《超超臨界機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置方案探討和分析.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《超超臨界機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置方案探討和分析.pdf（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要 介紹了超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 闡述了一種超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機(jī)組的汽輪發(fā)電機(jī)高低位 布置方案 探討了該方案的技術(shù)可行性 分析了該方案的經(jīng)濟(jì)性 結(jié)果表明 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置方案能夠減少機(jī)組的初投 資3 15 提高機(jī)組發(fā)電效率0 14 0 19 對下一代高效超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的發(fā)展具有重要意義 關(guān)鍵詞 汽輪發(fā)電機(jī) 高低位布置 超超臨界機(jī)組 技術(shù)可行性 經(jīng)濟(jì)性 中圖分類號 TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1001 9006 2010 03 0001 05 Discussions and Analysis on Scheme of Steam Turbine Generator Placement in High and Low PIatform Separately for Ultra su percritical U nit YANG Yong ANEn ke Inslitule of l hermal Energy and Environmental Engineering TongJi University 210804 Shanghai China Abstract The status and development trend of the ultra supereritical coal fired power generation technology are introduced A scheme in which the steam turbine generator of the ultra supercritical coa1 fired generating units with double rehealer are placed in high and low platform separately is presented The technical feasibility of this scheme is discussed and the economic analysis is conducted Fhe results show that the scheme can reduce the initial investment of the units for 3 1 5 and improve the total efficiency of power generation by 0 14 0 19 This placement scheme is ofgreat significance for the next generation ofhigh efficiency ultra supercritical coal fired generating units Key words s eaRl turbine generator placement in high and low platfoml separately uhra supercritical unit technical feasibility economic analysis 我國貧油少氣多煤的一次能源結(jié)構(gòu)決定了火 力發(fā)電量在很長的一段時期內(nèi)仍將占據(jù)我國發(fā)電 的很大比例 然而 能源緊缺 資源短缺和環(huán)境污染 嚴(yán)重等問題的凸現(xiàn)注定了我國電力工業(yè)將朝節(jié)約 資源和環(huán)境保護(hù)的方向發(fā)展 大容量超超臨界火 電技術(shù)具有高效 節(jié)能 