1 000 MW超超临界二次再热机组设计优化方案的探讨

闫 哲， 张士明， 顾 勇

(华电江苏能源有限公司句容发电厂， 江苏镇江 212400)

1 000 MW超超临界二次再热机组设计优化方案的探讨

闫 哲， 张士明， 顾 勇

(华电江苏能源有限公司句容发电厂， 江苏镇江 212400)

阐述了某二次再热机组的设计优化方案，并对设计优化项目进行了节能分析，优化后的厂用电率设计值为3.47%，供电煤耗设计值为263.0 g/(kW·h)，为同类机组设计优化提供参考。

二次再热机组； 设计优化； 节能

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

我国的能源结构决定了以煤电为主的发电格局，降低燃煤发电能耗是我国火力发电面临的重要任务[1]。采用二次再热技术可以大大提高效率，降低燃煤消耗量，以目前先进的一次再热高参数(汽轮机端参数为28 MPa/600 ℃/620 ℃)为例，二次再热机组热效率高约2.6%，年减少燃煤消耗约11万t，同时大幅减少污染物排放量，节能减排效果显著。

笔者研究及优化的对象为某二次再热百万机组，汽轮机端参数为31 MPa/600 ℃/620 ℃/620 ℃，初步设计阶段设计机组保证热耗(THA工况)达7 069 kJ/(kW·h)，发电机效率大于99%，锅炉保证效率高达95.06%。笔者通过研究和总结已有超超临界百万机组的设计优化经验，提出了一系列设计优化方案，大大降低厂用电率和供电煤耗。

1 新技术的应用

1.1 锅炉烟气余热梯级利用技术

采用烟气余热梯级利用方案，在电除尘器入口设置烟气余热换热器，闭式热媒水在其中被烟气加热后再进入空气预热器入口之间的暖风器，将空气预热器入口的冷二次风加热，空气预热器进风温度提高后，置换出来的烟气进入空气预热器旁路烟道，旁路烟道系统内设置高、低压两级省煤器，分别加热高压给水和凝结水，节省的抽汽增加了汽轮机做功，可降低机组发电煤耗2.41 g/(kW·h)。系统原理图见图1，系统BMCR工况下主要参数值见表1。设置烟气余热换热器的方案有效地降低了烟气进入电除尘器和脱硫吸收塔的温度，提高了电除尘器的除尘效率，降低脱硫系统耗水量，并且回收了烟气的余热，一定程度上还降低了电除尘器和引风机的运行电耗，经济效益十分明显。

项目数值高压旁路省煤器进口烟气温度/℃380高压旁路省煤器出口烟气温度/℃220高压旁路省煤器进口水温/℃190高压旁路省煤器出口水温/℃330.2高压旁路省煤器给水流量/(t·h-1)87.5低压旁路省煤器进口烟气温度/℃220低压旁路省煤器出口烟气温度/℃117低压旁路省煤器进口水温/℃83低压旁路省煤器出口水温/℃165.4低压旁路省煤器凝结水流量/(t·h-1)105进入省煤器的烟气流量/(kg·h-1)611854进入空气预热器的烟气流量/(t·h-1)3476854

1.2 单列蛇形管立式高压加热器技术

优化对象采用蛇形管单列高压加热器(简称高加)方案。由于二次再热机组高压给水设计压力为44 MPa，若采用单列U形管高加，其关键部件如管板规格、管板锻件和水室球形封头尺寸均已超过国标GB 150—2011 《压力容器》允许范围，且制作难度大，质量难以保证。与U形管高加相比，蛇形管高加采用集箱与管束的连接方式，取消管板，而集箱厚度与高压给水管道的壁厚大致相当，因而解决了U形管高加管板热应力集中的问题，同时也解决了U形管高加水室球形封头制造的难题。

采用单列蛇形管加热器，其高压给水管道、抽汽以及加热器疏水管道均为单路，相对双列高加，系统简单，管路减少，管系中阀门减少，热工测点及控制相对简单，运行控制相对方便，各个高加的抽汽管路和给水管路相对较短，阻力较小，且立式蛇形管道加热器疏水端差可以小于5 K，可以降低汽轮机热耗2.0 kJ/(kW·h)。同时单列高加系统全部投资比双列U形管加热器节省约200万元。

