350 MW供熱機組采用超超臨界參數(shù)的技術經濟分析

郝云燕

(中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司，北京 100120)

350 MW供熱機組采用超超臨界參數(shù)的技術經濟分析

郝云燕

(中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司，北京 100120)

350 MW超臨界供熱汽輪機是目前國內大型供熱機組的主導機型，350 MW機組是否可進一步提高蒸汽參數(shù)，向超超臨界參數(shù)發(fā)展從而進一步提高機組經濟性，一直存有爭議。本文結合各主機廠的分析結論，針對350 MW供熱機組采用超超臨界參數(shù)的技術可行性、初參數(shù)選擇的合理性以及設備投資與運行成本的經濟性比較等方面進行論述分析，對350 MW采用超超臨界參數(shù)的合理選擇提供了參考意見。

350 MW機組；超超臨界；經濟性

0 引言

目前我國采用超超臨界參數(shù)的機組都是限于600～1 000 MW及以上大型機組，對于350 MW機組來說，是否可進一步向超超臨界參數(shù)發(fā)展，從而進一步提升機組的經濟效益，一直是業(yè)內關注的問題。近年來陸續(xù)有熱電企業(yè)在350 MW供熱機組的參數(shù)選擇上趨向于采用超超臨界參數(shù)，以期達到更好的節(jié)能減排效果，國內3大主機廠也在350 MW機組的參數(shù)選擇、經濟效果以及投資成本方面進行了論證分析。本文結合各主機廠的分析結論，針對350 MW機組若采用超超臨界參數(shù)，其單機容量是否有利于充分發(fā)揮超超臨界參數(shù)的經濟性效果，在制造技術上是否可行以及由此帶來的主輔設備、管道材料投資費用等問題進行簡要分析，以供350 MW機組參數(shù)選擇時參考。

1 350MW機組選超超臨界參數(shù)技術可行性

1.1機組容量對效率的影響

對于汽輪機來說，進汽參數(shù)的提高是否能帶來經濟效益，是與機組的容量有關的。超臨界及超超臨界蒸汽參數(shù)對應著很高的蒸汽密度，若汽輪機單機容量偏小，則汽輪機高壓、通流部分的尺寸也偏小，造成二次流損失和汽封漏汽損失增加，這將會在一定程度上抵消由于蒸汽參數(shù)提高帶來的效益。從通流部分設計的角度分析，流量越大，高壓缸葉片高度越高，通流效率越高，加上軸封漏汽相對比例減小的原因，隨流量和功率的增加，機組的經濟性越好。因此，在理論上超臨界機組及超超臨界機組具有最小單機容量限制。

試驗研究表明：亞臨界參數(shù)300 MW/600 MW汽輪機高壓缸通流部分的損失中，葉型損失占總損失的30%～40%，端部損失占總損失的25%～35%，汽封漏汽損失占總損失的20%～25%。葉片越短，葉片端損的影響也就越大。對壓力更高的超臨界和超超臨界機組端損的比例更大。300 MW亞超臨界汽輪機調節(jié)級葉高約30 mm。300 MW超臨界汽輪機調節(jié)級葉高約20 mm，只有超臨界汽輪機調節(jié)級葉高的2/3；端部損失、漏汽損失分別是超臨界汽輪機的1.5倍，甚至更多。

反動式汽輪機調節(jié)級后容積流量與高壓缸效率差的關系曲線如圖1所示，隨著容積流量的減小，效率差的變化斜率增大。沖動式汽輪機的這種關系曲線變化更大。

圖1 反動式汽輪機調節(jié)級后容積流量與高壓缸效率差關系

在決定通流部分容積流量的3個參數(shù)(壓力、溫度、流量)中，溫度的變化范圍小，對容積流量的影響最小，流量(功率)與高壓缸通流能力有關，比容則是壓力的函數(shù)。流量(功率)大小與壓力對高壓缸效率的影響程度是相同的。例如，在相同壓力參數(shù)下，同為單流程的亞臨界300 MW機組和600 MW機組，高壓缸采用相同的葉型、相同的焓降、轉子直徑和級數(shù)，但由于流量的不同，效率分別為85.0%和88.3%。

上述高壓缸效率與容積流量的關系表明，不同功率等級機組進汽壓力對高壓缸效率的影響程度是不同的。

汽輪機生產廠家針對350 MW機組的不同參數(shù)選擇的理論設計結果顯示，對300 MW同功率的超臨界和亞臨界機組來說，由于蒸汽參數(shù)不同，容積流量的不同，300 MW超臨界機組高壓缸效率比亞臨界機組低2%～3%。但是參數(shù)的提高對中壓缸的效率有所增加，低壓缸的效率增加更加明顯，按高壓缸功率占汽輪機功率的1/3考慮，300 MW超臨界機組的整機的循環(huán)效率仍比亞臨界機組的循環(huán)效率提高2.3%～2.8%。而300 MW超超臨界機組與超臨界機組相比，高壓缸效率基本一致，其中低壓缸效率進一步提高，因此，300 MW超超臨界機組的在循環(huán)效率上是3種參數(shù)的機組中最好的。

對于300 MW容量超臨界機組來說，將參數(shù)進一步提高至超超臨界參數(shù)，主要關心的問題是超超臨界參數(shù)對應很高的蒸汽密度與汽輪機高壓部分通流部分尺寸偏小的矛盾，從上面的論述可知，在300～350 MW范圍內，機組容量應該還是比較適合的，選擇上限350 MW容量，循環(huán)效率會進一步提高，經濟性也更好。根據(jù)輪機廠家的計算結論，350 MW機組由超臨界參數(shù)提高至超超臨界參數(shù)，其機組循環(huán)效率提高的幅度基本與600 MW和1 000 MW超超臨界機組相當。因此，350 MW機組采用超超臨界參數(shù)在單機容量的匹配上應該是比較合適的。

