600MW等級亞臨界機組跨代升級改造技術應用研究

謝大幸，石永鋒，郝建剛，鄭 健，陳友良，雷嬌嬌

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

600MW等級亞臨界機組跨代升級改造技術應用研究

謝大幸，石永鋒，郝建剛，鄭 健，陳友良，雷嬌嬌

（華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

目前亞臨界機組仍然是我國燃煤火電機組的主力機型，通過機組跨代升級改造，將亞臨界機組改造為超超臨界二次再熱機組，是降低機組供電煤耗的有效手段，可降低機組供電煤耗約40~45g/kWh。以某600MW等級亞臨界機組為例，闡述了跨代升級改造的思路及原則，并給出了改造系統流程及改造范圍等，通過改造可將機組出力提高到830MW，降低機組供電煤耗約40 g/kWh，節能潛力巨大。通過經濟性分析，對于折舊完成的機組，進行改造具有較高的可行性，另外有條件實施該項改造的機組應積極爭取國家及地方的政策支持，以提高機組改造經濟性。

600MW等級亞臨界機組；跨代升級改造；超超臨界；供電煤耗；二次再熱

0 引言

隨著我國資源及環境壓力日益增加，國家大力促進火電行業產業結構調整和優化升級，推進節能減排，特別是新出臺的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014~2020年）》（以下簡稱《行動計劃》）中，明確了現役機組的改造目標，即到2020年，現役燃煤發電機組平均供電煤耗低于310g/kWh，其中現役60萬kW及以上機組（除空冷機組外）平均供電煤耗低于300g/kWh[1]。目前國內亞臨界機組仍為主力機型，受到機組參數的限制，通過常規的改造方法已很難再進一步降低機組煤耗，要想達到國家節能減排升級與改造行動計劃目標，對亞臨界機組進行跨代升級改造是一條有效的技術路線，并且《行動計劃》也將此改造技術列入其節能減排主要參考技術列表中[1]。表1列舉了各代燃煤火電機組煤耗的統計數據，目前最新的3代+技術是超超臨界二次再熱技術。由表1可以看出，每一代機組的煤耗水平差距約在15g/kWh，若進行亞臨界改超超臨界改造，并輔以二次再熱，提高亞臨界機組的參數，跨兩代以上技術，可降低機組供電煤耗約40~45g/kWh。下面以600MW等級亞臨界機組改造為超超臨界疊置循環為例，闡述跨代升級改造技術。

表1 各代燃煤火電機組煤耗統計

1600 MW等級亞臨界機組跨代升級改造思路及原則

關于亞臨界機組改造為超（超）臨界機組，國內相關單位及科研院所都有一定的研究，但相對較少，文獻[2]探討了300MW等級亞臨界機組改造為超超臨界疊置循環的技術方案，新增一臺超超臨界鍋爐及超超臨界背壓機與原系統兩臺并聯的300MW機組串接，系統形式采用“一拖二”的擴大單元制，改造后成為700MW等級的超超臨界機組。《國家能源局綜合司關于下達2014年煤電機組節能升級與改造示范項目的通知》（國能綜電力[2014]787號文）中將北侖電廠2號機組60萬kW改造為80萬kW級二次再熱超超臨界機組列為國家示范項目[3]，亞臨界機組跨代升級改造技術逐漸為人所知。

600MW亞臨界機組跨代升級改造的總體思路是：新增一個超超臨界鍋爐和一個超超臨界背壓機，和下位原亞臨界機組串接，機組采用二次再熱技術，機側主蒸汽參數選擇為31MPa、600℃；新增的超超臨界背壓機和原600MW等級亞臨界機組分軸布置，分別稱為高壓軸和低壓軸，給水泵根據場地條件進行重新布置，可以和超超臨界背壓機同軸，設置100%全容量給水泵，也可以單獨布置，設置獨立的凝汽器；改造后最終給水溫度提高，在1號高加前設置0號高加；由于進入原亞臨界機組的蒸汽容積流量發生變化，改造時根據機組需要，相應對原機組汽輪機的通流進行改進，改造后機組的容量達到750~850MW。

600MW亞臨界機組跨代升級改造的原則是保證機組汽輪機主廠房基礎不做改動，原主廠房基礎荷載只減不增；維持機組冷卻塔、煙囪等不變，只對內部相關設施（冷卻塔填料等）進行升級改造；最大程度考慮設備利舊，以減少投資。

2600 MW等級亞臨界機組跨代升級改造技術分析

2.1 系統流程

以某電廠600MW亞臨界燃煤汽輪發電機組為例，闡述跨代升級改造技術路線。其鍋爐為亞臨界π型汽包爐，汽輪發電機組形式為中間再熱、三缸四排汽凝汽式汽輪機，型號為N630-16.7/538/538。給水回熱系統由3臺高壓加熱器，4臺低壓加熱器和1臺除氧器組成，給水系統配置兩臺50%容量的汽動給水泵。機組設計熱耗為7887kJ/kWh，目前實際運行熱耗在8160kJ/kWh水平，實際供電煤耗約323g/kWh。

