐俊祥 3 山东电力工程咨询院有限公司 高级工程师 孔源 4 华能莱芜发电有限公司 副总经理 陈雅斌 5 翟慎会 6 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 国核电力规划设计研究院有限公司 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 电力工程公司党委书记 总经理 吴传南 7 副总经理 首次在百万千瓦二次再热机组中采用弹簧隔振技术，突破了国内外设计规范中关于静变位的设计限值，完成了汽轮发电机组弹簧隔振基础的设计。创新性的提出了动力基础底板变刚度方案，解决了强岩溶发育区动力基础的不均匀沉降问题，摒弃了桩基方案，缩短了工期4个月，节约费用千万元。提出并设计了具有良好补偿性的整体箱形基础，有效解决了极不均匀地基对塔式炉钢架沉降的不利影响和万吨荷载单柱下的20m深溶洞的跨越难题，实现了近八万吨重的塔式炉在岩溶极强烈发育地基上采用天然地基的方案，大大减少地基处理费用。 工程师 工程化实施负责人，对创新点四做出贡献。针对二次再热机组运行中防止超温状况，结合二次再热百万机组电网调度及日常运行，主持了一次调频建模分析，论证了二次再热百万机组一次调频的响应程度，保证机组安全稳定运行。 工程师 提出了受限空间视觉盲区受热面管排镜面焊接技术，研制了全方位可调节易固定的视觉盲区镜面焊接工装，保证了实体焊口焊接质量。创新细晶粒奥氏体不锈钢焊接技术，创新采用“S.H.K”焊接方法，细化焊缝组织晶粒，降低晶间腐蚀率。 研究员 提出了超长隔振汽轮发电机基础的抗震设计优化方案，优化了基础振动性能。提出了岩溶极强烈发育地质调件下塔式炉基础设计优化方案，有效解决了岩溶极强烈发育区对结构不均匀沉降的不利影响。提出了完善可靠的汽温控制措施，保证了后续运行的可靠。 教授级制定了总线和复杂壁温测点技术方案、工艺参数优化方高级工案，将锅炉本体壁温测点由最初的3905点优化至3346程师 点，在保证全面监视锅炉受热面的壁面温度的同时，有效减少了壁温安装施工、调试运行和检修维护工作量。 高级工程师 提出了二次再热超超临界塔式锅炉内受热面部件安装系统及方法，解决主吊机械吊钩无法穿过顶棚及调温挡板进行设备吊装的难题，减少设备吊装次数，减少高口焊口，加快焊接安装速度的同时，降低安全风险。 彭连勇 8 王湛 9 山东大学 总经理助理、副总工程师兼企业管理中心经理 讲师 苏永宁 10 华能莱芜发电有限公司 研究了圆形烟风道的鞍式支座与环形加固肋的匹配问题，确定了鞍式支座与加固肋的最优匹配方式。提出了将支座设置在重肋下方的设计方案，具有大幅度降低形变且提高屈曲安全稳定性的优点，并且支座与加固肋接触区的应力能够大幅度减小，满足长期使用的安全性要求。 工程师 二次再热机组运行中防止超温状况，结合二次再热百万机组电网调度，参与提出一次调频建模分析，保证机组安全稳定运行。提出了烟气再循环系统调节二次再热机组温度技术，论证了再循环烟气由引风机出口抽取的方案。 — 9 —

