火力發(fā)電廠660MW二次再熱主機(jī)設(shè)備參數(shù)選擇研究

謝桂玲

摘 要：本文針對660MW超超臨界機(jī)組主設(shè)備高參數(shù)的選擇，從新材料的性能和應(yīng)用、參數(shù)的優(yōu)化以及與一次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性比較等幾方面的論述，指出煤價比較高時，選擇二次再熱機(jī)組有比較高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：熱機(jī)組主機(jī)；參數(shù)；選擇；優(yōu)化

中圖分類號：TM611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

隨著燃煤價格的不斷上漲，節(jié)能減排的壓力逐漸增大，鑒于目前材料技術(shù)的限制，各國的700℃計劃進(jìn)展速度緩慢。而發(fā)展700℃計劃，必然涉及到二次再熱系統(tǒng)，國內(nèi)已成立以電規(guī)院為首的700℃聯(lián)盟，協(xié)同三大動力公司等企業(yè)開展了初步的研究工作，國電泰州發(fā)電廠二期（1000MW級）、華能萊蕪電廠（1000MW級）、華能安源電廠（660MW級）已開展建設(shè)二次再熱機(jī)組的工程。

2二次再熱機(jī)組主機(jī)參數(shù)優(yōu)化

2.1 主蒸汽參數(shù)優(yōu)化

主蒸汽溫度，直接影響材料的許用應(yīng)力，以目前國內(nèi)超超臨界機(jī)組應(yīng)用的材料來看，主蒸汽溫度很難突破600℃。

汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)的提高，是改善機(jī)組效率的重要手段之一，經(jīng)計算，新蒸汽參數(shù)在壓力為16.6MPa～31.0MPa，溫度535℃～600℃范圍內(nèi)，壓力每提高1MPa，機(jī)組熱耗下降0.13%～0.15%；主蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組熱耗下降0.25%～0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組熱耗下降0.15%～0.20%；當(dāng)新蒸汽壓力較高時，壓力越高效率提高幅度越小。若采用兩次中間再熱，機(jī)組性能會進(jìn)一步提高。

主蒸汽壓力提高，總是對提高機(jī)組效率有利的，但隨著主蒸汽壓力的提高，鍋爐和汽輪機(jī)的設(shè)計難度增加，成本也在增加。為了獲得一定的收益，主蒸汽壓力宜采用28MPa～31MPa之間。

我國已運(yùn)行的超超臨界機(jī)組材料皆為國外開發(fā)，這些材料在600℃的性能還缺乏足夠的時間驗證，從國外技術(shù)支持方提供的數(shù)據(jù)看，一次再熱溫度和二次再熱溫度可以提高到610℃，如果再提高到620℃，超高壓、高壓、中壓轉(zhuǎn)子的材料有可能用到新12Cr鋼，涉及與國外聯(lián)合設(shè)計、合作制造的問題，成本很難控制。根據(jù)計算分析，兩次再熱溫度均提高到620℃，機(jī)組效率僅提高0.24%，風(fēng)險和投資大于收益。二次再熱溫度提高到620℃，中壓轉(zhuǎn)子的冷卻流量應(yīng)相應(yīng)增加，抵消了部分收益。

因此，綜合考慮，推薦主蒸汽壓力為31MPa，主蒸汽溫度為600℃，一次和二次再熱溫度采用610℃。

2.2 一次再熱壓力的選取

對于二次再熱汽輪機(jī)組，首級高加回?zé)岢槠捎贸邏焊着牌瑧?yīng)考慮鍋爐給水溫度這一因素。一次再熱壓力升高，機(jī)組熱耗降低，一次再熱壓力在某個值附近，熱耗最低，但繼續(xù)升高，熱耗開始緩慢升高。一次再熱壓力/主汽壓力≈40%時，循環(huán)效率最高。

