超超臨界汽輪機發(fā)展問題和前景實用教案

1、主 要 內 容第1頁/共23頁第一頁，共24頁。 主汽壓力 技術經(jīng)濟比較：機組煤耗降低，鍋爐、給水泵和給水、主汽管道投資增加。即將(jjing)建設的新機多為28MPa。 西門子和Alstom的桶型高壓缸，對于30MPa以內的主汽壓，不需要改變設計，超過30MPa，變化也小。 主汽壓力增加，需要配合再熱汽溫升高，降低能耗，同時減少排汽濕度。1 提高(t go)初參數(shù) 再熱蒸汽溫度 2012年以來，新機設計中普遍采用610甚至620的再熱汽溫。業(yè)內對620存在劇烈的爭論，因為材料安全余量太小，對鍋爐熱偏差和汽溫波動限制過于(guy)嚴格。第2頁/共23頁第二頁，共24頁。 2 2 機組容量機組容

2、量(rngling) (rngling) 冷端冷端配置配置 限制汽輪機容量的主要因素是高壓缸通流面積，低壓缸排汽限制汽輪機容量的主要因素是高壓缸通流面積，低壓缸排汽面積。面積。 目前國內引進的高壓缸技術和模塊，可以應付目前國內引進的高壓缸技術和模塊，可以應付12001300MW12001300MW的容量。的容量。 排汽方面，閉式循環(huán)水系統(tǒng)：排汽方面，閉式循環(huán)水系統(tǒng)： 華北和以南地區(qū)，如果配備閉式循環(huán)水系統(tǒng)，則基于目前的華北和以南地區(qū)，如果配備閉式循環(huán)水系統(tǒng)，則基于目前的冷端設備冷端設備(shbi)(shbi)標準，低壓缸合理設計應當是：額定背壓標準，低壓缸合理設計應當是：額定背壓搭配搭配80%

3、80%負荷，或者背壓負荷，或者背壓6 kPa6 kPa左右搭配額定出力，以此為出左右搭配額定出力，以此為出發(fā)點進行排汽面積優(yōu)化配置。為此，采用發(fā)點進行排汽面積優(yōu)化配置。為此，采用4 4排汽、排汽、1219mm1219mm的的末級葉片和比較高的給水溫度，可以良好應付末級葉片和比較高的給水溫度，可以良好應付1200MW1200MW的機的機組容量。組容量。第3頁/共23頁第三頁，共24頁。 開式循環(huán)開式循環(huán)(xnhun)水系統(tǒng)：水系統(tǒng)： 對于開式循環(huán)對于開式循環(huán)(xnhun)水系統(tǒng)，需要根據(jù)水系統(tǒng)，需要根據(jù)水溫，合理配置冷端設備容量，以及額定背壓，水溫，合理配置冷端設備容量，以及額定背壓，合理安排排

4、汽面積。對于合理安排排汽面積。對于1718循環(huán)循環(huán)(xnhun)水溫，水量充沛的條件，水溫，水量充沛的條件，1000MW汽輪機可以而且需要配置汽輪機可以而且需要配置3.64.0 kPa的額定背壓，搭配的額定背壓，搭配4排汽排汽/1219mm末級末級葉片（排汽面積葉片（排汽面積48m2）或）或6排汽排汽/1000mm末級葉片末級葉片(排汽面積排汽面積55m2)，顯著降低汽輪，顯著降低汽輪機熱耗。機熱耗。 12001300MW機組，輔機有困難，需要大機組，輔機有困難，需要大量進口。量進口。 基于調峰需求和電網(wǎng)安全考慮，基于調峰需求和電網(wǎng)安全考慮，1000MW及及以上機組不能太多，主力應為以上機組不

