零號(hào)高壓加熱器熱經(jīng)濟(jì)性分析

車(chē)聰斌,張樂(lè)樂(lè),孟勝利（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,鄭州　450007）

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零號(hào)高壓加熱器熱經(jīng)濟(jì)性分析

車(chē)聰斌,張樂(lè)樂(lè),孟勝利
（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,鄭州450007）

摘 要：目前1000MW超超臨界火電機(jī)組常處于低負(fù)荷工況運(yùn)行。作為回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化的方式之一，設(shè)置零號(hào)高壓加熱器可提高1000MW超超臨界機(jī)組在低負(fù)荷工況下的熱經(jīng)濟(jì)性。本文具體分析了設(shè)置零號(hào)高壓加熱器對(duì)汽輪機(jī)組熱耗率和鍋爐熱效率的影響，通過(guò)對(duì)零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)方案開(kāi)展經(jīng)濟(jì)性和可行性比較，在現(xiàn)有運(yùn)行模式下（常參與調(diào)峰且處于低負(fù)荷運(yùn)行）推薦采用零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：零號(hào)高壓加熱器；低負(fù)荷工況；熱經(jīng)濟(jì)性

1　現(xiàn)役1000MW級(jí)火電機(jī)組運(yùn)行概況

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民用電和商業(yè)用電的比重逐年增加，導(dǎo)致用電負(fù)荷峰谷差激增，使得按照承擔(dān)基本負(fù)荷設(shè)計(jì)的600MW級(jí)和1000MW級(jí)超超臨界火電機(jī)組不得不參與調(diào)峰，且通常處于低負(fù)荷運(yùn)行。根據(jù)全國(guó)現(xiàn)役1000MW超超臨界火電機(jī)組的運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，機(jī)組在低于70%負(fù)荷工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)約占35%。

2　設(shè)置零號(hào)高壓加熱器的必要性分析

當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷時(shí)，采用滑壓方式運(yùn)行，不在設(shè)計(jì)“經(jīng)濟(jì)區(qū)”內(nèi)。隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，機(jī)組熱效率隨之下降，造成供電煤耗升高，無(wú)法發(fā)揮超超臨界機(jī)組高效率的優(yōu)勢(shì)，造成不必要的較大經(jīng)濟(jì)損失。

為提高1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組在低負(fù)荷工況下的運(yùn)行效率，回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化是值得關(guān)注的一個(gè)重要方向。而回?zé)峒訜崞骷?jí)數(shù)是影響回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的主要因素之一。一般情況下，隨著回?zé)峒訜崞骷?jí)數(shù)的增加，給水溫度將有所升高，機(jī)組的循環(huán)熱效率將有所提高[1]。

在回?zé)嵯到y(tǒng)中，1號(hào)高壓加熱器出口再增設(shè)1個(gè)高壓加熱器用來(lái)加熱給水，則該高壓加熱器稱(chēng)為零號(hào)高壓加熱器。零號(hào)高壓加熱器蒸汽由高壓缸第5級(jí)（考慮與補(bǔ)汽閥進(jìn)汽在同一個(gè)接口）后抽出，加熱器疏水逐級(jí)自流至1號(hào)高壓加熱器。增設(shè)在低負(fù)荷工況下投入運(yùn)行的零號(hào)高壓加熱器，可提高機(jī)組在低負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)的最終給水溫度，從而改善汽輪機(jī)在低負(fù)荷工況的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也可提高機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)SCR裝置的投用率[2]。

在現(xiàn)階段，根據(jù)地域調(diào)峰情況以及機(jī)組的工作負(fù)荷變化特性，相應(yīng)開(kāi)展設(shè)置零號(hào)高壓加熱器的分析研究，著力提高1000MW級(jí)超超臨界汽輪機(jī)組在低負(fù)荷工況下的運(yùn)行效率，是非常及時(shí)和必要的。

3　零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析

3.1零號(hào)高壓加熱器熱經(jīng)濟(jì)性分析

本文所分析的鍋爐型號(hào)為SG-3037/29.3/605/623，型式為超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、單爐膛、切向燃燒，一次再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式布置鍋爐，并按同步加裝煙氣脫硝裝置設(shè)計(jì)。汽輪機(jī)型號(hào)為N1000-28/600/620，型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、九級(jí)回?zé)岢槠?，設(shè)外置式蒸汽冷卻器、設(shè)零號(hào)高壓加熱器。發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-1000-2型。

