1000MW二次再热机组主机参数选择

2014-04-15呼和哈达

吉林电力 2014年3期

方联，呼和哈达

（1.东北电力设计院，长春 130021；2.华能呼伦贝尔能源开发有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021008）

提高火电厂的发电效率，减少发电煤耗，从源头上降低烟气、污染物和二氧化碳排放的有效手段，是目前世界上高效清洁燃煤发电的发展方向。对于燃煤火力发电机组的热力系统而言，可以采用2种手段提高机组的热效率：提高蒸汽初参数，即提高朗肯循环的热段平均温度；优化汽轮发电机组机组热力系统，通过增加回热级数、增加再热级数等手段，可提高机组的发电效率。由于热力系统的优化受汽轮机和锅炉本体结构的限制，因此建设1000 MW超超临界二次再热机组，提高蒸汽初参数是目前提高机组的热效率主要方案。

1 二次再热机组参数选择

1.1 主蒸汽压力的选择

对于一次再热机组，由于低压缸排汽湿度不能太高（一般不高于10%），使主蒸汽压力的上升受到限制。通常，对于再热蒸汽温度不超过620℃的一次再热机组，主蒸汽压力不超过28MPa。然而，对于二次再热机组，其低压缸排汽湿度有所下降，这样在相同再热蒸汽温度条件下，为主蒸汽压力的提高创造条件。主蒸汽压力大于27MPa后压力升高1 MPa能降低热耗0.1%，但是当压力达到30 MPa以上时，压力提高带来的汽轮机效率的提高幅度越来越小，而压力提高增加了锅炉压力部件、主蒸汽管道、给水管道、汽轮机高压缸的设计压力，带来材料成本上升，尤其是耐高温的热强钢的成本上升。

自1997年第一个百万千瓦容量、标准结构高中低模块组成的黑泵电厂2×874 MW机组投运以来，西门子公司已完成28～30 MPa超超临界参数汽轮机3个不同尺寸的高中压模块系列的开发，已具备该压力参数超超临界汽轮发电机组产品的设计制造能力。另外，西门子公司经过初步研究，认为基于目前现有汽轮机模块，经过结构强度等方面的一些改进，也可制造高达32MPa的超超临界汽轮机。日本、美国目前运行的超超临界汽轮机高压缸最高进汽压力达到32MPa。

国内三大主机制造厂推荐二次再热机组主蒸汽压力为30～35 MPa，其中上海汽轮机厂推荐35 MPa，东方汽轮机厂推荐30MPa，哈尔滨汽轮机厂推荐31MPa，考虑到主蒸汽压力上升带来的成本上升因素，暂推荐主蒸汽压力为31MPa。

1.2 再热蒸汽压力选择

根据国内三大主机制造厂的资料，二次再热循环中最佳再热蒸汽压力还与汽轮机相对内效率、给水回热系统、再热器及管道压损等因素有关，实际再热压力可比无回热的理想再热循环的理论最佳再热压力值略高。对于主蒸汽压力为24～32MPa的二次再热机组，最佳的一次再热蒸汽压力可取为主蒸汽压力的28%～35%，最佳的二次再热蒸汽压力可取一次再热蒸汽压力的30%。

1.3 主蒸汽、再热蒸汽温度选择

超超临界机组经过10多年的发展，介质温度为600～620℃的高温材料在锅炉、汽轮机、阀门和管道各方面已有良好的运行业绩，证明其可靠性很高。超超临界机组主蒸汽压力在25MPa以上，锅炉高温过热器管束的壁厚很厚，在达到同样蒸汽温度的情况下，与壁厚薄的管束相比，管束的金属温度要高一些。因此，为了使锅炉高温过热器管束的金属温度控制在安全工作范围内，目前超超临界机组的主蒸汽温度都不超过600℃。

对再热蒸汽而言，由于压力相对较低，锅炉再热器管束的壁厚较高温过热器薄，在保持管束金属温度相同的情况下，介质温度可以高一些。欧洲和日本已有多台机组采用610～620℃的再热蒸汽温度，部分机组已经投入运行。当再热器出口蒸汽温度选用623℃后，考虑其设计再热蒸汽温度偏差（－10～＋5）℃，实际运行过程中，炉侧再热器蒸汽温度最高628℃连续运行。

在现有成熟的9～12Cr钢材中，再热热段蒸汽管道拟采用P92材料。对于P92材料的使用温度要求，各种标准给出的数据不尽相同：ASME B31.12010《动力管道》中P92直径大于89mm的许用温度为621℃；TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》中给出10Cr9MoW2VNbBN（P92）的使用温度限制，其在受热面管子可用到650℃，联箱和蒸汽管道上可用到620℃。10Cr9MoW2VNbBN与P92在成分分析上基本相同，TSG G0001—2012中规定10Cr9MoW2VNbBN集箱、管道的适用温度能够达到630℃，其管道制造标准按照国内的GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》执行。

综上所述，在保证再热器出口温度偏差5℃情况下，可选用10Cr9MoW2VNbBN作为高温再热蒸汽管道材料，考虑主机现有模块技术，借鉴国际上超超临界大容量机组配置，推荐主蒸汽温度600℃，一次再热段温度620℃，二次再热段温度620℃。

1.4 机组出力的选择

西门子公司已完成了600～1300MW功率容量、超超临界参数汽轮机相同结构、3个不同尺寸的高中压模块系列的开发，已具备600～1300MW范围内、28～30MPa、600～620℃超超临界汽轮发电机组产品的设计制造能力。

阿尔斯通公司在欧洲有多台1000MW级超超临界塔式锅炉的运行业绩。上海锅炉厂引进阿尔斯通公司的1000MW超超临界锅炉，并认为设计并制造1200～1500 MW等级的一次或二次再热超超临界塔式锅炉在技术上都是可行的。

哈尔滨锅炉厂和上海汽轮机厂正在设计和制造华能莱芜超超临界1000MW二次再热机组，汽轮机入口主蒸汽压力为31MPa，温度为600℃；一次再热段温度为620℃，二次再热段温度为620℃。上海锅炉厂设计和制造惠来超超临界1000MW二次再热机组，汽轮机入口参数为主蒸汽压力31 MPa，温度为600℃；一次再热段温度为620℃，二次再热段温度为620℃。东方汽轮机有限公司设计和制造华能安源芜超超临界660 MW二次再热机组，汽轮机入口参数为主蒸汽压力28 MPa，温度为600℃；一次再热段温度为620℃，二次再热段温度为620℃。

综上所述，选择出力为1000 MW等级单轴二次再热汽轮发电机组。

2 投资比较

估算2×1000MW二次再热机组投资为80亿元左右，机组发电煤耗约为254～256g／（kW·h）。国内常规2×1000MW一次再热组投资为64亿元左右，机组发电煤耗约为270g／（kW·h）。2×1000MW二次再热机组投资比国内常规2×1000 MW一次再热机组投资高约16亿元，投资方可进行经济技术比较后确定主机型式。