摘要:
一、公司簡介
青島捷能汽輪機集團股份有限公司是由原青島汽輪機廠改制而成，始建于1950年，1958年開始生產汽輪機，以生產“捷能牌”汽輪機為主導產品，具有現(xiàn)代化生產規(guī)模，享有自營進出口權。現(xiàn)有凈資產6.5億元，員工2300余人，其中工程技術人員300余人。擁有關鍵設備1500余臺，其中數(shù)控、加工中心等精密大型設備500多臺，基本實現(xiàn)數(shù)顯數(shù)控加工，具有很強的綜合加工能力。
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公司目前主要生產150MW以下各類型號汽輪機，現(xiàn)有十大系列600余個品種，能夠滿足發(fā)電、石油、化工、印染、紡織、水泥、造紙、制糖、鋼鐵、煤炭、垃圾處理、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)、城市集中供熱等行業(yè)，產品遍布31個省、市、自治區(qū)，并遠銷印度、印尼、巴基斯坦、孟加拉等國家。
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公司現(xiàn)具有年生產汽輪機500萬千瓦/400臺的能力，是目前國內中小型汽輪機系列最全、品種最多、能力最強的設計制造供應商?，F(xiàn)在已生產的各類汽輪機達4000多臺，在3MW～60MW中小型汽輪機的市場占有率達52%。
公司自70年代末即研制低品位余熱利用汽輪機，目前已為國內外水泥公司提供了200多臺余熱利用汽輪機，在設計、制造、運行經驗等方面均處于國內領先水平。
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公司大力實施名牌戰(zhàn)略，堅持實施自主開發(fā)與引進技術相結合的高起點發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進主導產品結構調整和升級換代，曾獲得全國汽輪機行業(yè)質量標兵稱號和全國五一勞動獎章。1980年獲得中國汽輪機發(fā)展史上第一塊國家質量獎牌，多個產品被評為國家級新產品，所生產的“捷能牌”汽輪機2006年獲得“中國名牌產品”稱號。
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二、純低溫余熱發(fā)電技術發(fā)展回顧
水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術就是水泥窯工藝流程排出的大量廢氣余熱進行熱交換回收，產生蒸汽通過汽輪機實現(xiàn)由熱能向機械能轉換最終拖動發(fā)電機發(fā)電的技術。
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1.純低溫余熱汽輪機的技術來源
我公司是國內純低溫余熱發(fā)電技術---純低溫余熱汽輪機設計、制造、運行的開拓者和領路人。在上世紀70年代末至90年代初，我公司為西藏羊八井地熱電廠共制造了7臺3MW補汽式地熱機組（進汽為0.17Mpa飽和蒸汽、補汽為0.05Mpa飽和蒸汽，并獲得國家科技進步三等獎）。二十多年來西藏羊八井地熱機組的成功運行為我國純低溫余熱發(fā)電技術發(fā)展，特別是為上世紀90年代末水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術發(fā)展起到非常關鍵作用。
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2.純低溫余熱汽輪機開始進入水泥行業(yè)
1997年～2004年是水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術導入期。這期間，水泥窯余熱利用主要采用補燃技術、無補汽純低溫發(fā)電技術以及小補汽技術（10%補汽量）。由于對水泥窯生產的波動性，所產生各能級的余熱（壓力、溫度、流量）變化范圍大這一特點沒有充分認識，結果造成水泥行業(yè)應用的所有補汽式汽輪機組其補汽均不能投入正常運行。其根本原因并非是汽輪機設備問題，而是余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)及余熱鍋爐配置不當所至。如：汽輪機補汽要求補汽壓力及溫度相對穩(wěn)定并要求高于汽輪機本體補汽點的蒸汽壓力，由于工程設計單位未能透徹地研究水泥窯廢氣余熱特性，其低壓補汽均是由水泥窯大幅度波動的廢氣直接生產，更由于余熱鍋爐、熱力系統(tǒng)的配置又不具備調整蒸汽壓力及穩(wěn)定蒸汽溫度的能力，造成補汽蒸汽壓力及溫度的大幅度波動，使得補汽系統(tǒng)不能正常投入運行。補汽系統(tǒng)不能正常投入運行，不但不能進一步回收180℃以下廢氣余熱，使余熱發(fā)電系統(tǒng)達不到應該達到的發(fā)電功率，也同時嚴重影響了大家對補汽式汽輪機優(yōu)越性的認識，阻礙了水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術的發(fā)展及進步。
這一時期水泥窯余熱利用發(fā)電技術暫定義為第一代水泥窯余熱發(fā)電技術（主蒸汽參數(shù)壓力0.69～1.27Mpa，溫度280～340℃，無補汽）。盡管這一時期在水泥窯余熱利用改造上沒有達到預期的效果（水泥窯余熱沒有得到充分利用），但是我們卻獲取了很多經驗：一是余熱汽輪機開始被水泥行業(yè)所認知；二是水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術發(fā)展離不開汽輪機技術發(fā)展；三是汽輪機供應商應投入更多的技術力量開發(fā)出適合水泥窯余熱利用的汽輪機。
