اولین توربین بخار فوق بحرانی 630 درجه سانتیگراد راه اندازی شد، شکستن انحصار فناوری خارجی

الف توربین بخار ، تجهیزات اصلی قدرت است که انرژی حرارتی بخار با دمای بالا را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. به عنوان یک جزء حیاتی در صنایعی مانند تولید برق حرارتی، انرژی هسته ای و پتروشیمی عمل می کند.

در مارس 2026، اولین توربین بخار فوق بحرانی 1000 مگاواتی جهان با دمای 630 درجه سانتیگراد، که توسط دانگ فانگ الکتریک برای پروژه برق Datang Yuncheng توسعه یافته بود، راه اندازی را به پایان رساند و به طور رسمی مورد بهره برداری قرار گرفت.

این واحد یک رکورد جهانی جدید برای پارامترهای بخار در نیروگاه های زغال سنگ به ثبت می رساند که دارای راندمان بالا، مصرف کمتر زغال سنگ و قابلیت تنظیم بار قوی است. راه‌اندازی آن نشان‌دهنده جهش بزرگی در فناوری توربین‌های پیشرفته چین است - از پیروی از رهبران جهانی تا تبدیل شدن به یک رهبر - که به طور مؤثر انحصار طولانی مدت فناوری که توسط سازندگان خارجی در سیستم‌های توربین با پارامتر بالا در دست است شکسته می‌شود.

پس از راه اندازی، این واحد بازده حرارتی بیش از 50 درصد را به دست آورد که باعث صرفه جویی در حدود 208000 تن زغال سنگ استاندارد در سال و کاهش انتشار دی اکسید کربن تا بیش از 540000 تن در سال شد که مزایای زیست محیطی و اقتصادی قابل توجهی را به همراه داشت.

پارامترهای کلیدی مشخصات توربین بخار فوق بحرانی 630 درجه سانتی گراد

پارامتر	/ عملکرد
ظرفیت واحد	1000 مگاوات
دمای بخار	کلاس 630 درجه سانتیگراد
نوع نیروگاه	نیروگاه فوق بحرانی زغال سنگ
پروژه	پروژه برق داتانگ یونچنگ
توسعه دهنده توربین	دانگ فانگ الکتریک
راندمان حرارتی	بیش از 50 درصد
پس انداز استاندارد سالانه زغال سنگ	تقریبا 208000 تن
کاهش سالانه CO2	بیش از 540000 تن
ویژگی های فنی کلیدی	راندمان بالا، مصرف کم زغال سنگ، قابلیت تنظیم بار قوی

چالش های فنی کلیدی

توسعه و ساخت توربین بخار فوق بحرانی 630 درجه سانتیگراد سه چالش مهندسی در کلاس جهانی را ارائه کرد و آن را بسیار پیچیده تر از واحدهای فوق بحرانی معمولی کرد.

1. مواد اجزای هسته با دمای بالا و آهنگری

روتورهای سنتی توربین فشار قوی نمی توانند عملکرد طولانی مدت در دمای 630 درجه سانتیگراد را تحمل کنند. در چنین دماهای شدید، مواد مستعد تغییر شکل خزشی، آسیب خستگی و کاهش استحکام هستند که می تواند به طور قابل توجهی بر طول عمر توربین و ایمنی عملیاتی تأثیر بگذارد.

پیش از این، تنها تعداد کمی از کشورها بر تولید آلیاژهای با دمای بالا مورد نیاز برای محورهای روتور توربین بخار و مجموعه‌های روتور HP/IP تسلط داشتند و موانع تکنولوژیکی برای توسعه مستقل ایجاد می‌کردند. چین با چالش‌های عمده‌ای در طراحی ترکیب آلیاژ، فرآیندهای آهنگری و قابلیت اطمینان مواد برای اجزای کلیدی مانند روتور توربین، پوشش HP و شفت توربین مواجه بود.

2. طراحی و ساخت تیغه های فوق طولانی آخرین مرحله

واحد توربین مجهز به پره های 1450 میلی متری آخرین مرحله است که باید در طول کارکرد طولانی مدت نیروهای گریز از مرکز، فرسایش بخار مرطوب و ارتعاشات با فرکانس بالا را تحمل کند.

فرآیندهای تولید سنتی اغلب فاقد دقت و پایداری کافی هستند که منجر به انحراف پروفیل تیغه و عملکرد دینامیکی ناپایدار می شود. این مسائل نه تنها بازده توربین را کاهش می دهد، بلکه می تواند منجر به خطرات ایمنی جدی مانند شکستگی تیغه شود.

علاوه بر این، طرح‌های تیغه‌های معمولی برای حفظ پایداری در عملیات کم‌بار تلاش می‌کنند، که برآوردن الزامات شبکه برق مدرن برای تنظیم بار اوج عمیق را دشوار می‌کند.

3. تلفات حرارتی و پایداری تحت شرایط پارامتر فوق العاده بالا

تحت شرایط عملیاتی فشار فوق العاده بالا در دمای 630 درجه سانتیگراد، انتقال حرارت غیرقابل برگشت در داخل توربین به طور قابل توجهی افزایش می یابد و منجر به تلفات حرارتی بیشتر می شود.