2.3 二次再熱壓力的選取

2.3.1 二次再熱壓力與排汽干度的比較

二次再熱壓力選取主要應(yīng)考慮整體循環(huán)效率、排汽濕度、中壓缸排汽壓力、溫度等因素的影響。汽輪機(jī)末級葉片工作狀態(tài)的濕度必須處在一定的濕度范圍，以防止蒸汽過熱，損壞末級葉片。二次再熱壓力越高，排汽濕度越大；二次再熱溫度越高，排汽濕度越小。對于超超臨界二次再熱機(jī)組來說，關(guān)心的問題是濕度太小，影響機(jī)組的運(yùn)行安全。

2.3.2二次再熱壓力與熱耗的關(guān)系

隨著再熱壓力的提高，熱耗下降，再熱壓力到某一值后，下降趨勢減緩，減到一定數(shù)值后，熱耗升高。所以，有一個合適的二次再熱壓力區(qū)間，這個區(qū)間末級排汽濕度也滿足要求。

對于主汽參數(shù)31MPa/600℃，一、二次再熱溫度620℃的濕冷汽輪機(jī)組，二次再熱壓力選取在2.7MPa～3.0MPa，同時中排壓力宜選取在0.4MPa～0.45MPa。

3 主設(shè)備參數(shù)優(yōu)化結(jié)論

綜合考慮國內(nèi)高溫材料、經(jīng)濟(jì)性以及末級排汽濕度、高壓缸排汽溫度等因素，660MW超超臨界二次再熱機(jī)組推薦：

主蒸汽壓力：31MPa；

主蒸汽溫度：600℃；

一次再熱溫度：610℃；

二次再熱溫度：610℃

回?zé)峒墧?shù)宜設(shè)置為10級（4高5低1除氧）。

4 660MW超超臨界一次再熱與二次再熱汽輪機(jī)方案比較

660MW超超臨界一次再熱汽輪機(jī)采用的常規(guī)機(jī)型為N660-25MPa/600℃/ 600℃，本體結(jié)構(gòu)和各部件采用的材料均與二次再熱汽輪機(jī)不同，這兩種機(jī)型比較如下：

4.1兩種方案的初投資比較

4.1.1主機(jī)設(shè)備投資比較

二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)增加一個超高壓缸，鍋爐設(shè)備增加二次再熱器，主機(jī)設(shè)備使用的材料耐高溫性能提高，重量增加，汽輪機(jī)本體設(shè)備和鍋爐本體設(shè)備初投資均有調(diào)整，見表1。

4.2.2主要管道的投資比較

二次再熱機(jī)組比一次再熱機(jī)組增加投資的管道主要有：主蒸汽壓力由25MPa提高到31MPa，引起壁厚增加；增加一套二次再熱熱段管道和再熱冷段管道；主給水壓力升高引起主給水管道壁厚增加；抽汽系統(tǒng)由8級增加到10級，設(shè)置外置蒸汽冷卻器和低加疏水泵，增加一路旁路系統(tǒng)，由此增加的投資見表2。

4.2.3輔機(jī)設(shè)備的投資比較

二次再熱機(jī)組增加一臺高壓加熱器和一臺低壓加熱器，增加兩臺外置蒸汽冷卻器和兩臺疏水泵設(shè)備，增加一套汽機(jī)旁路設(shè)備，給水泵組價格增加20%，初投資增加的費(fèi)用見表3。

結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)層面上分析，不論機(jī)組是在基本負(fù)荷（100%THA）運(yùn)行，還是在調(diào)峰模式運(yùn)行，二次再熱機(jī)組方案都比一次再熱機(jī)組方案熱耗低，效率高，減少煤耗，降低污染物的排放，但初投資增加，所增加的投資回收期年限根據(jù)煤價的不同而變化，標(biāo)煤價800元/噸時，回收年限約為20年；標(biāo)煤價900元/噸時，回收年限約為16年；標(biāo)煤價1000元/噸時，回收年限約為13年。

