巢湖工程主汽及再热系统压降优化研究

李作兰

【摘 要】为了提高机组的热经济性，本文对主汽管道、再热系统管道压降进行了研究，将主蒸汽管道压降控制在主汽门额定进汽压力的3.5%以内，整个再热系统总压降控制在高压缸额定排汽压力的7%以内，从而降低了机组热耗、发电标准煤耗，并从初投资、运行费用的角度，分析了压降优化带来的经济效益。

【关键词】主蒸汽；再热蒸汽；压降；投资

在火力发电厂设计及运行中，存在着诸多的影响机组热经济指标的因素，合理的优化主汽及再热系统压降设计，可降低汽机热耗，提高全厂效率，降低机组的发电煤耗。

目前国内600MW等级超超临界机组的设计经验，将再热系统的压降由高压缸排汽压力的9%控制在7%，则机组热耗可下降约12kJ/kW·h，机组的运行经济性将明显提高。因此，对660MW超超临界机组主汽及再热系统进行压降优化设计是非常必要的。

巢湖二期2x660MW超超临界机组，通过合理配置管道规格、管道布置尽量采用弯管、减少管道长度、减少管道阻力等措施，对主汽及再热系统压降进行优化设计，并通过技术经济比较，分析压降优化后带来的经济效益。

1主蒸汽及再热蒸汽系统管道设计参数的确定及材料的选用

对于巢湖二期超超临界机组，汽轮机采用上海电气集团的N660-28/600/620型高效节能产品。其主蒸汽及再热蒸汽系统管道设计参数的选取，主要按照《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》（DL/T5366-2006））和《电厂动力管道设计规范》（GB50764-2012）的相关规定执行。管道材质及材料特性的选用参照中国电力顾问集团公司印发的《火力发电厂超（超）临界机组四大管道设计专题研讨会议纪要》（2008）。

2主蒸汽及再热蒸汽系统压降优化设计

主蒸汽及再热蒸汽系统管道是火力发电厂热力系统的重要组成部分，超超临界参数对此部分管道的要求将更加严格，必须在设计时采取充分的技术措施，合理选取管道材料、规格，以满足管系的安全性和经济性。设计裕量过大时将增加初投资，影响经济效益，造成不必要的浪费；设计裕量过小时将使得机组热耗增加，效率下降，同时存在安全隐患，甚至可能出现严重事故。

2.1主蒸汽及再热蒸汽系统管道降低压降的设计措施

管道压降是指管道流动阻力、动能变化、重力势能变化之和，其中流动阻力包括沿程摩擦阻力和局部阻力。降低管道压降可提高机组的热经济性，多发电，进而提高电厂的运行经济性。尤其是降低主蒸汽系统、再热系统的压降，经济效益尤为显著，巢湖二期工程主要采取了以下措施：

（1）合理选择主蒸汽及再热蒸汽系统的管道材质。

采用符合超超临界参数的优质合金钢，利用其先进的材料特性和加工工艺，在管道强度满足运行条件的前提下，优化管道通流截面，满足管道应力计算的要求，为降低管道压降打好基础。

（2）合理的选择主蒸汽及再热蒸汽系统的管道规格。

在相同流量下，管道的通流截面越大，压降越小。所以，适当增大管道内径是降低压降的最有效方法。

但主蒸汽和再热热段蒸汽管道均为合金钢材料，价格昂贵，增大管道内径的同时，相应的还需要增加管道计算壁厚，必然会增加初投资。因此，必须进行多方面综合技术经济比较，合理选择主蒸汽和再热蒸汽管道规格。

