大型火力發(fā)電廠外置式蒸汽冷卻器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

田家平，林俊光，吳 猛，光 旭

（浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州 310012）

大型火力發(fā)電廠外置式蒸汽冷卻器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

田家平，林俊光，吳 猛，光 旭

（浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州 310012）

為了降低第3級(jí)抽汽的蒸汽過(guò)熱度，提高機(jī)組絕對(duì)熱效率，通過(guò)對(duì)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了設(shè)置外置式蒸汽冷卻器的技術(shù)方案。針對(duì)大型火力發(fā)電廠建議采用33%～50%的主給水流量進(jìn)入外置式蒸汽冷卻器的串聯(lián)方式，外置式蒸汽冷卻器布置在3號(hào)高加上方平臺(tái)為宜。熱經(jīng)濟(jì)性分析表明，汽輪機(jī)熱耗率和發(fā)電煤耗都有明顯下降，汽輪機(jī)絕對(duì)效率也有所提高。

外置式蒸汽冷卻器；熱力系統(tǒng)；串聯(lián)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)

0 引言

大型火力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中的回?zé)峒訜崞魇翘岣邫C(jī)組循環(huán)效率的重要設(shè)備，其運(yùn)行性能直接影響到整個(gè)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。再熱器之后的各級(jí)抽汽的蒸汽過(guò)熱度很大，尤其是第3級(jí)抽汽，過(guò)熱度最大，通常高于250℃，對(duì)應(yīng)的回?zé)峒訜崞鲹Q熱溫差很大，溫差換熱引起的不可逆損失也很大，從而影響機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性[1]。

此外，由于處于高溫和高壓差等最為惡劣的工作環(huán)境，3號(hào)高壓加熱器（簡(jiǎn)稱高加）也成為回?zé)嵩O(shè)備中故障率最高的高加，因此有必要降低第3級(jí)抽汽蒸汽的過(guò)熱度，這樣不僅可以提高回?zé)嵯到y(tǒng)的熱效率，還可以提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。以下對(duì)某660 MW超超臨界機(jī)組提出了設(shè)置外置式蒸汽冷卻器的技術(shù)方案，并進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)分析。

1 機(jī)組熱力系統(tǒng)

圖1 某超超臨界660 MW機(jī)組部分熱力系統(tǒng)

圖1給出了機(jī)組部分熱力系統(tǒng)（含前3級(jí)抽汽及高壓給水），其主要熱力參數(shù)見(jiàn)表1。如圖1所示，第1級(jí)至第3級(jí)抽汽分別加熱對(duì)應(yīng)的1號(hào)至3號(hào)高加中的給水，其疏水逐級(jí)自流至除氧器，高壓給水通過(guò)這3級(jí)高加加熱后進(jìn)入鍋爐省煤器。

由表1可以看出，第3級(jí)抽汽溫度為515℃，其對(duì)應(yīng)的過(guò)熱度高達(dá)290℃，遠(yuǎn)高于第1級(jí)和第2級(jí)抽汽的蒸汽過(guò)熱度。采用外置式蒸汽冷卻器可以有效利用過(guò)高的第3級(jí)抽汽過(guò)熱度，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

表1 某超超臨界660 MW機(jī)組3級(jí)高加部分熱力參數(shù)

2 外置式蒸汽冷卻器的設(shè)計(jì)

2.1 連接方式

外置式蒸汽冷卻器主要有串聯(lián)和并聯(lián)2種連接方式。由于連接方式不同，其熱經(jīng)濟(jì)效果也不相同，且有較大差異。一般來(lái)說(shuō)，外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器的熱經(jīng)濟(jì)性比并聯(lián)高，原因在于外置式串聯(lián)蒸汽冷卻器的進(jìn)水溫度比較高，傳熱過(guò)程平均溫差較小，抽汽過(guò)熱度得到充分利用，效果顯著，但是給水系統(tǒng)阻力較大。并聯(lián)方式能相對(duì)減少給水系統(tǒng)阻力，但是蒸汽冷卻器進(jìn)水溫度較串聯(lián)方式低，傳熱溫差大，同時(shí)給水分流后進(jìn)入下一級(jí)加熱器的主給水流量減少，相應(yīng)的回?zé)岢槠坑兴鶞p少，熱經(jīng)濟(jì)相對(duì)較低[2]。

基于以上原因，提出部分給水流量進(jìn)入蒸汽冷卻器的串聯(lián)方式，剩余部分給水則通過(guò)節(jié)流孔板與進(jìn)入蒸汽冷卻器被加熱后的給水混合后再進(jìn)入鍋爐省煤器。圖2是設(shè)置串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器后的部分熱力系統(tǒng)。

圖2 設(shè)置串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器后高壓給水系統(tǒng)

針對(duì)串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器給水流量的分配問(wèn)題，如果通過(guò)蒸汽冷卻器的設(shè)計(jì)給水流量過(guò)大，可能造成蒸汽冷卻器尺寸較大，外形粗短，制造上也比較困難，成本較高，同時(shí)給水管道應(yīng)力計(jì)算更加復(fù)雜；如果蒸汽冷卻器的設(shè)計(jì)給水流量過(guò)小，雖然可以減小蒸汽冷卻器尺寸和給水管道管徑，但不利的是此時(shí)蒸汽冷卻器內(nèi)部溫升較大，低負(fù)荷時(shí)蒸汽冷卻器內(nèi)部有可能出現(xiàn)局部汽化，造成汽阻，從而影響管內(nèi)給水正常流動(dòng)和換熱。

經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后認(rèn)為，對(duì)于660 MW超超臨界機(jī)組，串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器給水流量約為主給水流量的50%較為合適；而對(duì)于1 000 MW超超臨界機(jī)組，串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器給水流量為主給水流量的33%左右較為適宜。