參考文獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，等.二次再熱機(jī)組的熱耗變換系數(shù)和汽耗變換系數(shù)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（26）.endprint

摘 要：本文針對660MW超超臨界機(jī)組主設(shè)備高參數(shù)的選擇，從新材料的性能和應(yīng)用、參數(shù)的優(yōu)化以及與一次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性比較等幾方面的論述，指出煤價比較高時，選擇二次再熱機(jī)組有比較高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：熱機(jī)組主機(jī)；參數(shù)；選擇；優(yōu)化

中圖分類號：TM611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

隨著燃煤價格的不斷上漲，節(jié)能減排的壓力逐漸增大，鑒于目前材料技術(shù)的限制，各國的700℃計劃進(jìn)展速度緩慢。而發(fā)展700℃計劃，必然涉及到二次再熱系統(tǒng)，國內(nèi)已成立以電規(guī)院為首的700℃聯(lián)盟，協(xié)同三大動力公司等企業(yè)開展了初步的研究工作，國電泰州發(fā)電廠二期（1000MW級）、華能萊蕪電廠（1000MW級）、華能安源電廠（660MW級）已開展建設(shè)二次再熱機(jī)組的工程。

2二次再熱機(jī)組主機(jī)參數(shù)優(yōu)化

2.1 主蒸汽參數(shù)優(yōu)化

主蒸汽溫度，直接影響材料的許用應(yīng)力，以目前國內(nèi)超超臨界機(jī)組應(yīng)用的材料來看，主蒸汽溫度很難突破600℃。

汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)的提高，是改善機(jī)組效率的重要手段之一，經(jīng)計算，新蒸汽參數(shù)在壓力為16.6MPa～31.0MPa，溫度535℃～600℃范圍內(nèi)，壓力每提高1MPa，機(jī)組熱耗下降0.13%～0.15%；主蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組熱耗下降0.25%～0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組熱耗下降0.15%～0.20%；當(dāng)新蒸汽壓力較高時，壓力越高效率提高幅度越小。若采用兩次中間再熱，機(jī)組性能會進(jìn)一步提高。

主蒸汽壓力提高，總是對提高機(jī)組效率有利的，但隨著主蒸汽壓力的提高，鍋爐和汽輪機(jī)的設(shè)計難度增加，成本也在增加。為了獲得一定的收益，主蒸汽壓力宜采用28MPa～31MPa之間。

我國已運(yùn)行的超超臨界機(jī)組材料皆為國外開發(fā)，這些材料在600℃的性能還缺乏足夠的時間驗證，從國外技術(shù)支持方提供的數(shù)據(jù)看，一次再熱溫度和二次再熱溫度可以提高到610℃，如果再提高到620℃，超高壓、高壓、中壓轉(zhuǎn)子的材料有可能用到新12Cr鋼，涉及與國外聯(lián)合設(shè)計、合作制造的問題，成本很難控制。根據(jù)計算分析，兩次再熱溫度均提高到620℃，機(jī)組效率僅提高0.24%，風(fēng)險和投資大于收益。二次再熱溫度提高到620℃，中壓轉(zhuǎn)子的冷卻流量應(yīng)相應(yīng)增加，抵消了部分收益。

因此，綜合考慮，推薦主蒸汽壓力為31MPa，主蒸汽溫度為600℃，一次和二次再熱溫度采用610℃。

2.2 一次再熱壓力的選取

對于二次再熱汽輪機(jī)組，首級高加回?zé)岢槠捎贸邏焊着牌瑧?yīng)考慮鍋爐給水溫度這一因素。一次再熱壓力升高，機(jī)組熱耗降低，一次再熱壓力在某個值附近，熱耗最低，但繼續(xù)升高，熱耗開始緩慢升高。一次再熱壓力/主汽壓力≈40%時，循環(huán)效率最高。

