MW二次再热超超临界机组技术特点及经济性朱军.docx
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1、 mn 勘测设计 DWBB WE saw Dan 发 电设计 1000MW二次再热超超临界机组技术特点及经济性 1000MW二次再热超超临界 机组技术特点及经济性 朱军 (西北电力设计院,陕西西安 710075) 摘要: 简要介绍了火力发电厂二次再热机组的发展情况,并以 1000MW容量为例,从机组的参数选择、 主机、主耍热力系统三方面阐述了二次再热超超临界机组技术的特点,并从煤耗和投资的变化两方而对 1000MW二次再热机组与一次再热机组的经济性进行了比较,对二次再热技术的应用提出了建议。 关键词 :二次再热;超超临界机组;特点:经济性。 中图分类号: T1V丨 621文献标志码: B文章编
2、号 : 1671-9913(20丨 3)064024-06 Technical Characteristics and Economy of 1000MW Ultra-supercritical Unit with Double Reheat Cycles ZHU Jun (Northwest Electric Power Design Institute, Xian 710075, China) Abstract: The development situation of power unit with double reheat cycles of thermal power plant
3、are briefly introduced and the power unit with the capacity of 1000MW is cited as an example in this paper. The technical characteristics of ultra-supercritical unit with double reheat cycles is elaborated in three aspects such as selection of unit parameter, main machines and main thermal power sys
4、tem. A comparison between the economy of 1000MW ultra-supercritical unit with double reheat cycles and that of 1000MW ultra-supercritical unit with single reheat cycle is made in the two aspects of coal consumption rate and variation in investment. The proposal concerning the technical application o
5、f ultra-supercritical pressure power unit with double reheat cycles is also set forward. Key words: double reheat; ultra-supercritical unit; characteristics; economy. 我国超超临界机组经过近十年的发展,已 成为成熟的先进发电技术。截至目前,国内在 建和投产的 1000MW等级超超临界机组分别超 过 100台和 45台,为我国大幅降低平均发电煤耗 起到了重要作用,并使我国超超临界发电技术 水平跨入国际先行行列。 我国 “ 富煤、贫油
6、、少气 ” 的资源特点, 决定了燃煤发电在我国能源结构中的主要地 位。面对我国经济高速发展,电力需求和环境 保护的巨大压力对我国节能减排提出了新的要 求,而提高火电厂的发电效率,减少发电煤 耗,是从源头上降低烟气污染物和二氧化碳排 放的最有效手段。美国、欧洲、日本以及我国 都制定了发展 “70(TC” 超超临界发电技术的计 *收稿曰期: 2013-10-30 作者简介:朱军 (1963-),男,陕西杨陵人,教授级髙级工程师,现任中国电力工程顾问集团西北电力设计院总工程师,长期从 事火力发电厂设计、设计项目管理及设计技术管理工作。 24 201奔 12 月第 卜发 电设计 1000MW二次再热超
7、超临界机组技术特点及经济注 mn 划。但由于新的镍基耐高温材料在研制过程当 中一些问题尚未解决,致使应用计划将延迟至 2020年左右。在今后八至十年里,超超临界二 次再热技术的应用将是解决效率和环保问题的 切实选择,也可以为今后 70CTC机组实施二次再 热做好技术储备。 1二次再热机组的发展 对于二次再热机组,据不完全统计,全世 界至少有约 50台超 (超 )临界二次再热机组投入 运行。其中德国共投运 11台超 (超 )临界二次再 热机组,美国共投运 23台超 (超 )临界二次再热 机组,日本共投运 13台超 (超 )临界二次再热机 组,丹麦有 2台二次再热超超临界机组。从机组 投运的时间上
8、分析,大多数二次再热机组都在 上世纪六,七时年代投运,八、九十年代投运 的二次再热机组明显减少,从机组参数分析, 绝大多数机组的参数在 560 C和 25MPa左右。 个别机组的压力达到 31MPa,主蒸汽温度达到 600 C等级。 表 1国外投运的二次再热机组参数 机组 燃料 主汽压力 /MPa 蒸汽温度厂 C 投运时间 川越电厂 #1(700 MW) 天然气 31.0 566/566/566 1989 川越电厂 #2 (700MW) 天然气 31.0 566/566/566 1989 丹麦 Skaerbaek 电厂 #3(415MV) 天然气 29.0 582/582/582 1997 丹
