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杨巧云 超(超)临界燃煤机组参数选择研究
新丝路杂志(下旬刊)官方网站   2020-11-19 09:10:43 作者:新丝路杂志社 来源: 文字大小:[][][]

杨巧云(武汉电力职业技术学院,湖北武汉  430079)
摘 要:对超(超)临界机组,从机组效率、投资费用等方面,对采用不同蒸汽参数、机组容量及再热次数等参数情况下进行分析比较,为合理选择机组参数提供参考。
关键词:超(超)临界;燃煤机组;参数

一、前言
随着社会的发展及煤炭资源的日益紧张,对燃煤机组的经济性要求越来越高。超(超)临界机组效率高,煤耗低,发电成本低,并且单位发电量的污染物排放量少,得到了广泛应用。近年来,我国超(超)临界机组发展迅速,机组台数及装机容量居世界前列,截止2018年底,我国已投产百万千瓦超超临界机组达到了111台,超超临界机组已约占我国火电机组装机容量的45%,因此提高其效率及降低投资成本具有重要意义。超(超)临界机组蒸汽参数、容量等参数的高低及再热次数等因素对于经济性有着直接影响,需要进行合理选择。
二、机组参数选择
1.蒸汽参数选择
提高主蒸汽温度和再热蒸汽温度可提高机组的热效率。在超(超)临界参数范围内,主蒸汽温度每提高10℃,机组的热效率可相对提高0.25%-0.3%,再热蒸汽温度每提高10℃,机组的热效率可相对提高0.16%-0.2%。主蒸汽温度/再热蒸汽温度为600℃/600℃的机组比580℃/580℃的机组的热效率约可相对提高0.92%。如某两台单机功率相同的机组,在主蒸汽压力相同(24.1MPa)的情况下,蒸汽温度593℃/593℃的机组的热效率比538℃/538℃的高2%-2.5%。提高蒸汽温度对提高机组热效率的效果非常显著,但主蒸汽和再热蒸汽温度的提高受到材料许用温度限制,当蒸汽温度提高到一定程度时,锅炉、汽轮机的高温部分需要采用热强度高的钢材。
再热蒸汽温度通常与主蒸汽温度选相同值。在中压进汽压力较低的情况下,为了减小排汽湿度,有的机组将再热蒸汽温度提高到高于主蒸汽温度,如德国Lippendorf电厂933MW机组,蒸汽参数为26.7/554/583,再热蒸汽温度比主蒸汽温度高29℃。管道的允许工作温度随着压力的降低而升高,再热蒸汽压力远低于主蒸汽压力,因此再热蒸汽温度高于主蒸汽温度是可行的。
主蒸汽温度不变的情况下提高主蒸汽压力,一定范围内可提高机组热效率。据分析,在相同的主蒸汽温度下,主蒸汽压力由25MPa提高到28Mpa,热效率约可相对提高0.45%;由28MPa提高到31MPa时,热效率约可相对提高0.4%。但初压提高过多,机组的热效率反而会降低。因此,主蒸汽温度一定的情况下有一个最佳初压,当主蒸汽压力超过最佳值时,机组的热耗率将增加。
同样容量的机组,蒸汽参数高的热效率较高,供电煤耗较低。如某600MW超临界机组,供电煤耗为300g/kW·h,如果将蒸汽参数提高到31MPa、593℃的超超临界参数,供电煤耗可降低至275g/(kW·h)。不同蒸汽参数机组的热效率和供电煤耗见表1。
表1  不同参数机组的热效率和供电煤耗
蒸汽压力(MPa) 蒸汽温度(℃) 热效率(%) 供电煤耗(kg/kw.h)
22.5 567/567 41 300
25 600/600 44 278
30 600/600/600 48 256
30 700 57 214
 >700 60 205

