1 000 MW超超臨界二次再熱機組設計優化方案的探討

閆 哲， 張士明， 顧 勇

(華電江蘇能源有限公司句容發電廠， 江蘇鎮江 212400)

1 000 MW超超臨界二次再熱機組設計優化方案的探討

閆 哲， 張士明， 顧 勇

(華電江蘇能源有限公司句容發電廠， 江蘇鎮江 212400)

闡述了某二次再熱機組的設計優化方案，并對設計優化項目進行了節能分析，優化后的廠用電率設計值為3.47%，供電煤耗設計值為263.0 g/(kW·h)，為同類機組設計優化提供參考。

二次再熱機組； 設計優化； 節能

Abstract： An introduction is presented to the design optimization of a 1 000 MW ultra supercritical double-reheat unit, together with an analysis on the energy-saving effect of the optimization items. The design values of auxiliary power consumption rate and power supply coal consumption have been reduced to 3.47% and 263.0 g/(kW·h) respectively, which may serve as a reference for design optimization of similar units.

Keywords： double-reheat unit; design optimization; energy saving

我國的能源結構決定了以煤電為主的發電格局，降低燃煤發電能耗是我國火力發電面臨的重要任務[1]。采用二次再熱技術可以大大提高效率，降低燃煤消耗量，以目前先進的一次再熱高參數(汽輪機端參數為28 MPa/600 ℃/620 ℃)為例，二次再熱機組熱效率高約2.6%，年減少燃煤消耗約11萬t，同時大幅減少污染物排放量，節能減排效果顯著。

筆者研究及優化的對象為某二次再熱百萬機組，汽輪機端參數為31 MPa/600 ℃/620 ℃/620 ℃，初步設計階段設計機組保證熱耗(THA工況)達7 069 kJ/(kW·h)，發電機效率大于99%，鍋爐保證效率高達95.06%。筆者通過研究和總結已有超超臨界百萬機組的設計優化經驗，提出了一系列設計優化方案，大大降低廠用電率和供電煤耗。

1 新技術的應用

1.1 鍋爐煙氣余熱梯級利用技術

采用煙氣余熱梯級利用方案，在電除塵器入口設置煙氣余熱換熱器，閉式熱媒水在其中被煙氣加熱后再進入空氣預熱器入口之間的暖風器，將空氣預熱器入口的冷二次風加熱，空氣預熱器進風溫度提高后，置換出來的煙氣進入空氣預熱器旁路煙道，旁路煙道系統內設置高、低壓兩級省煤器，分別加熱高壓給水和凝結水，節省的抽汽增加了汽輪機做功，可降低機組發電煤耗2.41 g/(kW·h)。系統原理圖見圖1，系統BMCR工況下主要參數值見表1。設置煙氣余熱換熱器的方案有效地降低了煙氣進入電除塵器和脫硫吸收塔的溫度，提高了電除塵器的除塵效率，降低脫硫系統耗水量，并且回收了煙氣的余熱，一定程度上還降低了電除塵器和引風機的運行電耗，經濟效益十分明顯。

項目數值高壓旁路省煤器進口煙氣溫度/℃380高壓旁路省煤器出口煙氣溫度/℃220高壓旁路省煤器進口水溫/℃190高壓旁路省煤器出口水溫/℃330.2高壓旁路省煤器給水流量/(t·h-1)87.5低壓旁路省煤器進口煙氣溫度/℃220低壓旁路省煤器出口煙氣溫度/℃117低壓旁路省煤器進口水溫/℃83低壓旁路省煤器出口水溫/℃165.4低壓旁路省煤器凝結水流量/(t·h-1)105進入省煤器的煙氣流量/(kg·h-1)611854進入空氣預熱器的煙氣流量/(t·h-1)3476854

1.2 單列蛇形管立式高壓加熱器技術

優化對象采用蛇形管單列高壓加熱器(簡稱高加)方案。由于二次再熱機組高壓給水設計壓力為44 MPa，若采用單列U形管高加，其關鍵部件如管板規格、管板鍛件和水室球形封頭尺寸均已超過國標GB 150—2011 《壓力容器》允許范圍，且制作難度大，質量難以保證。與U形管高加相比，蛇形管高加采用集箱與管束的連接方式，取消管板，而集箱厚度與高壓給水管道的壁厚大致相當，因而解決了U形管高加管板熱應力集中的問題，同時也解決了U形管高加水室球形封頭制造的難題。

采用單列蛇形管加熱器，其高壓給水管道、抽汽以及加熱器疏水管道均為單路，相對雙列高加，系統簡單，管路減少，管系中閥門減少，熱工測點及控制相對簡單，運行控制相對方便，各個高加的抽汽管路和給水管路相對較短，阻力較小，且立式蛇形管道加熱器疏水端差可以小于5 K，可以降低汽輪機熱耗2.0 kJ/(kW·h)。同時單列高加系統全部投資比雙列U形管加熱器節省約200萬元。