潔凈和環(huán)保的顯著特點(diǎn) 各 國都開始競相發(fā)展該項技術(shù) 我國相繼投產(chǎn)的超超臨界 發(fā)電機(jī)組有 華能玉環(huán)電廠 4xl 000MW 華電鄒縣電 廠四期 2xl 000 MW 國電泰州電廠一期 2xl 000 MW 和上海外高橋第 發(fā)電廠 2xl 000 MW 等 這些電廠 的成功投運(yùn) 標(biāo)志著我國大容量超超臨界發(fā)電機(jī)組 的設(shè)計 安裝 調(diào)試和運(yùn)行進(jìn)入一個嶄新的階段 超 超臨界火電技術(shù)蒸汽的超高溫度和壓力對材料提 出了特別要求 發(fā)電機(jī)組的造價也相應(yīng)增加 一方 面 對電廠的四大管道系統(tǒng)而言 目前600 等級的 大直徑及厚壁管道價格相當(dāng)昂貴 另一方面 南于 相 當(dāng)數(shù)量的鍋爐爐型采用塔式爐 主蒸汽管道和高溫 再熱蒸汽管道的長度增加 管道的系統(tǒng)阻力增大 降 低了蒸汽在汽輪機(jī)的做功能力 如何降低機(jī)組造價 和進(jìn)一步提高效率成為了需要研究和考慮的問題 收稿日期 2010 03 12 作者簡介 楊 1983一 男 四川遂寧人 碩士研究生 主要研究超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù) 1 秘臨界燃煤麟技術(shù)的嘞發(fā)展趨壹爭 目前 超超臨界發(fā)電機(jī)組在參數(shù)選擇上表現(xiàn)出 兩種趨勢 一種是蒸汽溫度相對較高 600 左 右 蒸汽壓力不太高 25MPa左右 的方案 主要以 日本為代表 另一種是蒸汽溫度和壓力均相對較高 28 30MPa 600cc 的方案 主要以歐洲為代表 前 者主要注重機(jī)組的可靠性 低造價 后者注重機(jī)組 的發(fā)電效率 超超臨界發(fā)電機(jī)組的蒸汽參數(shù)對電站用鋼的 具體要求如下 較高的高溫強(qiáng)度 耐高溫腐蝕 蒸汽 側(cè)較高的抗氧化性能和良好的抗熱疲勞性能 目前 廣泛使用和研究的材料有 低合金 1 3 Cr鋼 9 12 Cr馬氏體鋼 奧氏體耐熱鋼和Ni基高溫 合金 目前國外的成熟材料可以滿足34 MPa 620 參數(shù)條件的要求 同時在開發(fā)650 760 參數(shù)下的 發(fā)電機(jī)組高溫材料l 3 從歐洲的超超臨界發(fā)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn) 就鍋爐的整體型式而言 單機(jī)容量在300 MW階段 時 型爐和塔式爐平分秋色 到600MW等級時 多 數(shù)選擇塔式爐 鑒于高參數(shù)大型燃煤鍋爐塔式爐的 綜合優(yōu)勢 800MW以上的鍋爐基本選擇塔式爐 為了降低系統(tǒng)復(fù)雜程度 提高系統(tǒng)可靠性和降 低機(jī)組成本 超超臨界發(fā)電機(jī)組目前較多采用一次 再熱循環(huán) 二次再熱超超臨界發(fā)電機(jī)組的數(shù)量較 少 目前世界上效率最高的燃煤發(fā)電機(jī)組為丹麥的 400 MW二次再熱超超臨界發(fā)電機(jī)組 其蒸汽參數(shù) 是29MPa 580 580 580 機(jī)組的循環(huán)效率高 達(dá)47 隨著蒸汽參數(shù)的進(jìn)一步提高 二次再熱循 環(huán)的超超臨界發(fā)電機(jī)組有望成為下一代高效超超 臨界發(fā)電機(jī)組的主要技術(shù) 根據(jù)圈外下一代超超臨界發(fā)電機(jī)組的發(fā)展計 劃 主蒸汽溫度將提高到700 760 再熱蒸汽的溫 度達(dá)到720 相應(yīng)的壓力將從目前的30MPa左右 2 提高到35 40MPa 凈效率有望達(dá)到50 55 能 源利用率和污染物排放將達(dá)更高的標(biāo)準(zhǔn) 2 激奄機(jī)商赫置方囊 蠹搬出曩 0謄 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的l 000MW級二次再熱超超 臨界鍋爐的常規(guī)布置圖 即汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)布置在 常規(guī)平臺上 鍋爐總體形式為采用塔式 汽輪機(jī)組 由五缸單軸布置在汽輪機(jī)房內(nèi) 分別是高壓缸 兩 中壓缸 兩低壓缸 塔式鍋爐頂部分別是過熱器 二 次再熱器和一次再熱器 蒸汽參數(shù)出參數(shù)為28MPa 600 oC 6O0 oC 6O0 oC 主蒸汽管道連接鍋爐的過熱器 和汽輪機(jī)高壓缸進(jìn)口 長度約155 175 m 