采用高蒸汽参数能提高电厂热效率,降低污染物排放,但并非参数越高越好。提高蒸汽参数将使机组的初投资增加,这是因为压力提高后很多设备和蒸汽管道的壁厚要增加,或者要选用性能和价格更高一些的材料,温度提高后要使用更多价格昂贵的金属。例如主蒸汽压力由25MPa提高到28MPa时,锅炉投资增加5%-6%,汽轮机投资增加2%-3%,电厂投资增加3%-3.5%。由于各国及各个电厂的具体情况不同,造价增加的幅度不同。由于电厂的运行成本主要取决于燃料成本,而主蒸汽参数高的机组煤耗低,因此运行成本低,可补偿部分造价增加的影响。选用什么样的蒸汽参数,需要综合机组效率、投资费用、燃料价格等多方面因素经过进行技术经济比较后决定。部分超(超)临界机组参数见表2。
表2  部分超(超)临界机组参数
电厂(电力公司)名称 机组功率(MW) 蒸汽参数
  压力(MPa) 温度(℃)
川越1号、2号 700 31 566/566/566
三隅1号 1000 24.5 600/600
Hessler 700 27 580/600
RWE.C 1205 26.5 576/599

2.机组容量
一般情况下超(超)临界机组的容量应选得较大。因为超(超)临界机组蒸汽的初参数高,循环热效率提高,而汽轮机相对内效率的高低还与机组容量的大小有关。
提高蒸汽初温,蒸汽比容增大,容积流量增大,在其它条件不变的情况下,汽轮机叶栅高度增加,叶栅损失减少,使汽轮机的相对内效率提高。提高蒸汽初压,蒸汽比容减小,容积流量减小,使汽轮机的相对内效率降低。若同时提高汽轮机的新蒸汽的初温和初压,则使汽轮机相对内效率提高和降低的因素同时起作用。分析计算表明,提高初压对相对内效率的影响大于提高初温的影响,即同时提高初温和初压,汽轮机的相对内效率是降低的。而这个影响的大小与汽轮机的容量有关,汽轮机的单机容量大,这一影响就小,反之则大。
对于超(超)临界机组,当机组容量选择较大时,蒸汽的容积流量大,蒸汽初参数提高使汽轮机相对内效率降低较少,而循环热效率提高较多,因此汽轮机的绝对内效率将得到提高。当机组容量选择较小时,蒸汽容积流量小,蒸汽初参数提高,汽轮机相对内效率的降低值会超过循环热效率提高的值,使汽轮机的绝对效率降低。
单机容量增大,还降低了单位容量机组的设备费用、土建费用及其它辅助设施费用,使电厂的比投资降低。单机容量的增加主要受到全转速末级叶片长度的限制。有的电厂在1000MW以上的大容量机组使用双轴汽轮机,高、中压部分采用全速设计,低压部分采用半速设计,分别与各自的发电机相连接。双轴汽轮发电机组的造价比单轴机组高得多,且厂房面积较大,电气系统更复杂。因此高参数机组容量选择应根据汽轮机制造行业的设计制造能力水平合理选取。目前我国运行的超(超)临界机组容量主要为600-1000MW。截至2018年底,我国已投运超超临界机组160台以上,其中容量为百万千瓦机组达到了111台。
3.再热次数
采用中间再热提高了热力循环的平均吸热温度,提高了循环热效率,使机组的经济性提高。中间再热还可以降低汽轮机末几级的蒸汽湿度,提高了汽轮机的相对内效率,并延长了末几级叶片的寿命。目前,世界上投运的大型机组均采用了中间再热。
采用二次再热循环比一次再热循环使机组的循环热效率提高更多,在相同的蒸汽参数下,采用二次再热热效率约提高1.5%-2.0%。如某31.0MPa、566℃两次再热机组与24.1MPa、566℃一次再热机组比较,热效率提高3%。但与一次再热相比,二次再热锅炉受热面、蒸汽管道增加,汽轮机设备复杂,管道系统复杂,使电厂造价增加,还使运行工作量增加,增加再热次数使热效率提高获得的收益将有很长时间用于补偿增加的造价。
三、结束语
由以上分析可知,提高蒸汽参数并与发展大容量机组相结合、采用合适的再热次数是提高超(超)临界机组效率及降低单位容量造价的有效途径。选用什么样的蒸汽参数、容量等级及再热次数,需要综合机组效率、投资费用、燃料价格及汽轮机制造行业的设计制造能力水平等多方面因素经过进行技术经济比较后决定。

参考文献:
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[4]李君、吴少华、李振中.超超临界燃煤发电技术是我国目前发展洁净煤发电技术助优先选择[J].中国电力,2004年9月第37卷第9期
[5]耿建渝、郑德升、张成义.衣胜章.600MW级火电机组主机参数选择探讨[J].电站系统工程,2011.4

 

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