1000MW二次再热超超临界机组仪表及附属设备设计

侯新建，胡金伟

(华东电力设计院，上海 200063)

1 概述

为了进一步提高超超临界机组的效率，研究在现有参数条件下效率的提高，如采用二次再热、提高初参数、提高给水温度、优化辅机配置选型等新技术措施，提高效率。泰州1000MW二次再热超超临界机组为上述新技术的示范项目，并被国家科技部列入“十二五”节能减排国家科技支撑计划。本文以泰州1000MW二次再热超超临界机组(下文简称“本项目”)为对象，介绍二次再热热力系统检测仪表、仪表导管和阀门的配置与选择等设计方面的特点，以及需要注意的问题。

2 检测仪表的设置

本项目锅炉为上海锅炉厂有限公司超超临界变压运行燃煤直流、二次再热、单炉膛、平衡通风、露天布置、全悬吊钢结构、塔式锅炉，锅炉与过热器、再热器配置。汽轮机为上海汽轮机厂超超临界、单轴、二次中间再热、五缸四排汽、10级回热抽汽、凝汽式汽轮机。与一次再热机组热力系统相比，1000MW二次再热机组烟风系统、制粉系统、燃油系统、凝结水系统、辅汽系统、抽真空系统、循环水及循环冷却水系统等并无本质区别，仅在主蒸汽/再热蒸汽和旁路系统、抽汽/高低加疏水放气系统、给水/锅炉汽水系统等有部分修改。简化的蒸汽/给水流程图见图1，简化的抽汽/疏水流程图见图2。现就主要修改部分是否引起检测仪表的设置原则变化进行论述。

图1 蒸汽/给水流程图

图2 抽汽/疏水流程图

2.1 主蒸汽/再热蒸汽和旁路系统

由于一次再热器、二次再热器的存在，二次再热机组必须配置高、中、低三级旁路，相比一次再热机组旁路就多了一级旁路，而且多了二次低温再热和二次高温再热蒸汽系统及其疏水等。这些增加部分没有引起检测仪表的设置原则变化。

2.2 抽汽/高低加疏水放气系统

抽汽系统增加了回热抽汽级数，并且由于二次再热造成抽汽的过热度过大，抽汽系统/高低加疏水放气系统中2号高压给水加热器、4号高压给水加热器前分别增设2号外置蒸汽冷却器、4号外置蒸汽冷却器。相应的外置蒸汽冷却器需要增设液位监控等。

2.3 给水/锅炉汽水系统

汽轮机回热抽汽级数增加等，给水系统增加高压给水加热器和外部蒸汽冷却器。锅炉汽水系统上的差别是减少了过热器的受热面(采用二级布置)，来适应二次再热主蒸汽流量减少的变化，合理匹配再热器受热面(均采用二级布置)来满足二次再热的需要。这些差别不会引起检测仪表的设置原则变化。

2.4 过热器、再热器配置

锅炉炉膛上部和水平烟道增设了分隔墙形成前后烟道，通过前后分隔烟道中挡板开度控制进入前后分隔烟道中的烟气量，调节一、二次再热器出口温度平衡。此设计对检测仪表的设置原则没有影响。

3 检测仪表的选择

本项目参数有进一步的提供，如主蒸汽(VWO)设计参数35.04 MPa/610℃，一次热再热蒸汽(VWO)设计参数13.3 MPa/618℃，给水(VWO，阀后)设计参数44 MPa/335℃，2号抽汽(外置式蒸汽冷却器进/出口)设计参数7.23 MPa/544.53℃、7.23 MPa/335℃，4号抽汽(外置式蒸汽冷却器进/出口)设计参数2.03 MPa/542.19℃、2.03 MPa/335℃等。显然需要对相关的检测仪表选择进行进一步的研究。

