1000MW二次再熱超超臨界機(jī)組儀表及附屬設(shè)備設(shè)計(jì)

侯新建，胡金偉

(華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063)

1 概述

為了進(jìn)一步提高超超臨界機(jī)組的效率，研究在現(xiàn)有參數(shù)條件下效率的提高，如采用二次再熱、提高初參數(shù)、提高給水溫度、優(yōu)化輔機(jī)配置選型等新技術(shù)措施，提高效率。泰州1000MW二次再熱超超臨界機(jī)組為上述新技術(shù)的示范項(xiàng)目，并被國(guó)家科技部列入“十二五”節(jié)能減排國(guó)家科技支撐計(jì)劃。本文以泰州1000MW二次再熱超超臨界機(jī)組(下文簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”)為對(duì)象，介紹二次再熱熱力系統(tǒng)檢測(cè)儀表、儀表導(dǎo)管和閥門的配置與選擇等設(shè)計(jì)方面的特點(diǎn)，以及需要注意的問(wèn)題。

2 檢測(cè)儀表的設(shè)置

本項(xiàng)目鍋爐為上海鍋爐廠有限公司超超臨界變壓運(yùn)行燃煤直流、二次再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、露天布置、全懸吊鋼結(jié)構(gòu)、塔式鍋爐，鍋爐與過(guò)熱器、再熱器配置。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠超超臨界、單軸、二次中間再熱、五缸四排汽、10級(jí)回?zé)岢槠⒛狡啓C(jī)。與一次再熱機(jī)組熱力系統(tǒng)相比，1000MW二次再熱機(jī)組煙風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、輔汽系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、循環(huán)水及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，僅在主蒸汽/再熱蒸汽和旁路系統(tǒng)、抽汽/高低加疏水放氣系統(tǒng)、給水/鍋爐汽水系統(tǒng)等有部分修改。簡(jiǎn)化的蒸汽/給水流程圖見(jiàn)圖1，簡(jiǎn)化的抽汽/疏水流程圖見(jiàn)圖2。現(xiàn)就主要修改部分是否引起檢測(cè)儀表的設(shè)置原則變化進(jìn)行論述。

圖1 蒸汽/給水流程圖

圖2 抽汽/疏水流程圖

2.1 主蒸汽/再熱蒸汽和旁路系統(tǒng)

由于一次再熱器、二次再熱器的存在，二次再熱機(jī)組必須配置高、中、低三級(jí)旁路，相比一次再熱機(jī)組旁路就多了一級(jí)旁路，而且多了二次低溫再熱和二次高溫再熱蒸汽系統(tǒng)及其疏水等。這些增加部分沒(méi)有引起檢測(cè)儀表的設(shè)置原則變化。

2.2 抽汽/高低加疏水放氣系統(tǒng)

抽汽系統(tǒng)增加了回?zé)岢槠?jí)數(shù)，并且由于二次再熱造成抽汽的過(guò)熱度過(guò)大，抽汽系統(tǒng)/高低加疏水放氣系統(tǒng)中2號(hào)高壓給水加熱器、4號(hào)高壓給水加熱器前分別增設(shè)2號(hào)外置蒸汽冷卻器、4號(hào)外置蒸汽冷卻器。相應(yīng)的外置蒸汽冷卻器需要增設(shè)液位監(jiān)控等。

2.3 給水/鍋爐汽水系統(tǒng)

汽輪機(jī)回?zé)岢槠?jí)數(shù)增加等，給水系統(tǒng)增加高壓給水加熱器和外部蒸汽冷卻器。鍋爐汽水系統(tǒng)上的差別是減少了過(guò)熱器的受熱面(采用二級(jí)布置)，來(lái)適應(yīng)二次再熱主蒸汽流量減少的變化，合理匹配再熱器受熱面(均采用二級(jí)布置)來(lái)滿足二次再熱的需要。這些差別不會(huì)引起檢測(cè)儀表的設(shè)置原則變化。

2.4 過(guò)熱器、再熱器配置

鍋爐爐膛上部和水平煙道增設(shè)了分隔墻形成前后煙道，通過(guò)前后分隔煙道中擋板開(kāi)度控制進(jìn)入前后分隔煙道中的煙氣量，調(diào)節(jié)一、二次再熱器出口溫度平衡。此設(shè)計(jì)對(duì)檢測(cè)儀表的設(shè)置原則沒(méi)有影響。

3 檢測(cè)儀表的選擇

本項(xiàng)目參數(shù)有進(jìn)一步的提供，如主蒸汽(VWO)設(shè)計(jì)參數(shù)35.04 MPa/610℃，一次熱再熱蒸汽(VWO)設(shè)計(jì)參數(shù)13.3 MPa/618℃，給水(VWO，閥后)設(shè)計(jì)參數(shù)44 MPa/335℃，2號(hào)抽汽(外置式蒸汽冷卻器進(jìn)/出口)設(shè)計(jì)參數(shù)7.23 MPa/544.53℃、7.23 MPa/335℃，4號(hào)抽汽(外置式蒸汽冷卻器進(jìn)/出口)設(shè)計(jì)參數(shù)2.03 MPa/542.19℃、2.03 MPa/335℃等。顯然需要對(duì)相關(guān)的檢測(cè)儀表選擇進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.1 溫度

