1 000 MW高效宽负荷率超超临界机组给水温度的优化研究

余海鹏，康剑南，包伟伟

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

1 000 MW高效宽负荷率超超临界机组给水温度的优化研究

余海鹏，康剑南，包伟伟

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

火电机组低负荷运行已成为常态，如何提高机组低负荷运行的热经济性是行业内的重要研究方向。提高给水温度是提高机组部分负荷时循环热效率的重要手段，对3种不同的提高部分负荷给水温度的调节方式进行计算分析，结果表明，通过对部分负荷给水温度的优化，可降低机组加权热耗约8.3～22.6 kJ/kWh，经济收益明显。

高效宽负荷率；给水温度；可调节抽汽；灵活性抽汽；0号高加

0 引言

近年来，我国电力行业整体呈现出产能过剩的态势，随着核电、风电等新能源发电设备装机所占份额不断提高，火电机组负荷率普遍不高已成为常态。根据中国电力企业联合会相关统计，2015年全国6 000 kW及以上电厂发电设备利用小时数为3 988 h。其中，水电3 590 h，比上年降低79 h；火电4 364 h，比上年降低414 h，为1969年以来的年度最低值[1]。鉴于火电机组目前负荷率低的现状，提高机组低负荷时的经济性已经成为行业一个重要研究方向。

最终给水温度是表征回热循环热经济性的重要指标之一，直接影响热力循环的平均吸热温度，进而影响循环热效率。常规大型火电机组部分负荷运行时给水温度下降，导致机组循环热效率变低，机组热经济性变差，因此通过提高部分负荷的给水温度是提高机组部分负荷经济性的重要手段[2-4]。国内某制造厂设计的1 000 MW超超临界机组共设置有9级回热抽汽，最后一级高压加热器（简称高加）抽汽来自高压12级后，以此机组为例，对可调节抽汽技术、灵活性抽汽技术和0号高加技术等3种提高部分负荷给水温度的调节方式进行比较，分析3种方式的运行原理以及带来的经济收益。

1 提高部分负荷给水温度的措施

常规机组的最终给水温度主要受最后一级高加的抽汽压力限制，抽汽压力高则给水温度高，抽汽压力低则给水温度低[5]。

常规回热系统的问题在于，机组设计完成之后，最后一级高加抽汽压力随机组主蒸汽流量自然变化，无法进行调整，机组在部分负荷运行时，最后一级高加抽汽压力会降低，从而导致最终给水温度下降。所以，提高最终给水温度的核心就是通过外部手段来提高机组部分负荷运行时的最后一级高加抽汽压力，使最终给水温度高于常规回热系统，达到降低机组热耗、提高机组热经济性的目的。

鉴于此，提出以下3种方式来调节部分负荷时的给水温度。

（1）方案一：采用可调节抽汽技术。

保持回热级数不变，将1号抽汽口前移（暂考虑从原高压12级后调整至10级后）[6]。在部分负荷下（85%～30%负荷）抽汽压力必然高于原机组，给水温度提高。但是在100%及以上负荷运行时，因受锅炉排烟温度限制，给水温度不能超过原机组VWO（汽轮机阀门全开）工况要求，因此需要在抽汽管道上设置可调节节流阀，对1号抽汽压力进行调节，这将导致高品质蒸汽被节流利用，对机组运行经济性不利。所以，方案一体现为部分负荷工况有正收益、额定负荷有负收益。

（2）方案二：采用灵活性抽汽技术。

保持回热级数不变，在原机组1号抽汽口之前额外增加1个备用抽汽口（暂时考虑设置在高压9级后）。在100%负荷运行时1号高加从高压12级后抽汽口抽汽，抽汽压力不提高，最终给水温度保持与原机组一致；在部分负荷运行时1号高加抽汽切换至高压9级后，抽汽压力提高，最终给水温度提高。所以，方案二体现为部分负荷工况有正收益、额定负荷为零收益。

（3）方案三：采用0号高加技术。

在原机组回热系统基础上增加一级回热抽汽（暂时考虑设置在高压9级后）[7-8]，对应给水系统增加一级高压加热器，机组变为10级回热，增加的一级高压加热器称为0号高加。在100%负荷运行时受给水温度限制，0号高加不投运，机组抽汽压力不提高，最终给水温度保持与原机组一致；在部分负荷运行时，0号高加投运，最后一级高压加热器抽汽压力提高，给水温度提高。所以，方案三体现为部分负荷工况有正收益、额定负荷零收益。

2 经济性分析

不同方案对应不同负荷下所带来的热耗收益、关键运行参数见表1。

最后一级的抽汽压力和抽汽温度是抽汽管道和阀门选型的关键参数，它们与机组负荷率的关系如图1、图2所示。

由图1、图2可知，在全负荷范围内，3种方案对应的抽汽压力和抽汽温度均高于原机组。其中，方案一在100%负荷时对应的最后一级抽汽压力最高，比原机组抽汽压力提高约1.774 MPa，增幅为21.1%；方案三在低负荷时对应的最后一级抽汽温度最高，比原机组提高约41.5℃，增幅为9.8%。由于抽汽压力和抽汽温度的提高，调整后的回热系统需要重新考虑最后一级抽汽管道、阀门的材料和安全性。

