亚临界火电机组的国产化_风闻

一、为什么其它国家不能走引进技术的发展模式？

改革开放以后，从美国西屋电气公司和美国燃烧工程公司引进亚临界火力发电技术是中国火力发电技术追赶世界先进水平的重要环节。

如果没有引进亚临界火力发电技术，中国的火力发电设备制造业将继续摸索很长的时间，而中国电力工业的发展就将受到发电设备供应的制约。

全世界电力供应不足的国家到处都是，特别是发展中国家普遍缺电。

这些国家为什么不能从美国或者欧洲、日本引进技术自己制造成套发电设备来满足本国电力工业的需要？

为什么印度不走引进技术的发展道路呢？

是印度这些国家不愿意吗？

不是这些发展中国家不愿意，而是他们没有这个能力引进技术。

即使是发展中国家的佼佼者印度，也没有能力走引进技术这条发展道路！

印度从苏联引进技术仿制米格-21的价格比苏联高了近一倍。

引进技术、本国制造这条道路的门槛是很高的！

即使是印度这样具有相当基础、已经初步实现低等工业化的国家，其本土制造业也没有能力制造高端、先进的重大技术装备。

中国是全球发展中国家工业化的标杆和天花板，中国是如何走引进技术这条道路的？

我们看看中国在引进技术的过程中吃过多少苦头，最终才达到目标的。

看看中国经历的这些挑战，我们才能理解为什么其它国家无法走引进技术发展的模式。

二、亚临界火力发电设备首台机组的制造

第一台考核机组的研制是300MW、600MW技术引进工作成败的关键。

首台机组的制造，考察中国电力设备制造业的哪些能力？

——组装能力。

1、考验我们技术人员消化吸收引进的技术图纸和资料的能力。

有能力照着图纸把设备制造出来，组成一套能够正常发电的设备。

2、考验我们工厂制造工艺的能力。

工厂的加工能力够不够，能不能加工出图纸的形状。

3、考验我们工厂的管理能力和质量管理水平

本国工厂制造的产品质量合不合格？

不合格问题出现在哪里？

能不能按照合同的规定完成产品的制造？

在首台机组的制造中，我国进口了相当部分的关键零部件和毛坯。

例如锅炉的汽包，汽轮机的转子和汽轮发电机的转子。

这说明我国电力设备制造企业是十分踏实的，把目标分解的很清楚：

第一步先学习组装，然后再想办法提高国产化率。

为了尽快研制出第一台考核机组，当时进口了约30%~50％的关键零部件及毛坯，因此从第一台300MW考核机组整台机组的平均水平看，国产化率约为40%，其中锅炉国产化率50.2%，汽轮机国产化率40%，汽轮发电机国产化率27%。

但是这种方式也有代价——成本高。

由于从美国购买了较多的零部件和毛坯，致使300MW考核机组的售价高出国产300MW机组的两倍以上。

经过几年的努力，300MW机组于1985年年底试制完成，1987年6月30日投入运行；600MW机组于1986年12年月试制完成，1989年11月4日投入运行。

性能测试和运行实践表明，考核机组达到了引进技术的水平。

三、国产化工作的展开

锅炉的国产化

锅炉由盛水产生蒸汽的锅与燃烧产生热能的炉组成，要把燃烧的热能传给锅中的水，必须要有足够传热的面积，为扩大传热面积，把筒式锅炉发展成管式锅炉，以增加传热面积。

锅炉的主要部件包括汽包、集箱、蛇形管、水冷壁等。

用于第一套考核机组的进口零部件有汽包、水冷壁、炉水循环泵、点火器、泵排放、吹灰系统、炉膛安全监督系统（ FSSS )、协调控制系统（ CCS )、炉膛及水位电视摄像系统、双色水位表及安全、预热器漏风控制系统、停转报警、油润滑系统和三通等。

