超（超）臨界燃煤機組參數選擇研究

楊巧云

摘 要：對超（超）臨界機組，從機組效率、投資費用等方面，對采用不同蒸汽參數、機組容量及再熱次數等參數情況下進行分析比較，為合理選擇機組參數提供參考。

關鍵詞：超（超）臨界;燃煤機組;參數

一、前言

隨著社會的發展及煤炭資源的日益緊張，對燃煤機組的經濟性要求越來越高。超（超）臨界機組效率高，煤耗低，發電成本低，并且單位發電量的污染物排放量少，得到了廣泛應用。近年來，我國超（超）臨界機組發展迅速，機組臺數及裝機容量居世界前列，截止2018年底，我國已投產百萬千瓦超超臨界機組達到了111臺，超超臨界機組已約占我國火電機組裝機容量的45%，因此提高其效率及降低投資成本具有重要意義。超（超）臨界機組蒸汽參數、容量等參數的高低及再熱次數等因素對于經濟性有著直接影響，需要進行合理選擇。

二、機組參數選擇

1.蒸汽參數選擇

提高主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度可提高機組的熱效率。在超（超）臨界參數范圍內，主蒸汽溫度每提高10℃，機組的熱效率可相對提高0.25%-0.3%，再熱蒸汽溫度每提高10℃，機組的熱效率可相對提高0.16%-0.2%。主蒸汽溫度/再熱蒸汽溫度為600℃/600℃的機組比580℃/580℃的機組的熱效率約可相對提高0.92%。如某兩臺單機功率相同的機組，在主蒸汽壓力相同（24.1MPa）的情況下，蒸汽溫度593℃/593℃的機組的熱效率比538℃/538℃的高2%-2.5%。提高蒸汽溫度對提高機組熱效率的效果非常顯著，但主蒸汽和再熱蒸汽溫度的提高受到材料許用溫度限制，當蒸汽溫度提高到一定程度時，鍋爐、汽輪機的高溫部分需要采用熱強度高的鋼材。

再熱蒸汽溫度通常與主蒸汽溫度選相同值。在中壓進汽壓力較低的情況下，為了減小排汽濕度，有的機組將再熱蒸汽溫度提高到高于主蒸汽溫度，如德國Lippendorf電廠933MW機組，蒸汽參數為26.7/554/583，再熱蒸汽溫度比主蒸汽溫度高29℃。管道的允許工作溫度隨著壓力的降低而升高，再熱蒸汽壓力遠低于主蒸汽壓力，因此再熱蒸汽溫度高于主蒸汽溫度是可行的。

主蒸汽溫度不變的情況下提高主蒸汽壓力，一定范圍內可提高機組熱效率。據分析，在相同的主蒸汽溫度下，主蒸汽壓力由25MPa提高到28Mpa，熱效率約可相對提高0.45%;由28MPa提高到31MPa時，熱效率約可相對提高0.4%。但初壓提高過多，機組的熱效率反而會降低。因此，主蒸汽溫度一定的情況下有一個最佳初壓，當主蒸汽壓力超過最佳值時，機組的熱耗率將增加。

同樣容量的機組，蒸汽參數高的熱效率較高，供電煤耗較低。如某600MW超臨界機組，供電煤耗為300g/（kW·h），如果將蒸汽參數提高到31MPa、593℃的超超臨界參數，供電煤耗可降低至275g/（kW·h）。不同蒸汽參數機組的熱效率和供電煤耗見表1。

采用高蒸汽參數能提高電廠熱效率，降低污染物排放，但并非參數越高越好。提高蒸汽參數將使機組的初投資增加，這是因為壓力提高后很多設備和蒸汽管道的壁厚要增加，或者要選用性能和價格更高一些的材料，溫度提高后要使用更多價格昂貴的金屬。例如主蒸汽壓力由25MPa提高到28MPa時，鍋爐投資增加5%-6%，汽輪機投資增加2%-3%，電廠投資增加3%-3.5%。由于各國及各個電廠的具體情況不同，造價增加的幅度不同。由于電廠的運行成本主要取決于燃料成本，而主蒸汽參數高的機組煤耗低，因此運行成本低，可補償部分造價增加的影響。選用什么樣的蒸汽參數，需要綜合機組效率、投資費用、燃料價格等多方面因素經過進行技術經濟比較后決定。部分超（超）臨界機組參數見表2。

