周仁米，吳恒剛，董益華，朱寶

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州　310003)

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超超臨界二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)性能試驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

周仁米，吳恒剛，董益華，朱寶

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003)

以國(guó)內(nèi)首臺(tái)1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組為例，介紹了超超臨界二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)性能試驗(yàn)方法，并將其與國(guó)內(nèi)常規(guī)1 000 MW超超臨界機(jī)組進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較，分析了各參數(shù)對(duì)熱耗率的影響。

二次再熱；超超臨界；汽輪機(jī)；性能試驗(yàn)；熱耗率

表1　國(guó)內(nèi)首臺(tái)二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)主要參數(shù)

0　引言

經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國(guó)超超臨界機(jī)組已擁有成熟的先進(jìn)發(fā)電技術(shù)。由于二次再熱機(jī)組在汽輪機(jī)、鍋爐、熱力系統(tǒng)及旁路配置上比一次再熱機(jī)組復(fù)雜，投資增加，在初參數(shù)不高的情況下，機(jī)組效率提高不多，因此，二次再熱機(jī)組在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢。近年來，隨著蒸汽參數(shù)的提高、材料性能的上升以及煤價(jià)的不斷變化，二次再熱的技術(shù)優(yōu)勢(shì)開始凸顯，已經(jīng)成為超超臨界發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

目前，國(guó)外已有二次再熱發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行業(yè)績(jī)，其中美國(guó)25臺(tái)，日本11臺(tái)，德國(guó)、丹麥各數(shù)臺(tái)，這些機(jī)組多在20世紀(jì)70—90年代投運(yùn)，其中采用超超臨界參數(shù)的機(jī)組有6臺(tái)。國(guó)際上容量最大的二次再熱機(jī)組是日本川越電廠的超超臨界700 MW機(jī)組，參數(shù)為31 MPa/566 ℃/566℃/566 ℃。我國(guó)二次再熱機(jī)組工程有國(guó)電泰州二期1 000 MW、華能萊蕪1 000 MW、華能安源660 MW機(jī)組，已于2015年開始陸續(xù)投產(chǎn)。

以國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組為例，介紹了二次再熱機(jī)組的汽輪機(jī)性能試驗(yàn)方法，并對(duì)比了其與一次再熱機(jī)組的區(qū)別。

1　國(guó)內(nèi)首臺(tái)二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)主要參數(shù)

國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組的汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為N1000-31/600/610/610，為超超臨界、單軸、5缸4排汽、二次中間再熱凝汽式，包括超高壓缸、高壓缸、中壓缸和2個(gè)低壓缸、10級(jí)回?zé)嵯到y(tǒng)，采用全滑壓運(yùn)行，采用全周進(jìn)汽+補(bǔ)汽閥的配汽方式。機(jī)組的主要參數(shù)見表1(表中高加為高壓加熱器，低加為低壓加熱器)，其汽輪機(jī)外形如圖1所示。

2　試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)和儀器

2.1試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)

由于二次再熱機(jī)組系統(tǒng)復(fù)雜，相比一次再熱機(jī)組增加了部分系統(tǒng)、管道，需增加相應(yīng)性能試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)。以國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組為例，其增加的系統(tǒng)和管道包括：超高壓缸及相應(yīng)再熱管道；#4高加及相應(yīng)管道；#9，#10低加及相應(yīng)管道；#2，#4外置式蒸汽冷卻器及相應(yīng)管道；疏水泵、低加疏水冷卻器及相應(yīng)管道等，如圖2所示。

圖2　1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組汽機(jī)系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)布置

圖1　國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組汽輪機(jī)外形

2.2試驗(yàn)儀器

由于超超臨界二次再熱機(jī)組的一次再熱溫度和二次再熱溫度達(dá)到了610 ℃，而正常溫度元件校驗(yàn)范圍一般不超過600 ℃，因此，需在試驗(yàn)前對(duì)相應(yīng)的溫度元件進(jìn)行專門校驗(yàn)以滿足試驗(yàn)要求。

