零號高壓加熱器熱經濟性分析

車聰斌,張樂樂,孟勝利（河南省電力勘測設計院,鄭州　450007）

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零號高壓加熱器熱經濟性分析

車聰斌,張樂樂,孟勝利
（河南省電力勘測設計院,鄭州450007）

摘 要：目前1000MW超超臨界火電機組常處于低負荷工況運行。作為回熱系統優化的方式之一，設置零號高壓加熱器可提高1000MW超超臨界機組在低負荷工況下的熱經濟性。本文具體分析了設置零號高壓加熱器對汽輪機組熱耗率和鍋爐熱效率的影響，通過對零號高壓加熱器系統方案開展經濟性和可行性比較，在現有運行模式下（常參與調峰且處于低負荷運行）推薦采用零號高壓加熱器系統方案。

關鍵詞：零號高壓加熱器；低負荷工況；熱經濟性

1　現役1000MW級火電機組運行概況

隨著我國經濟的快速發展，居民用電和商業用電的比重逐年增加，導致用電負荷峰谷差激增，使得按照承擔基本負荷設計的600MW級和1000MW級超超臨界火電機組不得不參與調峰，且通常處于低負荷運行。根據全國現役1000MW超超臨界火電機組的運行情況統計，機組在低于70%負荷工況下的運行小時數約占35%。

2　設置零號高壓加熱器的必要性分析

當機組處于低負荷時，采用滑壓方式運行，不在設計“經濟區”內。隨著機組負荷的降低，機組熱效率隨之下降，造成供電煤耗升高，無法發揮超超臨界機組高效率的優勢，造成不必要的較大經濟損失。

為提高1000MW級超超臨界機組在低負荷工況下的運行效率，回熱系統優化是值得關注的一個重要方向。而回熱加熱器級數是影響回熱系統熱經濟性的主要因素之一。一般情況下，隨著回熱加熱器級數的增加，給水溫度將有所升高，機組的循環熱效率將有所提高[1]。

在回熱系統中，1號高壓加熱器出口再增設1個高壓加熱器用來加熱給水，則該高壓加熱器稱為零號高壓加熱器。零號高壓加熱器蒸汽由高壓缸第5級（考慮與補汽閥進汽在同一個接口）后抽出，加熱器疏水逐級自流至1號高壓加熱器。增設在低負荷工況下投入運行的零號高壓加熱器，可提高機組在低負荷工況運行時的最終給水溫度，從而改善汽輪機在低負荷工況的運行經濟性，同時也可提高機組在低負荷時SCR裝置的投用率[2]。

在現階段，根據地域調峰情況以及機組的工作負荷變化特性，相應開展設置零號高壓加熱器的分析研究，著力提高1000MW級超超臨界汽輪機組在低負荷工況下的運行效率，是非常及時和必要的。

3　零號高壓加熱器系統熱經濟性分析

3.1零號高壓加熱器熱經濟性分析

本文所分析的鍋爐型號為SG-3037/29.3/605/623，型式為超超臨界參數、變壓直流爐、單爐膛、切向燃燒，一次再熱、平衡通風、露天島式布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構塔式布置鍋爐，并按同步加裝煙氣脫硝裝置設計。汽輪機型號為N1000-28/600/620，型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式、九級回熱抽汽，設外置式蒸汽冷卻器、設零號高壓加熱器。發電機型號為QFSN-1000-2型。

增設零號高壓加熱器，在低負荷工況，可利用汽輪機高壓缸補汽閥進汽口作為抽汽口[3]。在零號高壓加熱器抽汽管道上安裝一道抽汽調節閥，對回熱抽汽進行調節，可在某一負荷段保持抽汽調節閥后的壓力基本不變，實現對給水溫度進行控制，從而提高低負荷工況下的最終給水溫度（高負荷時，零號高壓加熱器不投運），改善汽輪機在低負荷工況的運行經濟性。與此同時，當最終給水溫度提高時，省煤器出口煙氣溫度也將升高，可保證SCR裝置在低負荷工況正常投運。

此外當機組處于低負荷工況運行時，主蒸汽調節閥常處于節流狀態，機組的效率損失有所增加。增設零號高壓加熱器，可在一定程度上可增大主蒸汽流量，進而降低主蒸汽調節閥的節流損失，提高汽輪機組熱效率。而最終給水溫度的提高，將導致排煙溫度升高，使鍋爐熱效率有所降低。因此綜合分析設置零號高壓加熱器的經濟性，應從

鍋爐和汽輪機整體進行考慮。

利用我院引進美國Thermofl ow公司熱平衡分析軟件Thermofl ex，結合某汽輪機廠熱平衡圖進行建模分析，可得到機組在低負荷工況下的給水溫度和熱耗率。

根據該汽輪機廠熱平衡圖，THA工況下的最終給水溫度為298.8℃。Thermofl ex計算表明，在增設零號高壓加熱器情形下，在75%THA工況下，最終給水溫度為298.1℃，較無零號高壓加熱器時可提高18.8℃，基本與THA工況下的給水溫度相當，汽輪機組熱耗率可降低約21 kJ/kW·h；在50%THA工況下，最終給水溫度為287.8℃，較無零號高壓加熱器時可提高33.7℃，也基本與THA工況相當，汽輪機組熱耗率可降低約46 kJ/kW·h。