（3）优化主蒸汽、再热熱段、再热冷段管道长度。

巢湖二期工程通过优化主厂房设备管道布置，减小汽机房跨度、取消除氧间、缩短炉前通道，可缩短主要管道长度及减少弯头数量，降低了初投资，同时减少了管道阻力。

（4）采用欧美标准生产的控制内径管，选择合适的管道粗糙度。

在阻力计算中，管道的等值粗糙度对沿程阻力影响较大，而不同工艺生产的管道其等值粗糙度是不同的。巢湖二期工程主蒸汽、再热热段蒸汽管道选用欧美标准生产的控制内径管，其等值粗糙度=0.015mm，和前苏联标准规定的=0.2mm相比，管道的阻力将大大降低。

（5）优先选用阻力系数较低的管件，如Y型三通、弯管，以降低局部阻力。

管道的局部阻力主要包括三通、异径管、弯头、阀门等管道附件。对于三通，通常有T型三通和者Y型三通两种，在通流能力相同的条件下，Y型三通的阻力要小于T型三通。因此，巢湖二期工程主汽和再热热段蒸汽管道在炉前的分流三通优先选用Y型三通以利于降低管道压降，同时还可以有效的避免管道震动。

单纯从降低管道阻力的角度看，应优先选用弯管，尤其是高参数、大容量机组，主蒸汽和再热热段蒸汽管道的阻力降低更为明显，采用弯管时管道的压降要小于采用热压弯头的压降。

2.2主蒸汽及再热蒸汽系统管道压降设计值

巢湖二期工程汽轮机额定进汽压力为28MPa，压降控制值取3.5%，即为0.98MPa，通过优化管道规格、弯管代替热压弯头、优化三通结构型式等措施，将主蒸汽管道压降控制在0.98MPa以内。

整个再热系统总压降控制在高压缸排汽压力的7%以内，由于低温再热蒸汽管道价格较高温再热蒸汽管道低，因此，低温再热蒸汽管道宜取较大的管径，较低的流速，分担较低的压降，高温再热蒸汽管道则相反。

在整个再热系统总压降中，锅炉再热器压降占3.4%，低温再热和高温再热管道总压降占3.5%（其中低温再热管道占1.3%，高温再热管道占2.3%）。

3四大管道优化设计的经济性分析

经济性分析主要集中在初投资、运行成本两个方面。

3.1初投资的对比

在管道布置确定的前提下，将压降优化前主汽压降5%、再热系统压降9%与优化后主汽压降3.5%、再热系统压降7%的管道初投资进行对比，管道初投资费用对比表（单台机组）

注：上表中管道单价含安装费用

考虑到主蒸汽及再热蒸汽系统管道的管道口径、工作温度差异不大，同时兼顾地域及施工单位的施工习惯的不同，同类型、同容量工程的保温材料消耗也各不相同，主蒸汽及再热蒸汽系统管道的保温材料费用可忽略不计。因此，由于压降优化带来的初投资较常规机组增加了561万元，两台机组共计增加初投资约1122万元。

3.2运行成本的对比

前面提到，主蒸汽、再热蒸汽的压降优化对汽轮机热耗的影响较为明显。在THA工况下，再热系统（含再热器）总压降优化后，约占高压缸额定排汽压力的7%，汽机热耗大约降低12kJ/kW.h。机组发电理论标准煤耗供降低了0.44g/kwh。发电利用小时数为5500h时，标煤到厂单价为800元/t，压降优化后两台机组年节约标煤量为3194.4t/a，此项节约年运行费用约为256万元。

4结论

主蒸汽及再热蒸汽系统管道压降优化后，运行成本有较大程度的降低，汽机热耗共计降低了12kJ/kW.h，机组发电标准煤耗降低了0.44g/kwh。发电利用小时数为5500h时，压降优化后两台机组年节约标煤量为3194.4t/a，此项节约年运行费用约为256万元。虽然主蒸汽、再热蒸汽管道的初投资较常规两台机组增加了1122万元，但是5年可回收成本。

巢湖二期工程主蒸汽、再热系统管道压降优化带来的经济效益十分可观，虽然提高了电厂初投资，但是能够降低机组运行费用，提高电厂机组效率，不仅可以安全、高效运行，同时符合国家节能减排的产业政策。