600MW等級亞臨界機組跨代升級改造為超超臨界機組的系統如圖1所示，其系統形式為新增一臺超超臨界鍋爐和一臺超超臨界背壓機，主蒸汽經過鍋爐過熱器進入超超臨界背壓機做功，排汽分為三部分，一部分進入0號高加加熱最終給水，第二部分進入鍋爐一次再熱器后進入原亞臨界機組，第三部分進入背壓抽汽式透平（簡稱BEST透平）取代原1、2、3號高加抽汽及除氧器抽汽，BEST透平的作用是解決土建及布置問題，高加隨BEST機組一起布置，并且BEST透平熱效率高，其分流部分流量，使得進入原亞臨界機組的流量不致于增加很大。新增的超超臨界背壓機、BEST透平和小發電機同軸布置，稱為前置機組，與原亞臨界汽輪機串接且分軸布置，更換3臺全容量新高加與0號高加一起布置在前置機房內，減少原汽輪機主廠房荷載。給水泵可以和前置機組同軸，也可根據場地情況單獨布置，并設置單獨凝汽器。為了盡可能縮小低壓部分改造范圍，二次再熱溫度仍和原機組一致，取538℃，整個機組參數為31MPa/600℃/566℃/538℃，容量根據情況可增容至750~850MW。

圖1 600MW等級亞臨界機組跨代升級改造系統流程圖

2.2 改造情況說明及改造范圍

（1）鍋爐本體部分：將原亞臨界鍋爐拆除，新建一個超超臨界鍋爐。鍋爐的選型是重點，對于超超臨界鍋爐，可供選擇的有π型爐和塔式爐，兩種爐型各有有優劣，針對改造情況，原來亞臨界機組為π型爐，如果改造后選用π型爐，則原機組的大部分基樁可以回收利用，節約投資；但因為改造時機組要新增占地面積，考慮到空間布置問題，可根據項目需要選擇占地面積更小的塔式爐，此次改造案例按π型爐考慮。

（2）汽輪發電機本體部分：其中新增部分為超超臨界背壓機、汽門、BEST透平、相關的油系統、軸封系統等輔機設備；需改造的部分為原機組高中壓轉子，高中、低壓動葉，高中壓外缸，高中、低壓內缸，高中、低壓隔板，端汽封，高壓主汽管，高壓閥門，中壓主汽管，中壓閥門，連通管，低壓轉子。原亞臨界機組的通流重新設計，其高壓缸配汽方式取消調節級，采用節流配汽。新增一臺200MW等級小發電機，并根據需要對原發電機進行相應消缺改造。

（3）輔機及工藝系統改造部分：此方案選用單設給水泵汽輪機及配套凝汽器的方案，將其布置于前置機房；新增4臺全容量高加布置于前置機房；對四大管道、疏水系統管道、旁路系統管道、抽汽系統管道、閉式水系統管道等進行相應的改造；對鍋爐的磨煤機、給煤機、各大風機進行增容或直接替換，對爐后環保設施（脫硫、脫硝、除塵）進行超低排放改造或預留改造空間。核算輸煤、除灰系統容量，進行相應的增容，核算精處理系統及制水系統容量，改造后水質要求要達到超超臨界機組的要求。

（4）電氣熱工部分：需要增加一套小發電機的出線，增加發電機的主變、啟備變、高壓廠變及電纜等，由于機組采用兩個發電機，需要對控制系統進行相應改造，根據改造需要增加相應的熱工測點。

（5）土建部分：主要包括新建的前置機房基礎，以及由于增容所帶來的原主廠房結構的加強。

（6）其他說明部分：機組進入低壓缸的流量需要核算，盡量維持機組低壓部分系統不變，進入凝汽器的排汽量應變化不大，以維持冷卻塔不動；雖然機組煙氣量增加，但進行超低排放改造后，降低煙溫至90℃水平，應核算煙囪流速在標準范圍內。機組根據冷端設備、低壓設備、煙囪等設備盡量維持不改造的要求核算最后的增容容量。

2.3 改造后指標及節能量分析

此改造案例改造后機組參數為31MPa/600℃/566℃/538℃，機組額定容量為830MW，THA工況下熱耗率為7320kJ/kWh，鍋爐效率達到93.88%。通過計算600MW等級亞臨界機組改造為800MW等級超超臨界機組前后機組性能參數及指標對比情況見表2。由表2可知，通過改造機組供電標煤耗可降至約283g/kWh，比原設計值310g/kWh降低27g/kWh，相比目前實際工況，改造可降低機組供電煤耗約40g/kWh。

