1 000 MW高效寬負(fù)荷率超超臨界機(jī)組 設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化研究

何海宇， 范世望， 彭澤瑛

(上海汽輪機(jī)廠有限公司，上海 200240)

近年來(lái)，受宏觀經(jīng)濟(jì)尤其是工業(yè)生產(chǎn)下行等影響，用電量保持低速增長(zhǎng)已經(jīng)成為常態(tài)。與此同時(shí)，我國(guó)電力生產(chǎn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的迅速擴(kuò)張和結(jié)構(gòu)調(diào)整，電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大，能源結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，隨著風(fēng)電、水電和太陽(yáng)能發(fā)電等的大力發(fā)展，可再生能源和核電在電力結(jié)構(gòu)中所占比例逐步上升。

為了保證可再生能源和核電的基本負(fù)荷，大型火電機(jī)組參與調(diào)峰，長(zhǎng)期在低負(fù)荷工況運(yùn)行是必然趨勢(shì)。常規(guī)火電機(jī)組的主要負(fù)荷分配不再集中于高負(fù)荷區(qū)，為適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)的變化，需要開(kāi)發(fā)具有更好靈活性的高效寬負(fù)荷率超超臨界機(jī)組。

我國(guó)現(xiàn)有1 000 MW機(jī)組大部分時(shí)間的工作負(fù)荷遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷，那么可以考慮在選取設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)就將設(shè)計(jì)點(diǎn)的負(fù)荷降低，提高部分負(fù)荷進(jìn)汽壓力，從而降低熱耗率，提高經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)增設(shè)0號(hào)高壓加熱器，通過(guò)在部分負(fù)荷下投入0號(hào)高壓加熱器，提高機(jī)組給水溫度，進(jìn)一步降低熱耗率；在過(guò)負(fù)荷時(shí)通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)補(bǔ)汽和高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)等手段來(lái)滿足負(fù)荷峰值要求。筆者對(duì)原熱力方案(以下簡(jiǎn)稱(chēng)原方案)進(jìn)行優(yōu)化，將機(jī)組的補(bǔ)汽閥開(kāi)啟點(diǎn)降低至850～950 MW，同時(shí)在原有回?zé)嵯到y(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)0號(hào)高壓加熱器和高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，投入0號(hào)高壓加熱器；在機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，開(kāi)啟補(bǔ)汽閥和采用高壓加熱器旁路系統(tǒng)。同時(shí)比較了優(yōu)化后機(jī)組的蒸汽參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性，論證了機(jī)組的發(fā)電能力，對(duì)比了不同負(fù)荷分配率時(shí)各方案的綜合經(jīng)濟(jì)性。

1 機(jī)組容量規(guī)范

汽輪機(jī)的通流能力是指汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)額定蒸汽參數(shù)下，所有調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的最大主蒸汽流量[1]。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)和工況定義，通流能力也有所不同，其變化會(huì)影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和出力。

目前，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)采用3種不同的設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)定義汽輪機(jī)的容量：原電力部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 892—2004 《電站汽輪機(jī)技術(shù)條件》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DL/T 892—2004)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5578—2007 《固定式發(fā)電用汽輪機(jī)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GB 5578—2007)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60045—1 《汽輪機(jī) 第1部分：規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)IEC 60045—1)。DL/T 892—2004標(biāo)準(zhǔn)中提出一種按夏季極端高背壓11.8 kPa定義機(jī)組容量的規(guī)范：(1)銘牌出力為夏季工況(TRL)；(2)最大連續(xù)出力工況(TMCR)；(3)熱耗率驗(yàn)收工況(THA)；(4)閥門(mén)全開(kāi)工況(VWO)。針對(duì)以上4種工況，通流設(shè)計(jì)的容量約為額定工況的112%～113%，國(guó)內(nèi)也有部分機(jī)組采用相對(duì)低的背壓(9.6 kPa)來(lái)定義機(jī)組容量的規(guī)范。GB 5578—2007標(biāo)準(zhǔn)中提出一種按當(dāng)?shù)叵募颈硥憾x機(jī)組容量的規(guī)范：(1)銘牌出力、最大保證出力和熱耗率保證3個(gè)合為同一個(gè)工況；(2)夏季工況；(3)閥門(mén)全開(kāi)工況。針對(duì)以上3種工況，通流設(shè)計(jì)的容量約為額定工況的108%～110%。IEC 60045—1中以最大保證連續(xù)功率來(lái)定義機(jī)組的容量：(1)銘牌出力、最大保證出力和熱耗率保證3個(gè)合為同一個(gè)工況；(2)閥門(mén)全開(kāi)工況。針對(duì)以上2種工況，通流設(shè)計(jì)的容量約為額定工況的103%～105%[2]。