圖2和圖3分別為U形管高加管板、蛇形管高加集管。

圖2 U形管高加管板

圖3 蛇形管高加集管

1.3 高位冷卻塔技術

優化對象采用高位收水冷卻塔方案。高位收水塔取消了常規塔底部的混凝土集水池及雨區，通過高位收水裝置將經過填料冷卻后的循環水收集起來，并且通過空中的集水槽流至循環水泵房的循環水泵入口，經過循環水泵的升壓循環使用。因此可以說高位塔與常規塔最主要的區別就是配有高位收水裝置(見圖4)，其他的配水系統、淋水裝置、除水器與常規塔類似。高位收水冷卻塔節能顯著，自由跌落區減少的高度等于循環水系統節約的水頭，即循環水泵減少的靜揚程，基于高位塔可以減少循環水泵靜揚程的這個優勢，在循環水泵設備選型過程中可以節約水泵和電動機造價，運行過程中可以減少電動機運行功率從而減少廠用電，達到了節能的目的。在供水系統為1機3泵擴大單元制，機組年利用小時數為5 500 h為前提下，通過降低循環水泵電動機功率，相比常規冷卻塔可以降低廠用電率0.29%，2臺機組年節約水泵耗電量2 285.5萬kW·h。

圖4 高位收水冷卻塔收水裝置圖

2 主要優化措施

2.1 鍋爐方面

(1) 鍋爐采用高加加熱法鄰爐加熱系統，提高給水溫度，有效地改善了鍋爐點火和穩燃條件，節約啟動材料消耗。

(2) 采用柔性密封，空氣預熱器一年內漏風率小于4.5%，一年后小于5.0%。

(3) 經過綜合經濟性計算和比較，推薦最終給水溫度為330 ℃，其中1號加熱器出口水溫為320 ℃，兩級外置蒸汽冷卻器提升給水溫度為10 K。

2.2 汽輪機方面

(1) 針對六大管道進行了深入優化設計，盡可能采用彎管替代熱壓彎頭，應用Y形三通，結合主廠房及鍋爐房的布置對管道布置進行優化，壓降優化共降低熱耗7 kJ/(kW·h)。

(2) 汽動給水泵組采用2×50%容量，不設電動啟動給水泵，2臺給水泵汽輪機設置單獨的凝汽器。相對于凝汽直接排入大汽輪機，不僅可以提高熱效率，降低熱耗2.5 kJ/(kW·h)，而且機組啟動試運更加靈活，可有效減少工期。

(3) 真空泵冷卻水在夏季擬采用空調制冷系統的冷凍水，增大真空泵出力，有效降低凝汽器背壓。

(4) 汽輪機廠軸封溢流管道增加一路至9號低壓加熱器，利用高溫軸封回汽加熱凝結水，提高機組運行經濟性。

2.3 電氣方面

(1) 通過運用PDMS軟件和電纜計算機敷設軟件優化路徑，對電纜和橋架布置的詳細設計進行調整和優化，減少電纜交叉，選擇最短的電纜敷設路徑，節省電纜及橋架的用量。

(2) 廠用電監視系統(ECMS)采用現場總線技術，通過通信方式取代大量的硬接線，節省大量的控制電纜和電纜安裝費用，降低工程造價，加強電氣在線管理能力，提高自動化水平和判斷故障的能力，提高電氣控制系統的控制和管理水平。

(3) 部分旋轉設備采用永磁技術，可以大大降低啟動電流和運行電流，節能效果顯著。

3 性能指標對比

優化后的機組設計發電標準煤耗僅253.8 g/(kW·h)，廠用電率為3.47%，供電標準煤耗率為263 g/(kW·h)，優化后的性能指標設計值在同類型的機組中處于先進水平。表2為優化后的機組對照目前國內同類型的國電泰州二期、華能萊蕪和國華北海電廠的二次再熱超超臨界百萬機組設計性能參數對比。

表2 主要性能設計參數比較

4 結語

通過對某二次再熱百萬機組進行優化設計，機組的發電標準煤耗僅253.8g/(kW·h)，廠用電率為3.47%，供電標準煤耗率為263.0 g/(kW·h)，通過表2可以看出，上述指標已經達到國內二次再熱百萬機組先進指標，節能效果明顯。本工程采用的新技術以及一系列優化措施，為超超臨界二次再熱百萬機組的設計優化提供了參考。

[1] 鄧建玲,楊志平,陶新磊,等. 二次再熱機組再熱壓力的選取[J]. 汽輪機技術,2013,55(6):465-468.

DesignOptimizationofa1000MWUltraSupercriticalDouble-reheatUnit

Yan Zhe, Zhang Shiming, Gu Yong

(Jurong Power Plant, Jiangsu Huadian Energy Co., Ltd., Zhenjiang 212400,Jiangsu Province, China)

2016-12-02；

2017-02-22

閆 哲(1987—)，男，工程師，從事電廠汽輪機基建管理工作。

E-mail: yz_jrhd@126.com

TK08

A

1671-086X(2017)05-0360-03