若機組按調峰模式運行，在50%～75%THA部分負荷工況下，增加零號高壓加熱器運行后，汽輪機組熱耗率降低21～46 kJ/ kWh，從而提高了汽輪機組在部分工況的熱經濟性。與此同時，在50%THA～75%THA部分負荷工況下，增加零號高壓加熱器運行后，最終給水溫度達到287.8～298.1℃，鍋爐排煙溫度也將升高，也可實現脫硝系統全天候運行。

根據鍋爐熱力性能數據，在扣除鍋爐廠裕度的條件下，對于設計煤種，在設置零號高壓加熱器時，75%THA工況下鍋爐熱效率為94.51%，50%THA工況下鍋爐熱效率為93.98%。切除零號高壓加熱器后，75%THA工況下鍋爐熱效率為94.66%，50%THA工況下鍋爐熱效率為94.38%。因此零號高壓加熱器對全廠供電標準煤耗率的影響：75%THA工況降低0.344 g/kW·h，50%THA工況降低0.514 g/ kW·h。

另外在機組回熱系統中，低溫省煤器可利用鍋爐煙氣余熱加熱凝結水，排擠部分低壓加熱器回熱抽汽，從而提高汽輪機組熱經濟性。在設置零號高壓加熱器的情況下，低溫省煤器所回收的煙氣熱量將有所增大，通過煙氣余熱回收利用，鍋爐排煙溫度會有所降低，鍋爐效率也將有所提高，即此時機組的熱經濟性將進一步提高。

3.2 零號高壓加熱器系統投資回收分析

由于電網的擴大和用電結構的變化，峰谷差也相應擴大，機組除要承擔基本負荷，也要承擔調峰任務。在調峰運行模式下，國內大容量機組多采用滑壓運行，機組的年運行小時數、年利用小時數等條件對經濟比較結果有明顯的影響。參考河南電網同類型機組的實際運行情況，按年利用小時數取5000h，機組調峰運行模式暫按表1考慮。

表1　調峰運行模式不同負荷的運行時間組合

機組年利用小時數按上表中數據計算，則方案一（不帶零號高壓加熱器方案）和方案二（帶零號高壓加熱器方案）的兩種方案熱經濟性比較計算結果如表2所示。

由表2知：如果機組按調峰模式運行時，年利用小時數按5000h，方案二（帶零號高壓加熱器方案）比方案一（不帶零號高壓加熱器方案）的標準供電煤耗率低，每臺機組年節約標煤量1752t。

方案二相比方案一會多增加零號高壓加熱器設備，設備初投資將有所增加，根據供貨商的詢價可知約增加初投資500萬元/套；抽汽管道系統會增加一路抽汽和部分高壓給水系統管道，對于單臺機組而言，增加的抽汽系統、高壓給水系統會增加約100萬元的管件、閥門、支吊架等的投資費用；兩種方案的汽機房體積可以一樣，主廠房投資沒有差別；兩種方案的可施工性、可擴展性、可回收性、防災和突發事件處理等方面的設計基本無差別。

據以上計算，單臺機組增加投資600萬元，全廠兩臺機組共增加投資1200萬元。表3為方案二（帶零號高壓加熱器運行）單臺機組在調峰模式的投資回收期初步計算結果（暫按靜態考慮）。

表3　調峰模式運行投資回收期計算表

4　結論

隨著近兩年新建高效超超臨界機組的陸續采用，1000MW高效超超臨界機組帶零號高壓加熱器系統方案，從技術層面上分析，其安全性、可靠性、可施工性、可維護性、可回收性、防災和突發事件處理等方面，與常規不帶零號高壓加熱器系統方案相差不大。

從經濟層面上分析，如果兩臺機組按基本負荷（100%THA）運行時，零號高壓加熱器系統不投入運行，會造成初投資增加約1200萬元。如果機組按調峰模式運行時，帶零號高壓加熱器系統方案在75%THA負荷以下運行，按照標煤價為680元/噸時，回收年限為6.70年。

綜上所述，機組運行模式對投資回收期的影響較大；如果機組按基本負荷模式（100%THA）運行時，機組在增加零號高壓加熱器后并無收益；如果機組按調峰模式運行，在標煤價格680元/噸時，投資回收期年限約6.70年，經濟效果顯著。若機組同時設置低溫省煤器，投資回收年限將進一步降低。

參考文獻：

[1]葉濤.熱力發電廠[M].北京:中國電力出版社,2006.

[2]喬加飛,郝偉,劉穎華,那爾蘇.基于零號高加的寬負荷高效回熱技術研究[J].中國煤炭,2014,Z1:228-234..

[3]劉啟軍,李作蘭,方琪.超超臨界機組增設零號高壓加熱器研究[J].吉林電力,2015,43(04):1-4.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.050