國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組擴(kuò)容改造及經(jīng)濟(jì)效益分析

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321100）

國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組擴(kuò)容改造及經(jīng)濟(jì)效益分析

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 蘭溪 321100）

針對國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組投運(yùn)后，因汽輪機(jī)通流部分效率低，導(dǎo)致電廠能耗高等問題，由ALSTOM公司負(fù)責(zé)汽輪機(jī)通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)，電廠利用機(jī)組大修機(jī)會將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高/中/低壓內(nèi)缸全部換新，配合進(jìn)行鍋爐、發(fā)電機(jī)、主變壓器等設(shè)備的改造，大幅度降低了機(jī)組能耗。機(jī)組熱力性能試驗(yàn)表明優(yōu)化措施合理可行，提高了機(jī)組的熱效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

超臨界燃煤機(jī)組；擴(kuò)容改造；機(jī)組效率；節(jié)能；降耗

0 引言

電力工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，火力發(fā)電企業(yè)是為社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供電力能源的企業(yè)，同時也是大量消耗一次能源和水資源的行業(yè)[1]。隨著近幾年我國和全球經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，火力發(fā)電企業(yè)面臨的形勢也出現(xiàn)了新的變化。

電力工業(yè)是節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，面對環(huán)境壓力，國家對節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)格。隨著機(jī)組運(yùn)行年份的增加，以及脫硫、脫硝等環(huán)保要求的提高，機(jī)組供電煤耗率下降的空間越來越小，因此，對投運(yùn)年份較長的火電機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造的要求已十分迫切。

按照機(jī)組能耗水平由低到高排序進(jìn)行電量調(diào)度是發(fā)展趨勢，發(fā)電企業(yè)要想在日益激烈的市場競爭中保持良好的發(fā)展優(yōu)勢，就必須采取有效措施，大幅度降低機(jī)組的供電煤耗。

近年來，隨著國際、國內(nèi)煤炭價格上升，在銷售電價提升幅度不大的情況下，發(fā)電企業(yè)的利潤空間將越來越受到擠壓。尤其是隨著計(jì)劃電煤與市場煤價格的逐步接軌，火力發(fā)電企業(yè)將面臨更為嚴(yán)峻的經(jīng)營壓力。

隨著我國電力改革的進(jìn)一步深化，如何不斷降低發(fā)電成本、提高企業(yè)效益和機(jī)組運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性已成為發(fā)電企業(yè)目前面臨的一個重大課題，而機(jī)組節(jié)能降耗是這個課題中的主要環(huán)節(jié)。蘭溪電廠國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組的擴(kuò)容改造是對機(jī)組節(jié)能降耗的有益探索。

1 擴(kuò)容改造前的機(jī)組情況

1.1 設(shè)備簡介

蘭溪電廠國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)，型號為N600-24.2/566/566。鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架加輕型金屬屋蓋、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，型號為B&W B-1903/ 25.4-M。發(fā)電機(jī)是東方電機(jī)股份有限公司引進(jìn)日本HITACH（日立）公司技術(shù)制造的汽輪機(jī)直接拖動的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機(jī)，型號為QFSN-600-2-22C。主變壓器由常州東芝變壓器有限公司制造，戶外、雙繞組、油浸單相強(qiáng)迫油導(dǎo)向循環(huán)風(fēng)冷無載調(diào)壓變壓器，組合后的三相變壓器組聯(lián)接組別標(biāo)號為YN，d11，高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，型號為DFP-240000/500。

1.2 機(jī)組運(yùn)行情況

機(jī)組于2006年12月投產(chǎn)，截至2013年3月業(yè)績良好，但也存在一些安全隱患，尤其在運(yùn)行效率水平方面，發(fā)/供電煤耗率指標(biāo)與同類型機(jī)組的先進(jìn)水平相比，尚有一定的差距。