در عین حال، واحدهایی که تحت شرایط بار متغیر کار می کنند اغلب با زمان پاسخ آهسته و عملکرد ناپایدار مواجه می شوند. دستیابی به راندمان بالا و عملکرد پایدار در شرایط بار کامل - در عین حال حفظ عملکرد قابل اعتماد اجزای حیاتی مانند روتورهای توربین بخار، یاتاقان‌های ژورنال توربین، یاتاقان‌های رانش و سیستم‌های آب‌بندی شفت- یکی از حیاتی‌ترین چالش‌ها در طول توسعه بود.

راه حل ها و پیشرفت های تکنولوژیکی

برای مقابله با این چالش‌ها، تیم تحقیق و توسعه با دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی داخلی برای غلبه بر موانع فنی متعدد و ایجاد راه‌حلی کاملاً مستقل با مالکیت معنوی اختصاصی، همکاری کرد و عملاً سلطه فناوری خارجی را شکست.

1. محلول اجزای هسته با دمای بالا

مهندسان به طور مستقل یک ماده آلیاژی جدید C630R با دمای بالا را همراه با فرآیند آهنگری تخصصی توسعه دادند.

با بهینه سازی نسبت ترکیب آلیاژ، ماده جدید به طور قابل توجهی استحکام در دمای بالا، مقاومت در برابر خزش و عمر خستگی را بهبود می بخشد و به استانداردهای پیشرفته بین المللی می رسد. از طریق تکنیک‌های آهنگری نوآورانه، چالش‌های کلیدی مانند تشکیل اجزای دیواره ضخیم با دمای بالا و جوشکاری فولادهای غیرمشابه با موفقیت حل شد.

در نتیجه، اجزای حیاتی - از جمله شفت روتور توربین بخار، مجموعه‌های روتور توربین و پوشش‌های توربین (پوشش HP، پوشش IP و پوشش LP) - اکنون می‌توانند به طور کامل در داخل تولید شوند و به اتکای چین به آلیاژهای وارداتی با دمای بالا پایان دهد.

2. محلول فوق العاده طولانی آخرین مرحله تیغه

این توربین از طراحی بهینه سازی دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی (CFD) پیشرفته همراه با فناوری ساخت CNC با دقت بالا استفاده می کند.

این رویکرد دقت دقیق پروفیل تیغه را تضمین می کند و تلفات جریان بخار را در داخل توربین کاهش می دهد. علاوه بر این، سازه‌های میرایی نوآورانه و پوشش‌های مقاوم در برابر فرسایش برای افزایش مقاومت تیغه در برابر لرزش و فرسایش بخار مرطوب معرفی شدند.

این پیشرفت‌ها عملکرد دینامیکی پره‌ها را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهند و به توربین اجازه می‌دهند تحت تنظیم بار اوج عمیق و شرایط کم بار به طور مؤثر کار کند، در نتیجه کارایی و ایمنی عملیاتی را بهبود می‌بخشد.

3. کاهش تلفات حرارتی و راه حل کنترل پایداری

این واحد از یک سیستم گرمایش احیا کننده دوگانه با توان متعادل استفاده می کند که با ساختارهای کانال جریان داخلی بهینه شده ترکیب شده است که به طور موثر تلفات حرارتی برگشت ناپذیر را کاهش می دهد.

منطق کنترل دوگانه محرکه بخار-الکتریک به طور مستقل توسعه یافته، ادغام شده با یک سیستم کنترل هوشمند، تنظیم سریع و دقیق سرعت و بار توربین را امکان پذیر می کند. این به طور قابل توجهی پایداری را در شرایط عملیاتی متغیر بهبود می بخشد.

علاوه بر این، یک سیستم نظارت آنلاین با شرایط کامل، به طور مداوم پارامترهای کلیدی - از جمله لرزش، دما و فشار - را دنبال می‌کند تا هشدار اولیه در مورد شرایط غیرعادی ارائه دهد. این سیستم عملکرد قابل اعتماد اجزای چرخان حیاتی مانند روتور توربین بخار، یاتاقان ژورنال توربین، یاتاقان رانش و مهر و موم لابیرنت شفت را تضمین می کند و عملکرد طولانی مدت ایمن و پایدار را تضمین می کند.

نتیجه گیری

راه اندازی موفقیت آمیز اولین توربین بخار فوق بحرانی 630 درجه سانتیگراد، نشان دهنده یک پیشرفت تکنولوژیکی بزرگ برای صنعت توربین چین است و نقطه عطف مهمی در بومی سازی تجهیزات توان بالا محسوب می شود.

استفاده از این فناوری به طور قابل توجهی بازده تولید برق با سوخت زغال سنگ را بهبود می بخشد و در عین حال انتشار آلاینده ها را کاهش می دهد و پایه ای محکم برای استقرار در مقیاس بزرگ فناوری های توربین بخار فوق بحرانی در چین ایجاد می کند.

با نگاهی به آینده، ادامه بهینه‌سازی فن‌آوری از بهبود بهره‌وری انرژی و کاهش کربن در بخش برق، تقویت نفوذ جهانی چین در زمینه تولید تجهیزات انرژی و ارائه پشتیبانی قوی برای دستیابی به اهداف بی‌طرفی کربن و امنیت انرژی این کشور حمایت خواهد کرد.