5、能太多，主力應為600MW級別機級別機組。組。第4頁/共23頁第四頁，共24頁。 600660MW600660MW容量，容量，2 2排汽排汽/11461219mm/11461219mm末級葉片配置，末級葉片配置，排汽面積較小，適合較高的循環(huán)水溫和背壓。廠房體積、排汽面積較小，適合較高的循環(huán)水溫和背壓。廠房體積、建設投入、循環(huán)水泵揚程增加；不能享受雙背壓的好處。建設投入、循環(huán)水泵揚程增加；不能享受雙背壓的好處。 對于對于4 4排汽設計，排汽設計，660MW660MW容量比容量比600MW600MW好。好。 對于大量的閉式循環(huán)水系統(tǒng)機組，應推廣對于大量的閉式循環(huán)水系統(tǒng)機組，應推廣660MW660M

6、W容量和容量和4 4排汽排汽/900mm/900mm末級葉片的搭配。末級葉片的搭配。 設計余速損失較小的汽輪機，比如設計余速損失較小的汽輪機，比如(br)600660MW(br)600660MW容量容量搭配搭配 4 4排汽排汽/1000mm/1000mm末級葉片末級葉片 ，如果條件具備，可以考，如果條件具備，可以考慮增加銘牌容量慮增加銘牌容量5%5%，讓冷端工作更平衡一些。，讓冷端工作更平衡一些。第5頁/共23頁第五頁，共24頁。 關于雙背壓設計關于雙背壓設計雙背壓設計可以使平均背壓降低雙背壓設計可以使平均背壓降低 0.20.3 kPa 0.20.3 kPa。一般地，循環(huán)水溫越低，水量越充沛，

7、越不適一般地，循環(huán)水溫越低，水量越充沛，越不適合雙背壓設計。這是業(yè)內熟知合雙背壓設計。這是業(yè)內熟知(shzh)(shzh)的。的。另一方面，汽輪機排汽面積越大，熱耗另一方面，汽輪機排汽面積越大，熱耗 - - 背壓背壓修正曲線越陡，膨脹極限背壓越低，因此，越修正曲線越陡，膨脹極限背壓越低，因此，越適合雙背壓設計。適合雙背壓設計。國內汽輪機末級葉片普遍較長，因此，國內的國內汽輪機末級葉片普遍較長，因此，國內的4 4排汽汽輪機，適合雙背壓的循環(huán)水溫、水量條排汽汽輪機，適合雙背壓的循環(huán)水溫、水量條件較寬。換句話說，其中的絕大多數(shù)適合雙背件較寬。換句話說，其中的絕大多數(shù)適合雙背壓設計。壓設計。第6頁/共

8、23頁第六頁，共24頁。3 3 冷端設計冷端設計(shj)(shj)的問的問題和實例題和實例 某廠某廠2 2臺臺1000MW1000MW機組，投產(chǎn)不足機組，投產(chǎn)不足1 1年，增加銘牌出力到年，增加銘牌出力到 1050MW1050MW，實際負荷率，實際負荷率80%80%。汽輪機廠家為東方。汽輪機廠家為東方。 開式循環(huán)開式循環(huán)(xnhun)(xnhun)水系統(tǒng)，海水冷卻，平均水溫水系統(tǒng)，海水冷卻，平均水溫1717。循環(huán)。循環(huán)(xnhun)(xnhun)水系統(tǒng)為單元制，每臺機組配備水系統(tǒng)為單元制，每臺機組配備3 3臺循環(huán)臺循環(huán)(xnhun)(xnhun)水泵。凝汽器為雙壓型，換熱面積水泵。凝汽器為雙

9、壓型，換熱面積45000m245000m2（已經(jīng)增加，初（已經(jīng)增加，初設為設為40000 m240000 m2），設計冷卻倍率），設計冷卻倍率5555。額定背壓。額定背壓4.725 kPa4.725 kPa。汽。汽輪機末級葉片輪機末級葉片1092mm1092mm。 如果采用常規(guī)的冷端設計，凝汽器面積如果采用常規(guī)的冷端設計，凝汽器面積50000m250000m2，冷卻倍率，冷卻倍率6060，額定背壓即可降低到，額定背壓即可降低到4.0 kPa4.0 kPa，相應地，搭配，相應地，搭配1219mm1219mm的的末級葉片，機組能耗可降低近末級葉片，機組能耗可降低近1%1%。第7頁/共23頁第七頁，