增設(shè)零號(hào)高壓加熱器，在低負(fù)荷工況，可利用汽輪機(jī)高壓缸補(bǔ)汽閥進(jìn)汽口作為抽汽口[3]。在零號(hào)高壓加熱器抽汽管道上安裝一道抽汽調(diào)節(jié)閥，對(duì)回?zé)岢槠M(jìn)行調(diào)節(jié)，可在某一負(fù)荷段保持抽汽調(diào)節(jié)閥后的壓力基本不變，實(shí)現(xiàn)對(duì)給水溫度進(jìn)行控制，從而提高低負(fù)荷工況下的最終給水溫度（高負(fù)荷時(shí)，零號(hào)高壓加熱器不投運(yùn)），改善汽輪機(jī)在低負(fù)荷工況的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。與此同時(shí)，當(dāng)最終給水溫度提高時(shí)，省煤器出口煙氣溫度也將升高，可保證SCR裝置在低負(fù)荷工況正常投運(yùn)。

此外當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，主蒸汽調(diào)節(jié)閥常處于節(jié)流狀態(tài)，機(jī)組的效率損失有所增加。增設(shè)零號(hào)高壓加熱器，可在一定程度上可增大主蒸汽流量，進(jìn)而降低主蒸汽調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，提高汽輪機(jī)組熱效率。而最終給水溫度的提高，將導(dǎo)致排煙溫度升高，使鍋爐熱效率有所降低。因此綜合分析設(shè)置零號(hào)高壓加熱器的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)從

鍋爐和汽輪機(jī)整體進(jìn)行考慮。

利用我院引進(jìn)美國(guó)Thermofl ow公司熱平衡分析軟件Thermofl ex，結(jié)合某汽輪機(jī)廠熱平衡圖進(jìn)行建模分析，可得到機(jī)組在低負(fù)荷工況下的給水溫度和熱耗率。

根據(jù)該汽輪機(jī)廠熱平衡圖，THA工況下的最終給水溫度為298.8℃。Thermofl ex計(jì)算表明，在增設(shè)零號(hào)高壓加熱器情形下，在75%THA工況下，最終給水溫度為298.1℃，較無(wú)零號(hào)高壓加熱器時(shí)可提高18.8℃，基本與THA工況下的給水溫度相當(dāng)，汽輪機(jī)組熱耗率可降低約21 kJ/kW·h；在50%THA工況下，最終給水溫度為287.8℃，較無(wú)零號(hào)高壓加熱器時(shí)可提高33.7℃，也基本與THA工況相當(dāng)，汽輪機(jī)組熱耗率可降低約46 kJ/kW·h。

若機(jī)組按調(diào)峰模式運(yùn)行，在50%～75%THA部分負(fù)荷工況下，增加零號(hào)高壓加熱器運(yùn)行后，汽輪機(jī)組熱耗率降低21～46 kJ/ kWh，從而提高了汽輪機(jī)組在部分工況的熱經(jīng)濟(jì)性。與此同時(shí)，在50%THA～75%THA部分負(fù)荷工況下，增加零號(hào)高壓加熱器運(yùn)行后，最終給水溫度達(dá)到287.8～298.1℃，鍋爐排煙溫度也將升高，也可實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全天候運(yùn)行。

根據(jù)鍋爐熱力性能數(shù)據(jù)，在扣除鍋爐廠裕度的條件下，對(duì)于設(shè)計(jì)煤種，在設(shè)置零號(hào)高壓加熱器時(shí)，75%THA工況下鍋爐熱效率為94.51%，50%THA工況下鍋爐熱效率為93.98%。切除零號(hào)高壓加熱器后，75%THA工況下鍋爐熱效率為94.66%，50%THA工況下鍋爐熱效率為94.38%。因此零號(hào)高壓加熱器對(duì)全廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率的影響：75%THA工況降低0.344 g/kW·h，50%THA工況降低0.514 g/ kW·h。

另外在機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中，低溫省煤器可利用鍋爐煙氣余熱加熱凝結(jié)水，排擠部分低壓加熱器回?zé)岢槠瑥亩岣咂啓C(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)置零號(hào)高壓加熱器的情況下，低溫省煤器所回收的煙氣熱量將有所增大，通過(guò)煙氣余熱回收利用，鍋爐排煙溫度會(huì)有所降低，鍋爐效率也將有所提高，即此時(shí)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性將進(jìn)一步提高。

