1 000 MW超超臨界火電機(jī)組的設(shè)計(jì)優(yōu)化

（浙能舟山六橫發(fā)電廠，浙江舟山316131）

1 000 MW超超臨界火電機(jī)組的設(shè)計(jì)優(yōu)化

金宏偉

（浙能舟山六橫發(fā)電廠，浙江舟山316131）

舟山六橫發(fā)電廠新建工程項(xiàng)目在初步設(shè)計(jì)階段開展了設(shè)計(jì)優(yōu)化。介紹了主廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高選擇、高壓加熱器的選型、給水泵及前置泵的容量選擇及布置方式、低溫省煤器的選擇等優(yōu)化項(xiàng)目并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，將為工程建設(shè)節(jié)省大量投資費(fèi)用。

1 000 MW；火電機(jī)組；設(shè)計(jì)優(yōu)化

浙能舟山六橫發(fā)電廠位于浙江省舟山市六橫鎮(zhèn)，一期建設(shè)規(guī)模為2×1 000 MW超超臨界國產(chǎn)燃煤發(fā)電機(jī)組，三大主機(jī)分別選用北京巴威鍋爐廠、東方汽輪機(jī)廠和東方電機(jī)廠的設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠工程節(jié)能降耗與控制造價(jià)，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，有必要在發(fā)電廠初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工藝流程、設(shè)備配置等方面的優(yōu)化工作，確保建成后的機(jī)組在設(shè)計(jì)水平、工程建設(shè)、運(yùn)行指標(biāo)方面能達(dá)到國內(nèi)一流或國際先進(jìn)水平。

1 汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高選擇

國內(nèi)已投運(yùn)的1 000 MW超超臨界機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高大多定在17 m，主要是考慮凝汽器能順利穿管及減少負(fù)挖土方量[1]，也有少數(shù)發(fā)電廠（如華能廣東海門發(fā)電廠、國電潮州三百門發(fā)電廠等）將運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高定在15.5 m，降低主廠房容積以節(jié)省土建費(fèi)用與減少運(yùn)行費(fèi)用[2]。本工程據(jù)初步計(jì)算，將運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高由17 m降到15.5 m，綜合主廠房容積減少與負(fù)挖土建費(fèi)用的增加情況，總土建費(fèi)用仍下降約70萬元左右；由于凝汽器布置的下降，循環(huán)水泵功率及耗電量減少，年運(yùn)行費(fèi)用可以下降約200萬元左右，經(jīng)濟(jì)效益較明顯。

對運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高優(yōu)化為15.5 m的發(fā)電廠進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，認(rèn)為主廠房容積壓縮后設(shè)備管道布置過于密集，設(shè)備檢修空間與檢修通道狹窄，不利于平時(shí)的檢修維護(hù)。經(jīng)綜合考慮工程投資、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與檢修維護(hù)的便利性，將運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高確定為16 m。

2 汽動給水泵組的選型及布置方式

2.1 汽動給水泵組的比選

目前國內(nèi)已投運(yùn)的1 000 MW超超臨界機(jī)組中，只有外高橋發(fā)電廠三期配置1臺100%鍋爐最大出力工況（BMCR）容量汽動給水泵[3]，其他都配置2臺50%BMCR容量汽動給水泵組。

1臺100%BMCR容量的給水泵組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于2臺50%BMCR容量，給水泵效率可提高1%～2%，給水泵汽輪機(jī)效率可提高6%[4]，折合標(biāo)煤可節(jié)約0.8 g/kWh,年運(yùn)行燃料費(fèi)用可節(jié)約352萬元。但據(jù)了解目前國內(nèi)還沒有為1 000 MW超超臨界機(jī)組配套生產(chǎn)100%BMCR容量給水泵及給水泵汽輪機(jī)的制造廠家。按100%BMCR容量給水泵及汽輪機(jī)采用進(jìn)口設(shè)備與50%BMCR容量給水泵及汽輪機(jī)采用國產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行比較，2臺50%BMCR容量的國產(chǎn)給水泵比1臺100%BMCR進(jìn)口給水泵的配置總投資低5 000萬元。

另外單臺100%BMCR容量汽動給水泵組的故障將直接影響到機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，而2臺50%BMCR容量給水泵組在1臺泵組故障情況下機(jī)組還可以帶60%負(fù)荷[5]。

經(jīng)過上述兩種配置方案優(yōu)劣點(diǎn)的綜合對比，考慮配置2臺50%BMCR容量汽動給水泵組。

2.2 前置泵驅(qū)動方式及給水泵組布置優(yōu)化

前置泵的驅(qū)動方式分為2種：前置泵由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動；前置泵、主泵同軸布置由給水泵汽輪機(jī)通過減速箱驅(qū)動。給水泵組的布置方式結(jié)合前置泵的驅(qū)動方式又分為3種：

