1 000 MW機組0號高壓加熱器全負(fù)荷高效回?zé)峒夹g(shù)及其應(yīng)用

王麗娜，方匡坤，錢林鋒，蔡文方

（1.浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315000；2.浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺州 317109；3.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310006；4.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

1 000 MW機組0號高壓加熱器全負(fù)荷高效回?zé)峒夹g(shù)及其應(yīng)用

王麗娜1，方匡坤2，錢林鋒3，蔡文方4

（1.浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315000；2.浙江浙能臺州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺州 317109；3.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310006；4.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

以某新建1 000 MW超超臨界機組為例，介紹了增設(shè)0號高壓加熱器的全負(fù)荷高效回?zé)峒夹g(shù)方案，并在基建過程中實施完成。通過機組試運及性能試驗，驗證了在機組35%～90%THA負(fù)荷段投運0號高壓加熱器，可以提高給水溫度，降低汽輪機熱耗，且能提高脫硝裝置在低負(fù)荷時的投用率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

汽輪機；超超臨界機組；高壓加熱器；全負(fù)荷高效回?zé)幔还?jié)能減排

0 引言

目前，我國高參數(shù)、高效率超（超）臨界火電機組發(fā)展較快并趨于主流，但由于此類機組需參與電網(wǎng)調(diào)峰，往往無法維持滿負(fù)荷長期運行。低負(fù)荷運行會導(dǎo)致機組實際運行的綜合效率降低，節(jié)能減排效果均有所下降，因此，對機組在低負(fù)荷工況時進(jìn)行部分系統(tǒng)優(yōu)化，是提高機組實際運行效率的有效途徑。

某新建2×1 000 MW超（超）臨界燃煤發(fā)電機組需參與電網(wǎng)調(diào)峰，負(fù)荷變動較大，且多處于低負(fù)荷段，機組效率也隨著負(fù)荷的降低而下降。為提高低負(fù)荷段機組效率，結(jié)合機組實際情況及各方因素，從給水回?zé)嵯到y(tǒng)角度出發(fā)，決定采用增加0號高壓加熱器（以下簡稱0號高加）的全負(fù)荷高效回?zé)峒夹g(shù)，即增設(shè)0號高加，利用汽輪機補汽閥結(jié)構(gòu)特點，引出高壓缸內(nèi)蒸汽作為0號高加的加熱汽源，提高機組部分負(fù)荷工況的給水溫度，進(jìn)而降低汽輪機熱耗，與此同時，省煤器出口煙氣溫度也有所提高，低負(fù)荷工況時可達(dá)到脫硝裝置催化劑的工作溫度，使脫硝裝置在低負(fù)荷工況時仍可投用，實現(xiàn)高效減排。

1 0號高加方案

增加0號高加旨在提高給水溫度，增加熱力系統(tǒng)的回?zé)崃浚瑴p少冷源損失。最終給水溫度主要與抽汽壓力、抽汽級數(shù)有關(guān)，因此可從增設(shè)抽汽級數(shù)或提高抽汽壓力角度設(shè)計方案，即在8級回?zé)峄A(chǔ)上增加1級高參數(shù)抽汽回?zé)幔诘拓?fù)荷工況下投用該級抽汽及對應(yīng)高壓加熱器，以提高給水溫度。由于此抽汽參數(shù)較高，考慮到設(shè)備運行的安全可靠性，對此級抽汽另設(shè)高壓加熱器，即0號高加，高參數(shù)抽汽經(jīng)降壓后送至0號高加，使給水加熱在0號高加內(nèi)完成。

1.1 0級抽汽的汽源選取

增設(shè)0號高加的全負(fù)荷高效回?zé)嵯到y(tǒng)，選取參數(shù)合適且不影響機組性能的高壓汽源十分重要。本機組汽輪機引進(jìn)德國西門子技術(shù)，采用全周進(jìn)汽+補汽閥技術(shù)。補汽閥技術(shù)是在每個主汽閥后、調(diào)節(jié)閥前引出1根新蒸汽（約為額定進(jìn)汽量的8%）管道，接入1個外置補汽調(diào)節(jié)閥，將新蒸汽節(jié)流后送入高壓缸第5級動葉后空間[1]。補汽閥技術(shù)在機組額定負(fù)荷以上超發(fā)和快速響應(yīng)一次調(diào)頻要求時才使用，機組部分負(fù)荷時采用主汽調(diào)節(jié)閥全開的滑壓運行方式[2]。因此，鑒于部分負(fù)荷時補汽閥處于停用狀態(tài)，可選高壓缸補汽閥接口蒸汽作為高參數(shù)加熱汽源，從高壓缸第5級動葉后汽室接至補汽閥的管道中引出抽汽（即0級抽汽），并將此抽蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行絕熱等焓降壓過程后再通至0號高加。根據(jù)增設(shè)0級抽汽后的熱平衡圖，得出高壓抽汽參數(shù)如表1所示。

表1 增設(shè)0級抽汽的高壓抽汽參數(shù)

