提高主再熱汽溫對600MW亞臨界空冷機(jī)組運(yùn)行特性的影響分析

常英瑞

摘要：近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，我國逐漸成為能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國。在我國能源應(yīng)用領(lǐng)域，火力發(fā)電占主導(dǎo)地位，裝機(jī)容量所占比重高，是產(chǎn)能大戶，同時又是耗能大戶，并且環(huán)境污染嚴(yán)重。在電力生產(chǎn)上，近10年來火電裝機(jī)容量占全國總裝機(jī)容量的73%以上，火力發(fā)電量（其中主要為煤電）占全國總發(fā)電量的80%以上，電煤消費(fèi)占全國煤炭消費(fèi)總量的47%以上，近幾年火力發(fā)電裝機(jī)容量平均占總裝機(jī)容量的74%左右，火力發(fā)電量占總發(fā)電量的80%左右，截至2014年底，火電裝機(jī)容量突破9億kW，約占全國總裝機(jī)容量70%，火力發(fā)電量將達(dá)到4.5萬億kWh，約占總發(fā)電量的75%，并且據(jù)估計到2020年，我國火電機(jī)組裝機(jī)容量將增加4億～5億kW。

關(guān)鍵詞：提高主再熱氣溫;600MW;亞臨界空冷機(jī)組;運(yùn)行特性;分析

1亞臨界燃煤空冷發(fā)電機(jī)組

一是在14-22.2MPa之間的稱為亞臨界壓力鍋爐。二是燃煤：是指以煤為動力燃料的發(fā)電機(jī)組。三是空冷：簡單的說就是以空氣為冷卻介質(zhì)，進(jìn)行冷卻。眾所周知，常規(guī)火電廠的熱力系統(tǒng)是由熱源區(qū)和冷端組成;而冷端又由凝汽設(shè)備、冷卻設(shè)備和水源工程構(gòu)成。火力發(fā)電廠里的冷端多采用水作為冷卻介質(zhì)。我國是全球13個貧水國之一，北方缺水更甚。一座100萬千瓦火電廠若按循環(huán)冷卻供水方式計算，其發(fā)電裝機(jī)取水量Vc的國家取水定額標(biāo)準(zhǔn)為0.8立方米/秒·百萬千瓦（相當(dāng)于中等城市供水量）。不僅如此，其排水量也相當(dāng)可觀，約為0.2～0.4立方米/秒·百萬千瓦。這對缺乏水資源又限制排放廢水的地區(qū)是個嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格，火電廠采用空氣冷卻氣輪機(jī)冷端技術(shù)有了長足的進(jìn)步。從1987年我國投運(yùn)發(fā)電的20萬千瓦的火電直接空冷機(jī)組的18年間，熱力系統(tǒng)冷端便產(chǎn)生了一系列的變革，其共同特點就是用取之不盡、用之不竭的空氣作為冷卻介質(zhì)，變水工藝為無水工藝。空氣是用之不竭的冷卻介質(zhì)。空氣作為冷卻介質(zhì)，可用于各種流體的冷凝和冷卻，在火力發(fā)電廠里得到充分應(yīng)用并在由翅片管式空冷散熱器和空冷風(fēng)機(jī)群組成的空冷介質(zhì)凝汽器來實現(xiàn)。因為空氣是取之不盡、用之不竭的冷卻介質(zhì)，因此不再擔(dān)心冷卻介質(zhì)的減量、枯竭或漲價。一般來說，采用空冷機(jī)組廠區(qū)占地較大，投資偏高，運(yùn)行中廠用電率較高。

2提高主再熱汽溫節(jié)能效果分析

2.1熱力學(xué)分析

根據(jù)朗肯循環(huán)定理，提高主蒸汽的初溫與再熱溫度會提高平均吸熱溫度，從而提升蒸汽循環(huán)效率，降低能耗。同時，提高蒸汽初溫，還可使排汽干度提高，從而減少低壓缸排汽濕氣損失，提高汽輪機(jī)相對內(nèi)效率。通過工程簡化回?zé)崴惴蓪μ岣咧髟贌崞麥氐墓?jié)能效果進(jìn)行理論分析，其是從熱力學(xué)的基本原理出發(fā)，并對系統(tǒng)進(jìn)行簡化處理，忽略各回?zé)岢闅獾挠绊懀蟮弥髡羝麉?shù)偏離目標(biāo)值造成經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的變化。

2.2設(shè)計工況下改造方案的節(jié)能效果分析

由機(jī)組分析可知，其主再熱溫度僅為538℃，而目前600MW機(jī)組主汽溫度多在570℃左右，故機(jī)組主汽初參數(shù)存在一定的提升空間;綜合機(jī)組汽輪機(jī)金屬材料強(qiáng)度極限和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，文中擬將其主再熱蒸汽溫度由538℃提高到570℃，并利用EBSILON軟件對改造方案在設(shè)計工況下的節(jié)能效果進(jìn)行計算分析。在模擬過程中做了如下假設(shè)：一是提高主蒸汽溫度后汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)汽比體積增大，其他條件不變時汽輪機(jī)高壓端漏氣損失會變化，文中模擬過程中暫不考慮這種變化。二是設(shè)定提高主再熱汽溫前后主汽流量不變，主再熱蒸汽壓力不變，回?zé)嵯到y(tǒng)各級抽汽的壓力不變。三是暫不考慮由于主再熱蒸汽參數(shù)提高而引起的汽輪機(jī)各級相對內(nèi)效率變化。

2.3變工況下改造方案的節(jié)能效果分析

參照機(jī)組汽輪機(jī)熱力說明書其他工況下的汽水流程熱力系統(tǒng)圖，又分別在80%THA（定壓）、75%THA（滑壓）、60%THA（滑壓）、50%THA（滑壓）、40%THA（滑壓）5種工況下，以原系統(tǒng)模型為基準(zhǔn)進(jìn)行了提升主蒸汽溫度與再熱溫度的計算，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在80%～40%THA工況變化時，提高蒸汽初、再熱溫度后機(jī)組凈出功可增加24.53～10.32MW，汽輪機(jī)熱耗率可降低124.93～142.21kJ/kWh，供電煤耗可降低5.00～5.70g/kWh;且隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，提高蒸汽初、再熱溫度后的節(jié)能效果會逐漸提高;這主要是由于機(jī)組在低負(fù)荷下運(yùn)行時，汽輪機(jī)通流部分流量減小，各項損失增大，機(jī)組運(yùn)行水平更低，因此，由提高主再熱汽溫帶來的節(jié)能效果更加顯著。

結(jié)論

總之，在100%THA工況下，當(dāng)將其主再熱蒸汽溫度由538℃提高至580℃時，機(jī)組的發(fā)電效率可提高0.61%，供電煤耗可降低4.73g/kWh，節(jié)能效果顯著。研究結(jié)果表明：對于600MW亞臨界空冷機(jī)組，提高主再熱蒸汽溫度可帶來可觀的節(jié)能效果。提高主再熱汽溫后，汽輪機(jī)主再熱蒸汽做功能力提高，機(jī)組平均吸熱溫度提高，而平均放熱溫度基本不變，故機(jī)組循環(huán)熱效率提高。同時，回?zé)嵯到y(tǒng)各級抽汽量減少，即汽輪機(jī)中用于做功的蒸汽流量增大。此外，由于主再熱蒸汽初溫提高，汽輪機(jī)末級排汽干度增大，使得其末級濕汽損失有所降低。機(jī)組在提高主再熱汽溫后汽輪機(jī)組熱效率的提高是機(jī)組供電煤耗降低的主要原因。

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