10、共24頁。3 3 冷端設計冷端設計(shj)(shj)的問題和的問題和實例實例 續(xù)續(xù) 為保證機組安全，冬季仍維持為保證機組安全，冬季仍維持1 1機機2 2泵的調度方式?，F(xiàn)有條泵的調度方式。現(xiàn)有條件下，膨脹極限（出力阻塞）背壓較高，冬季背壓很容易件下，膨脹極限（出力阻塞）背壓較高，冬季背壓很容易更低。如采用較大的冷端設計，增設循環(huán)水聯(lián)絡管，冬季更低。如采用較大的冷端設計，增設循環(huán)水聯(lián)絡管，冬季采用采用2 2機機3 3泵的運行方式，就可以避免這個問題。泵的運行方式，就可以避免這個問題。 以上優(yōu)化設計投入增加很少，機組能耗降低共計以上優(yōu)化設計投入增加很少，機組能耗降低共計 1% 1%。 很顯然，機組

11、設計沒有充分利用循環(huán)水溫低、水量充沛的很顯然，機組設計沒有充分利用循環(huán)水溫低、水量充沛的優(yōu)勢。冷端設計是平衡的，但方向是節(jié)省投資，相應優(yōu)勢。冷端設計是平衡的，但方向是節(jié)省投資，相應(xingyng)(xingyng)地增加煤耗，且雙背壓有些勉強。困難是難以地增加煤耗，且雙背壓有些勉強。困難是難以改造。改造。 冷端優(yōu)化設計的問題相當普遍。妥善解決類似的優(yōu)化設計冷端優(yōu)化設計的問題相當普遍。妥善解決類似的優(yōu)化設計問題，往往能以較少的投入，獲得很大的節(jié)能效果。問題，往往能以較少的投入，獲得很大的節(jié)能效果。第8頁/共23頁第八頁，共24頁。 4 4 二次中間再熱二次中間再熱 容量容量(rngling)(

12、rngling)限制限制 二次中間再熱，是降低二次中間再熱，是降低熱耗、減少排汽濕度的熱耗、減少排汽濕度的有效手段。有效手段。 投入增加很多。運行、投入增加很多。運行、控制復雜控制復雜(fz)，國內，國內尚無經(jīng)驗。不建議再熱尚無經(jīng)驗。不建議再熱汽溫汽溫620。第9頁/共23頁第九頁，共24頁。二次再熱二次再熱 續(xù)續(xù) 需要設置超高壓缸。不應采用高、中壓缸合缸設計。這樣，需要設置超高壓缸。不應采用高、中壓缸合缸設計。這樣，1000MW1000MW級別級別4 4排汽汽輪機，軸系長度可能超過排汽汽輪機，軸系長度可能超過(chogu)40m(chogu)40m，有困難。低壓缸，有困難。低壓缸6 6排汽設

13、計也往往受困于此。排汽設計也往往受困于此。歐洲機型沒有這個問題。歐洲機型沒有這個問題。 泰州泰州2 2期是世界上首次在期是世界上首次在1000MW1000MW機組上采用超超臨界、二機組上采用超超臨界、二次再熱。初參數(shù)次再熱。初參數(shù) 31 MPa / 600 /610 /610 31 MPa / 600 /610 /610 。 動力循環(huán)優(yōu)化的結果：動力循環(huán)優(yōu)化的結果： 增加主汽壓到增加主汽壓到28MPa28MPa或以上；或以上； 增加回熱級數(shù)到增加回熱級數(shù)到910910級，提高給水溫度到級，提高給水溫度到300300以上，以上，泰州泰州2 2期機組為期機組為330330； 溫度過高的抽汽，可以增