低溫一次 再熱管道連接高壓缸出口和鍋爐的一次再熱器進(jìn) 口 長度約170 190m 高溫一次再熱管道連接一次 再熱器出口和中壓一缸的進(jìn)口 長度約170 190in 低溫二次再熱管道連接中壓一缸的出口和二次再 熱器進(jìn)口 長度約170 190lrl 高溫二次再熱管道連 接二次再熱器出口和中壓二缸的進(jìn)口 長度約170 190 m 其中主蒸汽管道 高溫一次再熱管道和高溫二次再 熱管道需要使用600 等級的耐高溫合金鋼 根據(jù) 不同的管道設(shè)計方案 主蒸汽管道和再熱蒸汽管道 還存在半容量管道和四分之一容量管道 因此 實 際需要使用耐高溫合金鋼的高溫高壓管道長度會 成倍增加 對于技術(shù)成熟的二次再熱超超臨界發(fā)電機(jī)組 按照現(xiàn)在超超臨界塔式鍋爐的布置方案 主要的缺 點(diǎn)表現(xiàn)在以下方面 再熱蒸汽在塔式鍋爐和汽輪 機(jī)機(jī)房之間來回穿梭 單根蒸汽管道的平均長度就 達(dá)155 90m 由于600 等級的大直徑及厚壁管道 價格相當(dāng)昂貴 增加了機(jī)組的造價 平均長度在 155 190m的蒸汽管道 造成蒸汽的流動阻力增加 降低了汽輪機(jī)的做功能力 由于管道效率的降低使 本來很高的二次再熱系統(tǒng)的理論效率被抵消 過 長的管道導(dǎo)致蒸汽在傳送的過程中蒸汽溫度降低 降低了做功效率 二次再熱系統(tǒng)增加了系統(tǒng)儲存 的蒸汽量 機(jī)組的調(diào)節(jié)慣性顯著增加 增大了機(jī)組 的控制難度 針對上述問題 文獻(xiàn) 51提出了一種汽輪發(fā)電機(jī) 高低位布置方案 如圖2所示 該方案的特點(diǎn)是 汽 輪機(jī)組分為至少包括高壓缸的高置機(jī)組和至少包 括中壓缸的低置機(jī)組 中壓缸可以根據(jù)需要布置在 高位和地位 高置機(jī)組和高置發(fā)電機(jī)組成高置軸 系 低置機(jī)組和低置發(fā)電機(jī)組成低置軸系 高置軸 系布置在塔式爐外側(cè)臨近聯(lián)箱的連接區(qū)處 即將高 置軸系放置在鍋爐外側(cè)近聯(lián)箱的高位平臺上 低置 軸系仍然放置在原來平臺之上 按照新的方案布 置 管道長度的對比如表1所示 圖1 現(xiàn)有技術(shù)汽輪發(fā)電機(jī)布置示意圖 圖2汽輪發(fā)電機(jī)高地位布置示意圖 1 嫻道 2 過熱器3 二次再熱器4 一次再熱器 5 高溫二次再 熱管道6 高溫一次再熱管道 7 主蒸汽管道 8 低溫二次再熱管 道9 低溫一次再熱管道 10低壓缸 1l 12 中壓缸 13 高壓缸 l4 高位平臺 表1不同汽輪發(fā)電機(jī)布置方式對應(yīng)的蒸汽管道長度 蠢糍 3 汽輪發(fā)電 3 1 三大主機(jī) 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置與現(xiàn)有技術(shù)的布置方 式相比 新方案對鍋爐的鋼梁結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計 重新考慮因為高位平臺的出現(xiàn)帶來的載荷及其分 布 其他方面比如爐膛容積熱負(fù)荷 斷面熱負(fù)荷 燃 燒器區(qū)域熱負(fù)荷 燃燒器布置 水冷壁形式 受熱面 3 布置 受熱面材料 鍋爐的啟動和控制等均與超超 臨界塔式鍋爐一樣 因此 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置 對于所配鍋爐在技術(shù)上是成熟的和可行的 汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)被分為高置軸系和低置軸系 高置軸系包括高壓缸 一部分中壓缸和發(fā)電機(jī) 低 置軸系包括低壓缸 一部分中壓缸和發(fā)電機(jī) 高置 軸系布置在塔式爐外側(cè)臨近聯(lián)箱的連接區(qū)處 即將 高置軸系放置在鍋爐外側(cè)近聯(lián)箱的高位平臺上 低 置軸系仍然放置在原來平臺之上 實際上 新方案 將現(xiàn)有技術(shù)的汽輪機(jī)高中低壓缸分離布置 以減少 蒸汽輸送管路的長度 而汽輪機(jī)高中低壓缸的分離 對于當(dāng)前的技術(shù)狀況來說是可行的 這樣 汽輪發(fā) 電機(jī)組的高置發(fā)電機(jī)向地面送電時需要延伸封閉 母線 送電封閉母線的延伸在技術(shù)上也是成熟和可 行的 3 2蒸汽管道 蒸汽管道的設(shè)計可以根據(jù)DUT5054 1996 火力 發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定 