1.2.1 汽輪機(jī)運(yùn)行情況

該汽輪發(fā)電機(jī)組的THA（設(shè)計(jì)熱耗率保證工況）為輸出端凈功率600 MW，該工況的機(jī)組熱耗率設(shè)計(jì)值為7 537 kJ/kWh。機(jī)組投產(chǎn)初期，按照美國機(jī)械工程師協(xié)會ASME PTC 6-1996《汽輪機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》的要求，進(jìn)行了嚴(yán)格的性能考核試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

將試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較后可知：額定負(fù)荷工況的高壓缸效率為84.5%，比設(shè)計(jì)值86.3%偏低1.8%，影響整機(jī)效率約0.39%；試驗(yàn)中壓缸效率為91.4%，比設(shè)計(jì)值92.5%偏低1.1%，影響整機(jī)效率約0.22%；試驗(yàn)低壓缸效率為86.3%，比設(shè)計(jì)值 93.2%偏低 6.9%，影響整機(jī)效率約2.9%。綜合以上3項(xiàng)偏差，影響整機(jī)效率的總和為3.5%。由此可知，導(dǎo)致汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行性能偏離設(shè)計(jì)值的主要原因是汽輪機(jī)高/中/低壓缸通流效率偏低。

1.2.2 鍋爐運(yùn)行情況

鍋爐在BMCR（最大額定蒸發(fā)量）工況下設(shè)計(jì)額定參數(shù)為：主蒸汽流量1 903 t/h，主汽出口溫度571℃，壓力25.4 MPa；再熱器出口溫度569℃，出口壓力4.526 MPa，進(jìn)口溫度324℃，進(jìn)口壓力4.716 MPa，再熱汽流量1 551.3 t/h。

從機(jī)組最大出力時的運(yùn)行情況來看，鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量達(dá)到2 000 t/h，盡管該數(shù)值已經(jīng)超過BMCR的設(shè)計(jì)流量（1 903 t/h），但鍋爐側(cè)大部分設(shè)備都能滿足機(jī)組最大出力的運(yùn)行要求。

1.2.3 電氣系統(tǒng)運(yùn)行情況

發(fā)電機(jī)的額定容量為667 MVA；額定有功出力為600 MW；功率因數(shù)0.9（滯后），額定定子電壓為22 kV，額定電流17 495 A。該發(fā)電機(jī)自機(jī)組調(diào)試開始，運(yùn)行狀況良好。

主變壓器的額定容量為720 MVA，自機(jī)組調(diào)試開始，主變壓器運(yùn)行狀況良好。

2007年機(jī)組投產(chǎn)性能驗(yàn)收試驗(yàn)時，發(fā)電機(jī)、主變壓器都經(jīng)歷了最大出力試驗(yàn)的驗(yàn)證考核，說明發(fā)電機(jī)和主變壓器均有能力進(jìn)行擴(kuò)容改造。

表1 機(jī)組THA工況性能考核試驗(yàn)結(jié)果

2 擴(kuò)容改造的實(shí)施

蘭溪電廠國產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組擴(kuò)容改造項(xiàng)目以汽輪機(jī)通流改造，配套鍋爐、發(fā)電機(jī)、主變壓器擴(kuò)容改造為主。2014年3月22日，機(jī)組停機(jī)開始A級檢修，同時進(jìn)行汽輪機(jī)通流改造及鍋爐、發(fā)電機(jī)、主變壓器的擴(kuò)容改造。

2.1 汽輪機(jī)通流改造

汽輪機(jī)更換了高/中壓轉(zhuǎn)子、高/中壓內(nèi)缸、低壓轉(zhuǎn)子、低壓內(nèi)缸、高/中/低壓部分所有靜葉和通流部件，對低發(fā)對輪螺栓進(jìn)行了擴(kuò)孔更換。