14、設冷卻器，加熱最終給水，降溫度過高的抽汽，可以增設冷卻器，加熱最終給水，降低過熱度后再進入高加。低過熱度后再進入高加。 需要摸索減少投資的節(jié)能設計方案。需要摸索減少投資的節(jié)能設計方案。第10頁/共23頁第十頁，共24頁。 5.1 高、中壓缸高、中壓缸 對于高、中壓缸，小根徑、多級數(shù)是當今趨勢，可以有效對于高、中壓缸，小根徑、多級數(shù)是當今趨勢，可以有效提高通流效率。提高通流效率。Alstom將增加級數(shù)做到了極致。西門將增加級數(shù)做到了極致。西門子的變反動度設計技術，進一步挖掘了潛力。子的變反動度設計技術，進一步挖掘了潛力。 對于中壓缸進汽區(qū)的冷卻對于中壓缸進汽區(qū)的冷卻(lngqu)，一般思路是用少

15、，一般思路是用少量低溫蒸汽將高溫蒸汽和金屬部件隔開。西門子用中壓量低溫蒸汽將高溫蒸汽和金屬部件隔開。西門子用中壓缸進汽的一小部分作為冷卻缸進汽的一小部分作為冷卻(lngqu)蒸汽，節(jié)流加速蒸汽，節(jié)流加速后溫度降低約后溫度降低約15。Alstom則采用焊接轉子技術，高則采用焊接轉子技術，高溫區(qū)采用高級別的金屬材料，不需要冷卻溫區(qū)采用高級別的金屬材料，不需要冷卻(lngqu)。都是巧妙的節(jié)能設計。都是巧妙的節(jié)能設計。 超臨界參數(shù)、高效輔機僅僅(jnjn)是節(jié)能設計的必要條件5 一些重要的節(jié)能設計(shj)技術 第11頁/共23頁第十一頁，共24頁。 5.2 調門管理調門管理超超臨界汽輪機的調節(jié)級設

16、計難度很大，必須在材料超超臨界汽輪機的調節(jié)級設計難度很大，必須在材料(cilio)安全和效率之間尋求妥協(xié)。安全和效率之間尋求妥協(xié)。1000MW機組容量機組容量太大，必須設置雙流調節(jié)級，效率受損。太大，必須設置雙流調節(jié)級，效率受損。 不設調節(jié)級，則高壓缸設計大大簡化。取消效率很低的調節(jié)不設調節(jié)級，則高壓缸設計大大簡化。取消效率很低的調節(jié)級，對高壓缸效率有好處。級，對高壓缸效率有好處。只要調門全開時，高壓缸效率提高只要調門全開時，高壓缸效率提高3%（絕對），則部分負（絕對），則部分負荷運行時，相對順序閥方式，總體上仍有節(jié)能優(yōu)勢。荷運行時，相對順序閥方式，總體上仍有節(jié)能優(yōu)勢。 節(jié)流配汽汽輪機，部分負

17、荷運行時，原則上調門閥位應位于節(jié)流配汽汽輪機，部分負荷運行時，原則上調門閥位應位于4550%，以減少節(jié)流損失。，以減少節(jié)流損失。第12頁/共23頁第十二頁，共24頁。 因此，在超超臨界汽輪機上，節(jié)流配汽有重要的應用價值，因此，在超超臨界汽輪機上，節(jié)流配汽有重要的應用價值，重新受到重視。國內原來不采用節(jié)流配汽的廠家也在積極重新受到重視。國內原來不采用節(jié)流配汽的廠家也在積極研究，在新建超超臨界機組上采用。研究，在新建超超臨界機組上采用。 補汽閥的設置，提高了部分負荷下的主汽壓力。實質是損補汽閥的設置，提高了部分負荷下的主汽壓力。實質是損失過負荷時的效率失過負荷時的效率(xio l)，提高部分負荷下

