600MW等级亚临界机组跨代升级改造技术应用研究

谢大幸，石永锋，郝建刚，郑 健，陈友良，雷娇娇

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

600MW等级亚临界机组跨代升级改造技术应用研究

谢大幸，石永锋，郝建刚，郑 健，陈友良，雷娇娇

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

目前亚临界机组仍然是我国燃煤火电机组的主力机型，通过机组跨代升级改造，将亚临界机组改造为超超临界二次再热机组，是降低机组供电煤耗的有效手段，可降低机组供电煤耗约40~45g/kWh。以某600MW等级亚临界机组为例，阐述了跨代升级改造的思路及原则，并给出了改造系统流程及改造范围等，通过改造可将机组出力提高到830MW，降低机组供电煤耗约40 g/kWh，节能潜力巨大。通过经济性分析，对于折旧完成的机组，进行改造具有较高的可行性，另外有条件实施该项改造的机组应积极争取国家及地方的政策支持，以提高机组改造经济性。

600MW等级亚临界机组；跨代升级改造；超超临界；供电煤耗；二次再热

0 引言

随着我国资源及环境压力日益增加，国家大力促进火电行业产业结构调整和优化升级，推进节能减排，特别是新出台的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014~2020年）》（以下简称《行动计划》）中，明确了现役机组的改造目标，即到2020年，现役燃煤发电机组平均供电煤耗低于310g/kWh，其中现役60万kW及以上机组（除空冷机组外）平均供电煤耗低于300g/kWh[1]。目前国内亚临界机组仍为主力机型，受到机组参数的限制，通过常规的改造方法已很难再进一步降低机组煤耗，要想达到国家节能减排升级与改造行动计划目标，对亚临界机组进行跨代升级改造是一条有效的技术路线，并且《行动计划》也将此改造技术列入其节能减排主要参考技术列表中[1]。表1列举了各代燃煤火电机组煤耗的统计数据，目前最新的3代+技术是超超临界二次再热技术。由表1可以看出，每一代机组的煤耗水平差距约在15g/kWh，若进行亚临界改超超临界改造，并辅以二次再热，提高亚临界机组的参数，跨两代以上技术，可降低机组供电煤耗约40~45g/kWh。下面以600MW等级亚临界机组改造为超超临界叠置循环为例，阐述跨代升级改造技术。

表1 各代燃煤火电机组煤耗统计

1600 MW等级亚临界机组跨代升级改造思路及原则

关于亚临界机组改造为超（超）临界机组，国内相关单位及科研院所都有一定的研究，但相对较少，文献[2]探讨了300MW等级亚临界机组改造为超超临界叠置循环的技术方案，新增一台超超临界锅炉及超超临界背压机与原系统两台并联的300MW机组串接，系统形式采用“一拖二”的扩大单元制，改造后成为700MW等级的超超临界机组。《国家能源局综合司关于下达2014年煤电机组节能升级与改造示范项目的通知》（国能综电力[2014]787号文）中将北仑电厂2号机组60万kW改造为80万kW级二次再热超超临界机组列为国家示范项目[3]，亚临界机组跨代升级改造技术逐渐为人所知。

600MW亚临界机组跨代升级改造的总体思路是：新增一个超超临界锅炉和一个超超临界背压机，和下位原亚临界机组串接，机组采用二次再热技术，机侧主蒸汽参数选择为31MPa、600℃；新增的超超临界背压机和原600MW等级亚临界机组分轴布置，分别称为高压轴和低压轴，给水泵根据场地条件进行重新布置，可以和超超临界背压机同轴，设置100%全容量给水泵，也可以单独布置，设置独立的凝汽器；改造后最终给水温度提高，在1号高加前设置0号高加；由于进入原亚临界机组的蒸汽容积流量发生变化，改造时根据机组需要，相应对原机组汽轮机的通流进行改进，改造后机组的容量达到750~850MW。

600MW亚临界机组跨代升级改造的原则是保证机组汽轮机主厂房基础不做改动，原主厂房基础荷载只减不增；维持机组冷却塔、烟囱等不变，只对内部相关设施（冷却塔填料等）进行升级改造；最大程度考虑设备利旧，以减少投资。

2600 MW等级亚临界机组跨代升级改造技术分析

2.1 系统流程

以某电厂600MW亚临界燃煤汽轮发电机组为例，阐述跨代升级改造技术路线。其锅炉为亚临界π型汽包炉，汽轮发电机组形式为中间再热、三缸四排汽凝汽式汽轮机，型号为N630-16.7/538/538。给水回热系统由3台高压加热器，4台低压加热器和1台除氧器组成，给水系统配置两台50%容量的汽动给水泵。机组设计热耗为7887kJ/kWh，目前实际运行热耗在8160kJ/kWh水平，实际供电煤耗约323g/kWh。

