1 000 MW機組0號高壓加熱器全負荷高效回熱技術及其應用

王麗娜，方匡坤，錢林鋒，蔡文方

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

1 000 MW機組0號高壓加熱器全負荷高效回熱技術及其應用

王麗娜1，方匡坤2，錢林鋒3，蔡文方4

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

以某新建1 000 MW超超臨界機組為例，介紹了增設0號高壓加熱器的全負荷高效回熱技術方案，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；全負荷高效回熱；節(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，往往無法維持滿負荷長期運行。低負荷運行會導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，對機組在低負荷工況時進行部分系統(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，負荷變動較大，且多處于低負荷段，機組效率也隨著負荷的降低而下降。為提高低負荷段機組效率，結合機組實際情況及各方因素，從給水回熱系統(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）的全負荷高效回熱技術，即增設0號高加，利用汽輪機補汽閥結構特點，引出高壓缸內(nèi)蒸汽作為0號高加的加熱汽源，提高機組部分負荷工況的給水溫度，進而降低汽輪機熱耗，與此同時，省煤器出口煙氣溫度也有所提高，低負荷工況時可達到脫硝裝置催化劑的工作溫度，使脫硝裝置在低負荷工況時仍可投用，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)的回熱量，減少冷源損失。最終給水溫度主要與抽汽壓力、抽汽級數(shù)有關，因此可從增設抽汽級數(shù)或提高抽汽壓力角度設計方案，即在8級回熱基礎上增加1級高參數(shù)抽汽回熱，在低負荷工況下投用該級抽汽及對應高壓加熱器，以提高給水溫度。由于此抽汽參數(shù)較高，考慮到設備運行的安全可靠性，對此級抽汽另設高壓加熱器，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0號高加的全負荷高效回熱系統(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。本機組汽輪機引進德國西門子技術，采用全周進汽+補汽閥技術。補汽閥技術是在每個主汽閥后、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]。補汽閥技術在機組額定負荷以上超發(fā)和快速響應一次調(diào)頻要求時才使用，機組部分負荷時采用主汽調(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)閥進行絕熱等焓降壓過程后再通至0號高加。根據(jù)增設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)方案設計，0號高加僅在機組35%～90% THA負荷段投用，即僅在此負荷段開啟0抽調(diào)節(jié)閥。根據(jù)主機廠熱平衡圖對應工況下0抽壓力調(diào)節(jié)閥前壓力，設置調(diào)節(jié)閥前及閥后壓力定值聯(lián)鎖，控制調(diào)閥開度，進而控制0抽蒸汽量。同時根據(jù)系統(tǒng)及設備參數(shù)設置壓力保護定值，防止超壓。在此負荷段外，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號高加水側均投入運行（70%容量），因此其給水側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備超壓，設置補汽閥和調(diào)節(jié)閥之間的聯(lián)鎖保護，補汽閥開啟時，0抽蒸汽隔離閥、調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖關閉。

2 0號高加試運分析

機組試運期間，0號高加的給水回熱系統(tǒng)完成初步調(diào)試。表2是性能試驗期間，各工況負荷下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，相同負荷工況下，0號高加投用前后，省煤器進口水溫偏差分別為3.17℃（900 MW），8.89℃（700 MW），12.78℃（500 MW）?？梢姡?號高加的確可提高給水溫度，但隨著負荷的提高其作用逐漸減弱，主要原因是負荷升高時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汽節(jié)流損失增加，抽汽量減少，進而導致給水溫升減小。

經(jīng)對比，各工況下投用0號高加后的給水溫度均無法達到理論設計值，原因是理論設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抽閥后壓力設定值為8.8 MPa，但實際閥后壓力控制比設定值略低（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，煙氣中的SO3，H2O與NH3發(fā)生反應產(chǎn)生的NH3HSO4會減少與NOX的反應，并吸附在催化劑通道和空預器表面，長時間低溫運行會造成催化劑通道和空預器流通面堵塞。因此，一般將SCR入口煙溫控制在310℃以上，當煙溫低于此溫度，氨氣進口電動閥自動關閉，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，負荷為900 MW，700 MW和500 MW時溫度偏差分別為5℃，2℃和9℃。負荷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負荷時投入0號高加，SCR入口煙溫可以達到322℃，仍可保持脫硝裝置運行。因此，在機組50%負荷以下時，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

對試驗熱耗率進行運行參數(shù)及負荷偏差修正后，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，負荷900 MW時，熱耗并未按預期設計減少，反而增加約12.3 kJ/kWh，并且在此負荷時，0號高加不影響脫硝裝置投用，因此，當升至900 MW較高負荷時，建議提早撤出0號高加，以保汽輪機組熱耗較低。

3 結論

應用0號高加的全負荷高效回熱技術，結合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號高加在設定負荷段投用后，給水溫度有明顯提高，尤其在低負荷工況時，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，擴大了脫硝設備投運的負荷范圍，減少了NOX的排放量。

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

[2]劉啟軍，李作蘭，方琪.超超臨界機組增設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)級的十級回熱系統(tǒng)設計和經(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0號高壓加熱器經(jīng)濟性分析[J].發(fā)電設備，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。