第一台300MW锅炉的国产化率为50.2%,600MW锅炉国产化率为69%。

为了提高锅炉的国产化率，在“六五”和“七五”期间（1981-1990），上海锅炉厂和哈尔滨锅炉厂都持续对企业进行技术改造，新建了生产车间，增添了大量的设备，提高了锅炉厂的制造能力，并最终提升了引进机组的国产化率。

例如上海锅炉厂新建了约2万 m的膜式壁车间，扩建了3000m的管子车间。

上海锅炉厂进口龙门式排焊机，配合自制的龙门成排焊机和成排弯管专用设备，从第二台开始，包覆水冷壁、炉膛膜式水冷壁已全部由国内制造，水冷壁部件制造实现了国产化。

进口各种弯管机、焊机以及膜式壁的专门焊接设备，用于生产膜式壁和水冷壁，工厂基本掌握了美国燃烧工程公司厚壁、大口径小R蛇形管的生产技术，使省煤器、过热器、再热器等重要部件的制造达到了美国燃烧工程公司公司标准的要求，实现了国产化。

蛇形管的制造在原来基础上，增添一条左右翻身连续弯管机为主体的弯管生产线。

例如哈尔滨锅炉厂的汽包制造：

为提高重型汽包的生产能力，哈尔滨锅炉厂增加了8000t油压机，以压制汽包筒体，加上配套的加热炉、新的窄间隙焊机、焊缝磨锉机、汽包钻孔设备等，具备了汽包生产能全部立足国内的条件，从此300MW和600MW锅炉汽包制造就完全实现了国产化。

 为了提高国内锅炉厂质量检测能力，专门进口了焊缝X光工业电视、管子多道超声﹣涡流探伤线、420kV工业X光机、钴60探伤仪、9MeV直线加速器及直管抛丸机等设备，可适应各种不同规格、厚度、材料的产品无损探伤，使工厂的检测水平得到很大提高，从而保证了锅炉的制造质量。

汽轮机的国产化

汽轮机的主要部件包括转子、高中压外缸、主汽、调节汽及再热联合汽壳、动叶片等。

首台300MW机组的高中压转子是进口粗加工后的转子锻件，由上海汽轮机厂加工；低压转子直接购买了转子成品（不包括动叶片）。

首台600MW考核机组的低压转子是外购西屋公司的成品转子；高中压转子是外购的粗加工后的转子。

高中压外缸分为上下两片，各重35吨左右，由于国内重型机器厂无能力铸造，所以第一台和第二台机组的高中压外缸铸件均从国外进口。

第一台机组的主汽、调节汽及再热联合汽壳是向西屋公司购买整套设备。

第一台机组的14级动叶片都是向西屋公司购买的。

为了提高汽轮机的国产化率，在“六五”和“七五”期间（1981-1990），上海汽轮机厂和哈尔滨汽轮机厂都持续对企业进行技术改造，增添了大量的专用设备，提高了制造能力，并最终提升了引进机组的国产化率。