2.4 改造難點

此項目改造最大的難點是在原來亞臨界的基礎上新建一臺超超臨界機組，涉及到機組空間布置的問題，包括新建前置機房的空間布置、新增發電機的出線布置等，具體的布置方案根據機組現場的實際情況進行比選，應統籌考慮機組造價、經濟性、可操作性等綜合因素。

3 經濟性分析及相關政策支持

表2 機組改造前后性能參數及指標對比

3.1 經濟性分析

機組在改造時設備折舊已經完成，通過分析，上述改造案例的改造費用約15.8億元，單位千瓦造價約為1900元，將其殘值中繼續使用部分作為投資加入到整個改造費用中，通過計算，在機組年利用小時數為5000h，并在當地價格水平條件下測算項目投資財務內部收益率為26.45%，投資回收期為5.15a，對于折舊完成的機組，其項目改造可行性較高。

3.2 相關政策分析

由于機組改造后容量增加，勢必導致機組燃煤量的增加和排放總量的增加，但隨著機組供電煤耗的下降并結合機組環保改造，使得機組燃煤量增加不多且達到國家超低排放要求，在環保政策上不存在限制條件。因此，有條件實施該項改造的機組應積極爭取得到國家和地方的政策支持，以提高機組改造的經濟性。比如北侖電廠跨代升級改造國家示范項目，享有每節約1萬t標煤，獎勵3萬kW容量的政策。浙江省政府對北侖電廠跨代升級改造示范項目在政策上也給予了大力支持，《浙江省人民政府辦公廳關于印發浙江省2014~2017年大型燃煤機組清潔排放實施計劃的通知》中明確：“對完成減排任務的機組在一定期限內增加其發電小時數，對機組改造期間的發電小時數，不予扣減。”[4]該政策使得機組停機改造期間（近2a）的經濟損失得到補償，可大大縮短改造投資回收期。

另外隨著電力改革的不斷深化，超超臨界低能耗機組將享有優先調度權，可大大提高機組未來的競爭力。

4 結語

（1）通過機組跨代升級改造，將亞臨界機組改造為超超臨界機組，并采用二次再熱技術，跨兩代以上技術，是整體降低機組供電煤耗的有效手段，可降低機組供電煤耗約40~45g/kWh。

（2）以某600MW等級亞臨界機組為例，闡述了跨代升級改造的思路及原則，并給出了改造系統流程及改造范圍等，通過改造可將機組出力提高到830MW，通過計算，改造后額定工況下機組熱耗率可達到7320kJ/kWh，供電煤耗可達到約283g/kWh，可降低現600MW等級亞臨界機組供電煤耗約40g/kWh，節能潛力巨大。

（3）通過技術經濟性分析，對于折舊完成的機組（一般運行超過20a），進行跨代升級改造具有較高的可行性，并且有條件實施該項改造的機組應積極爭取國家和地方的政策支持，有助于提高機組改造的經濟性。

[1]國家發展與改革委員會，環境保護部，國家能源局.關于印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014~2020年）》的通知（發改能源[2014]2093號）[Z].國家發展與改革委員會，2014.

[2]吳毅強，蘇君展.亞臨界300MW機組改造為超超臨界疊置循環的技術方案研究[J].中國電業（技術版），2011，（01）：33~37.

[3]國家能源局綜合司.國家能源局綜合司關于下達2014年煤電機組節能升級與改造示范項目的通知》（國能綜電力[2014]787號）[Z].國家能源局，2014.

[4]浙江省人民政府辦公廳.浙江省人民政府辦公廳關于印發浙江省2014~2017年大型燃煤機組清潔排放實施計劃的通知（浙政辦發[2014]160號）[Z].浙江省人民政府辦公廳，2015.

Application of Cross-generation Upgrade Reconstruction Technology in the 600MW Subcritical Unit

XIE Da-xing，SHI Yong-feng，HAO Jian-gang，ZHENG Jian，CHEN You-liang，LEI Jiao-jiao
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Subcritical grade units are the main type in our country’s thermal power industry at present，it’s the effective means for reducing net coal consumption by using the cross-generation upgrade reconstruction technology.It will reduce the net coal consumption by 40~45g/kWh with reconstructing the subcritical unit to the ultra-supercritical unit combined with double reheat technology.This paper taking the 600MW subcritical unit as an example，shows the main idea and principle of the reconstruction，and provides the system flowchart and reconstruction range.It will increase the unit output to 830MW，and reduce the net coal consumption by 40g/kWh，it has especially great energy saving potentialities.The reconstruction has the high feasibility to the unit which the depreciation is completed through the economic analysis.The conditioned unit should positively seek for the country and local policy supports which will improve the reconstruction economy.

600MW grade subcritical unit；cross-generation upgrade reconstruction technology；ultra-supercritical；net coal consumption；double reheat technology

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.007

TM621

B

2095-3429（2015）06-0023-04

2015-09-16

修回日期：2015-12-16

謝大幸（1984-），男，浙江寧波人，碩士研究生，工程師，從事汽輪機及燃氣輪機發電技術研究工作。