2.2 布置方式

串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器的布置方式主要有2種：布置在3號(hào)高加上方的獨(dú)立平臺(tái)；布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層大平臺(tái)。

如果將蒸汽冷卻器布置在3號(hào)高加的上方，疏水自流入3號(hào)高加，外置蒸汽冷卻器疏水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)需配置蒸汽冷卻器液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，蒸汽冷卻器及3號(hào)高加的疏水共用1組調(diào)閥控制，汽側(cè)管道相對(duì)順暢。萬(wàn)一蒸汽冷卻器U型管泄漏，水倒流入汽輪機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。但蒸汽冷卻器需要單獨(dú)搭建平臺(tái)，給水管道布置相對(duì)復(fù)雜。

如果將蒸汽冷卻器布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層大平臺(tái)，給水管道布置較為簡(jiǎn)單，同時(shí)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)影響較小，不需要另設(shè)蒸汽冷卻器平臺(tái)。但3號(hào)高加與外置蒸汽冷卻器壓差低，外置蒸汽冷卻器疏水無(wú)法排入3號(hào)高加，只能排入除氧器或凝汽器，需要設(shè)置較復(fù)雜的疏水系統(tǒng)。

綜上所述，考慮到機(jī)組安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行等要素，推薦蒸汽冷卻器布置在3號(hào)高加上方的獨(dú)立平臺(tái)。

3 熱經(jīng)濟(jì)性分析

表2 設(shè)置外置蒸汽冷卻器后部分熱力系統(tǒng)參數(shù)

設(shè)置串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器后部分熱力參數(shù)如表2所示。由表2可以看出，第3級(jí)抽汽在蒸汽冷卻器中的焓降為498.8 kJ/kg，鍋爐給水焓升27.9 kJ/kg，對(duì)應(yīng)的鍋爐給水溫升5.6℃。

通過(guò)熱力計(jì)算[3]得出，設(shè)置串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器前后機(jī)組性能指標(biāo)如表3所示。

表3 設(shè)置外置式蒸汽冷卻器前后機(jī)組性能指標(biāo)

由表3可知，設(shè)置外置式蒸汽冷卻器后汽輪機(jī)熱耗率由7 322 kJ/kWh下降到7 304 kJ/kWh，對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)絕對(duì)效率提高了0.12%，發(fā)電標(biāo)煤耗下降了0.66 g/kWh。

以660 MW超超臨界機(jī)組為例，設(shè)置外置式蒸汽冷卻器經(jīng)濟(jì)性分析如表4所示。以單列高加計(jì)算，給水管道規(guī)格Φ406.4 mm×45 mm，材料采用 15NiCuMoNb5-6-4，第 3級(jí)抽汽管道規(guī)格Φ324.1 mm×15 mm，材料采用A335P22。土建費(fèi)用主要包括鋼結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)支墩，設(shè)備材料價(jià)格含安裝費(fèi)用。由表4可以看出，增設(shè)蒸汽冷卻器增加靜態(tài)初投資525萬(wàn)元，每年可以節(jié)省標(biāo)煤量2 395.8 t，年節(jié)煤資金215.6萬(wàn)元。

表4 設(shè)置外置式蒸汽冷卻器經(jīng)濟(jì)性分析

4 結(jié)論

綜上所述，大型火電發(fā)電廠設(shè)置外置式蒸汽冷卻器，能有效降低第3級(jí)抽汽的蒸汽過(guò)熱度，有效提高機(jī)組運(yùn)行可靠性和熱經(jīng)濟(jì)性。

（1）對(duì)于大型火力發(fā)電廠，采用部分給水進(jìn)入外置式蒸汽冷卻器的串聯(lián)方式，串聯(lián)外置式蒸汽冷卻器給水流量為主給水流量的33%～50%之間較為合適。

（2）建議外置式蒸汽冷卻器，布置在3號(hào)高加上方的獨(dú)立平臺(tái)。

（3）以660 MW超超臨界機(jī)組為例，外置式蒸汽冷卻器投運(yùn)后每臺(tái)機(jī)組汽輪機(jī)熱耗率下降18 kJ/kWh，發(fā)電標(biāo)煤耗下降0.66 g/kWh，鍋爐給水溫度提高5.6℃。每年可節(jié)省燃煤費(fèi)用215.6萬(wàn)元，按初投資525萬(wàn)元計(jì)算，2.4年即可回收靜態(tài)投資。

[1]林萬(wàn)超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

[2]李勤道，劉志真.熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析[M].北京：中國(guó)電力出版社,2008.

[3]李秀云，嚴(yán)俊杰，張春雨，等.外置蒸汽冷卻器機(jī)組熱力系統(tǒng)定量分析方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21（1）∶35-39.

（本文編輯：陸 瑩）

Technical Economy Analysis of External Steam Cooler for Large Coal-fired Power Plant

TIAN Jiaping，LIN Junguang，WU Meng，GUANG Xu
（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

In order to decrease steam superheat degree of the third extraction steam and increase absolute heat efficiency of units，this paper presents a technical solution of installing external steam cooler.the paper suggest that large coal-fired power plant adopt a series style that 33%～50%of feedwater enters into the external steam cooler and the external steam cooler be installed on the platform above No.3 high-pressure heater.It is proved by overheat economy analysis that heat consumption rate of steam turbine and coal consumption for power generation are significantly reduced，and absolute efficiency of steam turbine is also improved.

external steam cooler；thermal system；series；technical economy

TK223.5+28∶F403.7

B

1007-1881（2015）05-0036-03

2015-03-18

田家平（1967），男，高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)及工程管理工作。