2.3 二次再熱壓力的選取

2.3.1 二次再熱壓力與排汽干度的比較

二次再熱壓力選取主要應(yīng)考慮整體循環(huán)效率、排汽濕度、中壓缸排汽壓力、溫度等因素的影響。汽輪機(jī)末級葉片工作狀態(tài)的濕度必須處在一定的濕度范圍，以防止蒸汽過熱，損壞末級葉片。二次再熱壓力越高，排汽濕度越大；二次再熱溫度越高，排汽濕度越小。對于超超臨界二次再熱機(jī)組來說，關(guān)心的問題是濕度太小，影響機(jī)組的運(yùn)行安全。

2.3.2二次再熱壓力與熱耗的關(guān)系

隨著再熱壓力的提高，熱耗下降，再熱壓力到某一值后，下降趨勢減緩，減到一定數(shù)值后，熱耗升高。所以，有一個合適的二次再熱壓力區(qū)間，這個區(qū)間末級排汽濕度也滿足要求。

對于主汽參數(shù)31MPa/600℃，一、二次再熱溫度620℃的濕冷汽輪機(jī)組，二次再熱壓力選取在2.7MPa～3.0MPa，同時中排壓力宜選取在0.4MPa～0.45MPa。

3 主設(shè)備參數(shù)優(yōu)化結(jié)論

綜合考慮國內(nèi)高溫材料、經(jīng)濟(jì)性以及末級排汽濕度、高壓缸排汽溫度等因素，660MW超超臨界二次再熱機(jī)組推薦：

主蒸汽壓力：31MPa；

主蒸汽溫度：600℃；

一次再熱溫度：610℃；

二次再熱溫度：610℃

回?zé)峒墧?shù)宜設(shè)置為10級（4高5低1除氧）。

4 660MW超超臨界一次再熱與二次再熱汽輪機(jī)方案比較

660MW超超臨界一次再熱汽輪機(jī)采用的常規(guī)機(jī)型為N660-25MPa/600℃/ 600℃，本體結(jié)構(gòu)和各部件采用的材料均與二次再熱汽輪機(jī)不同，這兩種機(jī)型比較如下：

4.1兩種方案的初投資比較

4.1.1主機(jī)設(shè)備投資比較

二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)增加一個超高壓缸，鍋爐設(shè)備增加二次再熱器，主機(jī)設(shè)備使用的材料耐高溫性能提高，重量增加，汽輪機(jī)本體設(shè)備和鍋爐本體設(shè)備初投資均有調(diào)整，見表1。

4.2.2主要管道的投資比較

二次再熱機(jī)組比一次再熱機(jī)組增加投資的管道主要有：主蒸汽壓力由25MPa提高到31MPa，引起壁厚增加；增加一套二次再熱熱段管道和再熱冷段管道；主給水壓力升高引起主給水管道壁厚增加；抽汽系統(tǒng)由8級增加到10級，設(shè)置外置蒸汽冷卻器和低加疏水泵，增加一路旁路系統(tǒng)，由此增加的投資見表2。

4.2.3輔機(jī)設(shè)備的投資比較

二次再熱機(jī)組增加一臺高壓加熱器和一臺低壓加熱器，增加兩臺外置蒸汽冷卻器和兩臺疏水泵設(shè)備，增加一套汽機(jī)旁路設(shè)備，給水泵組價格增加20%，初投資增加的費(fèi)用見表3。

結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)層面上分析，不論機(jī)組是在基本負(fù)荷（100%THA）運(yùn)行，還是在調(diào)峰模式運(yùn)行，二次再熱機(jī)組方案都比一次再熱機(jī)組方案熱耗低，效率高，減少煤耗，降低污染物的排放，但初投資增加，所增加的投資回收期年限根據(jù)煤價的不同而變化，標(biāo)煤價800元/噸時，回收年限約為20年；標(biāo)煤價900元/噸時，回收年限約為16年；標(biāo)煤價1000元/噸時，回收年限約為13年。

參考文獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，等.二次再熱機(jī)組的熱耗變換系數(shù)和汽耗變換系數(shù)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（26）.endprint