300MW汽轮机的高中压转子和低压转子：

第二台开始仅进口锻件，自行精加工，节约了大量外汇（成品转子的售价高出锻件3~4倍）。

自第三台开始，逐步采用上海重型机器厂和第一重型机器厂生产的高中压转子和低压转子锻件。

600MW汽轮机的四根转子：

第二重型机器厂（简称二重）通过技术攻关成功向哈尔滨汽轮机厂提供高压、中压和低压转子锻件毛坯；

哈尔滨汽轮机厂通过进口专门的叶根槽专用铣床解决了转子上叶根槽的加工，进口了脉冲焊机解决了叶片焊接成组问题。

在二重和哈尔滨汽轮机厂的共同努力下，成功实现了600MW汽轮机转子的国产化。

300MW汽轮机外缸从第三台起国内上海重型机器厂（简称上重）、第一重型机器厂（简称一重）、第二重型机器厂（简称二重）均已有能力铸造，就不再进口。

600MW汽轮机外缸由二重试制生产毛坏提供给哈尔滨汽轮机厂使用，实现了国产化。

300MW汽轮机主汽、调节汽及再热联合汽的壳体经过科技攻关，采用以铸代锻，自第三台开始由上海汽轮机厂自行浇注，实现了主汽、调节汽再热联合汽壳的国产化。

600MW汽轮机主汽和再热汽体毛坯通过技术攻关，第三台开始实现了体以铸件代替锻件，铸件由哈尔滨汽轮机厂自行浇注。

其它零部件和材料的国产化也采用了相似的方法，基本实现了国产化。

引进型300MW汽轮机的国产化十分成功，实现了机组的批量生产。

引进型600MW汽轮机的国产化工作取得了很大进展，国产化率由第一台的约40％提高到第四台的90％左右。

汽轮发电机的国产化

在试制第一台300MW汽轮发电机时，上海电机厂从西屋公司进口的主要零部件共有五大部件、两个配套件、六个检测仪器及风扇叶片、护环等零部件和绝缘材料等。

五大部件是定子线圈、转子线圈、定子冲片、发电机转子和励磁机转子；两个配套件是自动电压调节器和氢密封油装置系统。

购买的零部件实际金额为308.7797万美元，约占整台发电机价格的70％左右，因此，第一台考核机组的发电机国产化率只有27%。

哈尔滨电机厂试制第一台600MW汽轮发电机时从西屋公司进口了定子线圈、定子冲片、转轴、转子线圈、励磁系统（包括励磁机转子）及氢油水系统等关键零部件，价格约占整台发电机价格的70％左右，因此，哈尔滨电机厂第一台发电机国产化率只有30％左右。

300MW汽轮发电机汽轮发电机的国产化也是通过技术改造和扩建生产设施完成的。

上海电机厂进口了专用机床，并扩建冲剪、线圈生产厂房。

大型发电机机座采用八轴数控机座加工中心完成；转子加工采用重型数控车床加工外圆，专用转子槽铣床加工半封闭型线槽；定子铁心冲片制造采用高精度冲床和模具冲制；定子线棒主绝缘采用少胶粉云母带绕包，用真空压力浸溃无溶剂漆，保证线棒质量；定子铁压装采用1000t单头油压机分段加压，感应加热热压，并采用远红外热点摄像仪快速准确地测定定子铁心过热点。

通过这些努力，300MW汽轮发电机的国产化率由第一台的27％增加到第三台的83.7%，增加到第四台的90％左右。

600MW汽轮发电机国产化的重点在定子线圈、定子冲片、转轴、转子线圈、励磁系统和氢油水系统6个部件上。

1、将定子线圈主绝缘的少胶真空浸渍工艺变为多胶模压工艺，并扩大定子线圈制造能力，使定子线圈制造立足于国内。

2、开发无机硅片漆代替西屋公司的无机硅钢片漆，同时也扩大冲片生产能力，使硅钢片立足于国内。

3、转轴只进口毛坯转子，由国内加工。转子线圈也只从国外进口材料，由自己加工制造。

4、对于辅机系统，保持与西屋公司设计系统不变，尽量采用国内元器件。

5、开展绝缘材料和特殊金属材料的国产化科研攻关，使第二台机组的国产化水平达到70%

通过对第二台600MW汽轮发电机的国产化工作，国产化率从第一台的30％左右提高到了约70%。

三大主机国产化工作总结：

六五和七五期间，各发电设备主机制造厂和各配套件的主要辅机制造厂都开展了轰轰烈烈的国产化工作。

国家还将300MW、600MW机组国产化工作列入“七五”重大科技攻关项目，明确“七五”（1986-1990））攻关的总目标就是提高国产化率、降低价格，实现批量生产的能力。

在国家和政府的大力支持下，电力设备制造企业进行了持续的技术改造，增添了大量设备特别是进口了大量先进的专用加工设备。经过几年的努力，克服了一个又一个困难，解决了一个又一个技术关键问题，机组的国产化率逐步提高，第二套达到68%，第三套已经超过75%，第四套达到80％以上，其中三大主机的国产化率达到85%~90%。

