超超臨界二次再熱機組汽輪機性能試驗及經(jīng)濟性對比

周仁米，吳恒剛，董益華，朱寶

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州　310003)

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超超臨界二次再熱機組汽輪機性能試驗及經(jīng)濟性對比

周仁米，吳恒剛，董益華，朱寶

(浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003)

以國內(nèi)首臺1 000 MW超超臨界二次再熱機組為例，介紹了超超臨界二次再熱機組汽輪機性能試驗方法，并將其與國內(nèi)常規(guī)1 000 MW超超臨界機組進行了經(jīng)濟性比較，分析了各參數(shù)對熱耗率的影響。

二次再熱；超超臨界；汽輪機；性能試驗；熱耗率

表1　國內(nèi)首臺二次再熱機組汽輪機主要參數(shù)

0　引言

經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國超超臨界機組已擁有成熟的先進發(fā)電技術(shù)。由于二次再熱機組在汽輪機、鍋爐、熱力系統(tǒng)及旁路配置上比一次再熱機組復(fù)雜，投資增加，在初參數(shù)不高的情況下，機組效率提高不多，因此，二次再熱機組在相當(dāng)長時間內(nèi)發(fā)展緩慢。近年來，隨著蒸汽參數(shù)的提高、材料性能的上升以及煤價的不斷變化，二次再熱的技術(shù)優(yōu)勢開始凸顯，已經(jīng)成為超超臨界發(fā)電技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。

目前，國外已有二次再熱發(fā)電機組的運行業(yè)績，其中美國25臺，日本11臺，德國、丹麥各數(shù)臺，這些機組多在20世紀70—90年代投運，其中采用超超臨界參數(shù)的機組有6臺。國際上容量最大的二次再熱機組是日本川越電廠的超超臨界700 MW機組，參數(shù)為31 MPa/566 ℃/566℃/566 ℃。我國二次再熱機組工程有國電泰州二期1 000 MW、華能萊蕪1 000 MW、華能安源660 MW機組，已于2015年開始陸續(xù)投產(chǎn)。

以國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組為例，介紹了二次再熱機組的汽輪機性能試驗方法，并對比了其與一次再熱機組的區(qū)別。

1　國內(nèi)首臺二次再熱機組汽輪機主要參數(shù)

國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組的汽輪機由上海汽輪機有限公司設(shè)計制造，型號為N1000-31/600/610/610，為超超臨界、單軸、5缸4排汽、二次中間再熱凝汽式，包括超高壓缸、高壓缸、中壓缸和2個低壓缸、10級回?zé)嵯到y(tǒng)，采用全滑壓運行，采用全周進汽+補汽閥的配汽方式。機組的主要參數(shù)見表1(表中高加為高壓加熱器，低加為低壓加熱器)，其汽輪機外形如圖1所示。

2　試驗測點和儀器

2.1試驗測點

由于二次再熱機組系統(tǒng)復(fù)雜，相比一次再熱機組增加了部分系統(tǒng)、管道，需增加相應(yīng)性能試驗測點。以國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組為例，其增加的系統(tǒng)和管道包括：超高壓缸及相應(yīng)再熱管道；#4高加及相應(yīng)管道；#9，#10低加及相應(yīng)管道；#2，#4外置式蒸汽冷卻器及相應(yīng)管道；疏水泵、低加疏水冷卻器及相應(yīng)管道等，如圖2所示。

圖2　1 000 MW超超臨界二次再熱機組汽機系統(tǒng)及測點布置

圖1　國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組汽輪機外形

2.2試驗儀器

由于超超臨界二次再熱機組的一次再熱溫度和二次再熱溫度達到了610 ℃，而正常溫度元件校驗范圍一般不超過600 ℃，因此，需在試驗前對相應(yīng)的溫度元件進行專門校驗以滿足試驗要求。

3　試驗計算及修正

3.1熱耗計算

本文所指的汽輪機系統(tǒng)包括回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)，但不包括鍋爐的熱力系統(tǒng)。發(fā)電機輸出功率是指發(fā)電機的凈輸出功率，即在二次側(cè)所測得的電功率，考慮二次線路的線損，并扣除勵磁系統(tǒng)所需功率[1-2]。

對于一次再熱超超臨界機組，熱耗的計算公式為

(1)

式中：qHR1為一次再熱超超臨界機組的熱耗；qmthr為主蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hthr為主蒸汽比焓，kJ/kg；hffw為鍋爐給水比焓，kJ/kg；qmhrh1為一次再熱熱段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hhrh1為一次再熱熱段蒸汽比焓，kJ/kg；qmcrh1為一次再熱冷段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hcrh1為一次再熱冷段蒸汽比焓，kJ/kg；qmrhr為一次再熱減溫水質(zhì)量流量，t/h；hrhr為一次再熱減溫水比焓，kJ/kg；P為發(fā)電機凈功率，MW。

超超臨界機組的過熱器減溫水是從高加出口給水管道引出，可以將其與給水合并，作為進入鍋爐的總水量處理。因此熱耗計算和修正中不用考慮過熱器減溫水。

對于二次再熱超超臨界機組，熱耗率的計算公式為

(2)

式中：qHR2為二次再熱超超臨界機組熱耗；qmhrh2為二次再熱熱段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hhrh2為二次再熱熱段蒸汽比焓，kJ/kg；qmcrh2為二次再熱冷段蒸汽質(zhì)量流量，t/h；hcrh2為二次再熱冷段蒸汽比焓，kJ/kg；qmrhs為二次再熱減溫水質(zhì)量流量，t/h；hrhs為二次再熱減溫水比焓，kJ/kg。