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3、純低溫余熱汽輪機在水泥窯上的廣泛應用
①2004年～2007年（第二代水泥窯余熱發(fā)電技術的應用期），在與大連易世達能源工程有限公司的緊密合作下，我公司已自主研發(fā)了處于國內領先水平、與第二代水泥窯余熱發(fā)電技術（水泥窯余熱按廢氣余熱溫度可實現(xiàn)梯級利用，使水泥窯廢氣余熱按其熱能品質最大限度地轉換為電能，采用相對高壓高溫的主蒸汽(1.57～2.45MPa-340～385℃)及低壓低溫補汽（0.1～0.3 MPa-飽和至170℃），使余熱發(fā)電能力比采用相對低壓低溫主蒸汽(0.69～1.27MPa-280～340℃)參數(shù)的第一代水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術大幅提高）配套的新一代補汽式汽輪機。這種汽輪機的基本系列為4.5MW、6MW、7.5MW、9MW、12MW、15MW、18MW、20MW等多個規(guī)格，主蒸汽進汽額定參數(shù)為1.57～2.45MPa-340～385℃，允許的運行變化范圍為1.27～2.47MPa-280～390℃，補汽進汽額定參數(shù)為0.2MPa-150℃，允許的運行變化范圍為0.1～0.3MPa-飽和至170℃,最大補汽量為主汽流量的20%。該系列產品可以有效利用水泥窯廢氣余熱生產的不同能級的蒸汽、熱水等低品位熱能并能在保證汽輪機使用壽命和熱效率的前提下，對水泥窯生產的波動性有很強的適應能力。
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根據(jù)已投產的第二代水泥窯余熱電站運行情況（用戶：山水集團濰坊2500t水泥窯，2007年1月正式投運），汽輪機組補汽式比不補汽式時其發(fā)電功率提高8%以上，相應余熱鍋爐出口廢氣溫度可得以大幅降低。
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同時，因采用較高的主蒸汽壓力和溫度，為汽機滑參數(shù)運行創(chuàng)造了條件（當設計采用主蒸汽壓力和溫度為2.29MPa-370℃時，實際運行變化范圍可以達到1.27～2.47Mpa、325℃～400℃）；而第一代純余熱發(fā)電技術的汽輪機主蒸汽壓力和溫度允許變化范圍則要小得多（當設計采用主蒸汽壓力和溫度為0.98MPa-310℃時，實際運行變化范圍只能達到0.69～1.27Mpa、290℃～330℃）。因此，第二代純余熱發(fā)電技術在提高余熱發(fā)電能力的同時，由于主蒸汽參數(shù)允許運行變化范圍比第一代純余熱發(fā)電技術大得多，汽輪機運行的可靠性、對水泥窯生產波動的適應性也將比第一代技術好的多，更為重要的是延長了汽輪機設備的使用壽命。
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③汽輪機新技術應用及創(chuàng)新點
隨著水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術不斷發(fā)展，我們與大連易世達深度合作，在深刻了解余熱發(fā)電熱力系統(tǒng)的構成及水泥生產線生產特點的基礎上，在水泥窯余熱發(fā)電用汽輪機的設計參數(shù)選擇上充分考慮了水泥窯生產的大范圍波動性，積極研發(fā)與第二代水泥窯發(fā)電技術配套的補汽式汽輪機。
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在該類型補汽式汽輪機的設計制造過程中，我公司積極采用CAD/CAM/CAPP、PDM等先進的設計、制造、管理手段。主要技術創(chuàng)新點，有以下幾方面：
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a、采用國際上先進的模塊化設計理念---產品零部件均采用模塊化、標準化、系列化設計；
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b、應用全三維技術設計機組的通流部分（采用高效率后加載葉型、全三維彎扭葉片），大大提高汽輪機的效率，整機效率提高8%以上。
c、本體結構設計必須滿足主蒸汽進汽參數(shù)變化范圍：壓力1.27～2.45MPa、溫度280～390℃，以適應水泥窯生產的波動性。
d、控制系統(tǒng)采用數(shù)字電液調節(jié)系統(tǒng)（DEH）（采用美國WOODWARD公司505+德國VIOTH電液轉換器）。可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動記錄、自動控制，其技術水平國內領先，具有國際同類產品水平；配置先進的汽輪機安全監(jiān)測保護系統(tǒng)（TSI），監(jiān)視項目齊全、性能可靠，操作調整方便，自動化程度高，可隨時監(jiān)測機組的各種運行參數(shù)，便于故障分析和判斷，限制事故范圍，提高機組運行安全性。
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e、高效的補汽結構設計
●補汽混合室的設計：根據(jù)主汽、補汽混合后的流動特性按蝸殼理論進行結構設計，使流動效率達到最佳值。整機效率比補汽量10%的結構提高了1.5%。