主要完成单位情况表

单位名称 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 排名 1 主要贡献 1.编制课题研究大纲及实施计划，确定研究思路及技术路线，并具体组织实施。 2.取得复杂网格箱型基础施工技术、大型箱式立柱和三层双腹叠梁制作与安装技术、塔式炉炉内受热面安装技术、汽轮机超长轴系对中找正技术、狭小空间镜面焊接和新型奥氏体不锈钢焊接技术、复杂壁温测点安装技术等十几项创新技术和方法，研制了具有自主知识产权的系列专用工具和装备。 3.推动以上成果在依托工程中成功应用，取得了良好的经济和社会效益。 4.以上成果填补了国内二次再热超超临界大容量火电机组的施工技术空白，引领了我国火电工程施工技术的发展方向，对实现我国火电行业重大技术进步具有重要意义和作用。 1.配合编制课题研究大纲及实施计划，确定子课题研究思路及技术路线，并具体组织实施。 2.克服国内无二次再热技术资料的困难，借鉴国内外先进的设计理念，借助PDMS三维技术，积极开展创新优化设计。 3.发表27篇论文；获得“电厂百万千瓦机组塔式锅炉配侧煤仓系统”等11项专利，其中发明专利2项、实用新型专利8项、外观设计专利1项；专有技术8项。 4.推动以上成果成功应用在依托工程中，并取得良好的经济和社会效益。 5.以上成果填补了国内二次再热超超临界火电机组的设计技术空白，引领了我国火电工程设计技术的发展方向，对实现我国火电行业重大技术进步具有重要意义和作用。 1国内首创使用烟气再循环系统调节二次再热机组温度技术，配常规喷水、烟气挡板调温方式，成功掌握了二次再热机组汽温调整技术，确保了蒸汽参数稳定达标。 2提出了一次调频建模分析，论证了二次再热百万机组一次调频的响应程度，解决了管间偏差和屏间偏差以及烟气侧和蒸汽侧温度精确控制防止超温的难题，保证机组安全稳定运行。 3.华能莱芜发电有限百万机组投产后，刷新了世界百万千瓦机组的指标记录，机组发电效率为48.12%，发电煤耗为255.29 克/千瓦时，供电煤耗为266.18 克/千瓦时，烟尘排放、二氧化硫及氮氧化物各项环保指标优于国家超低排放要求，成为世界上单机容量最大、效率最高、能耗最低、指标最优、环保最好的火电机组。 1.配合合作单位编制课题研究大纲及实施计划，确定子课题研究思路及技术路线。 2.为课题中的多项瓶颈性技术难题提供解决方案，提出新型鞍式支座与环形加固肋的匹配设计原则与方法，确定了鞍式支座与加固肋的最优匹配方式。 3.提出大直径尾部烟道加固肋设计的原则和方法，突破现有设计规范关于烟道直径的限制，能够有效确保降低流动阻力设计方案的实现，为进一步节能降耗提供安全保障。 4.配合推动技术成果应用在依托工程中，取得良好的经济和社会效益。 山东电力工程咨询院有限公司 2 华能莱芜发电有限公司 3 山东大学 4 — 10 —

完成人合作关系说明

二次再热超超临界百万千瓦机组建设关键技术及应用成果中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司、山东电力工程咨询院有限公司、华能莱芜发电有限公司、山东大学合作共同完成，2013年4月以来，在工程项目合作建设过程中，完成工作单位及项目完成人共同申请了奖励、论文，以及共同进行了科技成果鉴定。建成的世界首台再热温度为620℃的百万千瓦超超临界二次再热机组，是世界上单机容量最大、效率最高、能耗最低、指标最优、环保最好的火电机组。

2013.10-2015.12：山东电力工程咨询院有限公司和山东大学能源与动力工程学院共同研究发表《矩形和圆形烟风道加固肋设计的比较》论文；

2015.01-2015.06：山东电力工程咨询院有限公司和山东大学能源与动力工程学院共同研究发表《圆形烟风道支座与加固肋匹配特性的研究》论文；

2013.10-2015.12：华能莱芜发电有限公司和山东电力工程咨询院有限公司共同研究《厂房及厂区照明优化研究与应用》,获得2017年度电力建设科学技术进步三等奖；

2013.10-2015.12：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司和山东电力工程咨询院有限公司合作完成的《大型密闭空心网格基础施工工艺研究》项目，经山东省经济和信息化委员会鉴定结果是：项目技术达到了同类工艺的国际先进水平。

2013.10-2015.12：中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司和华能莱芜发电有限公司合作完成的《弹簧减震基础二次再热1000MW机组汽轮机超长轴系找正工艺研究》项目，经山东省经济和信息化委员会鉴定结果是：项目技术达到了同类工艺的国际领先水平。

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完成人合作关系情况汇总表

序号 1 共同 文章 2 共同 文章 3 共同 奖项 合作 方式 合作者 祁金胜/1安春国/2柏洁/3王湛/4 祁金胜/1安春国/2王湛/3 尹训鹏/1邵华标2/孔源/3任永军/4安吉华5樊潇/6 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司/1 山东电力工程咨询院有限公司/2 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司/1华能莱芜发电有限公司/2 合作时间 合作成果 证明材料 备注 圆形烟风道支座与2015.01-2015.06 加固肋匹附件-17 配特性的研究 矩形和圆形烟风道2015.01-2015.06 附件-19 加固肋设计的比较 厂房及厂区照明优2013.10-2015.12 化研究与应用 2017年度电力建设科附件-29 学技术进步三等奖 4 共同 成果 大型密闭空心网格2013.10-2015.12 附件-30 基础施工工艺研究 5 共同 成果 弹簧减震基础二次再热1000MW机2013.10-2015.12 组汽轮机超长轴系找正工艺研究 附件-31 — 12 —