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1、300MW等级亚临界和超临界供热机组的可行性分析1前言目前国内亚临界300MW等级机组已成为我国火力发电的主力机组,制造、安装、运行经验已很成熟。随着技术的不断进步和节能减排产业政策的要求,300MW等级机组参数已由亚临界参数(18.0MPa,540)发展到超临界参数(25.0MPa，540566)。根据电力市场发展形势需要,本文主要以大旺热电厂为例,根据该厂的供热要求和燃料特性,选择与之相匹配的机组型式,并从国产制造能力、运行可靠性及技术经济方面做论述,来综合论证亚临界和超临界机组的可行性。2工程概述2.1煤源及煤质国电肇庆大旺工程煤源采用山西晋北平朔煤作为设计煤种,内蒙古伊泰煤为校核煤种。
2、燃煤为高挥发份烟煤,点火及助燃油为0号轻柴油。2.2煤质特性分析本工程燃煤属于低硫、中富灰份、中等发热量烟煤,设计煤种结渣特性低、校核煤种结渣特性高。由于Vdaf 37%故燃煤较易着火,根据大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则其燃烧方式“宜采用切向燃烧或墙式燃烧方式,并配直吹式制粉系统”。2.3热负荷现状 依据山东省城乡规划设计研究院编制的本项目热网部分可研报告,根据对电厂周边地区用汽企业的情况调查,热用户用汽压力参数基本上为0.4MPa0.9MPa之间,用汽温度参数基本上在180以下。考虑到管道输送沿程压力损失及温度降低后,热源送汽参数定为1.2MPa,250,可满足各用户要求。实际用户可按实际生
3、产工艺要求,通过设置配汽站减温减压调整以各自满足需要。3装机方案的拟定与方案比较根据热负荷数据,结合热负荷特性曲线,从保证供热可靠性和具备适应热负荷变化的能力出发,拟考虑以下二种装机方案。下面对二种装机方案分别进行简述和比较:如果采用两台2300MW等级亚临界抽凝式供热机组,设2级可调式抽汽。这种机型技术成熟,在采暖供热业绩较多,但抽汽参数较低。根据我院多方调研以及与多家汽轮机厂交流和咨询,对于300MW亚临界供热机组,1.6MPa,200t/h的抽汽参数实现起来难度很大,原因如下:1)1.6MPa,200t/h的抽汽参数,不仅压力高,而且抽汽流量大,如从中压缸中间抽出,对外供热抽汽需采用回转
4、隔板调节,并且汽轮机本体抽汽开孔要加大,轴承间距也相应加大,结构上会影响到中压缸周围其他抽汽的孔开孔和布置,对现有机型的改动较大,目前国内300MW汽轮机没有相似参数的工程设计方案和运行业绩。 2)在对外供热能力为:1.6MPa,额定150t/h,最大200t/h;1.0MPa,额定250t/h,最大300t/h的情况下,根据汽机厂资料,要求汽轮机的最大进汽量不小于1100t/h,而300MW亚临界汽轮机的最大进汽量仅为1025t/h,汽轮机通流能力不能满足工业抽汽量的要求。综上所述,考虑到本工程的热用户都是工业企业,其对供汽的稳定性要求很高,一旦发生用汽参数不满足生产要求的情况,将对企业造成
5、很大的损失,因此,必须要考虑稳定的供汽热源,采用300MW亚临界机组存在无成熟的机型和最大进汽量不足等问题,因此300MW亚临界抽凝式机组不适合本工程,不考虑进行方案对比。(1)方案一简述本方案采用两台2330MW(或2350MW)亚临界抽凝式供热机组,东方汽轮机厂和哈尔滨汽轮机厂分别有330MW和350MW相似运行参数的设计方案和订货业绩。由于和300MW机型同为亚临界机组,只是汽轮机的最大进汽量有所提高,所以大部分情况相同,下面仅就不同之处进行简述: 1)1.6MPa,200t/h的抽汽参数,不仅压力高,而且抽汽流量大,和300MW机型一样,如从中压缸中间抽出,也会导致汽轮机本体抽汽开孔加