3.2第1類修正

按美國ASME PTC 6—2004《汽輪機性能試驗規(guī)程》對主要影響給水加熱系統(tǒng)的參數(shù)進行修正計算，主要包括加熱器給水端差、加熱器疏水端差、抽汽管道壓損、系統(tǒng)貯水量變化、凝結(jié)水泵和給水泵的比焓升、凝結(jié)水過冷度、給水泵汽輪機進汽流量及控制蒸汽溫度用的減溫水溫度等參數(shù)。記第1類修正后的熱耗為qHRC1，發(fā)電機出力為PC1。

3.3第2類修正

第2類修正系數(shù)C2HR，C2O對影響汽輪機性能的參數(shù)進行修正，以制造廠提供的修正曲線為依據(jù)，主要包括主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、一次再熱蒸汽溫度、一次再熱蒸汽壓損、二次再熱蒸汽溫度、二次再熱蒸汽壓損及排汽壓力。

第2類修正后熱耗率計算公式為

qHRC2=qHRC1C2HR，

(3)

第2類修正后發(fā)電機出力計算公式為

(4)

式中：C2HR，C2O為第2類修正系數(shù)。

與一次再熱機組相比，二次再熱機組的第2類修正計算中增加了二次再熱蒸汽溫度和二次再熱蒸汽壓損對熱耗率和功率的修正。

4　二次再熱與一次再熱機組的經(jīng)濟性對比[3]

通過提高主參數(shù)、集成優(yōu)化等綜合技術(shù)，使國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組實現(xiàn)了綜合提效，總體指標達到世界領(lǐng)先水平。

針對二次再熱機組二段抽汽和四段抽汽過熱度高的特點，該工程回?zé)嵯到y(tǒng)采用2級外置式蒸汽冷卻器，布置在#1高加出口，提高給水溫度10 ℃，鍋爐省煤器入口的給水溫度達到315 ℃，機組熱耗率降低約48 kJ/(kW·h)。

提高主蒸汽壓力對機組熱效率的影響，一般可歸納為進氣壓力≤27 MPa時，主蒸汽壓力每提高1 MPa，約降低熱耗率0.20%～0.25%；在更高壓力及單流程體積流量較小時，主蒸汽壓力每提高1 MPa，約降低熱耗率0.10%。對于該工程而言，提高主蒸汽壓力后，機組熱耗率約降低56 kJ/(kW·h)。

在超超臨界機組參數(shù)范圍內(nèi)及一定功率下，主蒸汽溫度對汽輪機內(nèi)蒸汽的體積流量和通流部分設(shè)計效率影響不大，可以通過提高進汽溫度來提高熱力循環(huán)效率，一般過熱蒸汽溫度每提高10 ℃，可降低熱耗率0.25%，再熱蒸汽溫度每提高10 ℃，可降低熱耗率0.20%左右。對于該工程而言，提高再熱蒸汽溫度后，機組熱耗率約降低16 kJ/(kW·h)。

圖3為該工程采用上述技術(shù)路線方案后汽輪機熱耗率的優(yōu)化分項貢獻指標。

圖3　各項技術(shù)對熱耗的優(yōu)化分項貢獻指標

將國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組就機組發(fā)電效率、熱耗率、發(fā)電煤耗等與國內(nèi)常規(guī)1 000 MW超超臨界一次再熱機組進行分析比較，結(jié)果見表2，可以看出，國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組經(jīng)濟效益顯著。

表2　國內(nèi)首臺二次再熱機組與常規(guī)一次再熱機組對比(1 000 MW)

5　結(jié)論

本文以國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組為例，對比了二次再熱機組與一次再熱機組的汽輪機性能試驗及經(jīng)濟性。同時，性能試驗和計算過程中應(yīng)注意以下問題。

(1)試驗測點布置中，需對增設(shè)的系統(tǒng)和管道增加相應(yīng)的溫度、壓力測點。

(2)試驗儀器需注意校驗范圍是否滿足試驗要求。

(3)熱耗率計算公式需根據(jù)二次再熱機組特點進行相應(yīng)修改，考慮二次再熱冷、熱段及二次再熱減溫水的質(zhì)量流量和比焓。

(4)第2類修正中增加了二次再熱蒸汽溫度和二次再熱蒸汽壓損對熱耗率和功率的修正。

(5)國內(nèi)首臺超超臨界二次再熱機組與常規(guī)超超臨界一次再熱機組相比，熱耗率降低約280 kJ/(kW·h)，經(jīng)濟效益顯著。

[1]陳顯輝，譚銳，張志勇，等.東方超超臨界二次再熱660 MW汽輪機熱力設(shè)計特點[J].東方汽輪機，2014(4)：1-5.

[2]劉凱.汽輪機試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3]谷雅秀，王生鵬，楊壽敏，等.超超臨界二次再熱發(fā)電機組熱經(jīng)濟性分析[J].熱力發(fā)電，2013,42(9):7-9,15.

(本文責(zé)編：弋洋)

2016-03-07；

2016-06-03

TK 267

B

1674-1951(2016)06-0028-03

周仁米(1967—)，男，浙江臺州人，高級工程師，從事汽輪機技術(shù)服務(wù)方面的工作(E-mail:zhourm@zjentc.com)。

吳恒剛(1982—)男，浙江蘭溪人，高級工程師，從事汽輪機性能試驗、技術(shù)服務(wù)方面的工作(E-mail:wuhenggang@163.com)。

董益華(1979—)，男，浙江奉化人，高級工程師，從事汽輪機性能試驗、調(diào)試、技術(shù)服務(wù)方面的工作(E-mail:dongyihua109@sina.com)。