1 000 MW超超臨界火電機組的設計優化

（浙能舟山六橫發電廠，浙江舟山316131）

1 000 MW超超臨界火電機組的設計優化

金宏偉

（浙能舟山六橫發電廠，浙江舟山316131）

舟山六橫發電廠新建工程項目在初步設計階段開展了設計優化。介紹了主廠房運轉層標高選擇、高壓加熱器的選型、給水泵及前置泵的容量選擇及布置方式、低溫省煤器的選擇等優化項目并進行經濟性分析，將為工程建設節省大量投資費用。

1 000 MW；火電機組；設計優化

浙能舟山六橫發電廠位于浙江省舟山市六橫鎮，一期建設規模為2×1 000 MW超超臨界國產燃煤發電機組，三大主機分別選用北京巴威鍋爐廠、東方汽輪機廠和東方電機廠的設備，為實現發電廠工程節能降耗與控制造價，提高運行經濟性，有必要在發電廠初步設計階段進行系統設計、工藝流程、設備配置等方面的優化工作，確保建成后的機組在設計水平、工程建設、運行指標方面能達到國內一流或國際先進水平。

1 汽機房運轉層標高選擇

國內已投運的1 000 MW超超臨界機組運轉層標高大多定在17 m，主要是考慮凝汽器能順利穿管及減少負挖土方量[1]，也有少數發電廠（如華能廣東海門發電廠、國電潮州三百門發電廠等）將運轉層標高定在15.5 m，降低主廠房容積以節省土建費用與減少運行費用[2]。本工程據初步計算，將運轉層標高由17 m降到15.5 m，綜合主廠房容積減少與負挖土建費用的增加情況，總土建費用仍下降約70萬元左右；由于凝汽器布置的下降，循環水泵功率及耗電量減少，年運行費用可以下降約200萬元左右，經濟效益較明顯。

對運轉層標高優化為15.5 m的發電廠進行實地調研，認為主廠房容積壓縮后設備管道布置過于密集，設備檢修空間與檢修通道狹窄，不利于平時的檢修維護。經綜合考慮工程投資、運行的經濟性與檢修維護的便利性，將運轉層標高確定為16 m。

2 汽動給水泵組的選型及布置方式

2.1 汽動給水泵組的比選

目前國內已投運的1 000 MW超超臨界機組中，只有外高橋發電廠三期配置1臺100%鍋爐最大出力工況（BMCR）容量汽動給水泵[3]，其他都配置2臺50%BMCR容量汽動給水泵組。

1臺100%BMCR容量的給水泵組運行經濟性要優于2臺50%BMCR容量，給水泵效率可提高1%～2%，給水泵汽輪機效率可提高6%[4]，折合標煤可節約0.8 g/kWh,年運行燃料費用可節約352萬元。但據了解目前國內還沒有為1 000 MW超超臨界機組配套生產100%BMCR容量給水泵及給水泵汽輪機的制造廠家。按100%BMCR容量給水泵及汽輪機采用進口設備與50%BMCR容量給水泵及汽輪機采用國產設備進行比較，2臺50%BMCR容量的國產給水泵比1臺100%BMCR進口給水泵的配置總投資低5 000萬元。

另外單臺100%BMCR容量汽動給水泵組的故障將直接影響到機組的連續穩定運行，而2臺50%BMCR容量給水泵組在1臺泵組故障情況下機組還可以帶60%負荷[5]。

經過上述兩種配置方案優劣點的綜合對比，考慮配置2臺50%BMCR容量汽動給水泵組。

2.2 前置泵驅動方式及給水泵組布置優化

前置泵的驅動方式分為2種：前置泵由電機單獨驅動；前置泵、主泵同軸布置由給水泵汽輪機通過減速箱驅動。給水泵組的布置方式結合前置泵的驅動方式又分為3種：

（1）常規的布置方式，即前置泵布置在除氧間0 m層，由電機驅動，給水泵布置在運轉層。常規的布置方式被國內大部分火電機組采用。

（2）前置泵與主泵同軸布置在運轉層。在國內投產的1 000 MW機組中也有廣泛使用，如國電北侖發電廠[6]、華能南京金陵發電廠等。

（3）前置泵與主泵同軸布置在除氧間0 m層，給水泵汽輪機采用上排汽方式。這種方式在目前國內投產的百萬千瓦機組級別中尚無應用業績，但在300 MW級別機組由電泵改造為汽泵項目中有一定的應用并運行良好，如華電國際山東鄒縣發電廠、華能江蘇淮陰發電廠、華能重慶珞璜發電廠等。

前置泵布置在運轉層還是0 m層，影響到除氧器的布置及主廠房的容積與土建費用。除氧器的布置必須滿足前置泵的有效汽蝕余量要求，前置泵在除氧器滑壓運行中出現事故暫態工況時（如機組突然全甩負荷），有效汽蝕余量會出現最小值，只有該工況下的最小有效汽蝕余量滿足前置泵的汽蝕余量要求時，前置泵的運行才是安全的。通過計算，前置泵布置在0 m層時，除氧器至少需要布置在26 m以上；若將前置泵布置在運轉層，除氧器則需要布置在39 m以上方能滿足要求，相應的主廠房容積增加約13 000 m3，2臺機組總投資估算需增加390萬元。

通過投資與技術經濟性對比，前置泵與汽動給水泵汽輪機同軸布置在0 m層，采用上排汽的方案比另兩種方案有相對的優越性，既減少了主廠房容積，又取消了前置泵電機，降低了廠用電率。故經綜合考慮，采用的方案為2×50%BMCR容量汽動給水泵組、主泵前置泵同軸0 m層布置、給水泵汽輪機采用上排汽的方式。