6、大,轴承间距也相应加大。也会影响到汽轮机中压缸周围其他抽汽的孔开孔和布置,但由于容量大,汽机的本体尺寸有所加大,所以对机型的改动较小,机组的可靠性较300MW机型有较大改善,目前国内已有相似参数工程的设计订货业绩,但尚无运行业绩。2)在对外供热能力为:1.6MPa,额定150t/h,最大200t/h;1.0MPa,额定250t/h,最大300t/h的情况下,根据汽机厂提供资料,要求汽轮机的最大进汽量不小于1100t/h,本方案330MW(或350MW)亚临界汽轮机的最大进汽量大达到1100t/h以上,可以满足要求。目前,国内已有工程采用了330MW(或350MW)亚临界工业、采暖双抽供热机组,
7、工业抽汽采用回转隔板调节,采暖抽汽采用中、低压缸连通管上加装蝶阀进行调节,其中其中西固电厂额定工业抽汽参数为1.5MPa、200t/h,最大工业抽汽参数为1.5MPa、280t/h;沈煤红阳电厂额定工业抽汽参数1.5MPa、240t/h,最大工业抽汽参数为1.5MPa、300t/h(现设计为单抽,中排压力为0.8MPa,可用蝶阀调节后进行二级工业抽汽)。国内已有2级调整工业抽汽机组的设计方案,但尚无运行业绩。综上所述,从技术的角度出发,方案一(2330MW或2X350MW亚临界抽凝式机组)可适合本工程。 (2)方案二简述本方案采用两台2350MW超临界抽凝式供热机组,采用旋转隔板调节高压抽汽,
8、低压抽汽采用中、低压缸连通管上加装蝶阀进行调节。A、供热的安全性、可靠性第一级可调工业抽汽为1.6MPa、150/200(t/h),从汽轮机中压缸中间部位抽出,汽轮机高中压缸采用分缸设计,用回转隔板来进行参数调节,经济性好,但采用回转隔板进行调节的这种设计, 都还处于研发阶段,哈汽和东汽均表示有兴趣做,但基本是刚刚起步开始做这部分工作,还没有明确的完成时间,所以回转隔板的这种调节设计受汽轮机厂开发时间,制造时间等影响,对工程进度有影响。第二级可调工业抽汽为1.0MPa、250/300(t/h),从汽轮机中压缸排汽抽出,抽汽采用中、低压缸连通管上加装蝶阀进行调节。这种方案的机型全新开发,不受结构
9、的限制,可以很好的适应热负荷、电负荷分别调节的工况,机组的发电热耗小,有较好的经济性,但是方案受制于技术开发进度,价格也较难控制。 B、机组效率、经济性考虑目前国内三大汽轮机厂生产投运的供热机组中,350MW超临界抽凝机组初参数比300MW等级亚临界抽凝机组高一个等级,降低了发电煤耗。根据国内已有的资料分析,从经济性看,常规的燃煤纯凝机组,如果主蒸汽压力从亚临界16.7MPa升至24.1MPa,在汽轮机通流部分效率等因素不变的条件下,热耗降低约1.7%,温度每提高50F,即从538升至566,再升至593,每升一档可再降低0.8%。在锅炉保证效率与管道效率相同的条件下,亚临界机组(16.7/5
10、38/538)设计标煤耗为288g/kWh;超临界机组(24.1/538/566)为281g/kWh,高效超临界机组(25/600/600)为274g/kWh,分别降低了约2.5%和2.5%。因此,选用超临界或高效超临界机组,可以降低热耗,节约燃烧用煤。 本工程的主机参数如从300MW等级亚临界供热机组(16.7/538/538)升至350MW超临界供热机组(24.2/566/566),根据汽机厂提供的数据计算,在额定供热工况下,发电标煤耗从245.66g/KWh降至224.84g/KWh,标煤耗降低约8%左右,由此带来的经济效益是很可观的。综上所述,从技术的角度出发,方案二也可适合本工程。4