為了提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，使滑壓運(yùn)行機(jī)組在額定流量下的進(jìn)汽壓力達(dá)到額定值，超超臨界機(jī)組采用了補(bǔ)汽閥技術(shù)。目前，超超臨界機(jī)組的工況定義一般參考DL/T 892—2004和GB 5578—2007 2個(gè)規(guī)范(詳見(jiàn)表1)，規(guī)范要求的汽輪機(jī)通流能力設(shè)計(jì)(相對(duì)額定背壓、額定功率)裕量最大達(dá)到12%～13%。按照目前的設(shè)計(jì)規(guī)范配置的汽輪機(jī)，最小在87%的通流能力下已經(jīng)能發(fā)出額定出力，機(jī)組長(zhǎng)期在部分負(fù)荷下運(yùn)行，明顯降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。隨著火電機(jī)組的年利用小時(shí)數(shù)不斷下降，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性下降更加明顯。

表1 超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)通流能力Tab.1 Flow capacity of an ultra-supercritical steam turbine

2 原方案經(jīng)濟(jì)性分析

圖1為某1 000 MW超超臨界機(jī)組的熱力系統(tǒng)圖。該機(jī)組由1個(gè)單流高壓缸、1個(gè)雙流中壓缸和2個(gè)雙流低壓缸組成，機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)由3個(gè)高壓加熱器、5個(gè)低壓加熱器和1個(gè)除氧器組成。按照表1中3種設(shè)計(jì)容量規(guī)范，進(jìn)行了機(jī)組額定負(fù)荷和部分負(fù)荷的熱力計(jì)算。圖2給出了部分負(fù)荷相對(duì)于額定負(fù)荷的熱耗率增加量。圖3給出了部分負(fù)荷的主蒸汽壓力變化。

圖1 某1 000 MW超超臨界機(jī)組的熱力系統(tǒng)圖Fig.1 Thermodynamic system of a 1 000 MW ultra- supercritical unit

圖2 部分負(fù)荷的熱耗率變化Fig.2 Heat rate of unit under part-load conditions

由圖2可以看出，當(dāng)汽輪機(jī)處于滑壓運(yùn)行時(shí)，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低熱耗率迅速上升，且機(jī)組負(fù)荷率越低經(jīng)濟(jì)性下降的趨勢(shì)越快。以設(shè)計(jì)點(diǎn)為100%負(fù)荷為例，當(dāng)機(jī)組在50%負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，熱耗率相比額定負(fù)荷升高了4.6%左右；當(dāng)機(jī)組在40%負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，熱耗率相比額定負(fù)荷升高了7.08%左右；當(dāng)機(jī)組在30%負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，熱耗率相比額定負(fù)荷升高了10.93%左右；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，其熱耗率上升的原因主要有以下3點(diǎn)：

圖3 部分負(fù)荷的主蒸汽壓力變化Fig.3 Main steam pressure of unit under part-load conditions

(1)熱端參數(shù)下滑。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)，主蒸汽壓力迅速下降。

(2)回?zé)岫藚?shù)下降。機(jī)組負(fù)荷下降造成各段回?zé)岢槠麎毫ο陆?，最終給水溫度也隨之下降，降低了平均吸熱溫度。

(3)冷端損失增加。在低負(fù)荷工況下，低壓缸排汽損失迅速增加(一般從額定工況開(kāi)始降低機(jī)組負(fù)荷，排汽損失先減少后增加)導(dǎo)致低壓缸效率下降，低壓缸排汽損失在低負(fù)荷工況下有加速增加的趨勢(shì)，相應(yīng)地低壓缸效率也有加速降低的趨勢(shì)。

圖2和圖3中相對(duì)熱耗率和相對(duì)主蒸汽壓力為

(1)

(2)

式中：基準(zhǔn)熱耗率為設(shè)計(jì)點(diǎn)100%負(fù)荷方案額定負(fù)荷下的熱耗率：額定主蒸汽壓力為設(shè)計(jì)點(diǎn)100%負(fù)荷方案額定負(fù)荷下的主蒸汽壓力。

