1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)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(fā)電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212400)

1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)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(fā)電廠， 江蘇鎮(zhèn)江 212400)

闡述了某二次再熱機(jī)組的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，并對設(shè)計(jì)優(yōu)化項(xiàng)目進(jìn)行了節(jié)能分析，優(yōu)化后的廠用電率設(shè)計(jì)值為3.47%，供電煤耗設(shè)計(jì)值為263.0 g/(kW·h)，為同類機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。

二次再熱機(jī)組； 設(shè)計(jì)優(yōu)化； 節(jié)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(jié)構(gòu)決定了以煤電為主的發(fā)電格局，降低燃煤發(fā)電能耗是我國火力發(fā)電面臨的重要任務(wù)[1]。采用二次再熱技術(shù)可以大大提高效率，降低燃煤消耗量，以目前先進(jìn)的一次再熱高參數(shù)(汽輪機(jī)端參數(shù)為28 MPa/600 ℃/620 ℃)為例，二次再熱機(jī)組熱效率高約2.6%，年減少燃煤消耗約11萬t，同時(shí)大幅減少污染物排放量，節(jié)能減排效果顯著。

筆者研究及優(yōu)化的對象為某二次再熱百萬機(jī)組，汽輪機(jī)端參數(shù)為31 MPa/600 ℃/620 ℃/620 ℃，初步設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)機(jī)組保證熱耗(THA工況)達(dá)7 069 kJ/(kW·h)，發(fā)電機(jī)效率大于99%，鍋爐保證效率高達(dá)95.06%。筆者通過研究和總結(jié)已有超超臨界百萬機(jī)組的設(shè)計(jì)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，提出了一系列設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，大大降低廠用電率和供電煤耗。

1 新技術(shù)的應(yīng)用

1.1 鍋爐煙氣余熱梯級利用技術(shù)

采用煙氣余熱梯級利用方案，在電除塵器入口設(shè)置煙氣余熱換熱器，閉式熱媒水在其中被煙氣加熱后再進(jìn)入空氣預(yù)熱器入口之間的暖風(fēng)器，將空氣預(yù)熱器入口的冷二次風(fēng)加熱，空氣預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)溫度提高后，置換出來的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器旁路煙道，旁路煙道系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置高、低壓兩級省煤器，分別加熱高壓給水和凝結(jié)水，節(jié)省的抽汽增加了汽輪機(jī)做功，可降低機(jī)組發(fā)電煤耗2.41 g/(kW·h)。系統(tǒng)原理圖見圖1，系統(tǒng)BMCR工況下主要參數(shù)值見表1。設(shè)置煙氣余熱換熱器的方案有效地降低了煙氣進(jìn)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(tǒng)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(fēng)機(jī)的運(yùn)行電耗，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

項(xiàng)目數(shù)值高壓旁路省煤器進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jié)水流量/(t·h-1)105進(jìn)入省煤器的煙氣流量/(kg·h-1)611854進(jìn)入空氣預(yù)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(shù)

優(yōu)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(jī)組高壓給水設(shè)計(jì)壓力為44 MPa，若采用單列U形管高加，其關(guān)鍵部件如管板規(guī)格、管板鍛件和水室球形封頭尺寸均已超過國標(biāo)GB 150—2011 《壓力容器》允許范圍，且制作難度大，質(zhì)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(dāng)，因而解決了U形管高加管板熱應(yīng)力集中的問題，同時(shí)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(tǒng)簡單，管路減少，管系中閥門減少，熱工測點(diǎn)及控制相對簡單，運(yùn)行控制相對方便，各個(gè)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(jī)熱耗2.0 kJ/(kW·h)。同時(shí)單列高加系統(tǒng)全部投資比雙列U形管加熱器節(jié)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(shù)