3　試驗(yàn)計(jì)算及修正

3.1熱耗計(jì)算

本文所指的汽輪機(jī)系統(tǒng)包括回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)，但不包括鍋爐的熱力系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)輸出功率是指發(fā)電機(jī)的凈輸出功率，即在二次側(cè)所測(cè)得的電功率，考慮二次線路的線損，并扣除勵(lì)磁系統(tǒng)所需功率[1-2]。

對(duì)于一次再熱超超臨界機(jī)組，熱耗的計(jì)算公式為

(1)

式中：qHR1為一次再熱超超臨界機(jī)組的熱耗；qmthr為主蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hthr為主蒸汽比焓，kJ/kg；hffw為鍋爐給水比焓，kJ/kg；qmhrh1為一次再熱熱段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hhrh1為一次再熱熱段蒸汽比焓，kJ/kg；qmcrh1為一次再熱冷段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hcrh1為一次再熱冷段蒸汽比焓，kJ/kg；qmrhr為一次再熱減溫水質(zhì)量流量，t/h；hrhr為一次再熱減溫水比焓，kJ/kg；P為發(fā)電機(jī)凈功率，MW。

超超臨界機(jī)組的過熱器減溫水是從高加出口給水管道引出，可以將其與給水合并，作為進(jìn)入鍋爐的總水量處理。因此熱耗計(jì)算和修正中不用考慮過熱器減溫水。

對(duì)于二次再熱超超臨界機(jī)組，熱耗率的計(jì)算公式為

(2)

式中：qHR2為二次再熱超超臨界機(jī)組熱耗；qmhrh2為二次再熱熱段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hhrh2為二次再熱熱段蒸汽比焓，kJ/kg；qmcrh2為二次再熱冷段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hcrh2為二次再熱冷段蒸汽比焓，kJ/kg；qmrhs為二次再熱減溫水質(zhì)量流量，t/h；hrhs為二次再熱減溫水比焓，kJ/kg。

3.2第1類修正

按美國(guó)ASME PTC 6—2004《汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)主要影響給水加熱系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行修正計(jì)算，主要包括加熱器給水端差、加熱器疏水端差、抽汽管道壓損、系統(tǒng)貯水量變化、凝結(jié)水泵和給水泵的比焓升、凝結(jié)水過冷度、給水泵汽輪機(jī)進(jìn)汽流量及控制蒸汽溫度用的減溫水溫度等參數(shù)。記第1類修正后的熱耗為qHRC1，發(fā)電機(jī)出力為PC1。

3.3第2類修正

第2類修正系數(shù)C2HR，C2O對(duì)影響汽輪機(jī)性能的參數(shù)進(jìn)行修正，以制造廠提供的修正曲線為依據(jù)，主要包括主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、一次再熱蒸汽溫度、一次再熱蒸汽壓損、二次再熱蒸汽溫度、二次再熱蒸汽壓損及排汽壓力。

第2類修正后熱耗率計(jì)算公式為

qHRC2=qHRC1C2HR，

(3)

第2類修正后發(fā)電機(jī)出力計(jì)算公式為

(4)

式中：C2HR，C2O為第2類修正系數(shù)。

與一次再熱機(jī)組相比，二次再熱機(jī)組的第2類修正計(jì)算中增加了二次再熱蒸汽溫度和二次再熱蒸汽壓損對(duì)熱耗率和功率的修正。

4　二次再熱與一次再熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比[3]

通過提高主參數(shù)、集成優(yōu)化等綜合技術(shù)，使國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組實(shí)現(xiàn)了綜合提效，總體指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

針對(duì)二次再熱機(jī)組二段抽汽和四段抽汽過熱度高的特點(diǎn)，該工程回?zé)嵯到y(tǒng)采用2級(jí)外置式蒸汽冷卻器，布置在#1高加出口，提高給水溫度10 ℃，鍋爐省煤器入口的給水溫度達(dá)到315 ℃，機(jī)組熱耗率降低約48 kJ/(kW·h)。