為了提升機(jī)組在部分負(fù)荷工況的經(jīng)濟(jì)性，相應(yīng)地也要從以上3個(gè)方面來(lái)采取措施：提升熱端參數(shù)、提升回?zé)岫藚?shù)和減少低壓缸排汽損失，機(jī)組設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化將會(huì)從前2個(gè)方面對(duì)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化。

3個(gè)方案中，設(shè)計(jì)點(diǎn)1方案的通流能力最大，由圖3可以看出，該方案部分負(fù)荷工況的主蒸汽壓力最低，由圖2也可以看出該方案部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性最差。隨著機(jī)組通流能力的增加，機(jī)組在部分負(fù)荷工況的經(jīng)濟(jì)性變差；由此可見(jiàn)，降低機(jī)組通流能力可以提升機(jī)組在部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。

機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性與機(jī)組在不同負(fù)荷下的運(yùn)行時(shí)間緊密相關(guān)，在新的電力結(jié)構(gòu)下，僅考核機(jī)組在額定負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)不能客觀反映機(jī)組的實(shí)際經(jīng)濟(jì)性，因此引入全年加權(quán)平均熱耗率來(lái)表征機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性。

全年加權(quán)平均熱耗率=∑負(fù)荷實(shí)際熱耗率×負(fù)荷時(shí)間占比

(3)

表2中的運(yùn)行時(shí)間1和運(yùn)行時(shí)間2分別代表2種典型的機(jī)組運(yùn)行情況[3]。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間1，機(jī)組在高負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間占比較大，在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間占比較小；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間2，機(jī)組在高負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間占比較小，在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間占比較大。

表2 機(jī)組負(fù)荷分配率Tab.2 Load rate of unit %

按照設(shè)計(jì)點(diǎn)100%負(fù)荷方案，假設(shè)機(jī)組全年不同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間分配如運(yùn)行時(shí)間1，該機(jī)組的全年加權(quán)平均熱耗率比額定工況熱耗率高1.13%；假設(shè)機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間分配如運(yùn)行時(shí)間2，那么該機(jī)組的全年加權(quán)平均熱耗率要比額定工況高3.43%。隨著火電機(jī)組全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)的進(jìn)一步降低，以及深度調(diào)峰需求上升，機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性將進(jìn)一步下降。

3 方案優(yōu)化論證

3.1 方案優(yōu)化措施

為了提高1 000 MW超超臨界機(jī)組在低負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)保證機(jī)組發(fā)額定出力的能力，采用以下4種措施對(duì)高效寬負(fù)荷率汽輪機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。

(1)降低機(jī)組通流設(shè)計(jì)容量(設(shè)計(jì)點(diǎn))。常規(guī)方案將100%負(fù)荷或TRL工況作為設(shè)計(jì)點(diǎn)，優(yōu)化方案將設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷降低到100%負(fù)荷以下，比較以下3個(gè)方案：設(shè)計(jì)點(diǎn)95%負(fù)荷、設(shè)計(jì)點(diǎn)90%負(fù)荷和設(shè)計(jì)點(diǎn)85%負(fù)荷。隨著機(jī)組通流能力的降低，低負(fù)荷工況下滑壓運(yùn)行的主蒸汽和各級(jí)回?zé)岢槠膲毫σ哂谠桨?，熱耗率水平將低于原方案?/p>

(2)配置0號(hào)高壓加熱器，在部分負(fù)荷下投入0號(hào)高壓加熱器，可以提高給水溫度，降低機(jī)組的熱耗率。

(3)采用配汽機(jī)構(gòu)補(bǔ)汽。當(dāng)設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷降低時(shí)，在過(guò)負(fù)荷的工況下，需要通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)補(bǔ)汽來(lái)提升機(jī)組的出力，補(bǔ)汽閥較原來(lái)的機(jī)組要承擔(dān)更大的補(bǔ)汽流量。

(4)采用高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。采用高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)，開(kāi)啟回?zé)崤月烽y，減少高壓加熱器的主給水流量，可減少高壓缸的回?zé)岢槠浚嵘龣C(jī)組出力，根據(jù)機(jī)組的出力要求可以設(shè)置高壓加熱器小旁路和高壓加熱器大旁路。

圖4為對(duì)原方案(圖1)進(jìn)行優(yōu)化后的的熱力系統(tǒng)圖。該優(yōu)化方案在原方案基礎(chǔ)上增設(shè)了0號(hào)高壓加熱器和高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

