1000MW級超超臨界機組雙機回熱配定速發電機系統研究

2024-12-19 00:00:00潘敏

科技資訊 2024年23期

摘""要：回熱系統優化，是提升火電機組熱經濟性的重要措施。根據1"000"MW超超臨界汽輪機回熱系統的特點，結合國內外回熱系統的研究，提出雙機回熱配定速發電機系統方案，采用變速抽背式小汽輪機驅動主給水泵。通過與現行主流的常規回熱系統進行綜合的經濟技術比較，探討雙機12級回熱配定速發電機系統的可行性論證。

關鍵詞：雙機回熱系統"""抽背式小汽輪機"""高壓加熱器"""外置蒸汽冷卻器

中圖分類號：TM621

Research"on"Constant"Speed"Generator"System"for"1000MW"Ultra-Supercritical"Unit"with"Dual"Regenerative"System

PAN"Min

China"Energy"Engineering"Group"Guangdong"Electric"Power"Design"Institute"Co.，"Ltd.，"Guangzhou，"Guangdong"Province，"510663"China

Abstract："The"optimization"ofnbsp;regenerative"system"is"an"important"measure"to"improve"the"thermal"economy"of"thermal"power"units."According"to"the"characteristics"of"1000MW"ultra-supercritical"steam"turbine"regenerative"system，"combined"with"the"research"of"regenerative"system"at"home"and"abroad，"the"scheme"of"dual"regenerative"system"with"constant"speed"generator"system"is"put"forward，"which"uses"a"variable"speed"extraction"back-pressure"small"steam"turbine"to"drive"the"main"feedwater"pump."By"conducting"a"comprehensive"economic"and"technical"comparison"with"the"current"mainstream"conventional"regenerative"system，"this"paper"explores"the"feasibility"of"a"dual"machine"12"stage"regenerative"system"with"a"constant"speed"generator.

Key"Words："Dual"regenerative"system;"Extraction"back-pressure"small"steam"turbine;"High"pressure"heater;"External"steam"cooler

雙機回熱配定速發電機系統，采用抽背式小汽輪機驅動主給水泵[1-3]，小汽輪機驅動汽源來自主汽輪機超高壓缸排汽，同時小汽輪機的抽汽替代原主汽輪機高壓抽汽，作為各級高壓加熱器的加熱蒸汽來源。變速抽背式小汽輪機通過變速-定速調速裝置驅動50"Hz定速小發電機發電。新型高效回熱系統將抽背式小汽輪機參與回熱系統中，降低各級回熱抽汽過熱度并充分利用，提高換熱效率[4-6]。

1""兩種回熱系統簡介

1.1""常規帶外置式蒸汽冷卻器回熱系統

以1"000"MW高效超超臨界二次再熱、10級回熱系統為例，汽輪機高壓缸進汽溫度達到600"℃，中壓缸進汽溫度達到620"℃。第2級抽汽參數為6.19"MPa、554.6"℃，第4級抽汽參數為1.133"MPa、556.8"℃，抽汽過熱度分別高達277"℃、372"℃，對應的回熱加熱器換熱溫差增大，溫差換熱引起的不可逆損失增大，帶來能級效率下降。通過計算，10級回熱系統中，設置2號高加外置蒸汽冷卻器、4號高加外置蒸汽冷卻器，其中蒸汽冷卻器殼側與給水系統串聯，汽輪機回熱抽汽在蒸冷器完成熱交換后進入2號和4號高壓加熱器中，進行換熱，使進入蒸冷器的這級回熱抽汽顯熱得到充分利用，提高機組經濟性。

為進一步降低熱耗，某些項目采用12級回熱帶外置蒸冷器方案，此時回熱系統設置5級高加，6級低加，1級除氧。12級回熱帶外置蒸冷器方案相比10級回熱帶蒸冷器方案熱耗降低約16"kJ/kWh。

1.2""新型高效回熱系統

為了解決傳統回熱系統能量梯級利用不充分、不適用于更高參數機組的發展方向問題，國內、外普遍開始了雙機回熱耦合發電技術研究。該系統中，由抽背式給水泵汽輪機驅動主給水泵，抽背式給水泵汽輪機的驅動汽源為超高壓缸排汽，各級加熱器的加熱蒸汽來自主汽輪機和抽背式給水泵汽輪機的抽汽。回熱系統設11級（5高6低1除氧），則來自主汽輪機高壓缸、中壓缸的抽汽口較少。結合新一代1000MW等級超超臨界二次再熱汽輪機的蒸汽參數32"MPa/605"℃/620"℃/621"℃，抽背式給水泵汽輪不能完全匹配上系統的參數。給水泵所需要的最大功率為44"000"kW，小于小汽輪機的最大功率54"000"kW，因此，小汽輪機可同時驅動一臺發電機，將剩余的功率轉化為電力輸出。小汽輪機向2～5號高壓加熱器、除氧器和7號低加提供加熱汽源，并有效降低加熱蒸汽的過熱度，提高換熱效率。

2""回熱方案比選

2.1""汽輪機熱耗對比

根據某汽機廠提供的熱平衡圖，采用雙機回熱配定速發電機系統與傳統10級回熱帶外置蒸汽冷卻器和12級回熱帶外置蒸汽冷卻器方案進行熱耗指標比較，可以降低熱耗約42"kJ/kWh和26"kJ/kWh，發電標煤耗降低1.52"g/kWh和0.58"g/kWh。按年利用小時數按4"000"h計算，采用雙機回熱配定速發電機系統單臺機組每年可節約燃煤7"000"t，既節約了能源消耗，對環保也有一定的積極意義。

2.2""經濟性分析對比

經以上分析，將小汽輪機2個比選方案與常規無雙機回熱的系統作經濟性比較，如表1所示。

2.3""回熱方案小結

（1）上述兩個新型高效回熱系統的小汽輪機組軸系設備配置方案（方案1和方案2），與無雙機回熱的傳統回熱系統作經濟性相比：汽輪機熱耗方面，雙機回熱配定速發電機系統的熱耗比無雙機回熱的傳統回熱系統低，滿負荷時低30～48"kJ/kWh。

（2）以上不同配置方案中，分別涉及一些新設備的開發，各自存在設計和制造難度，其中：

方案1：45"MW的定速/變速調速裝置傳遞功率較大，需做特別產品開發，設計和制造難度略高。

方案2：20"MW變速/定速調速裝置傳遞功率較低，類似的產品已運用在風電行業，設計和制造難度較低。

（3）經濟性比較分析，2個方案相比常規10級回熱方案都有較大的經濟優勢，雖每臺機組投資需增加2"900萬元～3"200萬元不等，但每年的收益較高，投資回收年限均較短。方案2的初投資增加相對少，投資回收年限約3.6年。方案1由于有大功率調速裝置，初投資增加相對多，投資回收年限約4.8年。

3""結語

根據上述分析，新型雙機回熱配定速發電機系統在二次再熱高參數超超臨界機組可運用到工程實踐中，采用該系統，顯著提高了機組的經濟性，降低了供電煤耗，增加了電廠的收益并實現了能源的高效利用。

參考文獻

[1]"於震躍，鄭應霞，徐紅波，等.1"000"MW二次再熱機組雙機回熱系統研究[J].電力勘測設計，"2023（7）：42-47.