600MW等级亚临界机组跨代升级改造为超超临界机组的系统如图1所示，其系统形式为新增一台超超临界锅炉和一台超超临界背压机，主蒸汽经过锅炉过热器进入超超临界背压机做功，排汽分为三部分，一部分进入0号高加加热最终给水，第二部分进入锅炉一次再热器后进入原亚临界机组，第三部分进入背压抽汽式透平（简称BEST透平）取代原1、2、3号高加抽汽及除氧器抽汽，BEST透平的作用是解决土建及布置问题，高加随BEST机组一起布置，并且BEST透平热效率高，其分流部分流量，使得进入原亚临界机组的流量不致于增加很大。新增的超超临界背压机、BEST透平和小发电机同轴布置，称为前置机组，与原亚临界汽轮机串接且分轴布置，更换3台全容量新高加与0号高加一起布置在前置机房内，减少原汽轮机主厂房荷载。给水泵可以和前置机组同轴，也可根据场地情况单独布置，并设置单独凝汽器。为了尽可能缩小低压部分改造范围，二次再热温度仍和原机组一致，取538℃，整个机组参数为31MPa/600℃/566℃/538℃，容量根据情况可增容至750~850MW。

图1 600MW等级亚临界机组跨代升级改造系统流程图

2.2 改造情况说明及改造范围

（1）锅炉本体部分：将原亚临界锅炉拆除，新建一个超超临界锅炉。锅炉的选型是重点，对于超超临界锅炉，可供选择的有π型炉和塔式炉，两种炉型各有有优劣，针对改造情况，原来亚临界机组为π型炉，如果改造后选用π型炉，则原机组的大部分基桩可以回收利用，节约投资；但因为改造时机组要新增占地面积，考虑到空间布置问题，可根据项目需要选择占地面积更小的塔式炉，此次改造案例按π型炉考虑。

（2）汽轮发电机本体部分：其中新增部分为超超临界背压机、汽门、BEST透平、相关的油系统、轴封系统等辅机设备；需改造的部分为原机组高中压转子，高中、低压动叶，高中压外缸，高中、低压内缸，高中、低压隔板，端汽封，高压主汽管，高压阀门，中压主汽管，中压阀门，连通管，低压转子。原亚临界机组的通流重新设计，其高压缸配汽方式取消调节级，采用节流配汽。新增一台200MW等级小发电机，并根据需要对原发电机进行相应消缺改造。

（3）辅机及工艺系统改造部分：此方案选用单设给水泵汽轮机及配套凝汽器的方案，将其布置于前置机房；新增4台全容量高加布置于前置机房；对四大管道、疏水系统管道、旁路系统管道、抽汽系统管道、闭式水系统管道等进行相应的改造；对锅炉的磨煤机、给煤机、各大风机进行增容或直接替换，对炉后环保设施（脱硫、脱硝、除尘）进行超低排放改造或预留改造空间。核算输煤、除灰系统容量，进行相应的增容，核算精处理系统及制水系统容量，改造后水质要求要达到超超临界机组的要求。

（4）电气热工部分：需要增加一套小发电机的出线，增加发电机的主变、启备变、高压厂变及电缆等，由于机组采用两个发电机，需要对控制系统进行相应改造，根据改造需要增加相应的热工测点。

（5）土建部分：主要包括新建的前置机房基础，以及由于增容所带来的原主厂房结构的加强。

（6）其他说明部分：机组进入低压缸的流量需要核算，尽量维持机组低压部分系统不变，进入凝汽器的排汽量应变化不大，以维持冷却塔不动；虽然机组烟气量增加，但进行超低排放改造后，降低烟温至90℃水平，应核算烟囱流速在标准范围内。机组根据冷端设备、低压设备、烟囱等设备尽量维持不改造的要求核算最后的增容容量。

2.3 改造后指标及节能量分析

此改造案例改造后机组参数为31MPa/600℃/566℃/538℃，机组额定容量为830MW，THA工况下热耗率为7320kJ/kWh，锅炉效率达到93.88%。通过计算600MW等级亚临界机组改造为800MW等级超超临界机组前后机组性能参数及指标对比情况见表2。由表2可知，通过改造机组供电标煤耗可降至约283g/kWh，比原设计值310g/kWh降低27g/kWh，相比目前实际工况，改造可降低机组供电煤耗约40g/kWh。

2.4 改造难点

此项目改造最大的难点是在原来亚临界的基础上新建一台超超临界机组，涉及到机组空间布置的问题，包括新建前置机房的空间布置、新增发电机的出线布置等，具体的布置方案根据机组现场的实际情况进行比选，应统筹考虑机组造价、经济性、可操作性等综合因素。