9、麦 NordjyHand 电厂 #3 (385MW) 煤 29.0 582/582/582 1998 近几年,随着我国一批超超临界燃煤发 电机组的建设和投运,我国己经掌握的超超 临界机组设计、制造、安装和运行技术。基 于这样的条件,我国已经具有开发和应用二 次再热的能力。近期,随着国电泰州电厂二 期工程二次再热机组示范工程的开展,其它 发电公司在一些项目上也相继开展了二次再 热的建设工作。 表 2近期国内二次再热机组情况 机组 燃料 主汽 H力 /MPa 蒸汽温度 /C 计划投运时间 国电泰州电厂二期工程 (1000 MW) 烟煤 31 600/610/610 华能莱芜电厂一期工程 (M W)
10、 1000 烟煤 31 600/620/620 华能安源电厂 期工程 (660 MW) 烟煤 31 600/620/620 2 1000MW二次再热超超临界机组的 技术特点 2.1参数选择 (1主蒸汽压力 提高汽轮机进汽蒸汽参数是提高机组效 率的有效方法之一,当进汽压力在 27MPa 范围内,1 MPa进汽压力约影响汽机热耗 0.25% 0.2%,在更高压力及单流程容积流量较 小时, IMPa进汽压力影响汽机热耗 0.1%左右。 已经投运的超超临界二次再热机组的最高 运行压力为日本的川越电厂 #丨, #2机组,高压 缸进汽压力达到 31MPa 若继续提高主蒸汽压力,虽然能提高汽轮 机的效率,但
11、压力的提高增加了锅炉压力部件、 主蒸汽管道、给水管道、汽轮机主汽阀和调节 阀、汽轮机高压缸的设计压力,造成相关蒸汽管 道、设备部件壁厚增加,带来材料成本上升,尤 其是耐高温的热强钢的成本上升。管道及汽轮机 壁厚增加还会导致启动、停机灵活性下降,因此 考虑主汽压力控制在 31MPa应该比较合适。需要 注意的是,对于 “ 定一一滑 ” 运行模式的汽轮 机,应关注 3IMPa对应的汽轮机工况以及相应工 况下的锅炉过热器出口的压力。建议将 31MPa对 应到汽轮机 TMCR工况,并将 TMCR工况作为汽 轮机额定工况和热耗考核工况。 (2) 主蒸汽温度 一般来讲,每 HTC过热蒸汽温度影响热 2013
12、年 12月第 6朗 25 mn 勘测设计 DWBB WE saw Dan 发 电设计 1000MW二次再热超超临界机组技术特点及经济性 耗 0.25%,因此,提高温度对提高机组热效率 的效果非常显著。但是,由于主汽压力已经达 到31MPa, 如果主汽温度同时提高,则锅炉、 汽机、主汽管道的造价相应增加较多。同时对 比国外近期新建的先进铁素体材料超超临界机 组,主蒸汽温度也没有超过 600C,主蒸汽温度 采用 600 C是比较合适的。 (3) 热再热蒸汽温度 一般来讲,每 KTC热再热蒸汽温度影响热 耗0.15%。对于热再热蒸汽温度的选择,由于一 次热再热压力约为主汽压力 30%,二次热再热 压
13、力约为一次再热压力的 28%,远低于主蒸汽 压力,因此,锅炉再热器受热面及再热蒸汽管 道采用现阶段成熟材料的前提下,再热温度高 于新蒸汽温度是可行的。同时再热温度越高, 机组排汽湿度越小,对汽轮机末级的经济性安 全性越有利。下表为国外近年来投运的热再热 温度超过 600 C的电厂。 表 3投运的热再热温度超过 60(TC的机组 机组 锅炉 汽轮机 所属公司 投运 时间 橘湾 1 石川岛 东芝 J-Power 25-600/610 2001 橘湾 2 BHK 三菱 J-Power 25-600/610 2001 新矶子 1 石川岛 富士 J-Power 24.1-600/610 2002 新矶子
14、 2 石川岛 日立 J-Power 25-600/620 2009 Walsum 10 日立 steag 29-600/620 2010 Boxberg R 日立 Vattenfall 31.5-600/610 2010 RDK8 Alstom EnBW 27.5-600/620 2011 Datteln4 Alstom Alstom E.ON 28.5-600/620 2011 对于锅炉而言,现有高温受热面材料如 HR3C、 Super304H的温度控制极限值为 639。, 蒸汽联箱所用材料 P92的温度控制极限为 649 C(ASME/630 C(锅炉规程 ),因此,可将热 再热蒸汽温度提
15、高到 620 C。 需要关注的是,当 再热蒸汽超过 60CTC时,特别是达到 620 C时, 锅炉炉膛烟温偏差以及烟气流量分布的均匀性 应严格控制,以便控制热再热汽温度的偏差, 确保蒸汽温度不超过温度控制极限。 对于汽轮机而言,由于热再热蒸汽温度提 高到 62CTC,汽轮机中压转子、中压内缸、中压 隔板以及中压联合汽门等就需要使用更高等级 的新型铁素体材料。欧洲 COST522计划中研制 了两种用于 630 C等级的锻件和铸件新型材料, 代号 FB2和 CB2, 它是在 9%Cr材料中添加微量 Co和 B,其 10万小时高温持久性能比改良 12Cr 材料在同一温度条件下要高约 30 40M P
16、a。 目 前,欧盟及日本等公司已完成转子和铸件供货 的所有工艺技术准备, 并在美国、德国以及波 兰新建电厂中使用。 从提高机组经济性、目前现有的高温耐热 材料状况以及工程实际应用情况来看,将热再 热蒸汽温度提高到 620C 是可行和适宜的。 2.2锅炉 从国外己经运行的二次再热机组的情况来 看,二次再热锅炉炉型有 “71” 型炉和塔式炉。 对于热再热蒸汽温度为 62CTC二次再热锅 炉,由于再热级数的增加以及热再热蒸汽温度 基本达到了现有材料的温度极限值,因此二 次再热锅炉与一次再热锅炉相比具有自己的特 点,需要引起注意。 (1) 主蒸汽、一次热再热蒸汽以及二次热再 热蒸汽温度的调节和控制 由
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