目前，雖然國內600 MW以下容量的機組尚無采用超超臨界參數(shù)，但國外在300～400 MW等級的機組上早已有采用超超臨界參數(shù)的先例。丹麥的Nordjylloand電廠#3機組，單機容量415 MW ，進汽參數(shù)29 MPa/582 ℃/580 ℃/580 ℃，于1998年投產。

1.2350MW機組進汽參數(shù)選擇

我國現(xiàn)有常規(guī)超臨界機組的進汽參數(shù)一般為24.2 MPa/566 ℃/566 ℃，常規(guī)超超臨界機組的進汽參數(shù)一般為25 MPa/600 ℃/600 ℃。一般來說，在超超臨界機組范圍內，主蒸汽壓力每提高1 MPa，機組熱耗將降低0.13%～0.15%，主蒸汽溫度每提高10 ℃，機組熱耗將降低0.20%～0.25%，再熱蒸汽溫度每提高10 ℃，機組熱耗將降低0.15%～0.20%，即提高蒸汽溫度對機組的熱循環(huán)效率更加有利。對于600 MW及以上容量的機組來說，超超臨界機組的熱效率與同容量的超臨界機組相比可提高4%左右。對于350 MW機組而言，雖然受容量較小的影響，提高蒸汽參數(shù)對效率的影響比600 MW以上機組略有減小，但提高蒸汽初參數(shù)熱效率仍會有明顯的提高。根據(jù)汽機廠的技術論證，350 MW采用超超臨界參數(shù)與超臨界參數(shù)相比，如果同時提高主蒸汽的壓力和溫度，對于高壓缸效率的影響并不大，甚至還會由于主蒸汽壓力的提高，蒸汽比容變小，高壓缸葉片高度降低，使得高壓缸效率略有下降。而對于中低壓缸而言，因再熱蒸汽溫度的提高，中壓缸的效率是有所提高的，而且隨著再熱溫度的提高，改善了低壓缸排汽區(qū)域的濕汽損失，使低壓缸的效率增加更加明顯，因此整機的效率仍有明顯提高的。對350 MW機組來說，受機組容量影響，若同時將蒸汽壓力提高至超超臨界的25 MPa，則汽缸通流面積變小，葉高降低，反而會對熱效率產生不利的影響，同時也需增加承壓部件的強度，造成設備投資增加，經綜合技術經濟比較，僅將主蒸汽及再熱蒸汽由566 ℃提高至600 ℃，而主蒸汽壓力仍維不變，即24.2/600 ℃/600 ℃是較為合理的參數(shù)。

1.3350MW超超臨界機組的技術可靠性

目前國內在超超臨界參數(shù)的大型發(fā)電機組使用已經非常普遍，技術成熟可靠，運行穩(wěn)定性好，可靠性高。提高進汽溫度的新型350 MW高效超臨界機組，是在成熟的超臨界機組和超超臨界機組的技術上開發(fā)而來的，因此在技術上并沒有新的難度，針對350 MW采用超超臨界參數(shù)的問題，國內幾家主機廠也都做了技術論證，均認為在技術上是完全可行的。采用超超臨界參數(shù)后，汽輪機的結構與超臨界相比幾乎沒變化，材料更換量也不多，因此在現(xiàn)有350 MW超臨界汽輪機本體結構的基礎上，將其進一步改進成為超超臨界機組，其技術的成熟性和可靠性是有保證的。目前雖然國內尚沒有350 MW超超臨界機組的生產制造業(yè)績，但國內主要主機廠具備設計和生產能力。

2 350 MW超超臨界機組經濟性分析

隨蒸汽參數(shù)的提高，主、輔機設備及高溫高壓管道等投資費用將會有所增大。在機組供熱量和發(fā)電量相同的前提下，用最小年費用法對350 MW超臨界和超超臨界機組的熱經濟指標(機組數(shù)據(jù)參考國內汽輪機廠提供技術資料)進行比較，見表1。

與超臨界機組相比，在20年經濟運行年限內，350MW超超臨界機組每年節(jié)約運行成本546萬元，扣減每年償還的初投資260萬元后，每年產生約286萬元的收益，具有較大的經濟優(yōu)勢。當標煤價由600元/t降至300元/t時，其經濟效益仍然顯著。

表1 超臨界和超超臨界供熱機組的經濟指標對比

注：標煤價(1)和標煤價(2)為選取的2種有代表性的煤價，覆蓋了常見的煤價范圍。

3 結束語

在20年經濟運行年限內，350 MW超超臨界機組與常規(guī)超臨界機組相比，經濟性相當好，燃料消耗量降低，符合高效節(jié)能環(huán)保的產業(yè)政策。

350 MW超超臨界機組是在成熟的超臨界機組技術上開發(fā)而來的，在技術可靠性上是有充分保證的。

350 MW超超臨界供熱機組提供了一種選擇，兼顧節(jié)能減排和經濟性要求，比較適用于煤價較高的大、中城市供熱所采用。在350 MW機組參數(shù)選擇中，需結合地域環(huán)境、煤價、節(jié)能減排和超低排放的要求進行綜合技術經濟比較后確定。

(本文責編：齊琳)

2017-07-25；

:2017-08-25

TK 229.2

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：1674-1951(2017)09-0052-02

郝云燕(1963—)，女，河北保定人，高級工程師，從事火力發(fā)電廠熱機專業(yè)設計工作(E-mail:haoyy@ncpe.com.cn)。