（1）常規(guī)的布置方式，即前置泵布置在除氧間0 m層，由電機(jī)驅(qū)動，給水泵布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層。常規(guī)的布置方式被國內(nèi)大部分火電機(jī)組采用。

（2）前置泵與主泵同軸布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層。在國內(nèi)投產(chǎn)的1 000 MW機(jī)組中也有廣泛使用，如國電北侖發(fā)電廠[6]、華能南京金陵發(fā)電廠等。

（3）前置泵與主泵同軸布置在除氧間0 m層，給水泵汽輪機(jī)采用上排汽方式。這種方式在目前國內(nèi)投產(chǎn)的百萬千瓦機(jī)組級別中尚無應(yīng)用業(yè)績，但在300 MW級別機(jī)組由電泵改造為汽泵項(xiàng)目中有一定的應(yīng)用并運(yùn)行良好，如華電國際山東鄒縣發(fā)電廠、華能江蘇淮陰發(fā)電廠、華能重慶珞璜發(fā)電廠等。

前置泵布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層還是0 m層，影響到除氧器的布置及主廠房的容積與土建費(fèi)用。除氧器的布置必須滿足前置泵的有效汽蝕余量要求，前置泵在除氧器滑壓運(yùn)行中出現(xiàn)事故暫態(tài)工況時(shí)（如機(jī)組突然全甩負(fù)荷），有效汽蝕余量會出現(xiàn)最小值，只有該工況下的最小有效汽蝕余量滿足前置泵的汽蝕余量要求時(shí)，前置泵的運(yùn)行才是安全的。通過計(jì)算，前置泵布置在0 m層時(shí)，除氧器至少需要布置在26 m以上；若將前置泵布置在運(yùn)轉(zhuǎn)層，除氧器則需要布置在39 m以上方能滿足要求，相應(yīng)的主廠房容積增加約13 000 m3，2臺機(jī)組總投資估算需增加390萬元。

通過投資與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比，前置泵與汽動給水泵汽輪機(jī)同軸布置在0 m層，采用上排汽的方案比另兩種方案有相對的優(yōu)越性，既減少了主廠房容積，又取消了前置泵電機(jī)，降低了廠用電率。故經(jīng)綜合考慮，采用的方案為2×50%BMCR容量汽動給水泵組、主泵前置泵同軸0 m層布置、給水泵汽輪機(jī)采用上排汽的方式。

3 高壓加熱器選型

1 000 MW超超臨界機(jī)組高壓加熱器（簡稱高加）主要有2種布置方式，即單列布置與雙列布置。目前國內(nèi)已建成投運(yùn)的1 000 MW超超臨界機(jī)組中，只有外高橋發(fā)電廠三期、平頂山發(fā)電廠采用單列布置，其他均采用雙列布置[7]。

采用雙列高加大旁路布置方式，當(dāng)任一高加故障導(dǎo)致該列退出運(yùn)行時(shí)，另一列仍可通過60%左右的給水流量，此時(shí)鍋爐的給水溫度不會降到除氧器出口的給水溫度，對機(jī)組運(yùn)行的擾動相對較小，此時(shí)機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性相對較高。采用單列布置時(shí)，當(dāng)任一高加故障導(dǎo)致高加退出運(yùn)行時(shí)，鍋爐給水溫度瞬間降為除氧器出口溫度，此時(shí)機(jī)組雖然能帶滿負(fù)荷運(yùn)行，但對機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的擾動較大，機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性也較差。

在布置方式上，雙列高加布置形式上相對復(fù)雜，抽汽管道、疏水管道、給水管道及相關(guān)閥門均需雙套布置，設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)故障及泄漏的概率也增加。

通過對雙列高加和單列高加的抽汽管道進(jìn)行熱力計(jì)算表明，抽汽管道采用雙列高加時(shí)比采用單列高加時(shí)的壓降要增加0.4%。結(jié)合熱平衡計(jì)算，采用單列高加時(shí)機(jī)組熱耗可以下降0.3 kJ/kWh，煤耗比采用雙列高加可減少0.01 g/kWh，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性稍好。另外通過投資費(fèi)用的比較，采用雙列高加時(shí)，每臺機(jī)組在高加設(shè)備投資、給水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)的管道閥門投資等方面比采用單列高加要高288萬元左右。

通過上述比較分析，認(rèn)為高加采用單列與雙列均是可行的，在系統(tǒng)布置、設(shè)備投資、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及設(shè)備可靠性上單列高加相對占有一定優(yōu)勢，故決定采用單列高加。