進(jìn)行 設(shè)計壓力按 照鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量下的過熱器出口的工作壓 力加5 余量選取 設(shè)計溫度選擇鍋爐過熱器出口 額定主蒸汽溫度加鍋爐正常運(yùn)行時允許溫度正偏 差5 cIC 國內(nèi)外用于運(yùn)行參數(shù)為25 30 MPa 600 600 600 qC等級機(jī)組的高溫蒸汽管道材料有 A335P91 A335P92 A335P9122 E91 1等 這些鋼種 均屬于調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的9 12 Cr回火馬氏 體鋼 根據(jù)我國超超臨界發(fā)電機(jī)組的建設(shè)實踐 可靠起見可選用A335P92 冷再熱器管道材料選 擇A691Cr一1 4CL22f6 71 3 3高位平臺 高位平臺設(shè)置在爐體外側(cè) 位置大致對應(yīng)于聯(lián) 箱鏈接區(qū) 高位平臺對汽輪發(fā)電機(jī)的高置軸系起固 定和支撐作用 在設(shè)計時可以使高位平臺和高置軸 系和塔式鍋爐的煙道進(jìn)行重量平衡進(jìn)而保證整體 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計的安全性 高置軸系包括的汽輪機(jī)高 壓缸 一部分中壓缸和發(fā)電機(jī) 相對于以前的蒸汽 管道 重量還會有所減少 高置軸系在運(yùn)行時的振 4 動對整體鋼結(jié)構(gòu)的影響 這需要進(jìn)一步的深入研 究 4 牽 電機(jī)j離擘滋布置l燃蝴霉糖 4 1對初投資的影響 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置對初投資的影響主要 表現(xiàn)在以下幾個方面 減少蒸汽管道長度進(jìn)而減 少初投資 減少相應(yīng)的支吊架 保溫材料進(jìn)而減 少初投資 簡化廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計 降低地基載荷 降 低相應(yīng)的土建成本 減少蒸汽支吊架鋼結(jié)構(gòu) 進(jìn) 而減少初投資 增加高位平臺和減振措施 增加 封閉母線長度帶來初投資的增加 其中第2 3 4項 減少的初投資大于第5項增加的初投資 因而本文 主要計算蒸汽管道減少的初投資 按照當(dāng)前的市場 價格用于主蒸汽和高溫再熱蒸汽的A335P92管道 的價格為l5 17萬元 t 用于低溫再熱蒸汽管道的 A691Crl 1 4CL22管道價格約為5 7萬元 t 價格取 當(dāng)前價格區(qū)間的中間值 管道重量取計算均值 汽 輪發(fā)電機(jī)常規(guī)平臺布置和高低位平臺布置的管道 費(fèi)用如表2所示 表2管道重量和管道價格列表 由表2知 汽輪發(fā)電機(jī)按照常規(guī)平臺方式布 置 主蒸汽管道 低溫再熱蒸汽管道和高溫再熱蒸 汽管道的總價是23 552萬元 按照汽輪發(fā)電機(jī)高低 位平臺布置的上述蒸汽管道總價是7 796萬元 減 少初投資15 756萬元 按照當(dāng)前市場狀況 單臺二 次再熱超超臨界發(fā)電機(jī)組的總造價為500000萬元 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置僅蒸汽管道一項 投資就減 少15 756萬元 相當(dāng)于機(jī)組總投資的3 15 4 2對機(jī)組效率的影響 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置不僅使超超臨界二次 再熱機(jī)組的初投資減少 另外還可以帶來運(yùn)機(jī)組運(yùn) 行效率的提升 汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置減少蒸汽管 道長度對機(jī)組效率的影響主要從下面兩個方面分 析 蒸汽管道長度減少 帶來蒸汽壓降減小 增加 了蒸汽的做功能力 減小了蒸汽在傳輸過程中的熱 量散失 蒸汽溫度相比常規(guī)二次再熱機(jī)組有所提 高 減少了蒸汽在管道中的儲存量 提高了汽輪 發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)性能 有利于超超臨界發(fā)電機(jī)組實 現(xiàn)甩負(fù)荷運(yùn)行 FCB 在超超臨界發(fā)電機(jī)組參數(shù)范圍的條件下 主蒸 汽提高1 MPa 機(jī)組的熱耗率可下降0 13 0 15 主蒸汽溫度每提高l0 熱耗率下降0 