圖4 優(yōu)化后的熱力系統(tǒng)圖Fig.4 Thermodynamic system in optimized scheme

3.2 優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)性分析

3.2.1 降低設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷

通過(guò)降低機(jī)組的通流設(shè)計(jì)容量，可以顯著提升部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。降低機(jī)組的通流設(shè)計(jì)容量，也就是減小機(jī)組的通流設(shè)計(jì)尺寸。對(duì)于同一機(jī)組負(fù)荷，不同方案下機(jī)組的主蒸汽流量變化很小，根據(jù)熱力學(xué)原理，當(dāng)機(jī)組的背壓保持不變、主蒸汽流量基本一致的前提下，減小機(jī)組的通流設(shè)計(jì)尺寸會(huì)提高機(jī)組的進(jìn)汽壓力。

圖5給出了設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化后40%～90%負(fù)荷的主蒸汽壓力變化。圖6給出了設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化后30%～90%負(fù)荷的熱耗率變化。

圖5 設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化后部分負(fù)荷的主蒸汽壓力變化Fig.5 Main steam pressure of unit after optimization of design point under part-load conditions

圖6 設(shè)計(jì)點(diǎn)優(yōu)化后部分負(fù)荷的熱耗率變化Fig.6 Heat rate of unit after optimization of design point under part-load conditions

由圖5可知，隨著設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷的降低，部分負(fù)荷的主蒸汽壓力提升，對(duì)于90%負(fù)荷，在2個(gè)方案(設(shè)計(jì)點(diǎn)90%負(fù)荷和設(shè)計(jì)點(diǎn)85%負(fù)荷)中，主蒸汽壓力都達(dá)到了額定主蒸汽壓力；對(duì)于50%負(fù)荷，隨著設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷的降低，主蒸汽壓力不斷提升，由設(shè)計(jì)點(diǎn)100%負(fù)荷的12.871 MPa提升至設(shè)計(jì)點(diǎn)85%負(fù)荷的15.216 MPa，提升了18.22%。

由圖6可知，隨著設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷的降低，機(jī)組在部分負(fù)荷的熱耗率相比原方案大幅度降低，經(jīng)濟(jì)性提高。以50%負(fù)荷工況為例，設(shè)計(jì)點(diǎn)為100%負(fù)荷時(shí)，熱耗率為7 636 kJ/(kW·h)。設(shè)計(jì)點(diǎn)降低至95%、90%和85%負(fù)荷時(shí)，由于主蒸汽壓力和給水溫度的提升，熱耗率分別降低至7 612 kJ/(kW·h)、7 587 kJ/(kW·h)和7 559 kJ/(kW·h)，熱耗率最低相比原來(lái)降低了1.008%，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 50%額定負(fù)荷工況的熱力參數(shù)Tab.3 Thermal parameters under 50% load condition

3.2.2 0號(hào)高壓加熱器

為了提升部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性，在外置蒸汽冷卻器出口再增設(shè)一個(gè)高壓加熱器，對(duì)給水進(jìn)行進(jìn)一步加熱，該高壓加熱器稱(chēng)為0號(hào)高壓加熱器。對(duì)于超超臨界機(jī)組，0號(hào)高壓加熱器可以設(shè)置在補(bǔ)汽閥的補(bǔ)汽口處，一方面該處的熱力參數(shù)已經(jīng)可以滿足機(jī)組提升給水溫度的要求，另一方面在補(bǔ)汽口抽汽可以避免再為0號(hào)高壓加熱器設(shè)置單獨(dú)的抽汽口，降低了設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。需要注意的是，由于鍋爐對(duì)給水溫度的限制，0號(hào)高壓加熱器在高負(fù)荷時(shí)不應(yīng)當(dāng)投入，隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，補(bǔ)汽口處的壓力不斷降低，當(dāng)該壓力降低至可以滿足鍋爐給水溫度的限制時(shí)，再考慮投入0號(hào)高壓加熱器。

