印度火电厂的主要热力系统及主要设备

郑赟

(广东省电力设计研究院，广州市，510663)

0 引言

目前，印度处于电力建设飞跃发展阶段，在印度电力市场上中国设计和供货的工程所占比例越来越大，因此充分了解印度电力工程建设环境以及印度规范与国内规范的差别，对工程技术谈判和设计具有重要的作用。由于印度电网建设滞后于火电厂，电网频率经常波动甚至电网故障导致机组解列，再加上火电厂的施工安装水平以及运营水平较为落后，主辅机的寿命往往受到影响，因此要求辅机选型留有较大裕量，或者系统设置要求多备用等［1-3］。

印度某火电厂为300MW亚临界压力、中间再热、凝汽式燃煤机组，配置有最大连续蒸发量(boiler maximum continue rate，BMCR)为1 015 t/h 的自然循环汽包锅炉，汽轮机调门全开最大出力(valve wide open，VWO)为 966.825 t/h，并且装配有 60%BMCR二级高低压串联旁路、3×50%电动变速给水泵，给水回热系统采用“3高4低1除氧”。本文以印度某火电厂为例，分析印度火电厂的主要热力系统及主要设备与国内火电厂常规配置的差异。

1 热力系统

1.1 主蒸汽及再热蒸汽系统

印度某火电厂的主蒸汽及再热蒸汽系统流程如图1所示。

1.1.1 锅炉最大出力特点

依据印度CEA设计导则要求，BMCR应不小于1.02 VWO［4］。印方根据以往工程经验，要求本工程的BMCR为1.05 VWO。这是因为印度火电厂的锅炉，特别是小型机组锅炉，除了对汽轮机发电提供蒸汽外，还在过热器出口提供工业用蒸汽［5-6］。随着机组容量的增加，以及发电成为燃煤机组的主要作用，锅炉最大出力逐渐与汽机相匹配，因此2%以上的裕量不再经济也不合理。现在印度的600MW级以上燃煤火电机组的 BMCR已经等于VWO，这在印度Seoni、Kawai和Duli等工程都得到印证。

1.1.2 汽轮机旁路

汽轮机旁路系统配置有1台高压旁路阀和2台低压旁路阀，其容量为60%BMCR。这是因为印度CEA设计导则要求锅炉的最低不投油稳燃负荷为40%BMCR，并且要求机组设计具备机组快速甩负荷(fast cut back，FCB)的功能［7］。汽轮机旁路系统除了满足机组启动的功能外，在锅炉过热器出口2台电磁泄放阀(排放量为23%BMCR)的协助下，机组可以实现“带厂用电”和“停机不停炉”这2种运行工况。实际上，按照国内经验，30% ～45%BMCR(锅炉最低稳燃负荷再加上一定裕量)的汽轮机旁路即可满足机组启动需求，由于我国电网稳定性较印度高，因此国内大部分的电站已经不需要具备FCB功能［8］。

图1 主蒸汽及再热蒸汽系统流程Fig.1 Flow diagram of main and reheat steam system

1.1.3 锅炉调试与启动

锅炉过热器出口设置1台高温高压电动关断阀，其目的在于调试时用以作为锅炉水压试验隔离阀，并且在启动中用以实现“黑启动”方式。目前，印度电厂很多情况下并没有设置启动锅炉，导致没有额外的辅助蒸汽源，只能通过锅炉启动时候的缓慢“闷烧”，当达到辅助蒸汽系统用户端的参数时，随即打开此关断阀，通过主蒸汽管道上接至辅助蒸汽的支路，向辅汽联箱供汽。

1.1.4 再热冷段和旁路阀出口管道材料

印方要求再热冷段和低压旁路出口管道采用无缝钢管，并且选择ASME A106钢，由于制造工艺的原因，这种薄壁(低压力等级)大口径管道成本较高，供货周期也长，并且刚度较差，在管道的运输和存放过程中需要增加内撑杆，否则管道容易“塌陷”，管道椭圆度不能保证。经过与印方多次谈判，最终决定再热冷段以及旁路阀出口管道采用国内成熟的ASME A672B70CL32钢。