2.機組容量

一般情況下超（超）臨界機組的容量應選得較大。因為超（超）臨界機組蒸汽的初參數高，循環熱效率提高，而汽輪機相對內效率的高低還與機組容量的大小有關。

提高蒸汽初溫，蒸汽比容增大，容積流量增大，在其它條件不變的情況下，汽輪機葉柵高度增加，葉柵損失減少，使汽輪機的相對內效率提高。提高蒸汽初壓，蒸汽比容減小，容積流量減小，使汽輪機的相對內效率降低。若同時提高汽輪機的新蒸汽的初溫和初壓，則使汽輪機相對內效率提高和降低的因素同時起作用。分析計算表明，提高初壓對相對內效率的影響大于提高初溫的影響，即同時提高初溫和初壓，汽輪機的相對內效率是降低的。而這個影響的大小與汽輪機的容量有關，汽輪機的單機容量大，這一影響就小，反之則大。

對于超（超）臨界機組，當機組容量選擇較大時，蒸汽的容積流量大，蒸汽初參數提高使汽輪機相對內效率降低較少，而循環熱效率提高較多，因此汽輪機的絕對內效率將得到提高。當機組容量選擇較小時，蒸汽容積流量小，蒸汽初參數提高，汽輪機相對內效率的降低值會超過循環熱效率提高的值，使汽輪機的絕對效率降低。

單機容量增大，還降低了單位容量機組的設備費用、土建費用及其它輔助設施費用，使電廠的比投資降低。單機容量的增加主要受到全轉速末級葉片長度的限制。有的電廠在1000MW以上的大容量機組使用雙軸汽輪機，高、中壓部分采用全速設計，低壓部分采用半速設計，分別與各自的發電機相連接。雙軸汽輪發電機組的造價比單軸機組高得多，且廠房面積較大，電氣系統更復雜。因此高參數機組容量選擇應根據汽輪機制造行業的設計制造能力水平合理選取。目前我國運行的超（超）臨界機組容量主要為600-1000MW。截至2018年底，我國已投運超超臨界機組160臺以上，其中容量為百萬千瓦機組達到了111臺。

3.再熱次數

采用中間再熱提高了熱力循環的平均吸熱溫度，提高了循環熱效率，使機組的經濟性提高。中間再熱還可以降低汽輪機末幾級的蒸汽濕度，提高了汽輪機的相對內效率，并延長了末幾級葉片的壽命。目前，世界上投運的大型機組均采用了中間再熱。

采用二次再熱循環比一次再熱循環使機組的循環熱效率提高更多，在相同的蒸汽參數下，采用二次再熱熱效率約提高1.5%-2.0%。如某31.0MPa、566℃兩次再熱機組與24.1MPa、566℃一次再熱機組比較，熱效率提高3%。但與一次再熱相比，二次再熱鍋爐受熱面、蒸汽管道增加，汽輪機設備復雜，管道系統復雜，使電廠造價增加，還使運行工作量增加，增加再熱次數使熱效率提高獲得的收益將有很長時間用于補償增加的造價。

三、結束語

由以上分析可知，提高蒸汽參數并與發展大容量機組相結合、采用合適的再熱次數是提高超（超）臨界機組效率及降低單位容量造價的有效途徑。選用什么樣的蒸汽參數、容量等級及再熱次數，需要綜合機組效率、投資費用、燃料價格及汽輪機制造行業的設計制造能力水平等多方面因素經過進行技術經濟比較后決定。

參考文獻：

[1]李少華、劉利、彭紅文.超超臨界發電技術在中國的發展現狀[J].煤炭加工與綜合利用，2020.2

[2]陳碩翼、朱衛東、張麗、唐明生.李建福先進超超臨界發電技術發展現狀與趨勢[J].科技中國，2018.9

[3]張瑞青、閆旭華.600MW超臨界機組參數變化對熱經濟性影響[J].科技視界，2012.27

[4]李君、吳少華、李振中.超超臨界燃煤發電技術是我國目前發展潔凈煤發電技術助優先選擇[J].中國電力，2004年9月第37卷第9期

[5]耿建渝、鄭德升、張成義.衣勝章.600MW級火電機組主機參數選擇探討[J].電站系統工程，2011.4