3.2 零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)投資回收分析

由于電網(wǎng)的擴(kuò)大和用電結(jié)構(gòu)的變化，峰谷差也相應(yīng)擴(kuò)大，機(jī)組除要承擔(dān)基本負(fù)荷，也要承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)。在調(diào)峰運(yùn)行模式下，國(guó)內(nèi)大容量機(jī)組多采用滑壓運(yùn)行，機(jī)組的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、年利用小時(shí)數(shù)等條件對(duì)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果有明顯的影響。參考河南電網(wǎng)同類(lèi)型機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，按年利用小時(shí)數(shù)取5000h，機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行模式暫按表1考慮。

表1　調(diào)峰運(yùn)行模式不同負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間組合

機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)按上表中數(shù)據(jù)計(jì)算，則方案一（不帶零號(hào)高壓加熱器方案）和方案二（帶零號(hào)高壓加熱器方案）的兩種方案熱經(jīng)濟(jì)性比較計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2知：如果機(jī)組按調(diào)峰模式運(yùn)行時(shí)，年利用小時(shí)數(shù)按5000h，方案二（帶零號(hào)高壓加熱器方案）比方案一（不帶零號(hào)高壓加熱器方案）的標(biāo)準(zhǔn)供電煤耗率低，每臺(tái)機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤量1752t。

方案二相比方案一會(huì)多增加零號(hào)高壓加熱器設(shè)備，設(shè)備初投資將有所增加，根據(jù)供貨商的詢(xún)價(jià)可知約增加初投資500萬(wàn)元/套；抽汽管道系統(tǒng)會(huì)增加一路抽汽和部分高壓給水系統(tǒng)管道，對(duì)于單臺(tái)機(jī)組而言，增加的抽汽系統(tǒng)、高壓給水系統(tǒng)會(huì)增加約100萬(wàn)元的管件、閥門(mén)、支吊架等的投資費(fèi)用；兩種方案的汽機(jī)房體積可以一樣，主廠房投資沒(méi)有差別；兩種方案的可施工性、可擴(kuò)展性、可回收性、防災(zāi)和突發(fā)事件處理等方面的設(shè)計(jì)基本無(wú)差別。

據(jù)以上計(jì)算，單臺(tái)機(jī)組增加投資600萬(wàn)元，全廠兩臺(tái)機(jī)組共增加投資1200萬(wàn)元。表3為方案二（帶零號(hào)高壓加熱器運(yùn)行）單臺(tái)機(jī)組在調(diào)峰模式的投資回收期初步計(jì)算結(jié)果（暫按靜態(tài)考慮）。

表3　調(diào)峰模式運(yùn)行投資回收期計(jì)算表

4　結(jié)論

隨著近兩年新建高效超超臨界機(jī)組的陸續(xù)采用，1000MW高效超超臨界機(jī)組帶零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)方案，從技術(shù)層面上分析，其安全性、可靠性、可施工性、可維護(hù)性、可回收性、防災(zāi)和突發(fā)事件處理等方面，與常規(guī)不帶零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)方案相差不大。

從經(jīng)濟(jì)層面上分析，如果兩臺(tái)機(jī)組按基本負(fù)荷（100%THA）運(yùn)行時(shí)，零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)不投入運(yùn)行，會(huì)造成初投資增加約1200萬(wàn)元。如果機(jī)組按調(diào)峰模式運(yùn)行時(shí)，帶零號(hào)高壓加熱器系統(tǒng)方案在75%THA負(fù)荷以下運(yùn)行，按照標(biāo)煤價(jià)為680元/噸時(shí)，回收年限為6.70年。

綜上所述，機(jī)組運(yùn)行模式對(duì)投資回收期的影響較大；如果機(jī)組按基本負(fù)荷模式（100%THA）運(yùn)行時(shí)，機(jī)組在增加零號(hào)高壓加熱器后并無(wú)收益；如果機(jī)組按調(diào)峰模式運(yùn)行，在標(biāo)煤價(jià)格680元/噸時(shí)，投資回收期年限約6.70年，經(jīng)濟(jì)效果顯著。若機(jī)組同時(shí)設(shè)置低溫省煤器，投資回收年限將進(jìn)一步降低。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.050