汽輪機(jī)高中壓通流部分保留沖動式設(shè)計(jì)，采用新的高/中壓內(nèi)缸后，增加了葉輪級數(shù)，從而使新的高壓通流級數(shù)增為10級；除第一級加寬之外，調(diào)節(jié)級后設(shè)置了一段混合區(qū)，確保汽流均勻進(jìn)入第二級。改造后，中壓缸的級數(shù)不變。改造后的通流設(shè)計(jì)，根據(jù)速比要求，優(yōu)化葉片的節(jié)圓直徑，增大了頂部與底部半徑的比值，葉片更長，效率更高，蒸汽速度也更低。動葉具有先進(jìn)的葉型，采用整體圍帶，在葉片頂部能夠形成平滑的喇叭形流道，另外也易于在葉頂采用迷宮式汽封[2]。高/中壓通流設(shè)計(jì)根據(jù)汽輪機(jī)的運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化，高壓和中壓的噴嘴比原有噴嘴大得多，可減少固體微粒沖蝕，采用整體式圍帶消除了鉚接圍帶可能發(fā)生的固體微粒沖蝕。高壓隔板采用具有三維型線的靜葉，帶整體加工的根部和頂部圍帶，圍帶被焊進(jìn)隔板內(nèi)外環(huán)[3]。中壓通流設(shè)計(jì)結(jié)合了先進(jìn)的自帶圍帶的靜葉和裝在單獨(dú)圍帶中的二維型線靜葉，并與隔板內(nèi)外環(huán)焊接在一起。

改造后的低壓缸采用阿爾斯通高性能反動式通流設(shè)計(jì)，末級葉片為RS37T（37英寸帶鰭葉片），由原來的7級更改為8級。由于反動式設(shè)計(jì)，改造后轉(zhuǎn)子采用焊接式空心轉(zhuǎn)子。除了低壓末級動葉，其它的葉片都采用具有整體圍帶的全三維設(shè)計(jì)，運(yùn)行時緊密地靠在一起并形成剛性的一排葉片。除末兩級外的其它動葉被安裝在轉(zhuǎn)子周向的葉根槽里，葉根槽為成熟的雙T型設(shè)計(jì)，末兩級葉根采用軸向安裝的縱樹型。所有的靜葉和動葉（除了末兩級靜葉）采用12%～13%的鉻合金加工而成，具有極好的抗水蝕性。低壓缸末級動葉進(jìn)汽邊外緣采用感應(yīng)硬化處理，整個表面采用噴丸處理，進(jìn)一步提高了其防水蝕、防應(yīng)力開裂的特性和抗腐蝕疲勞強(qiáng)度。

2.2 鍋爐擴(kuò)容改造

擴(kuò)容改造后，鍋爐BMCR由原來的1 903 t/h增大到1 997.96 t/h，再熱汽流量由1 551.3 t/h增大到1 652.33 t/h。

鍋爐改造時，適當(dāng)減小了低溫再熱器右側(cè)受熱面，以減少低溫再熱器左右側(cè)的溫度偏差。低溫再熱器的4個水平管組由管徑為Φ60 mm、壁厚為4.5 mm、材質(zhì)為15CrMoG的鋼管組成，呈逆流順列布置，橫向節(jié)距112.5 mm，6管圈并繞，沿爐寬布置194片，每個管組的管片下端焊有上支承，架在位于相應(yīng)前包墻和隔墻的下支承上，全部重量通過包墻管和隔墻管傳遞到上集箱。

鍋爐擴(kuò)容并減少再熱器管組后，進(jìn)入空預(yù)器的煙溫比原設(shè)計(jì)提高8～11℃，因此適當(dāng)增加了省煤器受熱面積。省煤器水平管組由Φ51×7 mm的SA210C鋼管組成，管組橫向節(jié)距112.5 mm，2圈并繞，沿爐寬布置194片。

鍋爐擴(kuò)容后，因蒸發(fā)量增加，故更換了過熱器出口安全閥，以滿足鍋爐排放量增加的需要。經(jīng)核算，不需要改造再熱器安全閥。

鍋爐的熱一次風(fēng)道母管截面由原來的2 m× 2.2 m增加至2.5 m×2.2 m，以滿足磨煤機(jī)出口溫度提高及擴(kuò)容改造后燃煤量增加的需要。

2.3 電氣系統(tǒng)擴(kuò)容改造

擴(kuò)容改建中更換了全部發(fā)電機(jī)定子槽楔，采用高換熱性能氫冷器，同時將發(fā)電機(jī)的額定氫氣壓力由0.414 MPa提高至0.45 MPa，以提高發(fā)電機(jī)內(nèi)的冷卻能力。主變壓器也采用了高效冷卻器，以提高其冷卻能力。