摘 要：本文針對660MW超超臨界機(jī)組主設(shè)備高參數(shù)的選擇，從新材料的性能和應(yīng)用、參數(shù)的優(yōu)化以及與一次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性比較等幾方面的論述，指出煤價比較高時，選擇二次再熱機(jī)組有比較高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：熱機(jī)組主機(jī)；參數(shù)；選擇；優(yōu)化

中圖分類號：TM611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1概述

隨著燃煤價格的不斷上漲，節(jié)能減排的壓力逐漸增大，鑒于目前材料技術(shù)的限制，各國的700℃計劃進(jìn)展速度緩慢。而發(fā)展700℃計劃，必然涉及到二次再熱系統(tǒng)，國內(nèi)已成立以電規(guī)院為首的700℃聯(lián)盟，協(xié)同三大動力公司等企業(yè)開展了初步的研究工作，國電泰州發(fā)電廠二期（1000MW級）、華能萊蕪電廠（1000MW級）、華能安源電廠（660MW級）已開展建設(shè)二次再熱機(jī)組的工程。

2二次再熱機(jī)組主機(jī)參數(shù)優(yōu)化

2.1 主蒸汽參數(shù)優(yōu)化

主蒸汽溫度，直接影響材料的許用應(yīng)力，以目前國內(nèi)超超臨界機(jī)組應(yīng)用的材料來看，主蒸汽溫度很難突破600℃。

汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)的提高，是改善機(jī)組效率的重要手段之一，經(jīng)計算，新蒸汽參數(shù)在壓力為16.6MPa～31.0MPa，溫度535℃～600℃范圍內(nèi)，壓力每提高1MPa，機(jī)組熱耗下降0.13%～0.15%；主蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組熱耗下降0.25%～0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組熱耗下降0.15%～0.20%；當(dāng)新蒸汽壓力較高時，壓力越高效率提高幅度越小。若采用兩次中間再熱，機(jī)組性能會進(jìn)一步提高。

主蒸汽壓力提高，總是對提高機(jī)組效率有利的，但隨著主蒸汽壓力的提高，鍋爐和汽輪機(jī)的設(shè)計難度增加，成本也在增加。為了獲得一定的收益，主蒸汽壓力宜采用28MPa～31MPa之間。

我國已運(yùn)行的超超臨界機(jī)組材料皆為國外開發(fā)，這些材料在600℃的性能還缺乏足夠的時間驗證，從國外技術(shù)支持方提供的數(shù)據(jù)看，一次再熱溫度和二次再熱溫度可以提高到610℃，如果再提高到620℃，超高壓、高壓、中壓轉(zhuǎn)子的材料有可能用到新12Cr鋼，涉及與國外聯(lián)合設(shè)計、合作制造的問題，成本很難控制。根據(jù)計算分析，兩次再熱溫度均提高到620℃，機(jī)組效率僅提高0.24%，風(fēng)險和投資大于收益。二次再熱溫度提高到620℃，中壓轉(zhuǎn)子的冷卻流量應(yīng)相應(yīng)增加，抵消了部分收益。

因此，綜合考慮，推薦主蒸汽壓力為31MPa，主蒸汽溫度為600℃，一次和二次再熱溫度采用610℃。

2.2 一次再熱壓力的選取

對于二次再熱汽輪機(jī)組，首級高加回?zé)岢槠捎贸邏焊着牌瑧?yīng)考慮鍋爐給水溫度這一因素。一次再熱壓力升高，機(jī)組熱耗降低，一次再熱壓力在某個值附近，熱耗最低，但繼續(xù)升高，熱耗開始緩慢升高。一次再熱壓力/主汽壓力≈40%時，循環(huán)效率最高。