表1 各方案关键运行参数对比

图1 最后一级高加抽汽压力与机组负荷率关系曲线

图2 最后一级高加抽汽温度与机组负荷率关系曲线

按照100%负荷、75%负荷、50%负荷对应运行时间比例为1∶2∶1来考虑，不同方案的加权热耗收益见表2。

根据表2对比加权热耗收益可知，方案三对应的0号高加技术热耗收益最高，加权热耗收益共22.6 kJ/kWh。但是需要考虑的是，方案三是通过增加一整级回热抽汽系统才带来的收益。与方案三相比，方案二在部分负荷时刚好相当于减少1级回热抽汽，所以部分负荷热耗收益普遍低于方案三。方案一由于100%负荷时受到给水温度限制，存在比较大的节流，为了综合考虑全负荷范围内的经济性，调整后的最后一级抽汽压力不能太高，导致部分负荷抽汽不节流时带来的热耗收益变少，所以方案一加权热耗收益最少，但是相应的系统调整量最小。

表2 各方案加权热耗收益对比kJ·kWh-1

按照锅炉效率94.5%、管道效率99%、年利用小时数4 500 h、标煤900元/t计算，3种方案的经济收益见表3。

表3中“年经济收益”是指不同方案减少的汽轮机热耗带来的每年经济性收益，进一步考虑不同方案所需设备投资成本，各方案10年总经济收益依次为856.0万元、1 185.0万元和2 009.0万元，不包括需要增加的设备投资成本。可见，3种方案带来的经济收益都非常可观，不同调节方式之间也有比较明显的差别。

3 结语

对1 000 MW高效宽负荷率机组部分负荷时给水温度进行了优化，分析了采用可调节抽汽技术、灵活性抽汽技术、0号高加技术3种不同提高部分负荷给水温度方案，对3种调节方式的运行原理、经济收益进行了对比。结果表明，3种方案都能提高机组部分负荷时的给水温度，降低部分负荷时的热耗，机组加权热耗可降低约8.3～22.6 kJ/kWh，每年带来经济收益约91～250万元，在宽负荷范围内具有明显的优化收益。

表3 不同调节方式经济收益对比

[1]中电联规划发展部．中国电力行业年度发展报告2016[R]．北京：中国电力企业联合会，2016．

[2]蔡颐年.蒸汽轮机[M].西安：西安交大涡轮机教研室，1974.

[3]包伟伟，张启林，任伟，等.800 MW汽轮机通流改造的热力设计[J].浙江电力，2016，35（4）∶41-45.

[4]武宇，颜士鑫，武华．1 000 MW火电机组热力系统优化分析[J]．能源与环境，2014（1）∶45-47．

[5]苑丽伟，谢磊，黄新元．大型火电机组热力系统变工况经济性分析[J]．能源工程，2007（4）∶29-32．

[6]包伟伟，康剑南，赫广迅，等.大型汽轮发电机组可调节回热抽汽设计思想[J].热力透平，2015，44（3）∶161-164.

[7]包伟伟.1 000 MW超超临界机组增设0号高加经济性分析[J].发电设备，2015，29（3）∶172-175.

[8]王丽娜，方匡坤，钱林锋，等.1 000 MW机组0号高压加热器全负荷高效回热技术及其应用[J].浙江电力，2016，35（7）∶41-44.

[9]王军民.600 MW超临界机组锅炉宽负荷脱硝技术的探索及实践[J].浙江电力，2017，36（7）∶24-28.

[10]马佳燕.火电机组运行灵活性及高效宽负荷技术综述[J].热力透平，2017（2）∶108-110.

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[12]王振锋，吴其林，徐晓康，等.高效宽负荷机组改造设计思路探讨[J].东方汽轮机，2016（4）∶1-4.

[13]乔加飞，刘颖华，郝卫，等.考虑低温省煤器的宽负荷高效回热技术研究[J].节能技术，2016（2）∶103-106.

[14]乔加飞，郝卫，刘颖华，等.基于零号高加的宽负荷高效回热技术研究[J].中国煤炭，2014（S1）∶228-231.

[15]范巧云.燃煤机组过热汽温的新型控制策略研究[D].北京：华北电力大学，2013.

Optimization of Feedwater Temperature for a 1 000 MW Ultra-Supercritical Unit with High Efficiency and Wide Load

YU Haipeng， KANG Jiannan， BAO Weiwei

（Harbin Turbine Company Limited， Harbin 150046，China）

Low-load operation of thermal power generating units is a normal state，and how to improve thermal efficiency of the low-load operation of the units has become an important research direction in the industry.It is a key measure to improve thermal cycle efficiency in partial load to raise feedwater temperature.Three adjustment methods for raising feedwater temperature in partial load are analyzed，and it is shown that feedwater temperature optimization in partial load can reduce the weighted heat consumption by 8.3～22.6 kJ/kWh with significant economic benefit.

high efficiency and wide load； feedwater temperature； adjustable steam extraction； flexible steam extraction；No.0 high pressure

10.19585/j.zjdl.201709014

1007-1881（2017）09-0067-04

TM621

B

2017-07-10

余海鹏（1989），男，工程师，主要从事汽轮机热力设计工作。

（本文编辑：张 彩）