從上述的參數(shù)可知，對(duì)于主蒸汽、熱再熱蒸汽、給水等管道上的溫度元件套管選擇是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題。根據(jù)1000MW一次再熱超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和使用情況，本項(xiàng)目主蒸汽、熱再熱蒸汽管道上的溫度套管選用同主管道相同的P92材質(zhì)，給水管道上的溫度套管選用同主管道相同的15NiCuMoNb5－6－4材質(zhì)。本項(xiàng)目溫度制造廠根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和重新計(jì)算，還是選用類似WRNR－13型高溫高壓熱電偶的結(jié)構(gòu)形式。

3.2 壓力

壓力儀表選擇與1000MW一次再熱機(jī)組基本上無(wú)區(qū)別，只是某些系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力提高一些。此外對(duì)于給水系統(tǒng)，目前從各制造廠的差壓變送器選型樣本中找不到滿足給水系統(tǒng)管道的壓力(設(shè)計(jì)壓力為44 MPa)要求，如3051S型差壓變送器僅滿足42 MPa靜壓要求。后續(xù)將繼續(xù)關(guān)注此問(wèn)題。

3.3 液位

液位儀表選擇比較特別的是外置蒸汽冷卻器液位，工藝專業(yè)設(shè)計(jì)外置蒸汽冷卻器進(jìn)口/出口均為過(guò)熱蒸汽，外置蒸汽冷卻器危急疏水至對(duì)應(yīng)的高壓加熱器，其危急疏水管路上無(wú)隔離閥。針對(duì)上述工藝設(shè)計(jì)，外置蒸汽冷卻器液位選擇有兩種方案，一是分別由外置蒸汽冷卻器殼程上部、下部直接引接至液位測(cè)量筒，裝設(shè)采用截止導(dǎo)電原理的電極式液位開(kāi)關(guān)，可以快速反映外置蒸汽冷卻器內(nèi)部U型換熱管爆管等原因引起的外置蒸汽冷卻器液位異常。另一是設(shè)置差壓變送器，由外置蒸汽冷卻器殼程上部通過(guò)單室平衡容器接差壓變送器正壓端，由危急疏水管道接口(此接口應(yīng)低于高壓加熱器低低低位置)接至差壓變送器負(fù)壓端，此種方案取壓管路等現(xiàn)場(chǎng)安裝比較復(fù)雜。

4 儀表導(dǎo)管和閥門的配置與選擇

4.1 儀表導(dǎo)管

現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)定不能覆蓋本項(xiàng)目參數(shù)，需重新依據(jù)ASME B31.1計(jì)算儀表導(dǎo)管壁厚，并結(jié)合實(shí)際能采購(gòu)情況，最終高溫高壓汽水系統(tǒng)儀表導(dǎo)管的規(guī)格確定見(jiàn)表1。

表1 高溫高壓儀表導(dǎo)管規(guī)格

4.2 儀表閥門

參照以往工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目的高溫高壓汽水系統(tǒng)儀表一次門采用工藝閥門(Globe Valve)，排污閥和二次門采用儀表閥(Needle Valve)。其中主蒸汽、熱再熱蒸汽的一次閥門閥體采用F92材料，給水系統(tǒng)、高壓加熱器的一次閥門閥體采用ASTM A213 TP316材料；主蒸汽、熱再蒸汽、給水系統(tǒng)、高壓加熱器的排污閥和二次閥門閥體采用316不銹鋼材料。

5 需要注意的問(wèn)題

5.1 主蒸汽流量測(cè)量

目前投產(chǎn)的上海鍋爐廠1000MW一次再熱機(jī)組的主蒸汽流量通過(guò)一級(jí)過(guò)熱器出口蒸汽流量直接測(cè)量得到，本項(xiàng)目(上海鍋爐廠供鍋爐)未設(shè)置直接流量測(cè)量裝置，而是由汽輪機(jī)超高壓調(diào)門后流量計(jì)算值與高壓旁路流量計(jì)算值之和表征。因此需要設(shè)置汽輪機(jī)超高壓調(diào)門后壓力、超高壓缸排氣壓力的測(cè)量。

5.2 給水流量測(cè)量

目前投產(chǎn)的上海鍋爐廠1000MW一次再熱機(jī)組的給水流量保護(hù)信號(hào)取自省煤器出口流量測(cè)量裝置，但是由于鄰機(jī)加熱等使給水溫度升高，省煤器出口給水出現(xiàn)汽化而使流量測(cè)量不準(zhǔn)確。因此上海鍋爐廠在本項(xiàng)目上把給水流量測(cè)量裝置移至省煤器進(jìn)口。

6 結(jié)語(yǔ)

(1) 1000MW二次再熱機(jī)組與1000MW一次再熱機(jī)組熱力系統(tǒng)相比有一定變化，但是在檢測(cè)儀表的設(shè)置原則上基本無(wú)變化。

(2)參數(shù)的提高對(duì)溫度套管、壓力、液位等儀表選擇有一定影響。

(3)參數(shù)的提高影響高溫高壓汽水系統(tǒng)儀表導(dǎo)管和閥門的配置與選擇，需要重新計(jì)算儀表導(dǎo)管厚度等。

[1]侯新建，包一鳴．超超臨界機(jī)組儀表導(dǎo)管壁厚計(jì)算的適用條件[J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2014，(1)．

[2]金黔軍．1000MW超超臨界機(jī)組熱控設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J]．中國(guó)電力，2006，(3)．

[3]張曉華，包一鳴．超超臨界機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表及附屬設(shè)備選型研究[J]．華東電力，2010，(7)．

[4]張方煒，等．超臨界火力發(fā)電機(jī)組二次再熱技術(shù)研究[J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2013，(3)．