在設(shè)計(jì)點(diǎn)95%負(fù)荷、設(shè)計(jì)點(diǎn)90%負(fù)荷和設(shè)計(jì)點(diǎn)85%負(fù)荷3個(gè)方案中，0號(hào)高壓加熱器的開(kāi)啟負(fù)荷分別為64%負(fù)荷、60%負(fù)荷和57%負(fù)荷，在各個(gè)工況下0號(hào)高壓加熱器的熱耗率收益約為30～35 kJ/(kW·h)。3個(gè)方案中50%負(fù)荷的熱耗率分別降低至7 580 kJ/(kW·h)、7 554 kJ/(kW·h)和7 527 kJ/(kW·h)，熱耗率最低相比原來(lái)降低了1.427%。

3.3 過(guò)負(fù)荷能力論證

3個(gè)方案將通流設(shè)計(jì)容量降低至低于額定負(fù)荷的值，為了滿足汽輪機(jī)的出力要求，需要通過(guò)2種技術(shù)手段來(lái)提升機(jī)組的出力：補(bǔ)汽閥技術(shù)和高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)技術(shù)。

3.3.1 補(bǔ)汽閥技術(shù)

以該機(jī)組高壓缸為標(biāo)準(zhǔn)的圓筒型外缸結(jié)構(gòu)，可配置外置補(bǔ)汽閥，補(bǔ)汽閥開(kāi)啟時(shí)，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量增加，補(bǔ)汽口之后汽輪機(jī)通流部分的做功能力增加，可以提升機(jī)組的出力。如圖7所示，機(jī)組的出力隨著補(bǔ)汽流量的增加呈線性增長(zhǎng)的關(guān)系，當(dāng)補(bǔ)汽流量達(dá)到8%通流設(shè)計(jì)流量時(shí)，機(jī)組的出力可以提升4.1%～4.6%。當(dāng)補(bǔ)汽流量達(dá)到16%通流設(shè)計(jì)流量時(shí)，機(jī)組的出力可以提升8.4%～9.3%。

3.3.2 高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)技術(shù)

機(jī)組原回?zé)嵯到y(tǒng)高壓加熱器采用100%主給水流量的旁路系統(tǒng)，只適用于高壓加熱器切除的工況，優(yōu)化方案采用具有調(diào)節(jié)功能的高壓加熱器旁路，可以以一定的開(kāi)度開(kāi)啟回?zé)崤月烽y。在旁路系統(tǒng)開(kāi)啟的時(shí)候，由于進(jìn)入高壓加熱器的主給水流量減少，高壓回?zé)岢槠繙p少，使得有更多的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)通流部分做功，提升了汽輪機(jī)的出力。

隨著高壓加熱器旁路流量的增加，機(jī)組的出力呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，如圖8所示，旁路流量達(dá)到80%主給水流量時(shí)，機(jī)組的出力提升了12%。

圖8 機(jī)組出力隨高壓加熱器旁路流量的變化Fig.8 Power output of unit vs. flow rate of high- pressure heater bypass system

3.3.3 額定負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性影響

補(bǔ)汽閥和高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)技術(shù)作為滿足機(jī)組過(guò)負(fù)荷能力的主要手段，對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性都有負(fù)面的影響，經(jīng)核算，為了滿足同樣的出力要求，高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)技術(shù)會(huì)造成更大的熱耗率提升幅度。同樣要提升10 MW的出力，高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)技術(shù)方案的熱耗率要比補(bǔ)汽閥技術(shù)方案高6～7 kJ/(kW·h)。因此，為了滿足機(jī)組額定出力的要求，應(yīng)首先采用開(kāi)啟補(bǔ)汽閥的方式來(lái)增加機(jī)組出力，若補(bǔ)汽閥全開(kāi)依然不能滿足機(jī)組額定出力的要求，則再開(kāi)啟高壓加熱器彎路系統(tǒng)。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量增加補(bǔ)汽流量，降低高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)的比例，以減少額定負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性損失。當(dāng)補(bǔ)汽流量為5%、8%、10%和16%通流設(shè)計(jì)容量時(shí)，各個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)方案下額定工況的相對(duì)熱耗率見(jiàn)表4。由表4可知，隨著補(bǔ)汽流量的增加，額定工況的熱耗率降低。

表4 額定工況的相對(duì)熱耗率Tab.4 Relative heat rate at rated load %

通過(guò)開(kāi)啟補(bǔ)汽閥和采用高壓加熱器旁路系統(tǒng)，最大可以將汽輪機(jī)的出力提升20%～21%，滿足汽輪機(jī)峰值負(fù)荷的要求。

3.4 全負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性比較

機(jī)組全負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性不僅與設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷有關(guān)，還與機(jī)組全年不同負(fù)荷下的運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。