提高主蒸汽壓力對(duì)機(jī)組熱效率的影響，一般可歸納為進(jìn)氣壓力≤27 MPa時(shí)，主蒸汽壓力每提高1 MPa，約降低熱耗率0.20%～0.25%；在更高壓力及單流程體積流量較小時(shí)，主蒸汽壓力每提高1 MPa，約降低熱耗率0.10%。對(duì)于該工程而言，提高主蒸汽壓力后，機(jī)組熱耗率約降低56 kJ/(kW·h)。

在超超臨界機(jī)組參數(shù)范圍內(nèi)及一定功率下，主蒸汽溫度對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)蒸汽的體積流量和通流部分設(shè)計(jì)效率影響不大，可以通過提高進(jìn)汽溫度來提高熱力循環(huán)效率，一般過熱蒸汽溫度每提高10 ℃，可降低熱耗率0.25%，再熱蒸汽溫度每提高10 ℃，可降低熱耗率0.20%左右。對(duì)于該工程而言，提高再熱蒸汽溫度后，機(jī)組熱耗率約降低16 kJ/(kW·h)。

圖3為該工程采用上述技術(shù)路線方案后汽輪機(jī)熱耗率的優(yōu)化分項(xiàng)貢獻(xiàn)指標(biāo)。

圖3　各項(xiàng)技術(shù)對(duì)熱耗的優(yōu)化分項(xiàng)貢獻(xiàn)指標(biāo)

將國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組就機(jī)組發(fā)電效率、熱耗率、發(fā)電煤耗等與國(guó)內(nèi)常規(guī)1 000 MW超超臨界一次再熱機(jī)組進(jìn)行分析比較，結(jié)果見表2，可以看出，國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表2　國(guó)內(nèi)首臺(tái)二次再熱機(jī)組與常規(guī)一次再熱機(jī)組對(duì)比(1 000 MW)

5　結(jié)論

本文以國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組為例，對(duì)比了二次再熱機(jī)組與一次再熱機(jī)組的汽輪機(jī)性能試驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，性能試驗(yàn)和計(jì)算過程中應(yīng)注意以下問題。

(1)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置中，需對(duì)增設(shè)的系統(tǒng)和管道增加相應(yīng)的溫度、壓力測(cè)點(diǎn)。

(2)試驗(yàn)儀器需注意校驗(yàn)范圍是否滿足試驗(yàn)要求。

(3)熱耗率計(jì)算公式需根據(jù)二次再熱機(jī)組特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)修改，考慮二次再熱冷、熱段及二次再熱減溫水的質(zhì)量流量和比焓。

(4)第2類修正中增加了二次再熱蒸汽溫度和二次再熱蒸汽壓損對(duì)熱耗率和功率的修正。

(5)國(guó)內(nèi)首臺(tái)超超臨界二次再熱機(jī)組與常規(guī)超超臨界一次再熱機(jī)組相比，熱耗率降低約280 kJ/(kW·h)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[1]陳顯輝，譚銳，張志勇，等.東方超超臨界二次再熱660 MW汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].東方汽輪機(jī)，2014(4)：1-5.

[2]劉凱.汽輪機(jī)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3]谷雅秀，王生鵬，楊壽敏，等.超超臨界二次再熱發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性分析[J].熱力發(fā)電，2013,42(9):7-9,15.

(本文責(zé)編：弋洋)

2016-03-07；

2016-06-03

TK 267

B

1674-1951(2016)06-0028-03

周仁米(1967—)，男，浙江臺(tái)州人，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)技術(shù)服務(wù)方面的工作(E-mail:zhourm@zjentc.com)。

吳恒剛(1982—)男，浙江蘭溪人，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)性能試驗(yàn)、技術(shù)服務(wù)方面的工作(E-mail:wuhenggang@163.com)。

董益華(1979—)，男，浙江奉化人，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)性能試驗(yàn)、調(diào)試、技術(shù)服務(wù)方面的工作(E-mail:dongyihua109@sina.com)。