某50MW 熔鹽塔式光熱發(fā)電項目常規(guī)島設(shè)計研究

鄭海濤 ，劉祥玲

（1.中國電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計院有限公司，江西 南昌 330096；2.江西省清潔能源技術(shù)應(yīng)用工程研究中心，江西 南昌 330096）

某50MW 熔鹽塔式光熱發(fā)電項目是國家首批光熱示范項目之一，位于青海省海南州的塔拉灘上規(guī)劃的海南州生態(tài)太陽能發(fā)電園區(qū)。項目總占地面積2.12 平方公里，吸熱器中心標(biāo)高210m，選用二元熔鹽作為傳儲熱介質(zhì)，工作溫度290/565℃，儲熱時長6 小時。汽輪機(jī)選用超高壓、一次再熱、雙缸雙轉(zhuǎn)速、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，額定功率50MW。機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷，并具有長期調(diào)峰能力。項目已于2019 年9 月20 日一次并網(wǎng)發(fā)電成功。

1 汽輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)

（1）汽輪機(jī)：哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)，高溫超高壓、一次中間再熱、雙缸、單向軸向排汽、直接空冷塔式太陽能光熱汽輪發(fā)電機(jī)組，其主要參數(shù)（THA 工況）如下：

額定功率：50MW

主蒸汽壓力：13.21MPa·a

主蒸汽溫度：540℃

主蒸汽流量：154.14t/h

高壓缸排汽壓力：3.225MPa·a

再熱蒸汽溫度：540℃

設(shè)計背壓：8.0kPa·a

回?zé)峒墧?shù)：八級（另帶一級外置式蒸冷）

熱耗率：8333.2kJ/kW·h

夏季工況滿發(fā)背壓：18.0kPa·a

高壓缸額定轉(zhuǎn)速：7255r/min

低壓缸額定轉(zhuǎn)速：3000r/min

（2）發(fā)電機(jī)：哈爾濱發(fā)電機(jī)廠生產(chǎn)，其主要參數(shù)如下：

冷卻方式：空~空冷

額定容量：62.5MVA

額定功率：50MW

最大連續(xù)功率：55MW

額定電壓：10.5kV

額定功率因數(shù)：0.80（滯相）

絕緣等級：F 級絕緣（按B 級溫升考核）

勵磁方式：靜態(tài)勵磁

額定頻率：50Hz

額定轉(zhuǎn)速：3000r/min

效率保證值：98.4%

2 主要熱力系統(tǒng)

2.1 主蒸汽、再熱蒸汽及旁路系統(tǒng)

主蒸汽管道從蒸汽發(fā)生器過熱器出口接出，采用單管布置直接接至汽輪機(jī)主汽門，主蒸汽管道上設(shè)置一套流量測量裝置。為防止過熱器出口超溫，主蒸汽管道出口處還設(shè)置了一套減溫器。低溫再熱蒸汽管道從汽機(jī)高壓缸的單個排汽口引出，采用單管布置進(jìn)入蒸汽發(fā)生器再熱器入口。高溫再熱蒸汽管道從蒸汽發(fā)生器再熱器出口接出，采用單管布置直接接至汽輪機(jī)中壓主汽門，高溫再熱蒸汽管道上設(shè)置一套流量測量裝置。為防止再熱器出口超溫，高溫再熱蒸汽管道出口處還設(shè)置了一套減溫器。

旁路系統(tǒng)按70%BMCR 容量的氣動高、低壓兩級串聯(lián)設(shè)計。

主蒸汽管道材料：減溫閥前A335 P91，減溫閥后12Cr1MoVG。

高溫再熱蒸汽管道材料：減溫閥前A335 P91，減溫閥后 12Cr1MoVG。

圖1

低溫再熱蒸汽管道材料：20G。

2.2 回?zé)?、凝結(jié)水和高壓給水系統(tǒng)

工程設(shè)計8 級回?zé)岢槠到y(tǒng)，設(shè)有3 臺高壓加熱器（另外3 號高加還設(shè)置1 臺外置式蒸汽冷卻器）、1 臺除氧器和4 臺低壓加熱器。

設(shè)置兩臺100%容量凝結(jié)水泵，一運(yùn)一備，電機(jī)采用“一拖一”變頻調(diào)速。5、6、7、8 號低壓加熱器為臥式布置，均采用小旁路系統(tǒng)。

設(shè)置一臺內(nèi)置式除氧器，除氧器滑壓運(yùn)行。

考慮光熱機(jī)組頻繁啟停，冬季長時間15%TMCR 低負(fù)荷運(yùn)行等特點(diǎn)，機(jī)組設(shè)置三臺50%BMCR 容量的電動變頻調(diào)速給水泵，采用“一拖一”變頻調(diào)速。為提高回?zé)嵯到y(tǒng)高加可用率，高壓加熱器為臥式布置，均采用小旁路系統(tǒng)。因熔鹽具有較低的凝固溫度，在汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時，工程考慮配置一套0 號高加來進(jìn)一步加熱高加的出口水溫，保證足夠的給水溫度。

2.3 輔助蒸汽系統(tǒng)

本工程設(shè)置一臺輔助蒸汽聯(lián)箱，正常運(yùn)行時由汽機(jī)四級抽汽向輔助蒸汽系統(tǒng)供汽，機(jī)組啟動時輔助蒸汽由蒸汽發(fā)生器提供輔助汽源，低負(fù)荷時由低溫再熱蒸汽系統(tǒng)供汽。輔助蒸汽系統(tǒng)供除氧器啟動用汽、汽機(jī)軸封、冬季采暖等用汽。