由于0級抽汽為高參數(shù)新蒸汽，故管路基本采用A335P91材質(zhì)（包括所有疏水管道），設(shè)計參數(shù)為：規(guī)格159 mm×20 mm，P=18.593 MPa，T=573.6℃。降壓調(diào)閥后（參數(shù)已降低）與0號高加接管相連的管道選用12Cr1MoVG材質(zhì)，設(shè)計參數(shù)為：規(guī)格159 mm×10 mm，P=8.536 MPa，T=525.2℃。

1.2 0號高加的給水及疏水

0號高加作為最后一級給水高壓加熱器，與3號高加外置蒸汽冷卻器并聯(lián)（0號高加臥式布置在蒸冷器旁），0號高加容量為70%VWO（閥門全開功率）給水流量，其余30%VWO流量的給水通過外置蒸汽冷卻器，兩部分給水經(jīng)加熱器后混合通向省煤器。另外，在2號高加前再設(shè)置1路管道至高加出口三通閥前，形成給水調(diào)頻小旁路，旁路配置1只氣動調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)給水流量，實現(xiàn)機組給水調(diào)頻功能。0號高加正常疏水與1號高加正常疏水匯合后進(jìn)入2號高加，其危急疏水接入凝汽器系統(tǒng)疏水立管。增加0號高加后給水及0抽示意圖如圖1所示。

圖1 增加0號高加后給水及抽汽示意

1.3 0號高加控制策略

根據(jù)方案設(shè)計，0號高加僅在機組35%～90% THA負(fù)荷段投用，即僅在此負(fù)荷段開啟0抽調(diào)節(jié)閥。根據(jù)主機廠熱平衡圖對應(yīng)工況下0抽壓力調(diào)節(jié)閥前壓力，設(shè)置調(diào)節(jié)閥前及閥后壓力定值聯(lián)鎖，控制調(diào)閥開度，進(jìn)而控制0抽蒸汽量。同時根據(jù)系統(tǒng)及設(shè)備參數(shù)設(shè)置壓力保護(hù)定值，防止超壓。在此負(fù)荷段外，0抽調(diào)節(jié)閥微開，保持微量蒸汽通過0抽管道流通至0號高加筒體，保持全程暖管、暖體。無論汽輪機處于何種工況，0號高加水側(cè)均投入運行（70%容量），因此其給水側(cè)及疏水控制與其他加熱器類似。補汽閥前是高參數(shù)主蒸汽，為了防止補汽閥和調(diào)節(jié)閥誤操作或泄漏造成主蒸汽大量漏入0抽管道引起管道及設(shè)備超壓，設(shè)置補汽閥和調(diào)節(jié)閥之間的聯(lián)鎖保護(hù)，補汽閥開啟時，0抽蒸汽隔離閥、調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖關(guān)閉。

2 0號高加試運分析

機組試運期間，0號高加的給水回?zé)嵯到y(tǒng)完成初步調(diào)試。表2是性能試驗期間，各工況負(fù)荷下0號高加投用前后的實際運行參數(shù)。

2.1 0號高加實現(xiàn)給水溫度提升

表2數(shù)據(jù)顯示，相同負(fù)荷工況下，0號高加投用前后，省煤器進(jìn)口水溫偏差分別為3.17℃（900 MW），8.89℃（700 MW），12.78℃（500 MW）。可見，0號高加的確可提高給水溫度，但隨著負(fù)荷的提高其作用逐漸減弱，主要原因是負(fù)荷升高時0抽調(diào)閥前蒸汽壓力升高，為保證0號高加不超壓（8.8 MPa），調(diào)閥開度逐漸減小造成進(jìn)汽節(jié)流損失增加，抽汽量減少，進(jìn)而導(dǎo)致給水溫升減小。

經(jīng)對比，各工況下投用0號高加后的給水溫度均無法達(dá)到理論設(shè)計值，原因是理論設(shè)計工況與實際運行工況存在偏差，主要影響因素如下：

（1）理論設(shè)計工況是3號高加外置蒸冷器給水流量占總給水量的30%，且各工況保持不變。而在實際運行過程中，流經(jīng)外置蒸冷器的給水比例與設(shè)計工況存在一定的偏差，而且在給水流量、給水溫度發(fā)生變化時，該給水比例也會隨之變化，這對加熱器出口水溫會產(chǎn)生一定的影響。

（2）0抽閥后壓力設(shè)定值為8.8 MPa，但實際閥后壓力控制比設(shè)定值略低（防止超壓）。由于加熱器是非調(diào)整抽汽型，加熱器入口壓力降低，加熱器出口水溫也會隨之降低。

2.2 0號高加對脫硝裝置投運的影響

當(dāng)SCR（選擇性催化還原）脫硝系統(tǒng)入口煙溫低于催化劑的適用溫度下限時，在催化劑上會發(fā)生副反應(yīng)，煙氣中的SO3，H2O與NH3發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生的NH3HSO4會減少與NOX的反應(yīng)，并吸附在催化劑通道和空預(yù)器表面，長時間低溫運行會造成催化劑通道和空預(yù)器流通面堵塞。因此，一般將SCR入口煙溫控制在310℃以上，當(dāng)煙溫低于此溫度，氨氣進(jìn)口電動閥自動關(guān)閉，脫硝裝置退出運行。