3 高壓加熱器選型

1 000 MW超超臨界機組高壓加熱器（簡稱高加）主要有2種布置方式，即單列布置與雙列布置。目前國內已建成投運的1 000 MW超超臨界機組中，只有外高橋發電廠三期、平頂山發電廠采用單列布置，其他均采用雙列布置[7]。

采用雙列高加大旁路布置方式，當任一高加故障導致該列退出運行時，另一列仍可通過60%左右的給水流量，此時鍋爐的給水溫度不會降到除氧器出口的給水溫度，對機組運行的擾動相對較小，此時機組的熱經濟性相對較高。采用單列布置時，當任一高加故障導致高加退出運行時，鍋爐給水溫度瞬間降為除氧器出口溫度，此時機組雖然能帶滿負荷運行，但對機組穩定運行的擾動較大，機組運行的經濟性也較差。

在布置方式上，雙列高加布置形式上相對復雜，抽汽管道、疏水管道、給水管道及相關閥門均需雙套布置，設備系統結構復雜，系統故障及泄漏的概率也增加。

通過對雙列高加和單列高加的抽汽管道進行熱力計算表明，抽汽管道采用雙列高加時比采用單列高加時的壓降要增加0.4%。結合熱平衡計算，采用單列高加時機組熱耗可以下降0.3 kJ/kWh，煤耗比采用雙列高加可減少0.01 g/kWh，運行經濟性稍好。另外通過投資費用的比較，采用雙列高加時，每臺機組在高加設備投資、給水系統、加熱器疏水系統、抽汽系統的管道閥門投資等方面比采用單列高加要高288萬元左右。

通過上述比較分析，認為高加采用單列與雙列均是可行的，在系統布置、設備投資、運行經濟性及設備可靠性上單列高加相對占有一定優勢，故決定采用單列高加。

4 低溫省煤器設置

為防止鍋爐尾部受熱面的煙氣結露與低溫腐蝕，通常鍋爐的排煙溫度設計得比煙氣露點溫度高許多，因此排煙熱損失很大，是當前鍋爐熱損失中的最大項，如何進一步降低排煙溫度成為鍋爐節能減排技術發展的必然選擇。

近年國內多家發電廠進行鍋爐改造時，多加裝低溫省煤器，利用鍋爐的排煙余熱對熱力系統中的凝結水或采暖熱電廠回水等冷卻水源進行加熱利用，并取得不錯的經濟效益。如外高橋發電廠三期1 000 MW超超臨界機組通過在鍋爐空氣預熱器后加裝低溫省煤器來提高凝結水的溫度，減少低壓加熱器（簡稱低加）的抽汽量，既利用鍋爐排煙余熱獲得電能，同時對于脫硫系統還可以減少大量脫硫用水[8]，取得了較好的經濟效益。

在全社會倡導節能排減的大背景下，加裝低溫省煤器是新建發電廠工程的必然選擇。分析對比加裝低溫省煤器的相關方案，決定將低溫省煤器布置在引風機后、脫硫吸收塔前，在7，8號低加間采用串并聯布置方式，加熱回熱系統中的凝結水。該方案初投資小，綜合經濟性好，計算發電煤耗可降低0.89 g/kWh，以機組滿負荷工況為基準的投資回收年限為5.05年。

5 結語

六橫發電廠在初步設計前開展的優化項目共有29項，在此主要分析了主廠房運轉層標高的確定、汽動給水泵的選型及布置、高壓加熱器選型及加裝低溫省煤器等4個方面的優化情況。另外還進行了主再熱蒸汽系統壓降優化、凝結水泵采用變頻調節技術、風機選型及裕量選擇、引風機與增壓風機合并設置（即四合一風機）、鍋爐除渣方式優化、凝汽器冷端優化、循環水泵選型配置優化等。通過開展設計優化，取得了較好的經濟效益，節省了大量的工程投資費用。

[1]范永春，石佳.1 000 MW機組汽機房運轉層標高優化[J].東北電力技術，2006（9）:14-16.

[2]范永春，楊小華.華能海門電廠設計優化探討[J].廣東電力，2010，5（23）:50-54.

[3]馮偉忠.1 000 MW超超臨界機組給水泵及系統優化[J].中國電力，2010，43（8）:26-30.

[4]俞興超.1 000 MW超超臨界火電機組給水泵配置及分析[J].華東電力，2008，36（9）：90-94.

[5]張元林，潘家成，張健，等.超超臨界1 000 MW機組給水泵汽輪機開發設計[J].東方電氣評論，2008，22（86）: 1-6.

[6]陳建縣，陶磊.超超臨界1 000 MW機組給水泵前置泵的優化配置[J].浙江電力，2007，26（6）:19-21.

[7]欒義，張野虎，卯云峰.1 000 MW機組高壓加熱器配置方案淺析[J].科技信息，2010（35）:1099，1134.

[8]張振球.既減排又節能外三廠成功實現“零能耗脫硫”[J].上海電力，2009（4）:320.

（本文編輯：陸瑩）

Design Optimization for 1 000 MW Ultra-supercritical Thermal Power Units

JIN Hong-wei
（Zheneng Zhoushan Liuheng Power Plant，Zhoushan Zhejiang 316131，China）

The design optimization of the new project in Zhoushan Liuheng Power Plant is performed during the preliminary design stage.This paper presents the design optimization items including elevation selection of the turbine house operating layer，type selection of the high-pressure heater，capacity selection and layout methods of the feed water pump and booster pump，selection of low-temperature economizer and carries out the economic analysis.It will reduce a lot of investment costs for project construction.

1 000 MW；thermal power units；design optimization

TK222

：B

：1007-1881（2012）07-0038-03

2011-12-26

金宏偉（1976-），男，浙江臺州人，工程師，主要從事火電廠生產技術管理工作。