2.3 二次再熱壓力的選取

2.3.1 二次再熱壓力與排汽干度的比較

二次再熱壓力選取主要應(yīng)考慮整體循環(huán)效率、排汽濕度、中壓缸排汽壓力、溫度等因素的影響。汽輪機(jī)末級葉片工作狀態(tài)的濕度必須處在一定的濕度范圍，以防止蒸汽過熱，損壞末級葉片。二次再熱壓力越高，排汽濕度越大；二次再熱溫度越高，排汽濕度越小。對于超超臨界二次再熱機(jī)組來說，關(guān)心的問題是濕度太小，影響機(jī)組的運(yùn)行安全。

2.3.2二次再熱壓力與熱耗的關(guān)系

隨著再熱壓力的提高，熱耗下降，再熱壓力到某一值后，下降趨勢減緩，減到一定數(shù)值后，熱耗升高。所以，有一個合適的二次再熱壓力區(qū)間，這個區(qū)間末級排汽濕度也滿足要求。

對于主汽參數(shù)31MPa/600℃，一、二次再熱溫度620℃的濕冷汽輪機(jī)組，二次再熱壓力選取在2.7MPa～3.0MPa，同時中排壓力宜選取在0.4MPa～0.45MPa。

3 主設(shè)備參數(shù)優(yōu)化結(jié)論

綜合考慮國內(nèi)高溫材料、經(jīng)濟(jì)性以及末級排汽濕度、高壓缸排汽溫度等因素，660MW超超臨界二次再熱機(jī)組推薦：

主蒸汽壓力：31MPa；

主蒸汽溫度：600℃；

一次再熱溫度：610℃；

二次再熱溫度：610℃

回?zé)峒墧?shù)宜設(shè)置為10級（4高5低1除氧）。

4 660MW超超臨界一次再熱與二次再熱汽輪機(jī)方案比較

660MW超超臨界一次再熱汽輪機(jī)采用的常規(guī)機(jī)型為N660-25MPa/600℃/ 600℃，本體結(jié)構(gòu)和各部件采用的材料均與二次再熱汽輪機(jī)不同，這兩種機(jī)型比較如下：

4.1兩種方案的初投資比較

4.1.1主機(jī)設(shè)備投資比較

二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)增加一個超高壓缸，鍋爐設(shè)備增加二次再熱器，主機(jī)設(shè)備使用的材料耐高溫性能提高，重量增加，汽輪機(jī)本體設(shè)備和鍋爐本體設(shè)備初投資均有調(diào)整，見表1。

4.2.2主要管道的投資比較

二次再熱機(jī)組比一次再熱機(jī)組增加投資的管道主要有：主蒸汽壓力由25MPa提高到31MPa，引起壁厚增加；增加一套二次再熱熱段管道和再熱冷段管道；主給水壓力升高引起主給水管道壁厚增加；抽汽系統(tǒng)由8級增加到10級，設(shè)置外置蒸汽冷卻器和低加疏水泵，增加一路旁路系統(tǒng)，由此增加的投資見表2。

4.2.3輔機(jī)設(shè)備的投資比較

二次再熱機(jī)組增加一臺高壓加熱器和一臺低壓加熱器，增加兩臺外置蒸汽冷卻器和兩臺疏水泵設(shè)備，增加一套汽機(jī)旁路設(shè)備，給水泵組價格增加20%，初投資增加的費(fèi)用見表3。

結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)層面上分析，不論機(jī)組是在基本負(fù)荷（100%THA）運(yùn)行，還是在調(diào)峰模式運(yùn)行，二次再熱機(jī)組方案都比一次再熱機(jī)組方案熱耗低，效率高，減少煤耗，降低污染物的排放，但初投資增加，所增加的投資回收期年限根據(jù)煤價的不同而變化，標(biāo)煤價800元/噸時，回收年限約為20年；標(biāo)煤價900元/噸時，回收年限約為16年；標(biāo)煤價1000元/噸時，回收年限約為13年。

參考文獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，等.二次再熱機(jī)組的熱耗變換系數(shù)和汽耗變換系數(shù)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（26）.endprint