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●補汽強關閥的設計：一是要具有在任何緊急情況下，能夠自動快速（＜1S）切斷補汽，杜絕了汽輪機因補汽造成的飛車事故的發(fā)生；二是要具有在汽輪機正常運行時，可隨時強行切斷補汽。
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f、為減少電站投資及工程建設周期，我公司已為2500t水泥窯純低溫余熱汽輪機采用新布置理念---快裝式（單層布置）、配集中油站，汽、水、油管路全部廠內組裝，結構緊湊，安裝方便（如下圖）。
正在研發(fā)用于5000t水泥窯純低溫余熱汽輪機的快裝結構（如下圖）。
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三、大補汽式低溫余熱汽輪機的設計、運行及對余熱發(fā)電技術發(fā)展的影響
2008年～2009年，隨著大連易世達對水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術不斷探索研究，成功將補汽量由20%提高到40%。
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●2500t水泥窯: 補汽量由4t/h提高到8t/h，裝機容量由4.5MW提高到5MW，發(fā)電量增加了9%，汽輪機本體結構采用快裝式+集中油站，機組已投運（用戶：江蘇東湖等）；
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●5000t水泥窯: 補汽量由8t/h提高到16t/h，裝機容量由9MW提高到11.5MW，發(fā)電量增加了9%，機組已投運（用戶：華新集團的金貓水泥、陽新水泥等，平均發(fā)電量10 MW以上）；
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●2×5000t水泥窯: 補汽量由18t/h提高到36t/h，裝機容量由20MW提高到23MW，發(fā)電量增加了9%，機組已投運（用戶：峨嵋山水泥，平均發(fā)電量預計21 MW以上）。
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最近，大連易世達公司在水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術又有新的突破——第三代水泥窯余熱發(fā)電技術即補汽量由現(xiàn)在的40%提高到額定補汽量80%，最大補汽量100%。為此，我公司正在研發(fā)與第三代水泥窯余熱發(fā)電技術配套的大補汽式低溫余熱汽輪機，并將在如下技術上有新突破。
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1、補汽室結構的新突破
按全三維的技術設計補汽混合室，使混合室的流動損失達到最小，補汽順利進入汽輪機，使汽輪機整機效率提高1%。
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2、補汽控制的新突破
在原來補汽強關閥的基礎上必須增加補汽調節(jié)閥。當補汽量達到主汽流量80%～100%時，補汽對汽輪機補汽口處的壓力、發(fā)電功率影響較大。在補汽不是很穩(wěn)定情況下，目前的WOODWARD 505系統(tǒng)很難控制汽輪機平穩(wěn)、安全運行。故必須增加補汽調節(jié)閥并采用WOODWARD 505E，最終實現(xiàn)對電功率和補汽壓力進行關連調節(jié)，確保汽輪機安全、可靠運行；同時也起到協(xié)助鍋爐穩(wěn)定出口壓力的作用。
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3、通流結構的新突破
當補汽量減少一半時，排汽流量將減少1/4，末級葉片的動應力將成倍增加，給汽輪機的安全運行帶來嚴重隱患。故必須重新開發(fā)末級葉片，以滿足大補汽式低溫余熱汽輪機的運行要求。
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??? 結論：隨著上述技術的突破，大補汽式汽輪機不久將問世，水泥窯余熱利用率將大幅度提高，其效果如下（典型窯型）：
●2500t水泥窯：補汽量將由8t/h提高到18t/h，裝機容量將由5MW提高到6MW，發(fā)電量增加17%～25%
●5000t水泥窯：補汽量將由18t/h提高到38t/h，裝機容量將由11.5MW提高到13.5MW，發(fā)電量增加17%～25%
●2×5000t水泥窯：補汽量將由36t/h提高到70t/h，裝機容量將由23MW提高到26.5MW，發(fā)電量增加17%～25%。
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四、結束語
我公司將攜手設計院及各水泥制造廠家，進一步就水泥窯余熱回收發(fā)電領域進行積極的探索、研究，繼續(xù)研發(fā)與純低溫余熱發(fā)電技術相配套的汽輪機，在水泥窯余熱汽輪機的設計中應用更多的國內、外新技術，全力打造全新產品，設計更便于安裝、自動化程度更高、安全性更好、效率最高的產品。
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面對新的機遇，新的挑戰(zhàn)，青島捷能汽輪機集團股份有限公司始終奉行“開拓創(chuàng)新，追求卓越”的企業(yè)精神，牢固堅持“精良產品、精誠服務、精打細算、精兵強將、精益求精”的“五精”理念要求，努力為每一個用戶提供滿意的精品。
