超超临界二次再热机组汽轮机性能试验及经济性对比

2016-09-06周仁米吴恒刚董益华朱宝

综合智慧能源 2016年6期

关键词：热耗率热耗超临界

周仁米，吴恒刚，董益华，朱宝

(浙江浙能技术研究院有限公司，杭州　310003)

超超临界二次再热机组汽轮机性能试验及经济性对比

周仁米，吴恒刚，董益华，朱宝

(浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003)

以国内首台1 000 MW超超临界二次再热机组为例，介绍了超超临界二次再热机组汽轮机性能试验方法，并将其与国内常规1 000 MW超超临界机组进行了经济性比较，分析了各参数对热耗率的影响。

二次再热；超超临界；汽轮机；性能试验；热耗率

表1　国内首台二次再热机组汽轮机主要参数

0　引言

经过近十年的发展，我国超超临界机组已拥有成熟的先进发电技术。由于二次再热机组在汽轮机、锅炉、热力系统及旁路配置上比一次再热机组复杂，投资增加，在初参数不高的情况下，机组效率提高不多，因此，二次再热机组在相当长时间内发展缓慢。近年来，随着蒸汽参数的提高、材料性能的上升以及煤价的不断变化，二次再热的技术优势开始凸显，已经成为超超临界发电技术的一个重要发展方向。

目前，国外已有二次再热发电机组的运行业绩，其中美国25台，日本11台，德国、丹麦各数台，这些机组多在20世纪70—90年代投运，其中采用超超临界参数的机组有6台。国际上容量最大的二次再热机组是日本川越电厂的超超临界700 MW机组，参数为31 MPa/566 ℃/566℃/566 ℃。我国二次再热机组工程有国电泰州二期1 000 MW、华能莱芜1 000 MW、华能安源660 MW机组，已于2015年开始陆续投产。

以国内首台超超临界二次再热机组为例，介绍了二次再热机组的汽轮机性能试验方法，并对比了其与一次再热机组的区别。

1　国内首台二次再热机组汽轮机主要参数

国内首台超超临界二次再热机组的汽轮机由上海汽轮机有限公司设计制造，型号为N1000-31/600/610/610，为超超临界、单轴、5缸4排汽、二次中间再热凝汽式，包括超高压缸、高压缸、中压缸和2个低压缸、10级回热系统，采用全滑压运行，采用全周进汽+补汽阀的配汽方式。机组的主要参数见表1(表中高加为高压加热器，低加为低压加热器)，其汽轮机外形如图1所示。

2　试验测点和仪器

2.1试验测点

由于二次再热机组系统复杂，相比一次再热机组增加了部分系统、管道，需增加相应性能试验测点。以国内首台超超临界二次再热机组为例，其增加的系统和管道包括：超高压缸及相应再热管道；#4高加及相应管道；#9，#10低加及相应管道；#2，#4外置式蒸汽冷却器及相应管道；疏水泵、低加疏水冷却器及相应管道等，如图2所示。

图2　1 000 MW超超临界二次再热机组汽机系统及测点布置

图1　国内首台超超临界二次再热机组汽轮机外形

2.2试验仪器

由于超超临界二次再热机组的一次再热温度和二次再热温度达到了610 ℃，而正常温度元件校验范围一般不超过600 ℃，因此，需在试验前对相应的温度元件进行专门校验以满足试验要求。

3　试验计算及修正

3.1热耗计算

本文所指的汽轮机系统包括回热加热器系统，但不包括锅炉的热力系统。发电机输出功率是指发电机的净输出功率，即在二次侧所测得的电功率，考虑二次线路的线损，并扣除励磁系统所需功率[1-2]。

对于一次再热超超临界机组，热耗的计算公式为

(1)

式中：qHR1为一次再热超超临界机组的热耗；qmthr为主蒸汽质量流量，t/h；hthr为主蒸汽比焓，kJ/kg；hffw为锅炉给水比焓，kJ/kg；qmhrh1为一次再热热段蒸汽质量流量，t/h；hhrh1为一次再热热段蒸汽比焓，kJ/kg；qmcrh1为一次再热冷段蒸汽质量流量，t/h；hcrh1为一次再热冷段蒸汽比焓，kJ/kg；qmrhr为一次再热减温水质量流量，t/h；hrhr为一次再热减温水比焓，kJ/kg；P为发电机净功率，MW。

超超临界机组的过热器减温水是从高加出口给水管道引出，可以将其与给水合并，作为进入锅炉的总水量处理。因此热耗计算和修正中不用考虑过热器减温水。

对于二次再热超超临界机组，热耗率的计算公式为

(2)

式中：qHR2为二次再热超超临界机组热耗；qmhrh2为二次再热热段蒸汽质量流量，t/h；hhrh2为二次再热热段蒸汽比焓，kJ/kg；qmcrh2为二次再热冷段蒸汽质量流量，t/h；hcrh2为二次再热冷段蒸汽比焓，kJ/kg；qmrhs为二次再热减温水质量流量，t/h；hrhs为二次再热减温水比焓，kJ/kg。

3.2第1类修正

按美国ASME PTC 6—2004《汽轮机性能试验规程》对主要影响给水加热系统的参数进行修正计算，主要包括加热器给水端差、加热器疏水端差、抽汽管道压损、系统贮水量变化、凝结水泵和给水泵的比焓升、凝结水过冷度、给水泵汽轮机进汽流量及控制蒸汽温度用的减温水温度等参数。记第1类修正后的热耗为qHRC1，发电机出力为PC1。

3.3第2类修正

第2类修正系数C2HR，C2O对影响汽轮机性能的参数进行修正，以制造厂提供的修正曲线为依据，主要包括主蒸汽压力、主蒸汽温度、一次再热蒸汽温度、一次再热蒸汽压损、二次再热蒸汽温度、二次再热蒸汽压损及排汽压力。

第2类修正后热耗率计算公式为

qHRC2=qHRC1C2HR，

(3)

第2类修正后发电机出力计算公式为

(4)

式中：C2HR，C2O为第2类修正系数。

与一次再热机组相比，二次再热机组的第2类修正计算中增加了二次再热蒸汽温度和二次再热蒸汽压损对热耗率和功率的修正。

4　二次再热与一次再热机组的经济性对比[3]

通过提高主参数、集成优化等综合技术，使国内首台超超临界二次再热机组实现了综合提效，总体指标达到世界领先水平。

针对二次再热机组二段抽汽和四段抽汽过热度高的特点，该工程回热系统采用2级外置式蒸汽冷却器，布置在#1高加出口，提高给水温度10 ℃，锅炉省煤器入口的给水温度达到315 ℃，机组热耗率降低约48 kJ/(kW·h)。

提高主蒸汽压力对机组热效率的影响，一般可归纳为进气压力≤27 MPa时，主蒸汽压力每提高1 MPa，约降低热耗率0.20%～0.25%；在更高压力及单流程体积流量较小时，主蒸汽压力每提高1 MPa，约降低热耗率0.10%。对于该工程而言，提高主蒸汽压力后，机组热耗率约降低56 kJ/(kW·h)。

在超超临界机组参数范围内及一定功率下，主蒸汽温度对汽轮机内蒸汽的体积流量和通流部分设计效率影响不大，可以通过提高进汽温度来提高热力循环效率，一般过热蒸汽温度每提高10 ℃，可降低热耗率0.25%，再热蒸汽温度每提高10 ℃，可降低热耗率0.20%左右。对于该工程而言，提高再热蒸汽温度后，机组热耗率约降低16 kJ/(kW·h)。

图3为该工程采用上述技术路线方案后汽轮机热耗率的优化分项贡献指标。