1000MW 等級一次再熱濕冷機組熱力系統優化研究

凌 芳

（中國能源建設集團廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663）

0 概述

節能環保是當前中國經濟發展一項重要任務，“十二五”能源建設規劃對各省、市、自治區的節能任務已作了明確安排，近幾年內提高能源利用率是企業今后市場競爭力和可持續發展的保證。因此，對火力發電機組的熱力系統進行優化，降低機組熱耗，提高經濟性十分必要[1-2]。

本文針對成熟的1000MW 等級超超臨界一次再熱濕冷機組，對其熱力系統可優化部分進行了分析研究，主要包括主機通流、給水系統、回熱系統、凝結水系統及抽真空系統等方面，指出了熱力系統的優化方向。

1 熱力系統優化措施

1.1 汽輪機通流改造

傳統的噴嘴調節，在機組低負荷運行時，閥門節流損失大，因此，三大主機廠目前均采用了全周進汽、滑壓運行或節流配汽方式，有效的降低了閥門節流損失和進汽損失，保證了額定負荷及低負荷下的汽輪機效率。三大主機廠對高、中、低壓缸的通流級改造雖各有不同，但都針對高壓缸第一級葉型、高中低壓缸通流級數、通流葉片流道等方面進行了優化設計，優化后的新1000MW 機型相對原機型高壓缸效率提高了約3%～4.7%。針對汽輪機通流的優化一直是提高汽輪機效率的重要措施。

1.2 給水系統

目前國內投運的1000MW 火電機組，給水系統大多設置2x50%BMCR 容量的汽動給水泵，為減少廠用電率，新建機組大多采用了鍋爐給水泵前置泵與汽動給水泵同軸布置。此外，可考慮主汽輪機同軸驅動給水泵的方案，即在運轉層汽輪機機頭側，由汽機主軸通過聯軸器、減速箱(齒輪箱)、調速裝置等傳動裝置帶動給水泵運行[3]。該方案機組運行的平均熱耗值較低，其經濟性優于小汽輪機驅動方案，且省去了小汽輪機相關系統，簡化了系統流程，但其調速裝置的價格較高，且存在一定變數，目前不具有經濟性。且國內尚未有工程真正實施了主汽輪機同軸驅動給水泵方案，其可靠性也有待驗證。

為了滿足機組啟動靈活的要求，電廠中通常配有電動給水泵。而在實際運行當中，國內外的多個電廠通過合理設計輔助蒸汽至給水泵汽輪機的回路，成功地實現了機組在無電泵情況下的機組啟動。表1為目前了解過的不設電泵，直接采用汽泵啟動的電廠。

表1 采用汽泵啟動電廠

采用輔助蒸汽啟動汽動給水泵，節省了電動給水泵設備及其相關系統，降低了初投資，但在啟動時間上要比電泵啟動慢，控制系統也會相對復雜，主要是在建設完成后首次啟動和大修后的啟動，要先完成給水泵汽輪機油系統的沖洗、油循環和系統調試后，方可使用輔助蒸汽啟動汽動給水泵向鍋爐打水。且新建機組還需增大啟動鍋爐容量，因此是否取消電動給水泵還需根據工程特點綜合考慮。

1.3 回熱系統

國內已投運1000MW 超超臨界濕冷機組汽輪機回熱系統大部分采用了8 級回熱抽汽；而空冷機組基本上都采用了7 級回熱抽汽。為了更大限度地獲得熱耗率的改善，回熱焓升分配和給水回熱級數的優化一直是目前國內研究的重點[4-6]。國產凝汽式機組的初參數、回熱級數以及給水溫度之間的關系如下表所示，表中還表示了采用再熱與回熱措施后循環熱效率的相對增長百分比。

表2 國產凝汽式機組的初參數、回熱級數以及給水溫度之間的關系

在給水溫度一定情況，回熱抽汽級數跟汽輪機的結構有關。經咨詢國內三大主機廠汽輪機機型，均推薦采用增加一級低加的9 級回熱方案，且國內正在新建的1000MW 等級濕冷機組已普遍采用此方案。采用9 級回熱可降機組熱耗值約～13kJ/kW.h，效益可觀。此外，3 號高壓加熱器設置一個外置式蒸汽冷卻器，利用3 號抽汽過熱度加熱，可提高最終給水溫度，降低機組熱耗，具有經濟性。