由表2可知，0號高加的投用可以提高SCR入口煙溫，負(fù)荷為900 MW，700 MW和500 MW時溫度偏差分別為5℃，2℃和9℃。負(fù)荷500 MW時，未投用0號高加時SCR入口煙溫為306℃，低于運行控制溫度310℃，脫硝裝置退出。而投用0號高加后，煙溫升至315℃，脫硝裝置仍可繼續(xù)運行。根據(jù)實際運行數(shù)據(jù)，負(fù)荷在500 MW以下時，0號高加投運對煙溫的提升效果更加明顯，在400 MW負(fù)荷時投入0號高加，SCR入口煙溫可以達(dá)到322℃，仍可保持脫硝裝置運行。因此，在機組50%負(fù)荷以下時，0號高加的投運能較大程度地提高SCR入口煙溫，保證脫硝裝置能繼續(xù)投運，大幅降低NOX的年排放量。

2.3 0號高加對汽輪機組熱耗的影響

對試驗熱耗率進(jìn)行運行參數(shù)及負(fù)荷偏差修正后，根據(jù)表3，可以得出各工況熱耗率變化分別為：900 MW時增加約12.3 kJ/kWh，700 MW時減少約7.1 kJ/kWh，500 MW時減少約7.7 kJ/kWh。由實際運行數(shù)據(jù)可知，負(fù)荷900 MW時，熱耗并未按預(yù)期設(shè)計減少，反而增加約12.3 kJ/kWh，并且在此負(fù)荷時，0號高加不影響脫硝裝置投用，因此，當(dāng)升至900 MW較高負(fù)荷時，建議提早撤出0號高加，以保汽輪機組熱耗較低。

3 結(jié)論

應(yīng)用0號高加的全負(fù)荷高效回?zé)峒夹g(shù)，結(jié)合70%容量的0號高加在百萬機組中的實際投用效果，可以得出如下結(jié)論：

表2 0號高加投用前后運行參數(shù)

表3 0號高加投用前后熱耗率參數(shù)表

（1）采用補汽閥技術(shù)的汽輪機均具備采用0號高加的條件，且在實際運行中，0級抽汽量均在控制范圍內(nèi)，加熱器入口壓力可通過減壓調(diào)節(jié)閥平穩(wěn)控制，以保證系統(tǒng)安全運行。

（2）0號高加在設(shè)定負(fù)荷段投用后，給水溫度有明顯提高，尤其在低負(fù)荷工況時，效果更為顯著。但由于不同工況下，0號抽汽存在不同程度的節(jié)流損失，在0號高加投用后，汽輪機組熱耗率的降低與設(shè)計工況相比還有一定的偏差。

（3）0號高加的投用對爐后脫硝裝置具有很大作用，一定程度上解決了低負(fù)荷工況時脫硝裝置因煙溫低而自動退出運行的問題，擴大了脫硝設(shè)備投運的負(fù)荷范圍，減少了NOX的排放量。

[1]王銀豐.1 000 MW超超臨界汽輪機技術(shù)特點[J].發(fā)電設(shè)備，2007（5）:355-358.

[2]劉啟軍，李作蘭，方琪.超超臨界機組增設(shè)0號高壓加熱器研究[J].吉林電力，2015，43（4）:1-4.

[3]徐紅波，陳青.1 000 MW超超臨界機組帶可調(diào)節(jié)級的十級回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計和經(jīng)濟性分析[J].2015，48（12）:74-78.

[4]包偉偉.1 000 MW超超臨界機組增設(shè)0號高壓加熱器經(jīng)濟性分析[J].發(fā)電設(shè)備，2015，29（3）:172-175.

（本文編輯：張 彩）

Full-load High-Efficiency Heat Regeneration Technology of No.0 High-Pressure Heater in 1 000 MW Units and Its Application

WANG Lina1，F(xiàn)ANG Kuangkun2，QIAN Linfeng3，CAI Wenfang4
（1.Zhejiang Provincial Power Construction Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315000，China；2.Zhejiang Zheneng Taizhou Second Electric Power Generation Co.，Ltd.，Taizhou Zhejiang 317109，China；3.Hangzhou E-energy Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310006，China；4.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper briefly introduces full-load high-efficiency heat regeneration technology scheme of No.0 high-pressure heater in a new 1 000 MW ultra-supercritical unit and its implementation in capital construction.By trial run and performance test，it is verified that in load of 35%to 90%of THA，the operation of No. 0 high-pressure heater can rise feedwater temperature,decline heat rate of steam turbine and increase the operation rate of denitration in low load to achieve energy conservation and emission reduction.

steam turbine；ultra-supercritical unit；high-pressure heater；full-load high-efficiency heat regeneration；energy conservation and emission reduction

TM621

：B

：1007-1881（2016）07-0041-04

2016-05-05

王麗娜（1987），女，助理工程師，主要從事電力基建管理工作。