660MW超超臨界機組參數優化經濟性比較分析

朱曉敏(國家能源投資集團共享服務中心，北京 100034)

0 引言

新疆準東某2×660MW機組工程自2016年末開始停工緩建，復工后原方案機組指標已落后于同時期、同區域、同類型的其他項目機組指標。結合技術進步和該項目特點，通過對原方案主機參數(27MPa/600℃/600℃)與方案一(27MPa/600℃/610℃)、方案二(28MPa/600℃/620℃)從鍋爐方案、鍋爐性能、汽機本體變化、初投資增加、邊界煤價等方面的技術經濟性進行綜合比選，優化本項目主機參數。

1 各參數鍋爐基本方案

1.1 鍋爐參數

鍋爐為(高效)超超臨界參數、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、緊身封閉布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、對沖燃燒方式，Π型鍋爐。鍋爐的主要設計參數如表1所示。

參數提升后，汽輪機需要的輸入熱量降低，鍋爐的輸出熱量也相應降低，在爐膛尺寸不變的情況下，高效超超臨界參數的熱負荷水平還要略低于常規超超臨界參數，但由于再熱汽溫的提升，高效超超臨界參數的再熱器吸熱比例會略高于常規超超臨界參數。

因此，在參數提升后，特別是高效超超臨界(再熱器623℃)，由于再熱器吸熱量更多，需要滿足再熱蒸汽的要求，一方面需要增加再熱器(低再、高再)的換熱面積，同時，鍋爐設計時需要

著重考慮高再的汽溫及壁溫偏差控制，盡量控制高再的溫升水平，對機組的運行水平及運行控制能力提出了更高的要求。

1.2 受熱面用材的變化

鍋爐由常規超超臨界提升為高效超超臨界后，鍋爐的蒸汽壓力、溫度等均有升高，在受熱面面積發生變化的情況下，鍋爐承壓件的材質、規格等均會發生變化。對于新方案一：再熱汽溫提升到610℃后(鍋爐參數28.35MPa/605/613℃)，鍋爐低溫再熱器材質需要由SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91升級為SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91+T92，同時高溫再熱器、再蒸汽管道、再熱器系統集箱管道需要進行強度核算，壁厚可能發生變化。對于新方案二：再熱汽溫620℃(鍋爐參數29.4MPa/605/623℃)。

2 各參數汽輪機方案

該項目汽輪機原機型為2×660MW一次中間再熱、單軸、間接空冷、凝汽式汽輪機，型號NJK660-27/600/600，7級回熱，THA工況熱耗7601kJ/kW·h。汽輪機仍有參數提升、系統優化、熱耗降低的空間，目前初步計算了以下兩種參數提升的方案，并從各專業的角度進行說明。

2.1 熱力

原方案：汽機機型NJK660-27/600/600，7級回熱，THA工況熱耗7601kJ/kW·h。

表1 鍋爐的主要設計參數

新方案一：汽機機型NJK660-27/600/610，7級回熱，THA工況熱耗7583kJ/kW·h，該方案再熱溫度提高10℃，同時由于再熱溫度提高，同等出力下主汽量減少，高壓缸效有所提高。

新方案二：汽機機型NJK660-28/600/620，8級回熱，THA工況熱耗7553kJ/kW·h，同方案一比，主汽壓力提高1MPa，再熱溫度提高10℃，回熱增加1級，熱耗收益為30kJ/kW·h。

2.2 本體

主機本體按照新的通流配置確定本體配置。機型變化，通流不同，原方案設計部件會受影響，需要重新配置，新方案二中壓轉子、內缸、閥門、葉片等部套都需要升級部分材料。

3 三種參數機組的技術經濟性比較

提高主機參數，可以使機組熱經濟性得到提高，但同時會增加項目初投資(其中方案一增加初投資較少)。需要根據投資、煤價、電價等對其技術經濟性具體分析。以下將對三種參數機組進行分析和比較。

3.1 初投資比較

3.1.1 三大主機投資費用比較

由于2015年以來，主機設備價格總體逐年下降，新方案一(27MPa/600℃/610℃)較原方案產生汽輪發電機設備、四大管道等初投資增加較少。按主機廠資料，三種方案主機投資費用增加情況如下：

新方案一高效超超臨界機組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比，汽輪機設備基本不增加初投資，單臺機組鍋爐設備初投資將增加500萬元，三大主機(單臺機組)較原方案共增加初投資500萬元。

新方案二高效超超臨界機組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比，單臺機組將增加汽輪機設備初投資1000萬元，增加鍋爐設備初投資萬元2267萬元，三大主機(單臺機組)較原方案共增加初投資3267萬元。

3.1.2 管道投資費用比較

因參數提高，高效超超臨界機組四大管道費用一般高于常規超超臨界機組四大管道。新方案一高效超超臨界機組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比基本不增加初投資；新方案二高效超超臨界機組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比將在主汽管道、熱段管道、給水管道方面增加初投資約253萬。

3.1.3 輔助設備投資費用比較

因參數提高，高效超超臨界機組輔助設備費用也高于常規超超臨界機組，其中包括高壓加熱器、給水泵、汽機旁路等設備。新方案一高效超超臨界機組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比基本不增加初投資；新方案二高效超超臨界機組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比將增加輔助設備(主機參數及回熱級數不同引起的設備費用差價)投資100萬元。

3.1.4 綜合投資比較

綜合以上三大主機、四大管道和輔助設備投資費用比較資料，新方案一高效超超臨界機組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比，單臺機組將增加初投資500萬元；新方案二高效超超臨界機組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比，單臺機組將增加初投資3620萬元。

3.2 熱經濟性比較

在項目邊界條件及熱力系統不變的前提下，不同進汽參數的汽輪機熱耗，鍋爐效率按94.5%，管道效率按99%，計算發電標煤耗，年發電利用小時數按5500h，單臺機組(660MW)年發電量為36.3億kW·h，計算年標煤耗量。7 MPa/600℃/600℃、27 MPa/600℃/610℃、以及28 MPa/600℃/620℃的條件下，年標煤用量分別為100.77、100.53、以及100.13萬t。

3.3 綜合經濟性比較

3.3.1 主機方案經濟比較

根據以上技術分析數據，按現行年實際貸款利率I=4.99%，償還年限n=15年，年利用小時數5500h，年固定費率N=(1+I)n×I/[(1+I)n-1]，到廠標煤價205元/t，進行經濟分析，幾種方案機組的綜合經濟性對比見表2。

表2 幾種參數機組綜合經濟性比較表

本工程到廠標煤價為205元/t，高于方案一(27MPa/600℃/610℃)的邊界標煤價格，低于方案二(28MPa/600℃/620℃)的邊界煤價。因此從總投資分析，對于本工程而言，方案一(27MPa/600℃/610℃)機組經濟性高于原27MPa/ 600℃/600℃方案。

4 結語

(1)本工程主機采用27MPa/600℃/600℃方案、27MPa/600℃/610℃方案和28 MPa/600℃/620℃方案均可行。

(2)從總投資經濟性分析，對于本工程而言，方案一(27MPa/600℃/610℃)機組經濟性高于原方案(27MPa/600℃/600℃)和方案二(28MPa/600℃/620℃)。