3.1 温度

从上述的参数可知，对于主蒸汽、热再热蒸汽、给水等管道上的温度元件套管选择是一个值得考虑的问题。根据1000MW一次再热超超临界机组设计经验和使用情况，本项目主蒸汽、热再热蒸汽管道上的温度套管选用同主管道相同的P92材质，给水管道上的温度套管选用同主管道相同的15NiCuMoNb5－6－4材质。本项目温度制造厂根据自身的经验和重新计算，还是选用类似WRNR－13型高温高压热电偶的结构形式。

3.2 压力

压力仪表选择与1000MW一次再热机组基本上无区别，只是某些系统设计压力提高一些。此外对于给水系统，目前从各制造厂的差压变送器选型样本中找不到满足给水系统管道的压力(设计压力为44 MPa)要求，如3051S型差压变送器仅满足42 MPa静压要求。后续将继续关注此问题。

3.3 液位

液位仪表选择比较特别的是外置蒸汽冷却器液位，工艺专业设计外置蒸汽冷却器进口/出口均为过热蒸汽，外置蒸汽冷却器危急疏水至对应的高压加热器，其危急疏水管路上无隔离阀。针对上述工艺设计，外置蒸汽冷却器液位选择有两种方案，一是分别由外置蒸汽冷却器壳程上部、下部直接引接至液位测量筒，装设采用截止导电原理的电极式液位开关，可以快速反映外置蒸汽冷却器内部U型换热管爆管等原因引起的外置蒸汽冷却器液位异常。另一是设置差压变送器，由外置蒸汽冷却器壳程上部通过单室平衡容器接差压变送器正压端，由危急疏水管道接口(此接口应低于高压加热器低低低位置)接至差压变送器负压端，此种方案取压管路等现场安装比较复杂。

4 仪表导管和阀门的配置与选择

4.1 仪表导管

现有的设计规定不能覆盖本项目参数，需重新依据ASME B31.1计算仪表导管壁厚，并结合实际能采购情况，最终高温高压汽水系统仪表导管的规格确定见表1。

表1 高温高压仪表导管规格

4.2 仪表阀门

参照以往工程经验，本项目的高温高压汽水系统仪表一次门采用工艺阀门(Globe Valve)，排污阀和二次门采用仪表阀(Needle Valve)。其中主蒸汽、热再热蒸汽的一次阀门阀体采用F92材料，给水系统、高压加热器的一次阀门阀体采用ASTM A213 TP316材料；主蒸汽、热再蒸汽、给水系统、高压加热器的排污阀和二次阀门阀体采用316不锈钢材料。

5 需要注意的问题

5.1 主蒸汽流量测量

目前投产的上海锅炉厂1000MW一次再热机组的主蒸汽流量通过一级过热器出口蒸汽流量直接测量得到，本项目(上海锅炉厂供锅炉)未设置直接流量测量装置，而是由汽轮机超高压调门后流量计算值与高压旁路流量计算值之和表征。因此需要设置汽轮机超高压调门后压力、超高压缸排气压力的测量。

5.2 给水流量测量

目前投产的上海锅炉厂1000MW一次再热机组的给水流量保护信号取自省煤器出口流量测量装置，但是由于邻机加热等使给水温度升高，省煤器出口给水出现汽化而使流量测量不准确。因此上海锅炉厂在本项目上把给水流量测量装置移至省煤器进口。

6 结语

(1) 1000MW二次再热机组与1000MW一次再热机组热力系统相比有一定变化，但是在检测仪表的设置原则上基本无变化。

(2)参数的提高对温度套管、压力、液位等仪表选择有一定影响。

(3)参数的提高影响高温高压汽水系统仪表导管和阀门的配置与选择，需要重新计算仪表导管厚度等。

[1]侯新建，包一鸣．超超临界机组仪表导管壁厚计算的适用条件[J]．电力勘测设计，2014，(1)．

[2]金黔军．1000MW超超临界机组热控设计特点[J]．中国电力，2006，(3)．

[3]张晓华，包一鸣．超超临界机组现场测量仪表及附属设备选型研究[J]．华东电力，2010，(7)．

[4]张方炜，等．超临界火力发电机组二次再热技术研究[J]．电力勘测设计，2013，(3)．