660MW超超临界机组参数优化经济性比较分析

朱晓敏(国家能源投资集团共享服务中心，北京 100034)

0 引言

新疆准东某2×660MW机组工程自2016年末开始停工缓建，复工后原方案机组指标已落后于同时期、同区域、同类型的其他项目机组指标。结合技术进步和该项目特点，通过对原方案主机参数(27MPa/600℃/600℃)与方案一(27MPa/600℃/610℃)、方案二(28MPa/600℃/620℃)从锅炉方案、锅炉性能、汽机本体变化、初投资增加、边界煤价等方面的技术经济性进行综合比选，优化本项目主机参数。

1 各参数锅炉基本方案

1.1 锅炉参数

锅炉为(高效)超超临界参数、直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、对冲燃烧方式，Π型锅炉。锅炉的主要设计参数如表1所示。

参数提升后，汽轮机需要的输入热量降低，锅炉的输出热量也相应降低，在炉膛尺寸不变的情况下，高效超超临界参数的热负荷水平还要略低于常规超超临界参数，但由于再热汽温的提升，高效超超临界参数的再热器吸热比例会略高于常规超超临界参数。

因此，在参数提升后，特别是高效超超临界(再热器623℃)，由于再热器吸热量更多，需要满足再热蒸汽的要求，一方面需要增加再热器(低再、高再)的换热面积，同时，锅炉设计时需要

着重考虑高再的汽温及壁温偏差控制，尽量控制高再的温升水平，对机组的运行水平及运行控制能力提出了更高的要求。

1.2 受热面用材的变化

锅炉由常规超超临界提升为高效超超临界后，锅炉的蒸汽压力、温度等均有升高，在受热面面积发生变化的情况下，锅炉承压件的材质、规格等均会发生变化。对于新方案一：再热汽温提升到610℃后(锅炉参数28.35MPa/605/613℃)，锅炉低温再热器材质需要由SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91升级为SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91+T92，同时高温再热器、再蒸汽管道、再热器系统集箱管道需要进行强度核算，壁厚可能发生变化。对于新方案二：再热汽温620℃(锅炉参数29.4MPa/605/623℃)。

2 各参数汽轮机方案

该项目汽轮机原机型为2×660MW一次中间再热、单轴、间接空冷、凝汽式汽轮机，型号NJK660-27/600/600，7级回热，THA工况热耗7601kJ/kW·h。汽轮机仍有参数提升、系统优化、热耗降低的空间，目前初步计算了以下两种参数提升的方案，并从各专业的角度进行说明。

2.1 热力

原方案：汽机机型NJK660-27/600/600，7级回热，THA工况热耗7601kJ/kW·h。

表1 锅炉的主要设计参数

新方案一：汽机机型NJK660-27/600/610，7级回热，THA工况热耗7583kJ/kW·h，该方案再热温度提高10℃，同时由于再热温度提高，同等出力下主汽量减少，高压缸效有所提高。

新方案二：汽机机型NJK660-28/600/620，8级回热，THA工况热耗7553kJ/kW·h，同方案一比，主汽压力提高1MPa，再热温度提高10℃，回热增加1级，热耗收益为30kJ/kW·h。

2.2 本体

主机本体按照新的通流配置确定本体配置。机型变化，通流不同，原方案设计部件会受影响，需要重新配置，新方案二中压转子、内缸、阀门、叶片等部套都需要升级部分材料。

3 三种参数机组的技术经济性比较

提高主机参数，可以使机组热经济性得到提高，但同时会增加项目初投资(其中方案一增加初投资较少)。需要根据投资、煤价、电价等对其技术经济性具体分析。以下将对三种参数机组进行分析和比较。

3.1 初投资比较

3.1.1 三大主机投资费用比较

由于2015年以来，主机设备价格总体逐年下降，新方案一(27MPa/600℃/610℃)较原方案产生汽轮发电机设备、四大管道等初投资增加较少。按主机厂资料，三种方案主机投资费用增加情况如下：

新方案一高效超超临界机组(27MPa/600℃/610℃)与原方案相比，汽轮机设备基本不增加初投资，单台机组锅炉设备初投资将增加500万元，三大主机(单台机组)较原方案共增加初投资500万元。

新方案二高效超超临界机组(28MPa/600℃/620℃)与原方案相比，单台机组将增加汽轮机设备初投资1000万元，增加锅炉设备初投资万元2267万元，三大主机(单台机组)较原方案共增加初投资3267万元。

3.1.2 管道投资费用比较

因参数提高，高效超超临界机组四大管道费用一般高于常规超超临界机组四大管道。新方案一高效超超临界机组(27MPa/600℃/610℃)与原方案相比基本不增加初投资；新方案二高效超超临界机组(28MPa/600℃/620℃)与原方案相比将在主汽管道、热段管道、给水管道方面增加初投资约253万。

3.1.3 辅助设备投资费用比较

因参数提高，高效超超临界机组辅助设备费用也高于常规超超临界机组，其中包括高压加热器、给水泵、汽机旁路等设备。新方案一高效超超临界机组(27MPa/600℃/610℃)与原方案相比基本不增加初投资；新方案二高效超超临界机组(28MPa/600℃/620℃)与原方案相比将增加辅助设备(主机参数及回热级数不同引起的设备费用差价)投资100万元。

3.1.4 综合投资比较

综合以上三大主机、四大管道和辅助设备投资费用比较资料，新方案一高效超超临界机组(27MPa/600℃/610℃)与原方案相比，单台机组将增加初投资500万元；新方案二高效超超临界机组(28MPa/600℃/620℃)与原方案相比，单台机组将增加初投资3620万元。

3.2 热经济性比较

在项目边界条件及热力系统不变的前提下，不同进汽参数的汽轮机热耗，锅炉效率按94.5%，管道效率按99%，计算发电标煤耗，年发电利用小时数按5500h，单台机组(660MW)年发电量为36.3亿kW·h，计算年标煤耗量。7 MPa/600℃/600℃、27 MPa/600℃/610℃、以及28 MPa/600℃/620℃的条件下，年标煤用量分别为100.77、100.53、以及100.13万t。

3.3 综合经济性比较

3.3.1 主机方案经济比较

根据以上技术分析数据，按现行年实际贷款利率I=4.99%，偿还年限n=15年，年利用小时数5500h，年固定费率N=(1+I)n×I/[(1+I)n-1]，到厂标煤价205元/t，进行经济分析，几种方案机组的综合经济性对比见表2。

表2 几种参数机组综合经济性比较表

本工程到厂标煤价为205元/t，高于方案一(27MPa/600℃/610℃)的边界标煤价格，低于方案二(28MPa/600℃/620℃)的边界煤价。因此从总投资分析，对于本工程而言，方案一(27MPa/600℃/610℃)机组经济性高于原27MPa/ 600℃/600℃方案。

4 结语

(1)本工程主机采用27MPa/600℃/600℃方案、27MPa/600℃/610℃方案和28 MPa/600℃/620℃方案均可行。

(2)从总投资经济性分析，对于本工程而言，方案一(27MPa/600℃/610℃)机组经济性高于原方案(27MPa/600℃/600℃)和方案二(28MPa/600℃/620℃)。