18、的效率，提高部分負荷下的效率(xio l)，有節(jié)能效益。，有節(jié)能效益。 傳統(tǒng)結構的高壓缸，難以開大口徑孔洞，不易設置補汽閥。傳統(tǒng)結構的高壓缸，難以開大口徑孔洞，不易設置補汽閥。如用節(jié)流配汽，則提高額定主汽壓力是有價值的。如用節(jié)流配汽，則提高額定主汽壓力是有價值的。 低負荷下，復合配汽損失較大，可以在順序閥模式下進行低負荷下，復合配汽損失較大，可以在順序閥模式下進行滑壓優(yōu)化，節(jié)能效果更好。滑壓優(yōu)化，節(jié)能效果更好。第13頁/共23頁第十三頁，共24頁。 5.3 高、中壓分缸高、中壓分缸高、中壓合缸設計，可以有效縮短汽輪機長度，但高、中壓合缸設計，可以有效縮短汽輪機長度，但熱耗代價很大，設計為熱耗代

19、價很大，設計為40 kJ/kWh左右，實際左右，實際損失更大，因為過橋漏汽量一般明顯大于設計要損失更大，因為過橋漏汽量一般明顯大于設計要求。求。 5.4 改進低壓缸設計，提高實際效率改進低壓缸設計，提高實際效率 降低分缸點降低分缸點 結構級減少，有效率優(yōu)勢。中壓缸進結構級減少，有效率優(yōu)勢。中壓缸進出口溫差大，設計難度可能有所增加。降低低壓出口溫差大，設計難度可能有所增加。降低低壓缸進汽溫度，降低低壓缸膨脹變形缸進汽溫度，降低低壓缸膨脹變形(bin xng)的動力。低壓缸尺寸減小，剛性增加。的動力。低壓缸尺寸減小，剛性增加。軸承座落地，軸瓦中心固定。軸承座落地，軸瓦中心固定。改變內缸結構，增強內

20、缸剛性。低壓缸改造的主要改變內缸結構，增強內缸剛性。低壓缸改造的主要手段。手段。 總體效果：低壓缸效率提高，且維持時間長；實際總體效果：低壓缸效率提高，且維持時間長；實際軸系長度減少。軸系長度減少。 第14頁/共23頁第十四頁，共24頁。5.5 降低管道壓損 主汽，冷、熱再，連通管從外三項目建設開始，屬于設計院范圍的工作。目前一般認為，可降低熱耗約 20 kJ/kWh。中、低壓缸連通管，是汽輪機廠家進行優(yōu)化，目的同樣是降低壓損。5.6 低壓缸相關雜項(z xin)抽空氣管系并聯(lián)設計 ，充分發(fā)揮雙背壓的優(yōu)勢。夏季循環(huán)水溫高，則為真空泵設置低溫水源。 低背壓低壓缸接近中壓缸，讓低背壓低壓缸多做功。

21、 第15頁/共23頁第十五頁，共24頁。 迄今為止，外三的迄今為止，外三的2 2臺臺1000MW1000MW機組仍是世界上供電煤耗最機組仍是世界上供電煤耗最低的常規(guī)燃煤火電機組（純凝）。低的常規(guī)燃煤火電機組（純凝）。 參數(shù)參數(shù)27 MPa/600/60027 MPa/600/600，背壓，背壓 4.3 kPa 4.3 kPa。4 4排汽排汽/ /末級葉片末級葉片1146 mm1146 mm。汽輪機設備和玉環(huán)相同，并無特殊之處。汽輪機設備和玉環(huán)相同，并無特殊之處。 基建階段的節(jié)能措施：提高主汽壓力；減少主管路壓損；基建階段的節(jié)能措施：提高主汽壓力；減少主管路壓損；設置單臺高效汽泵；小機單獨設置凝

22、汽器，降低大機背壓。設置單臺高效汽泵；小機單獨設置凝汽器，降低大機背壓。年平均循環(huán)水溫年平均循環(huán)水溫19 19 ，難以采用，難以采用6 6排汽設計。排汽設計。 機組沒有增加銘牌出力機組沒有增加銘牌出力(ch l)(ch l)。補汽閥從未使用，因為主。補汽閥從未使用，因為主汽壓力提高，不需要。汽壓力提高，不需要。6 電廠的實踐(shjin) 外三的0號高加第16頁/共23頁第十六頁，共24頁。 電廠的實踐 續(xù)補汽閥后導汽管上設置三通，用高壓缸5級后的蒸汽加熱給水，設置0號高加。進汽管設置調節(jié)閥，可以保證40%負荷以上，給水溫度保持額定。給水溫度升高，則鍋爐排煙溫度升高，實現(xiàn)脫硝系統(tǒng)全天候運行(y