1.4 凝結水系統

電站排煙余熱有兩種回收方式：一種是通過能量轉換設備，轉化為其他形式的能源回收；另一種通過能量轉化，仍以熱能形式回收至熱力系統。采用何種余熱回收方式，取決于回收的熱量、回收的效率。目前國內外煙氣余熱回收裝置種類繁多，而低溫省煤器是將余熱回收至熱力系統的最有效、最安全可靠的一種工具。低溫省煤器與常規省煤器不同之處在于，其采用的與煙氣換熱的介質為凝結水。

低溫省煤器在國內和國外已經有運用業績。加裝低溫省煤器后排煙溫度由130℃左右下降到100℃左右，回收的熱量是相當可觀的。凝結水系統利用了煙氣余熱后，可使機組熱耗降低約25 kJ/kW.h。設置低溫省煤器后，煙氣溫度假定從125℃降低至105℃，供電標煤耗可降低0.93g，通過年費用法計算可得，設置低溫省煤器后年費用有一定優勢，動態回收年限為6.6年。此外，設置低溫省煤器后節水效益明顯，根據估算，1000MW 等級的兩臺機組如設置低溫省煤器，脫硫系統可節約用水約70t/h。

1.5 抽真空系統

抽真空系統的作用是在機組啟動初期，將主凝汽器汽側空間以及附屬管道和設備中的空氣抽出以達到汽機啟動要求，并且機組在正常運行中除去凝汽器空氣區積聚的非凝結氣體。常規凝汽器汽側抽真空系統是采用3×50%水環式真空泵，且高、低壓側一起抽吸。該方案的缺點是由于兩側背壓值不同，一起抽吸不利于維持各自的背壓，增大了真空泵出力。

因此，可考慮凝汽器汽側抽真空系統設置2×50%和1×35%容量的水環式真空泵。正常運行時，凝汽器低壓側投入50%容量真空泵，高壓側投入35%容量真空泵，一臺50%容量真空泵同時作為高低壓側備用。在機組啟動時，所有真空泵可一起投入運行，這樣可以更快地建立起所需要的真空度，從而縮短機組啟動時間。該方案的優點如下：

1）水環式真空泵2×50%加1×35%配置相對于3×50%配置，總造價低，年運行費用少，且運行靈活、配置合理。

2）對于雙背壓，真空泵分別對應高、低壓側進行抽吸，共同備用一臺真空泵，對維持高、低壓側各自的背壓有較好的效果，增加了機組的熱經濟性，達到了節能降耗的目的。

此外，除常規水環式真空泵外，目前有一種效率更高的錐體二級泵。錐體二級泵具有較大的吸、排氣口面積，流阻小，抽速高，節能效果明顯；在較高真空度下抽速穩定，效率高，功率消耗低；獨特的內置逆止閥技術，可以使第二級工作腔隨入口壓力的變化自動投入工作；二級分體葉輪懸臂運轉，簡化了密封結構，同時將壓縮比分為兩段，兩級壓縮，有效地防止汽蝕產生。

2 結束語

本文基于已投運的部分1000MW 超超臨界一次再熱濕冷機組設計、運行情況，提出了新建1000MW 等級機組的可優化方向，以達到減少能耗、高效環保、節省投資、降低成本，提高能源綜合利用效率的目的。

［1］武宇，顏士鑫，武華.1000MW 火電機組熱力系統優化分析[J].能源與環境，2014，1：45-47.

［2］洪波，錢文華，宋徐輝.國內火電廠熱力系統優化研究綜述[J].電站系統工程，1995，11(4)：1-3.

［3］于鳳新，譚紅軍，王珩，等.給水系統優化配置專題[Z].廣州：東北電力設計院，2010.

［4］劉志真，鄭維峰，王計森.1000MW 超超臨界機組回熱焓升分配及回熱級數的探討[J].電力建設，2009，30(1)：18-21.

［5］喬旭斌，鄧宏偉.1000MW 空冷機組回熱抽汽系統優化探討[J].熱力透平，2013，42(2)：73-76.

［6］李勇，黃萍力.汽輪機回熱系統加熱器給水焓升的優化分配[J].汽輪機技術，2008，50(6)：404-409.