3 改造的效益

機(jī)組改造后，按照ASME規(guī)程進(jìn)行了嚴(yán)格的熱耗考核試驗(yàn)，結(jié)果顯示100%THA工況下，汽輪機(jī)高/中/低壓缸效率分別為88.63%，90.98%，90.70%，熱耗為7 628.41 kJ/kWh；75%THA工況下，汽輪機(jī)高/中/低壓缸效率分別為 85.67%，91.11%，89.45%，熱耗為7 804.24 kJ/kWh。

3.1 節(jié)能減排經(jīng)濟(jì)收益

機(jī)組通流改造后，600 MW負(fù)荷下供電煤耗可下降6.7 g/kWh。根據(jù)發(fā)電企業(yè)一般的計(jì)算方法，按負(fù)荷600 MW、利用小時數(shù)5 500 h、廠用電率5%計(jì)算，單臺機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤21 004 t；按目前蘭溪電廠年平均標(biāo)煤價800元/t計(jì)，單機(jī)年收益為1 680萬元；折算減少二氧化硫排放22.1 t，減少氮氧化物排放29.1 t（按脫硝改造完成后的排放計(jì)算），具有較好的節(jié)能降耗減排效果。

3.2 增容提效收益

按單臺機(jī)組增容提效改造投資13 000萬元，增容量60 MW計(jì)算，單位容量投資為 2 166.7元/kW，遠(yuǎn)低于目前新擴(kuò)建火力機(jī)組的單位投資水平（3 000～4 000元/kW），投資收益明顯，并且達(dá)到節(jié)能降耗的目的。單機(jī)可多發(fā)電33 000萬kWh/年，單位邊際收益按0.118元/kWh計(jì)算，可增加發(fā)電利潤3 894萬元/年。

合計(jì)2項(xiàng)，每臺機(jī)組總收益5 574萬元/年，可以在2.33年左右回收成本，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電設(shè)備資產(chǎn)增值，同時具有較好的節(jié)能減排效益，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。

綜上所述，蘭溪電廠國產(chǎn)600 MW超臨界機(jī)組應(yīng)用汽輪機(jī)通流改造技術(shù)，對汽輪機(jī)高/中/低壓缸通流實(shí)施節(jié)能降耗和增容改造，各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)均達(dá)到設(shè)計(jì)值，機(jī)組供電煤耗下降約6.7 g/kWh，節(jié)能減排效果顯著，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

[1]馮玲.超臨界600 MW汽輪機(jī)通流經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化[J].東方汽輪機(jī)，2012，7（2）:15-21.

[2]熊大健.600 MW超臨界汽輪機(jī)通流部分改造及降耗分析[J].電力與能源.2013.34（5）:508-513.

[3]曾榮鵬.國產(chǎn)300 MW沖動式汽輪機(jī)通流改造[J].華電技術(shù)，2012，34（10）:39-42.

（本文編輯：徐 晗）

Capacity Expansion of Home-made 600 MW Supercritical Coal-fired Units and Analysis of Economic Benefits

XU Shude，LU Hongyue
（Zhejiang Zheneng Lanxi Electric Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China）

Energy consumption of power plant is high due to low efficiency of flow passage of steam turbine after the operation of home-made 600 MW supercritical coal-fired units.By optimum design of flow passage with ALSTOM and replacement of high，medium and low-pressure inner cylinders during units overhaul in power plant as well as transformation of boilers，generators and main transformers，energy consumption of units is significantly reduced.Thermal performance test of the units shows that the optimization measures are reasonable and feasible in improving thermal performance of units;the economical efficiency is remarkable and the goal of energy saving and consumption reduction is achieved.

supercritical coal-fired units；capacity expansion；units efficiency；energy saving；consumption reduction

TK268+.3

B

1007-1881（2015）02-0033-04

2014-09-23

徐書德（1971），男，工程師，從事火電廠管理工作。