机组的价格也降了下来，只有第一台考核机组的一半，到“七五”末（1990），实现了300MW、600MW机组批量生产，很好地完成了原定的目标。

无缝钢管和转子的国产化

我们讨论300MW、600MW机组的国产化工作，在前面只涉及到电力设备制造企业这个环节，但是这还不够。

电力设备制造企业需要从上游企业购买原材料，其中部分原材料的制造难度很高，如果不能国产化可能会使电力设备的生产受到制约。

我们重点讲述两个关键原料的国产化——无缝钢管和转子。

无缝钢管的生产

锅炉的制造是电力设备制造中使用钢材数量最多的环节，一台300MW锅炉大概需耗钢材10,000吨，一台600MW锅炉需18,000吨。在锅炉使用的钢材中数量最多的是无缝钢管，占比达到50%左右。

20世纪80年代初，西方国家在冶金技术方面取得很大的进步，而我国的钢铁企业的冶炼设备落后，技术水平低，整体还处于比较落后的状态。

炼钢环节没有精炼设备，没有大容量钢包精炼炉和真空除气装置，导致钢水质量低。

锅炉管生产方式落后，钢铁工业还没有先进的无缝钢管生产设备。

没有气体保护热处理炉，致使锅炉管高温热处理后，表面氧化严重。

全国没有一家工厂能生产不锈锅炉管，厚壁大口径管和汽包用的特厚板。

钢铁工业的发展最终解决了电站用无缝钢管的供应问题。

改革开放后，中国的钢铁工业新建了两家大型钢铁企业——宝钢和天津钢管厂。

这两家企业都装备了具有世界先进技术水平的生产设备，能够提供电力设备制造业需要的无缝钢管。

此外，对原有的无缝钢管生产企业也进行了大规模的技术改造，对炼钢环节增加了炉外精炼设施、真空除气设备等，显著提升了钢水质量。安装了技术水平先进的轧管设施，使得这些企业生产能力和生产质量都有了显著的提高。

P91****无缝钢管

随着大型发电设备向大容量、高参数方向的发展, P91无缝钢管因具有高的高温强度、优良的抗氧 化性能及良好的工艺性能，是600~650℃温度段理想的电站锅炉用钢。

为适应火力发电设备大型化的发展要求, 满足锅炉行业制造超( 超) 临界电站锅炉的需要,   国家在 “八五 ”期间就开始推进 P91钢国产化的研究, 并将其纳入了国家重点项目 “电站用钢国产化 ”的研究课题中。

攀钢集团成都钢铁有限责任公司(以下简称攀成钢, 原成都无缝钢管有限责任公司)承担了该项目中 P91钢管的研制任务, 1990年开始进行 P91无缝钢管的研制工作，并于1998年完成了P91 大口径无缝钢管 的产品性能评定，各项指标都达到了标准规定, 可以满足使用要求。

除了攀钢成都钢铁集团，上海第五钢厂和上海钢管厂、抚顺钢厂先后试制过P91钢管，结果钢管的高温持久强度均偏低，锅炉厂不敢使用国产钢管，只能从国外大量进口。

为此，各研究院所配合钢厂研究国产P91钢管高温持久强度偏低的原因，国务院重大办也下达研究项目，希望能彻底解决生产中的工艺难题，促进T91钢管的国产化。

在进口P91钢管的性能试验中，发现以日本住友公司供应的P91钢管高温持久强度最高，于是选取了住友公司和国产钢管成分极其相似的两支钢管，进行冶金质量对比分析，寻找其间的质量差异。分析结果表明，两者主要差别在钢的含氧量、夹杂物评级和含 Al 量。国产P91钢管的含氧量一般在0.004%~0.005%，而进口的仅0.002%~0.003%，国产材料的夹杂物在1.5~2.5级，而进口的仅为0.5~1.0级，国产钢种含铝量在0.02％左右，而进口的一般小于0.01%。