图2和图3分别为U形管高加管板、蛇形管高加集管。

图2 U形管高加管板

图3 蛇形管高加集管

1.3 高位冷却塔技术

优化对象采用高位收水冷却塔方案。高位收水塔取消了常规塔底部的混凝土集水池及雨区，通过高位收水装置将经过填料冷却后的循环水收集起来，并且通过空中的集水槽流至循环水泵房的循环水泵入口，经过循环水泵的升压循环使用。因此可以说高位塔与常规塔最主要的区别就是配有高位收水装置(见图4)，其他的配水系统、淋水装置、除水器与常规塔类似。高位收水冷却塔节能显著，自由跌落区减少的高度等于循环水系统节约的水头，即循环水泵减少的静扬程，基于高位塔可以减少循环水泵静扬程的这个优势，在循环水泵设备选型过程中可以节约水泵和电动机造价，运行过程中可以减少电动机运行功率从而减少厂用电，达到了节能的目的。在供水系统为1机3泵扩大单元制，机组年利用小时数为5 500 h为前提下，通过降低循环水泵电动机功率，相比常规冷却塔可以降低厂用电率0.29%，2台机组年节约水泵耗电量2 285.5万kW·h。

图4 高位收水冷却塔收水装置图

2 主要优化措施

2.1 锅炉方面

(1) 锅炉采用高加加热法邻炉加热系统，提高给水温度，有效地改善了锅炉点火和稳燃条件，节约启动材料消耗。

(2) 采用柔性密封，空气预热器一年内漏风率小于4.5%，一年后小于5.0%。

(3) 经过综合经济性计算和比较，推荐最终给水温度为330 ℃，其中1号加热器出口水温为320 ℃，两级外置蒸汽冷却器提升给水温度为10 K。

2.2 汽轮机方面

(1) 针对六大管道进行了深入优化设计，尽可能采用弯管替代热压弯头，应用Y形三通，结合主厂房及锅炉房的布置对管道布置进行优化，压降优化共降低热耗7 kJ/(kW·h)。

(2) 汽动给水泵组采用2×50%容量，不设电动启动给水泵，2台给水泵汽轮机设置单独的凝汽器。相对于凝汽直接排入大汽轮机，不仅可以提高热效率，降低热耗2.5 kJ/(kW·h)，而且机组启动试运更加灵活，可有效减少工期。

(3) 真空泵冷却水在夏季拟采用空调制冷系统的冷冻水，增大真空泵出力，有效降低凝汽器背压。

(4) 汽轮机厂轴封溢流管道增加一路至9号低压加热器，利用高温轴封回汽加热凝结水，提高机组运行经济性。

2.3 电气方面

(1) 通过运用PDMS软件和电缆计算机敷设软件优化路径，对电缆和桥架布置的详细设计进行调整和优化，减少电缆交叉，选择最短的电缆敷设路径，节省电缆及桥架的用量。

(2) 厂用电监视系统(ECMS)采用现场总线技术，通过通信方式取代大量的硬接线，节省大量的控制电缆和电缆安装费用，降低工程造价，加强电气在线管理能力，提高自动化水平和判断故障的能力，提高电气控制系统的控制和管理水平。

(3) 部分旋转设备采用永磁技术，可以大大降低启动电流和运行电流，节能效果显著。

3 性能指标对比

优化后的机组设计发电标准煤耗仅253.8 g/(kW·h)，厂用电率为3.47%，供电标准煤耗率为263 g/(kW·h)，优化后的性能指标设计值在同类型的机组中处于先进水平。表2为优化后的机组对照目前国内同类型的国电泰州二期、华能莱芜和国华北海电厂的二次再热超超临界百万机组设计性能参数对比。

表2 主要性能设计参数比较

4 结语

通过对某二次再热百万机组进行优化设计，机组的发电标准煤耗仅253.8g/(kW·h)，厂用电率为3.47%，供电标准煤耗率为263.0 g/(kW·h)，通过表2可以看出，上述指标已经达到国内二次再热百万机组先进指标，节能效果明显。本工程采用的新技术以及一系列优化措施，为超超临界二次再热百万机组的设计优化提供了参考。

[1] 邓建玲,杨志平,陶新磊,等. 二次再热机组再热压力的选取[J]. 汽轮机技术,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

闫 哲(1987—)，男，工程师，从事电厂汽轮机基建管理工作。

E-mail: yz_jrhd@126.com

TK08

A

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