4 低溫省煤器設(shè)置

為防止鍋爐尾部受熱面的煙氣結(jié)露與低溫腐蝕，通常鍋爐的排煙溫度設(shè)計(jì)得比煙氣露點(diǎn)溫度高許多，因此排煙熱損失很大，是當(dāng)前鍋爐熱損失中的最大項(xiàng)，如何進(jìn)一步降低排煙溫度成為鍋爐節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的必然選擇。

近年國內(nèi)多家發(fā)電廠進(jìn)行鍋爐改造時(shí)，多加裝低溫省煤器，利用鍋爐的排煙余熱對熱力系統(tǒng)中的凝結(jié)水或采暖熱電廠回水等冷卻水源進(jìn)行加熱利用，并取得不錯的經(jīng)濟(jì)效益。如外高橋發(fā)電廠三期1 000 MW超超臨界機(jī)組通過在鍋爐空氣預(yù)熱器后加裝低溫省煤器來提高凝結(jié)水的溫度，減少低壓加熱器（簡稱低加）的抽汽量，既利用鍋爐排煙余熱獲得電能，同時(shí)對于脫硫系統(tǒng)還可以減少大量脫硫用水[8]，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

在全社會倡導(dǎo)節(jié)能排減的大背景下，加裝低溫省煤器是新建發(fā)電廠工程的必然選擇。分析對比加裝低溫省煤器的相關(guān)方案，決定將低溫省煤器布置在引風(fēng)機(jī)后、脫硫吸收塔前，在7，8號低加間采用串并聯(lián)布置方式，加熱回?zé)嵯到y(tǒng)中的凝結(jié)水。該方案初投資小，綜合經(jīng)濟(jì)性好，計(jì)算發(fā)電煤耗可降低0.89 g/kWh，以機(jī)組滿負(fù)荷工況為基準(zhǔn)的投資回收年限為5.05年。

5 結(jié)語

六橫發(fā)電廠在初步設(shè)計(jì)前開展的優(yōu)化項(xiàng)目共有29項(xiàng)，在此主要分析了主廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高的確定、汽動給水泵的選型及布置、高壓加熱器選型及加裝低溫省煤器等4個方面的優(yōu)化情況。另外還進(jìn)行了主再熱蒸汽系統(tǒng)壓降優(yōu)化、凝結(jié)水泵采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)、風(fēng)機(jī)選型及裕量選擇、引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)合并設(shè)置（即四合一風(fēng)機(jī)）、鍋爐除渣方式優(yōu)化、凝汽器冷端優(yōu)化、循環(huán)水泵選型配置優(yōu)化等。通過開展設(shè)計(jì)優(yōu)化，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省了大量的工程投資費(fèi)用。

[1]范永春，石佳.1 000 MW機(jī)組汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高優(yōu)化[J].東北電力技術(shù)，2006（9）:14-16.

[2]范永春，楊小華.華能海門電廠設(shè)計(jì)優(yōu)化探討[J].廣東電力，2010，5（23）:50-54.

[3]馮偉忠.1 000 MW超超臨界機(jī)組給水泵及系統(tǒng)優(yōu)化[J].中國電力，2010，43（8）:26-30.

[4]俞興超.1 000 MW超超臨界火電機(jī)組給水泵配置及分析[J].華東電力，2008，36（9）：90-94.

[5]張?jiān)?，潘家成，張健，?超超臨界1 000 MW機(jī)組給水泵汽輪機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)[J].東方電氣評論，2008，22（86）: 1-6.

[6]陳建縣，陶磊.超超臨界1 000 MW機(jī)組給水泵前置泵的優(yōu)化配置[J].浙江電力，2007，26（6）:19-21.

[7]欒義，張野虎，卯云峰.1 000 MW機(jī)組高壓加熱器配置方案淺析[J].科技信息，2010（35）:1099，1134.

[8]張振球.既減排又節(jié)能外三廠成功實(shí)現(xiàn)“零能耗脫硫”[J].上海電力，2009（4）:320.

（本文編輯：陸瑩）

Design Optimization for 1 000 MW Ultra-supercritical Thermal Power Units

JIN Hong-wei
（Zheneng Zhoushan Liuheng Power Plant，Zhoushan Zhejiang 316131，China）

The design optimization of the new project in Zhoushan Liuheng Power Plant is performed during the preliminary design stage.This paper presents the design optimization items including elevation selection of the turbine house operating layer，type selection of the high-pressure heater，capacity selection and layout methods of the feed water pump and booster pump，selection of low-temperature economizer and carries out the economic analysis.It will reduce a lot of investment costs for project construction.

1 000 MW；thermal power units；design optimization

TK222

：B

：1007-1881（2012）07-0038-03

2011-12-26

金宏偉（1976-），男，浙江臺州人，工程師，主要從事火電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。