由于进口材料纯净度远高于国产材料，力学性能要比国产的好得多。

找出了国产材料性能偏低的原因，经过工艺改进，使国产材料性能达到标准的要求。现在，上海宝钢、常宝精特钢管有限公司、宜兴精密钢管厂、上海精密钢管厂等都已可以批量供货，钢管的性能完全达到标准的要求。

大口径合金钢管国产化与生产能力

2000年前全世界上生产大口径钢管的轧管机组很少，产品供不应求，成为火电机组原材料采购的瓶颈。

20世纪90年代，武汉重型铸锻厂在国家计委支持下，首先用冲孔-拔伸方法制造出我国第一批锅炉用厚壁大口径管。

北方重工利用制造炮管的装备，同样制造出了大口径锅炉管。

这两家都是军工企业，有厚实的技术基础，产品质量上乘，得到锅炉厂的认可，国内开始批量供应厚壁大口径钢管。

“十一五”期间，我国先后有11套大口径管生产机组建成投产，其中穿孔+斜轧机组1套、阿塞尔460机组1套、720周期式轧管机组4套、冲孔-拔伸锻造机组3套、垂直挤压制管机组2套。

上述装备全部达产后全国大口径钢管生产能力将超过100万t，我国将成为世界上生产大口径钢管装备最多、生产方式最全、生产能力最大的国家。

300MW**、600MW火电机组大型铸锻件的国产化**

火力发电设备用的转子被称为锻件之王，是制造难度最高的锻件之一。

火力发电设备使用的转子包括汽轮机高中压转子、低压转子和电机转子，这些转子是整套发电设备的心脏，负责将能量从蒸汽转化为电力。

发电时需要这些转子在高速运转时承受很大的应力，特别是汽轮机高中压转子还处在高温区工作，所以对这些转子的质量要求极高。如果转子在运行中发生断裂事故，会造成人员伤亡和经济巨大损失，将是灾难性的。

随着火电机组向大容量、高参数发展，转子的重量和尺寸越来越大，其制造难度也随之变大。

火电机组用转子锻件的质量要求极高：

1、化学成分控制严格，特别是硫、磷和有害残余元素不能高。例如，一般优质合金钢要求磷和硫的控制在0.03％以下，而电站锻件要求控制在0.015％以下。

2、要求钢中气体含量低，其中高中压转子的含氢量应小于0.0001%。含氢高会导致锻件产生白点（氢裂），含氧量高会导致夹杂物增多。

3、要求转子不能有成分偏析，且沿整个截面必须锻透。一根300MW汽轮机的高中压转子直径为1.2m，重25t，需要用83t钢锭锻造；低压转子直径为1.8m，重51t，需用158t钢锭锻造，这么大的锻件要做到没有大的成分偏析，绝非易事。