1.2 给水系统

印度某电厂给水系统流程如图2所示。

图2 给水系统流程Fig.2 Flow diagram of water supply system

1.2.1 除氧器、电动给水泵和高压加热器

除氧器为有头除氧器，运转层(12.6m)低位布置。合同要求水箱容量为从正常水位到最低水位，储水量能满足6 min的BMCR，同时定义正常水位不大于总水箱容量的2/3，最低水位不小于总水箱容量的1/4，按此要求水箱容量为297m3。而国内规程要求从正常水位至出水口为5 min的BMCR，虽然大容量水箱可以防止机组FCB时水位降低过快，水容积快速减少而导致锅炉给水泵汽蚀，但是在机组的变负荷滑压运行中，负荷调整速度过慢，影响机组运行的经济性，经过多次谈判协商，最终确定水箱容量为从正常水位至出水口6 min的BMCR，即265m3。实际上，因本工程考虑节省土建成本，除氧器运转层低位布置造成了印方对水箱容量的疑虑，因此在今后的印度工程中，参考国内常规做法将除氧器布置在20m以上的除氧层，则大大增加了有效汽蚀裕量，此时可以按照国内规程定义除氧器水箱容量。

电动给水泵的设计压力合同要求，按照1.03倍锅炉最高安全阀整定压力(等于锅炉最高安全阀排放压力)加上除氧器正常水位到锅炉汽包正常水位的动静压头，此工况下的设计压力为22.750 MPa。实际上，锅炉汽包和过热器配置了总排放量为107%BMCR的安全阀以及23%BMCR的电磁泄放阀，再加上60%BMCR的汽轮机旁路，锅炉最高整定压力的安全阀在机组FCB后并不可能起跳，因此此设计压力依据并不合理，按照国内规程［7］，选用BMCR工况下省煤器入口给水压力计算设计压力更为合理，其结果为20.752 MPa。

本工程合同还要求:给水泵出口的所有管道及加热器设计压力按照额定工况下给水泵关闭扬程选择，则设计压力达到25.65 MPa。此外，合同还要求高压加热器换热盘管采用无缝钢管。对比国内规程的要求，关断阀后的管道和加热器按泵在额定转速及设计流量下泵提升压力的1.1倍与泵进水侧压力之和，此时的设计压力仅约为23.12 MPa。因为离心泵采用闭泵起动以防止电机过热，而正常运行切换时也是闭泵起动，因此在任何情况下都不可能出现高压加热器处在零流量的给水泵关闭扬程模式下运行，因此在今后同类型工程技术谈判中应坚持按国内工程执行。由于电网频率的不稳定，印方还要求电动给水泵满足额定频率(50 Hz)快速降至低频率(47.5 Hz)运行工况的要求［9］。

1.2.2 高压加热器小旁路系统

印方要求高压加热器采用小旁路给水系统，即每个加热器前后及其各自旁路上共配置3台高压电动隔离阀，而国内常规工程给水系统采用高加大旁路，仅使用了1套高压给水三通阀和1个高压电动隔离阀。相比之下，本工程虽然提高了机组运行的经济性和灵活性，但同时也提高了高压阀门和管道的造价。实际上，印度的运行情况较为恶劣，如印度某工程加热器出现爆管等事故，因此高压加热器的小旁路给水系统设置还是合理的。

1.2.3 锅炉水位调节阀站

印方要求配置2×100%+1×30%调节阀站对锅炉水位进行调节，还配套6台高压电动隔离阀。实际运行中，由于给水泵带有液力耦合器，在30%负荷以上完全胜任变负荷滑压运行，并不需要调节阀站任何动作，调节阀都为全开，而在低负荷时，由于调节精度的原因，需要30%旁路调节阀协助调整负荷，因此2×100%的调节阀主路基本没有作用，不仅大大增加了阀门投资，还增加了管路沿程阻力损失，提高了给水泵选型的设计扬程和管路的设计压力。由于种种原因，总包方最终同意按合同执行。

1.2.4 高压给水管道

由于高压给水的设计压力提高，管道壁厚选择相应增加。本工程选用进口管材15NiCuMoNb5－6－4，其规格为φ355.6 mm×30 mm，而国内常规同类型工程选择同样材质的φ355.6 mm×28 mm规格，相比之下印度工程增加了管道壁厚和质量，这就大大增加了进口管材投资。

此外，部分印度业主坚持采用A106C材料，由于其许用应力较低，管道壁厚将大大增加，这不利于高压给水管道的应力计算，甚至管材成本由于管道质量的大幅度增加也高于进口15NiCuMoNb5－6－4管道。例如印度某600MW亚临界工程，主管道为A106C钢φ559 mm×62.3 mm，而国内同类型工程则选择15NiCuMoNb5－6－4钢 φ457 mm×36 mm的管道。