2.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

本工程汽輪機(jī)組采用凝汽式直接空冷方式。低壓缸通過軸向排汽至排汽裝置，再進(jìn)入空冷塔冷卻，凝結(jié)水再返回排汽裝置熱井。輔機(jī)冷卻水采用閉式冷卻水系統(tǒng)。

2.5 凝汽器抽真空系統(tǒng)

主機(jī)排汽抽真空系統(tǒng)設(shè)有兩臺100%容量的水環(huán)式機(jī)械真空泵。機(jī)組啟動時，兩臺真空泵同時投入運(yùn)行，以加快抽真空過程。正常運(yùn)行時，一臺運(yùn)行，一臺備用。

3 主廠房布置

主廠房布置采用方案為：集控樓獨(dú)立布置于汽機(jī)房西北側(cè)，汽機(jī)房AB 跨度22m，汽機(jī)房長度42m，除氧間BC 跨度9m，除氧間長度與汽機(jī)房相同。集控樓尺寸為18×29.5m。具體示意見圖1。

該方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）集控樓獨(dú)立布置于汽機(jī)房固定端西北側(cè)，電纜橋架與汽機(jī)房工藝管道減少交叉。另外在項目工期緊張情況下，集控樓可以獨(dú)立先行施工。

（2）汽機(jī)房北邊為蒸汽發(fā)生系統(tǒng)區(qū)域，連接的廠區(qū)管架與汽機(jī)房之間的連接管道更加簡潔順暢，減少四大管道長度。

（3）主廠房除氧間運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高優(yōu)化為10.00m，汽機(jī)房和集控控制樓樓面標(biāo)高統(tǒng)一，整個主廠房區(qū)域0.00m層四通八達(dá)，方便機(jī)組的運(yùn)行和檢修。

3.1 汽機(jī)房布置

由于汽輪機(jī)組采用0.00m 布置，所以汽機(jī)房為單層設(shè)計。汽輪發(fā)電機(jī)組中心標(biāo)高為4.80m，縱向布置，發(fā)電機(jī)布置于高壓缸和中低壓缸之間，高壓缸機(jī)頭朝向北側(cè)，高壓缸通過減速機(jī)與發(fā)電機(jī)連接。在汽機(jī)低壓缸的尾部布置排汽裝置，低壓缸軸向排汽經(jīng)過排汽裝置從汽機(jī)房最南側(cè)接出，通過排汽管道進(jìn)入南側(cè)的空冷塔。汽輪發(fā)電機(jī)組中心線距A 列軸線12.0m，距B 列軸線10.0m。

3.2 除氧間布置

除氧間0.00m 層主要布置有電動給水泵及凝結(jié)水泵變頻裝置，除氧間兩端均設(shè)置有樓梯。中間層5.50m 主要布置有7、8 號低壓加熱器，3 號高壓加熱器及相關(guān)汽水管道。運(yùn)轉(zhuǎn)層10.00m 主要布置有1、2 號高壓加熱器，5、6號低壓加熱器及相關(guān)汽水管道。15.00m 層為除氧器層，主要布置內(nèi)置無頭式除氧器，3 號高加外置式蒸汽冷卻器以及相關(guān)的汽水管道等。

3.3 汽輪發(fā)電機(jī)組檢修條件

機(jī)組最重檢修件為中低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（本項目行車選型不考慮起吊定子），其檢修荷重為37.5t。汽機(jī)房使用一臺40/5t 電動雙梁橋式起重機(jī)，跨度為20.5m，行車軌頂標(biāo)高為13.65m，大鉤極限高度為12.8m，可滿足汽機(jī)及發(fā)電機(jī)檢修起吊要求。

3.4 集控樓布置

在汽機(jī)房西北側(cè)布置獨(dú)立集控樓，集控樓分三層布置。集控樓0.00m 層：布置有化學(xué)取樣間、蓄電池室、電氣高壓配電室及電氣低壓配電室等。集控樓5.00m：布置有電子設(shè)備間、電氣繼電器室、給水泵變頻器及SVG 室等。集控樓10.00m 層：布置有集中控制室、工程師站、會議室及衛(wèi)生間等。

4 結(jié)論

總之，光熱發(fā)電項目常規(guī)島熱力系統(tǒng)設(shè)計必須滿足機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行、頻繁啟停和變工況運(yùn)行的三個重要特點(diǎn)。另外從本項目的施工及運(yùn)行反饋來看，后期其他類似項目還有較多優(yōu)化空間，如：

（1）塔式熔鹽光熱機(jī)組的蒸汽溫度、主蒸汽壓力均有進(jìn)一步提高的空間，蒸汽溫度可以提高至553℃，主蒸汽壓力可以提高至亞臨界17MPa。若后續(xù)熔鹽側(cè)允許，則可以提高至更高參數(shù)，蒸汽溫度、主蒸汽壓力的提高可以明顯降低汽輪機(jī)側(cè)的熱耗，但也會帶來材料的升級、鋼材消耗的增加，以及鏡場、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)投資的增加。[1]

（2）主廠房布置方面，本項目汽機(jī)房AB 跨度還是偏小，建議有條件可以適當(dāng)拉長，檢修空間及通道會更寬敞。

（3）發(fā)電機(jī)由哈電供貨，其配套空冷器還是按照常規(guī)火電機(jī)組布置在發(fā)電機(jī)下方，不方便汽機(jī)輪發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計，建議將空冷器布置到基礎(chǔ)上部的發(fā)電機(jī)側(cè)邊，可降低汽輪發(fā)電機(jī)組的中心標(biāo)高，能適當(dāng)降低基礎(chǔ)土建費(fèi)用，還方便主機(jī)的運(yùn)、行維護(hù)和檢修。