3 经济性分析及相关政策支持

表2 机组改造前后性能参数及指标对比

3.1 经济性分析

机组在改造时设备折旧已经完成，通过分析，上述改造案例的改造费用约15.8亿元，单位千瓦造价约为1900元，将其残值中继续使用部分作为投资加入到整个改造费用中，通过计算，在机组年利用小时数为5000h，并在当地价格水平条件下测算项目投资财务内部收益率为26.45%，投资回收期为5.15a，对于折旧完成的机组，其项目改造可行性较高。

3.2 相关政策分析

由于机组改造后容量增加，势必导致机组燃煤量的增加和排放总量的增加，但随着机组供电煤耗的下降并结合机组环保改造，使得机组燃煤量增加不多且达到国家超低排放要求，在环保政策上不存在限制条件。因此，有条件实施该项改造的机组应积极争取得到国家和地方的政策支持，以提高机组改造的经济性。比如北仑电厂跨代升级改造国家示范项目，享有每节约1万t标煤，奖励3万kW容量的政策。浙江省政府对北仑电厂跨代升级改造示范项目在政策上也给予了大力支持，《浙江省人民政府办公厅关于印发浙江省2014~2017年大型燃煤机组清洁排放实施计划的通知》中明确：“对完成减排任务的机组在一定期限内增加其发电小时数，对机组改造期间的发电小时数，不予扣减。”[4]该政策使得机组停机改造期间（近2a）的经济损失得到补偿，可大大缩短改造投资回收期。

另外随着电力改革的不断深化，超超临界低能耗机组将享有优先调度权，可大大提高机组未来的竞争力。

4 结语

（1）通过机组跨代升级改造，将亚临界机组改造为超超临界机组，并采用二次再热技术，跨两代以上技术，是整体降低机组供电煤耗的有效手段，可降低机组供电煤耗约40~45g/kWh。

（2）以某600MW等级亚临界机组为例，阐述了跨代升级改造的思路及原则，并给出了改造系统流程及改造范围等，通过改造可将机组出力提高到830MW，通过计算，改造后额定工况下机组热耗率可达到7320kJ/kWh，供电煤耗可达到约283g/kWh，可降低现600MW等级亚临界机组供电煤耗约40g/kWh，节能潜力巨大。

（3）通过技术经济性分析，对于折旧完成的机组（一般运行超过20a），进行跨代升级改造具有较高的可行性，并且有条件实施该项改造的机组应积极争取国家和地方的政策支持，有助于提高机组改造的经济性。

[1]国家发展与改革委员会，环境保护部，国家能源局.关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014~2020年）》的通知（发改能源[2014]2093号）[Z].国家发展与改革委员会，2014.

[2]吴毅强，苏君展.亚临界300MW机组改造为超超临界叠置循环的技术方案研究[J].中国电业（技术版），2011，（01）：33~37.

[3]国家能源局综合司.国家能源局综合司关于下达2014年煤电机组节能升级与改造示范项目的通知》（国能综电力[2014]787号）[Z].国家能源局，2014.

[4]浙江省人民政府办公厅.浙江省人民政府办公厅关于印发浙江省2014~2017年大型燃煤机组清洁排放实施计划的通知（浙政办发[2014]160号）[Z].浙江省人民政府办公厅，2015.

Application of Cross-generation Upgrade Reconstruction Technology in the 600MW Subcritical Unit

XIE Da-xing，SHI Yong-feng，HAO Jian-gang，ZHENG Jian，CHEN You-liang，LEI Jiao-jiao
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Subcritical grade units are the main type in our country’s thermal power industry at present，it’s the effective means for reducing net coal consumption by using the cross-generation upgrade reconstruction technology.It will reduce the net coal consumption by 40~45g/kWh with reconstructing the subcritical unit to the ultra-supercritical unit combined with double reheat technology.This paper taking the 600MW subcritical unit as an example，shows the main idea and principle of the reconstruction，and provides the system flowchart and reconstruction range.It will increase the unit output to 830MW，and reduce the net coal consumption by 40g/kWh，it has especially great energy saving potentialities.The reconstruction has the high feasibility to the unit which the depreciation is completed through the economic analysis.The conditioned unit should positively seek for the country and local policy supports which will improve the reconstruction economy.

600MW grade subcritical unit；cross-generation upgrade reconstruction technology；ultra-supercritical；net coal consumption；double reheat technology

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.007

TM621

B

2095-3429（2015）06-0023-04

2015-09-16

修回日期：2015-12-16

谢大幸（1984-），男，浙江宁波人，硕士研究生，工程师，从事汽轮机及燃气轮机发电技术研究工作。