2 主要设备

2.1 辅助蒸汽系统及二次风机暖风器

对比国内辅助蒸汽系统，印度工程一般不设置启动锅炉，因此没有额外的辅助汽源，只能通过机组的“黑启动”提供。此外，印度CEA设计导则规定为了防止烟道中排烟温度低于酸露点温度，造成烟道腐蚀，建议设计提供暖风器系统［4］，热源为辅助蒸汽。这是因为锅炉采用燃烧重油启动机组时含硫成分较高，容易产生酸腐蚀，或者二次冷风因环境温度较低时，当其与烟气换热时容易使烟气温度低于酸露点，因此在这2种情况下都需要增加1套提高二次风温度的系统，但是以降低换热效率来实现的。

2.2 凝汽器及真空泵

凝汽器及其抽真空系统是按HEI标准设计［10］。对于凝汽器，其热负荷除了满足汽轮机最大出力工况总的排汽量外，还需要满足汽轮机旁路在“厂用电”工况下的排汽量，同时保证在单边(单侧水箱)运行时仍能维持60%汽机最大连续出力工况(turbine maximum continue rate，TMCR)出力。此外印方对盘管的选择要求如表1所示。

表1 凝汽器的设计规范要求Tab.1 Design specification for condenser

真空泵为2×100%出力，在HEI标准的选型基础上，要求保证2台泵同时运行时，25 min之内达到额定真空。事实上，制造厂在理想状况下是很难实现这个目标，而这个时间还关系到凝汽器的泄漏系数等因素。在HEI标准中仅要求凝汽器由1个大气压降至33.86 kPA的抽吸时间约为30 min，抽出所有的干空气量［10］。

此外，印方坚持真空泵的出力在满足HEI标准和启动抽吸时间外留有10%裕量。而HEI标准选型列表中的干空气量超过真空泵达到实际背压时所抽吸的干空气量的50%［3］，即HEI标准选型已经考虑了100%额外裕量。按照印方的要求，真空泵的轴功率将加大，并不运行在最高效率区中，同时背压取决于循环水温度，而不因真空泵出力的增加而降低背压。由于电网频率的不稳定，印方还要求真空泵满足额定频率(50 Hz)快速降至低频率(47.5 Hz)运行工况的要求。

2.3 锅炉5%启动旁路疏水

本工程锅炉配置的锅炉5%启动旁路疏水设计为疏至定排，这是因为汽轮机提供了不带汽机旁路高压缸启动、带汽机旁路高中压缸启动和带汽机旁路中压缸启动3种方式，而锅炉5%旁路疏水系统用以加快高压缸启动［1］。但从以往国内运行经验来看，高压缸启动时间较长并不经济，因此机组默认选择较经济并且操作较简单的高中压缸联合启动方式，此时锅炉的5%旁路疏水运行的机会不多，故其设计疏水至定排，不再设计去凝汽器的支路，从而节省了较长的高压管路设计。

2.4 管道应力分析

由于印度大部分区域地处地震烈度较高的地方，因此本工程四大管道应力分析时需要考虑地震偶然工况，计算时采用地震加速度法，地震分布按BIS1893－2005第4部分在3区，50年一遇超越概率10%的水平峰值加速度为0.16g。此外，印方还要求管道应力考虑风荷载偶然工况，计算时按印方提供的风玫瑰概率图和根据电站最高高度选取风速值。

2.5 汽机房行车设计

印度CEA设计导则规定行车选型必须考虑起吊最重件额外增加10%裕量［4］，这里涉及到的最重件在印度工程中和国内一样都不指发电机定子。但对比国内工程，其发电机定子安装有2种方式，其中一种是通过汽机房行车采用临时加固行车钢梁进行吊装;而在印度，发电机定子是由专业安装公司，在厂房A排外和汽轮机基础上分别设置钢柱，通过专用行车吊装定子。因此印度工程中的行车设计仅考虑检修最大起吊重量的部件即可，同时还需要土建专业对汽轮机基础是否能承受临时钢柱的荷载进行校核。

3 结语

通过在汽水系统和主要设备选型设计方面对印度某工程与国内做法进行详细对比分析，找到印方技术要求的依据，结合国内成熟的设计和运营经验以及国际标准，提出各系统选型更为合理的依据，为同类型印度工程设计提供参考。

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