4、锻件中不得有当量直径大于3.5mm的夹杂物。

5、从锻件表面到心部、力学性能需一致，均应达到技术条件的要求。

在80年代以前我国重机厂主要用酸性平炉冶炼，这种冶炼方法无法去除钢中主要的杂质磷和硫，需要采用优质炉料。

平炉炼钢无法去除钢水中的气体（氢气、氧气）含量，必须采用真空冶炼技术。

转子钢的钢液黏稠，平炉钢温度又不高，夹杂物不易上浮，经常导致转子夹杂物超标而报废。

重机厂生产转子时，合格率不到50%，能够达标的也不会达到高质量。

由于质量不好，重机厂往往不能及时向汽轮机厂供货，汽轮机厂不得不将订单转向国外，主要是向日本和欧洲市场订货。

我国在20世纪80年代以前的汽轮机和发电机转子生产工艺装备和技术标准，远远达不到美国西屋公司对产品质量的要求。

为了解决引进型300MW、600MW火电机组用转子锻件的国产化，必须对重机厂的冶炼设备进行改造，增添新的设备，并学习先进的浇筑技术。

1983年经国家计委和机械部批准，第二重型机器厂和上海重型机器厂从日本制钢所室兰制作所引进了以钢包精炼炉为核心的火电设备转子制造技术，这套技术主要包括：

1、150t钢包精炼炉的设计（根据日本制钢所室兰制作所经验由中日双方共同设计）。

2、真空浇注室的配置。

3、冶炼工艺和真空浇注技术，包括吹氩技术和真空滴流浇注技术。

4、不同钢种冶炼的目标成分和冶炼工艺实例。

5、锻造工艺和中心压实技术，锻造工艺实例。

6、转子的热处理工艺。

经过四年的努力，各重机厂经过设备改造、技术培训和生产准备工作，于1987年生产出第一批电站转子的试制产品。

大型转子制造技术引进是成功的，一重、二重和上重已经掌握发电机转子和汽轮机高中压转子的制造技术（汽机低压转子与电机转子共用相似钢种），能够生产符合美国西屋公司技术条件的转子。

在技术引进的基础上，又经过后续的工厂技术改造，我国的重机企业都具备了生产大型铸锻件的设备能力：

1、一重：具有160t公称容量钢包精炼炉，100t公称容量电弧炉，最大钢锭600i；具有15000t水压机，最大转子毛胚直径3500mm，最大井式炉可以处理直径为3200mm的转子，台车式热处理炉可处理直径为10m的铸件。

2、二重：具有150t公称容量钢包精炼炉2台，40t钢包精炼炉1台，80t和60t电炉各1台，最大钢锭可到600t;16000t和12000t水压机各1台，能锻造600t重的锻件；热处理井式炉可处理3000mm直径的转子；台车式热处理炉可处理350t重的铸件。

3、上重：具有120t钢包精炼炉2台，80t钢包精炼炉1台，100t电炉1台，40t电炉2台，200t电渣重熔炉，可生产500~600t实心钢锭；16500t油压机1台，可锻600t重的钢锭；12000t水压机1台；井式炉9台，最大可处理3200mm直径转子；最大台车式热处理炉可处理10m×10.5mx6.5m、重400t的铸件。

现在一重、二重和上重已具备年供火电设备200~250套大型铸锻件的能力（仅一重2009年交货的高中压转子有176支）。

这三家重型机器厂的设备能力不仅可生产100万千瓦级的火电设备，也可以生产100万千瓦 级的核电设备用的大型铸锻件。

与转子锻件相比，缸体铸件的制造难度相对低一些，沈阳和大连重机厂也能供货。

火电机组国产化工作的总结

重大技术装备的国产化并不是一件容易的事。

在亚临界火力发电机组的国产化过程中，中国的电力设备制造企业、钢铁企业、重型机械企业以及其它相关产业的企业都付出了巨大的努力，才实现了亚临界火电机组的国产化。

重大技术装备的制造，不仅考验一个国家工业体系的产业完整程度，也考验一个国家工业体系的战略纵深（从原料到成品）。

任何一个环节存在短板，都会影响到重大技术装备的制造，就谈不上参与国际技术竞争了。

为什么印度至今还要进口火力发电机组，为什么印度不像中国那样引进技术在本国生产？

不是印度不愿意，而是印度现在的工业体系在完整程度和技术深度上不具备这个能力。

制造成套火力发电设备，不仅需要电力设备制造企业掌握制造技术，无缝钢管、大型铸锻件、自动控制系统等核心零部件的制造也是关键。

2000年前国内P91无缝钢管的产量上不去，不仅是钢管制造技术的问题，国内冶金企业炼钢设施技术水平低也是重要原因，不能有效去除钢水中的有害元素和气体，就会直接影响到后续的加工和产品质量。

汽轮机转子锻件的制造同样受制于冶金水平的影响。

2000年后随着国内钢铁企业和重型机械企业炼钢设施的完善和提高，无缝钢管和大型铸锻件的生产就不再是问题了。

重大技术装备国产化的成功，不仅是电力设备制造企业努力的结果，也是中国整个工业体系努力的结果。

在引进技术之后，我们首先掌握引进的技术并实现产品的国产化，然后在此基础上开发新技术，并最终追赶上世界领先水平。

这就是中国工业化的发展路径！