25 43 30 再熱蒸汽溫度每提高10 熱耗率可下降0 15 4 20 采用汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置 無論過熱蒸汽還是再 熱蒸汽的壓力和溫度都有所升高 帶來的是機(jī)組的 熱耗率的下降 至于汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置對熱耗 率影響的定量分析還需要進(jìn)一步研究 采用超超臨界壓力參數(shù)的凝汽式發(fā)電廠的毛 效率 可用公式 1 計算 77 77一 叼 d 77t 77 xrljXrla 1 式中 叼 k一機(jī)組效率 7 d一鍋爐效率 77 一管道 效率 77 一汽輪機(jī)效率 叩 一循環(huán)效率 叼 一機(jī)械效 率 叼d一電機(jī)效率 根據(jù)當(dāng)前的二次再熱機(jī)組總體情況叼 在 46 48 之間 管道效率77 一般為98 左右 管 道效率提高0 1 機(jī)組的效率提高0 047 0 049 采用汽輪發(fā)電機(jī)高低位布置 蒸汽管道總 長度縮短為采用現(xiàn)有技術(shù)布置時長度的25 左右 蒸汽管道的沿程阻力損失減少為原來的25 按照 節(jié)流損失和沿程阻力損失3 1計算 管道效率可提 升0 3 0 4 因此整個二次再熱超超臨界發(fā)電機(jī) 組的效率將提升0 14 0 19 5 緒論及建議 lll 一 一 0拳0 本文對采用塔式鍋爐的二次再熱超超臨界發(fā) 電機(jī)組的汽輪發(fā)電機(jī)采用高低位布置進(jìn)行了技術(shù) 可行性探討和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 得出結(jié)論如下 1 按照當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀 采用汽輪發(fā)電機(jī) 組高低位布置是可行的 高置軸系運(yùn)行時的振動對 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的影響需要進(jìn)一步研究 汽輪發(fā)電機(jī)高 置軸系質(zhì)量相對較小 當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)該能夠保證鍋 爐鋼結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性 2 汽輪發(fā)電機(jī)組高低位布置 減少了二次 再熱機(jī)組昂貴的蒸汽管道長度 能夠減小超超臨界 發(fā)電機(jī)組大約3 15 初投資 同時由于蒸汽壓降的 減小 能夠提高二次再熱超超臨界發(fā)電機(jī)組效率 0 14 0 19 根據(jù)上個世紀(jì)末美 日 歐制定的高效超超臨 界發(fā)電機(jī)組發(fā)展計劃 主蒸汽溫度將提高到700 760 cI 再熱蒸汽的溫度達(dá)到720 oC 相應(yīng)的壓力將 從目前的30 MPa左右提高到35 40 MPa 按照當(dāng)前 的市場價格 700 等級的耐熱鎳基合金鋼的價格是 當(dāng)前600 qC等級的5 6倍 成為超超臨界發(fā)電機(jī)組 下一步發(fā)展的主要技術(shù)障礙 采用汽輪發(fā)電機(jī)高低 位布置技術(shù) 能夠大大降低機(jī)組初投資 有效突破 技術(shù)瓶頸 具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益 參考文獻(xiàn) 1 徐通模 袁益超 陳干錦 超大容量超超臨界鍋爐的發(fā)展趨勢 JJ 動 力T程 2003 23 3 2 姜成洋 超大容量超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J 鍋 爐制造 2006 3 3 周榮燦 范長信 李耀君 電站用材的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 JJ 鋼管 2006 35 1 4 馮偉忠 f ft超超臨界機(jī)組發(fā)展的特點(diǎn)和啟示IJj 華東電力 2008 36 2 5 馮偉忠 一種新型汽輪發(fā)電機(jī)組 P1 中國專利 20072O0694l8 3 2008 03 19 6 陳瑞克 超超臨界機(jī)組汽水系統(tǒng)的設(shè)計特點(diǎn)分析 JI 華電技術(shù) 2008 30 2 7 葉勇健 超超臨界塔式鍋爐評標(biāo)中應(yīng)注意的若干INN J 電力 勘測設(shè)計 2007 6 5