11、超临界锅炉主要技术特点1)超临界参数锅炉,采用直流锅炉,无汽包;2)大容量直流锅炉下水冷壁一般采用螺旋管圈或内螺纹垂直管圈以适应锅炉变压运行;3)螺旋管圈水冷壁除进出口联箱外,中间不设置混合联箱,优点是热偏差小,不会产生汽水混合物的不均匀分配,不易出现膜态沸腾,缺点是结构与制造工艺复杂,制造与安装比较困难,所需工期较长;4)锅炉通常配备带启动循环泵的内置式启动系统,以加快启动时间、减少工质损失; 5)超临界压力锅炉在给水品质、自控以及防止高温部件高温腐蚀等方面,都有更高的要求。5方案的经济性比较国内超临界技术首先应用于600MW机组,目前三大主机厂的超临界600MW机组均已有投运业绩。而在60
12、0MW超临界机组的基础上,各主机厂现已自主完成了300MW级超临界机组的研发工作。从技术上说,同容量的300MW级超临界机组和亚临界机组相比,锅炉和汽机设计制造方面没有本质上的差别,主要差别在于高温材料的应用和锅炉水动力计算方面;而对于超临界机组和亚临界机组,其大部分高温材料均需进口才能解决,所以300MW级超临界机组对于亚临界机组来说在设计制造上并无太大难度。哈尔滨锅炉厂有限责任公司已有华能江西瑞金电厂、华能海南东方电厂、以及华能控股的北方能源的内蒙丰泰电厂的订货业绩。东方锅炉集团股份有限公司已有重庆石柱电厂及江苏盐城电厂的350MW超临界机组订货业绩。上海锅炉有限公司也已进行了350MW超
13、临界机组的方案设计。截至2008年上半年,国内已有14台350MW超临界机组的订货合同,其中10台为纯凝机组、4台为供热机组,供热机组中:华能北方能源内蒙丰泰电厂,是超临界单抽供热空冷机组,抽汽参数为0.4MPa、270(采暖参数);大唐林州2350MW热电工程,采用超临界抽凝式汽轮机,工业抽汽参数为1.6MPa、100t/h,采暖抽汽参数为0.58MPa、350t/h。 超临界参数机组在热经济性方面较亚临界参数机组有明显的优势,下面对二个方案进行发电设备经济指标的比较:超临界机组目前主机和主要辅机的价格高于亚临界机组,根据定额及厂家询价的实际情况,两台超临界机组较亚临界机组增加投资约2456
14、6万元。从长期运行来看,其主要运行费用为煤耗、脱硫脱硝运行费用、厂用电、检修等,厂用电主要有凝结水泵及磨煤机、一次风机、送风机、引风机等,凝结水泵由于汽耗率降低,单位发电量凝结水量减少,电机功率是降低的,磨煤机、一次风机、送风机、引风机由于耗煤率降低,电机功率也是降低的,故总体来看,厂用电率稍有下降;脱硫脱硝运行费用由于煤耗率降低也稍有下降。长期运行费用的主要区别应该是煤耗。现广东省已正式启动节能发电调度试点工作,通过电量调度鼓励低煤耗大机组多发电。如果仅从发电效益考虑,超临界参数供热机组在节能调度实施办法中比亚临界参数机组竞争优势更加明显。6结语通过技术经济比较,可以得出以下结论:1)随着国
15、家对节能减排要求的日益提供、火电技术升级及优化火电结构政策的执行,发展超临界机组已成为我国火力发电提高发电效率、节约一次能源、改善环境、降低发电成本的必然趋势,也是实现我国可持续发展、建设节约型社会的重要措施。虽然建设超临界机组初投资较高,但由于发电效率高、煤耗低、污染物排放少,从长期运行经济性和环保来看,超临界机组是今后我国火电机组的发展方向。 2)设计制造技术方面350MW超临界机组是在600MW超临界机组的基础上开发的,目前已有投运业绩,其技术成熟可靠;生产运行方面超临界参数机组的运行可靠性和调峰性能已经与亚临界参数机组相当。3)从技术经济、国内业绩上考虑,超临界汽轮机参数推荐采用:24.2MPa/566/566;锅炉参数:25.2MPa/571/569。4)从煤种适应性、运行可靠性上,推荐本工程采用切向燃烧或墙式燃烧方式。