表2引用了文獻(xiàn)[3]中的負(fù)荷分配率，為了獲得更有參考性的結(jié)論，對(duì)某電廠1 000 MW超超臨界機(jī)組2 a的運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行調(diào)研，得到了如表5所示的運(yùn)行時(shí)間3和運(yùn)行時(shí)間4，并對(duì)4個(gè)運(yùn)行時(shí)間下汽輪機(jī)的全年加權(quán)相對(duì)熱耗率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

全年加權(quán)相對(duì)熱耗率=

(4)

對(duì)于運(yùn)行時(shí)間1，機(jī)組主要在80%～100%負(fù)荷運(yùn)行，在95%負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占比最大；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間2，機(jī)組主要在40%～80%負(fù)荷運(yùn)行，95%負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)間很少；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間3，機(jī)組主要在60%和100%負(fù)荷運(yùn)行，在60%負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占比最大；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間4，機(jī)組主要在50%～90%負(fù)荷運(yùn)行，在60%負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占比最大，95%負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)間占比為10%以上。

表5 某電廠運(yùn)行負(fù)荷分配率Tab.5 Load rate of a certain unit %

根據(jù)上文的分析結(jié)果，設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷降低，部分負(fù)荷與額定負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性變化是相反的，部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性提升，額定負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性降低，機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估要考慮到這2個(gè)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性相反的變化趨勢(shì)。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間1，機(jī)組主要在高負(fù)荷工況運(yùn)行，低負(fù)荷工況的經(jīng)濟(jì)性對(duì)總體經(jīng)濟(jì)性的影響較小，影響總體經(jīng)濟(jì)性的是高負(fù)荷工況經(jīng)濟(jì)性的變化，在95%負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占比最大，接近40%，所以設(shè)計(jì)點(diǎn)95%負(fù)荷方案的綜合經(jīng)濟(jì)性最好；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間2，機(jī)組在40%～80%負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占比較大，95%負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)間很少，影響總體經(jīng)濟(jì)性的是低負(fù)荷工況經(jīng)濟(jì)性的變化，設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷較低時(shí)低負(fù)荷工況的經(jīng)濟(jì)性較好，所以運(yùn)行時(shí)間2設(shè)計(jì)點(diǎn)85%負(fù)荷方案的綜合經(jīng)濟(jì)性最好；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間3，機(jī)組主要在60%負(fù)荷和100%負(fù)荷運(yùn)行；對(duì)于運(yùn)行時(shí)間4，機(jī)組主要在50%～90%負(fù)荷運(yùn)行，但是95%負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)間也是不可忽略的，由于運(yùn)行時(shí)間3和運(yùn)行時(shí)間4的低負(fù)荷工況和額定負(fù)荷工況均占有一定的比例，因此難以直接判斷哪個(gè)方案的整體經(jīng)濟(jì)性是最優(yōu)的，需要對(duì)各方案進(jìn)行詳細(xì)的熱力計(jì)算來(lái)評(píng)估，根據(jù)表6的計(jì)算結(jié)果，運(yùn)行時(shí)間3和運(yùn)行時(shí)間4設(shè)計(jì)點(diǎn)90%負(fù)荷方案的綜合經(jīng)濟(jì)性最好。

表6 機(jī)組全年加權(quán)相對(duì)熱耗率Tab.6 Relative annual weighted heat rate of unit %

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)對(duì)1 000 MW超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，可以提高汽輪機(jī)部分負(fù)荷的主蒸汽壓力，大幅度提升了部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。

(2)在原有回?zé)嵯到y(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)0號(hào)高壓加熱器，通過(guò)在部分負(fù)荷下投入0號(hào)高壓加熱器，可以進(jìn)一步提升部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。

(3)通過(guò)開(kāi)啟補(bǔ)汽閥和采用高壓加熱器旁路調(diào)節(jié)的技術(shù)手段，可提升機(jī)組的出力，滿足發(fā)額定出力及最大出力的要求。

(4)汽輪機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性不僅與設(shè)計(jì)點(diǎn)有關(guān)負(fù)荷，也與汽輪機(jī)全年不同負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間分配有關(guān)，在實(shí)際的項(xiàng)目執(zhí)行中，要根據(jù)低負(fù)荷工況和額定工況的時(shí)間占比，匹配合適的設(shè)計(jì)點(diǎn)負(fù)荷，才能達(dá)到綜合最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性。