優(yōu)化對象采用高位收水冷卻塔方案。高位收水塔取消了常規(guī)塔底部的混凝土集水池及雨區(qū)，通過高位收水裝置將經(jīng)過填料冷卻后的循環(huán)水收集起來，并且通過空中的集水槽流至循環(huán)水泵房的循環(huán)水泵入口，經(jīng)過循環(huán)水泵的升壓循環(huán)使用。因此可以說高位塔與常規(guī)塔最主要的區(qū)別就是配有高位收水裝置(見圖4)，其他的配水系統(tǒng)、淋水裝置、除水器與常規(guī)塔類似。高位收水冷卻塔節(jié)能顯著，自由跌落區(qū)減少的高度等于循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)約的水頭，即循環(huán)水泵減少的靜揚(yáng)程，基于高位塔可以減少循環(huán)水泵靜揚(yáng)程的這個(gè)優(yōu)勢，在循環(huán)水泵設(shè)備選型過程中可以節(jié)約水泵和電動(dòng)機(jī)造價(jià)，運(yùn)行過程中可以減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率從而減少廠用電，達(dá)到了節(jié)能的目的。在供水系統(tǒng)為1機(jī)3泵擴(kuò)大單元制，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5 500 h為前提下，通過降低循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)功率，相比常規(guī)冷卻塔可以降低廠用電率0.29%，2臺(tái)機(jī)組年節(jié)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(yōu)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(tǒng)，提高給水溫度，有效地改善了鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃條件，節(jié)約啟動(dòng)材料消耗。

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

(3) 經(jīng)過綜合經(jīng)濟(jì)性計(jì)算和比較，推薦最終給水溫度為330 ℃，其中1號(hào)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(jī)方面

(1) 針對六大管道進(jìn)行了深入優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能采用彎管替代熱壓彎頭，應(yīng)用Y形三通，結(jié)合主廠房及鍋爐房的布置對管道布置進(jìn)行優(yōu)化，壓降優(yōu)化共降低熱耗7 kJ/(kW·h)。

(2) 汽動(dòng)給水泵組采用2×50%容量，不設(shè)電動(dòng)啟動(dòng)給水泵，2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)設(shè)置單獨(dú)的凝汽器。相對于凝汽直接排入大汽輪機(jī)，不僅可以提高熱效率，降低熱耗2.5 kJ/(kW·h)，而且機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)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(diào)制冷系統(tǒng)的冷凍水，增大真空泵出力，有效降低凝汽器背壓。

(4) 汽輪機(jī)廠軸封溢流管道增加一路至9號(hào)低壓加熱器，利用高溫軸封回汽加熱凝結(jié)水，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2.3 電氣方面

(1) 通過運(yùn)用PDMS軟件和電纜計(jì)算機(jī)敷設(shè)軟件優(yōu)化路徑，對電纜和橋架布置的詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，減少電纜交叉，選擇最短的電纜敷設(shè)路徑，節(jié)省電纜及橋架的用量。

(2) 廠用電監(jiān)視系統(tǒng)(ECMS)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，通過通信方式取代大量的硬接線，節(jié)省大量的控制電纜和電纜安裝費(fèi)用，降低工程造價(jià)，加強(qiáng)電氣在線管理能力，提高自動(dòng)化水平和判斷故障的能力，提高電氣控制系統(tǒng)的控制和管理水平。

(3) 部分旋轉(zhuǎn)設(shè)備采用永磁技術(shù)，可以大大降低啟動(dòng)電流和運(yùn)行電流，節(jié)能效果顯著。

3 性能指標(biāo)對比

優(yōu)化后的機(jī)組設(shè)計(jì)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗僅253.8 g/(kW·h)，廠用電率為3.47%，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率為263 g/(kW·h)，優(yōu)化后的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)值在同類型的機(jī)組中處于先進(jìn)水平。表2為優(yōu)化后的機(jī)組對照目前國內(nèi)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(jī)組設(shè)計(jì)性能參數(shù)對比。

表2 主要性能設(shè)計(jì)參數(shù)比較

4 結(jié)語

通過對某二次再熱百萬機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗僅253.8g/(kW·h)，廠用電率為3.47%，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率為263.0 g/(kW·h)，通過表2可以看出，上述指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)二次再熱百萬機(jī)組先進(jìn)指標(biāo)，節(jié)能效果明顯。本工程采用的新技術(shù)以及一系列優(yōu)化措施，為超超臨界二次再熱百萬機(jī)組的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了參考。

[1] 鄧建玲,楊志平,陶新磊,等. 二次再熱機(jī)組再熱壓力的選取[J]. 汽輪機(jī)技術(shù),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(jī)基建管理工作。

E-mail: yz_jrhd@126.com

TK08

A

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