23、nxng)，還有很多其它優(yōu)點。鍋爐效率降低，理論上，損失和汽輪機得到的效益相當或稍大。通過低溫省煤器，將排煙溫度降低到90，挽回鍋爐的全部損失以外，尚有大量收益。汽輪機抽汽加熱空預器進風，消除空預器堵灰。第17頁/共23頁第十七頁，共24頁。 電廠的實踐 續(xù)2富有想象力、成效顯著、系統(tǒng)性的創(chuàng)新節(jié)能減排技術。但給水溫度可以不必提得那么高，關鍵是脫硝系統(tǒng)入口煙溫達到要求。低溫省煤器出口煙溫保持達到90 ，節(jié)能效果就可以差別不大，但投入節(jié)省。更重要的是 該技術應用不應僅限于歐洲技術汽輪機。對于傳統(tǒng)結構高壓缸，可以考慮開較小的孔（新機），只要給水溫度有所提高，保證AGC下限負荷時，脫硝設備進口煙氣(y

24、n q)溫度高于300即可。汽輪機和鍋爐廠家需要聯(lián)合研究，配合一些輔助措施。行業(yè)管理避免片面提高脫硝效率，電廠注意脫硝設備維護。如果成功并形成標準設計，則有里程碑式的節(jié)能減排意義。第18頁/共23頁第十八頁，共24頁。 7 7 煤耗目標煤耗目標 下表是大致下表是大致(dzh)(dzh)的煤耗目標，以燃用的煤耗目標，以燃用煙煤、平均負荷煙煤、平均負荷80%80%為依據(jù)。為依據(jù)。單位單位1234額定工況試驗熱耗kJ/kWh7290720070007320運行熱耗kJ/kWh7320724070607420鍋爐運行熱效率0.935管道效率0.99發(fā)電廠用電率0.0350.0350.0350.04運行

25、供電煤耗g/kWh280.0 276.9270.0 285.3 注 ： 1，較低背壓（4.7 kPa），采用0號高加和低溫省煤器 2，極低背壓 (3.6 kPa)，采用0號高加和低溫省煤器 3，二次再熱，極低背壓，采用0號高加和低溫省煤器 4，常規(guī)設計(shj) (5.2 kPa)，閉式循環(huán)水系統(tǒng)第19頁/共23頁第十九頁，共24頁。 可以看到，常規(guī)設計下，由于實際背壓條件較差，供電煤耗可以看到，常規(guī)設計下，由于實際背壓條件較差，供電煤耗達到達到(d do)285 g/kWh也非常不容易。也非常不容易。 如果循環(huán)水溫很低，水量充沛，則設置極低背壓，配合較大如果循環(huán)水溫很低，水量充沛，則設置極低

26、背壓，配合較大的汽輪機排汽面積，是降低煤耗的有力手段。的汽輪機排汽面積，是降低煤耗的有力手段。 0號高加號高加 + 低溫省煤器是節(jié)能減排的有效途徑，需要摸索推低溫省煤器是節(jié)能減排的有效途徑，需要摸索推廣的方法。這可能成為一座新的里程碑。廣的方法。這可能成為一座新的里程碑。 二次再熱可以大幅度（近二次再熱可以大幅度（近2%）降低煤耗，但投入很大。）降低煤耗，但投入很大。 運行、維護、改造中，需要重視經(jīng)驗和成果的積累和應用。運行、維護、改造中，需要重視經(jīng)驗和成果的積累和應用。這歷來是中國電廠的強項。這歷來是中國電廠的強項。 在純凝機組領域，中國首先達到在純凝機組領域，中國首先達到(d do)280 g/kWh的供的供電煤耗水平，通過努力，也很可能率先達到電煤耗水平，通過努力，也很可