660MW超超臨界機(jī)組參數(shù)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)性比較分析

朱曉敏(國家能源投資集團(tuán)共享服務(wù)中心，北京 100034)

0 引言

新疆準(zhǔn)東某2×660MW機(jī)組工程自2016年末開始停工緩建，復(fù)工后原方案機(jī)組指標(biāo)已落后于同時期、同區(qū)域、同類型的其他項目機(jī)組指標(biāo)。結(jié)合技術(shù)進(jìn)步和該項目特點，通過對原方案主機(jī)參數(shù)(27MPa/600℃/600℃)與方案一(27MPa/600℃/610℃)、方案二(28MPa/600℃/620℃)從鍋爐方案、鍋爐性能、汽機(jī)本體變化、初投資增加、邊界煤價等方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比選，優(yōu)化本項目主機(jī)參數(shù)。

1 各參數(shù)鍋爐基本方案

1.1 鍋爐參數(shù)

鍋爐為(高效)超超臨界參數(shù)、直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、對沖燃燒方式，Π型鍋爐。鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

參數(shù)提升后，汽輪機(jī)需要的輸入熱量降低，鍋爐的輸出熱量也相應(yīng)降低，在爐膛尺寸不變的情況下，高效超超臨界參數(shù)的熱負(fù)荷水平還要略低于常規(guī)超超臨界參數(shù)，但由于再熱汽溫的提升，高效超超臨界參數(shù)的再熱器吸熱比例會略高于常規(guī)超超臨界參數(shù)。

因此，在參數(shù)提升后，特別是高效超超臨界(再熱器623℃)，由于再熱器吸熱量更多，需要滿足再熱蒸汽的要求，一方面需要增加再熱器(低再、高再)的換熱面積，同時，鍋爐設(shè)計時需要

著重考慮高再的汽溫及壁溫偏差控制，盡量控制高再的溫升水平，對機(jī)組的運(yùn)行水平及運(yùn)行控制能力提出了更高的要求。

1.2 受熱面用材的變化

鍋爐由常規(guī)超超臨界提升為高效超超臨界后，鍋爐的蒸汽壓力、溫度等均有升高，在受熱面面積發(fā)生變化的情況下，鍋爐承壓件的材質(zhì)、規(guī)格等均會發(fā)生變化。對于新方案一：再熱汽溫提升到610℃后(鍋爐參數(shù)28.35MPa/605/613℃)，鍋爐低溫再熱器材質(zhì)需要由SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91升級為SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91+T92，同時高溫再熱器、再蒸汽管道、再熱器系統(tǒng)集箱管道需要進(jìn)行強(qiáng)度核算，壁厚可能發(fā)生變化。對于新方案二：再熱汽溫620℃(鍋爐參數(shù)29.4MPa/605/623℃)。

2 各參數(shù)汽輪機(jī)方案

該項目汽輪機(jī)原機(jī)型為2×660MW一次中間再熱、單軸、間接空冷、凝汽式汽輪機(jī)，型號NJK660-27/600/600，7級回?zé)?，THA工況熱耗7601kJ/kW·h。汽輪機(jī)仍有參數(shù)提升、系統(tǒng)優(yōu)化、熱耗降低的空間，目前初步計算了以下兩種參數(shù)提升的方案，并從各專業(yè)的角度進(jìn)行說明。

2.1 熱力

原方案：汽機(jī)機(jī)型NJK660-27/600/600，7級回?zé)?，THA工況熱耗7601kJ/kW·h。

表1 鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)

新方案一：汽機(jī)機(jī)型NJK660-27/600/610，7級回?zé)?，THA工況熱耗7583kJ/kW·h，該方案再熱溫度提高10℃，同時由于再熱溫度提高，同等出力下主汽量減少，高壓缸效有所提高。

新方案二：汽機(jī)機(jī)型NJK660-28/600/620，8級回?zé)?，THA工況熱耗7553kJ/kW·h，同方案一比，主汽壓力提高1MPa，再熱溫度提高10℃，回?zé)嵩黾?級，熱耗收益為30kJ/kW·h。

2.2 本體

主機(jī)本體按照新的通流配置確定本體配置。機(jī)型變化，通流不同，原方案設(shè)計部件會受影響，需要重新配置，新方案二中壓轉(zhuǎn)子、內(nèi)缸、閥門、葉片等部套都需要升級部分材料。

3 三種參數(shù)機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

提高主機(jī)參數(shù)，可以使機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性得到提高，但同時會增加項目初投資(其中方案一增加初投資較少)。需要根據(jù)投資、煤價、電價等對其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性具體分析。以下將對三種參數(shù)機(jī)組進(jìn)行分析和比較。

3.1 初投資比較

3.1.1 三大主機(jī)投資費(fèi)用比較

由于2015年以來，主機(jī)設(shè)備價格總體逐年下降，新方案一(27MPa/600℃/610℃)較原方案產(chǎn)生汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備、四大管道等初投資增加較少。按主機(jī)廠資料，三種方案主機(jī)投資費(fèi)用增加情況如下：

新方案一高效超超臨界機(jī)組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比，汽輪機(jī)設(shè)備基本不增加初投資，單臺機(jī)組鍋爐設(shè)備初投資將增加500萬元，三大主機(jī)(單臺機(jī)組)較原方案共增加初投資500萬元。

新方案二高效超超臨界機(jī)組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比，單臺機(jī)組將增加汽輪機(jī)設(shè)備初投資1000萬元，增加鍋爐設(shè)備初投資萬元2267萬元，三大主機(jī)(單臺機(jī)組)較原方案共增加初投資3267萬元。

3.1.2 管道投資費(fèi)用比較

因參數(shù)提高，高效超超臨界機(jī)組四大管道費(fèi)用一般高于常規(guī)超超臨界機(jī)組四大管道。新方案一高效超超臨界機(jī)組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比基本不增加初投資；新方案二高效超超臨界機(jī)組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比將在主汽管道、熱段管道、給水管道方面增加初投資約253萬。

3.1.3 輔助設(shè)備投資費(fèi)用比較

因參數(shù)提高，高效超超臨界機(jī)組輔助設(shè)備費(fèi)用也高于常規(guī)超超臨界機(jī)組，其中包括高壓加熱器、給水泵、汽機(jī)旁路等設(shè)備。新方案一高效超超臨界機(jī)組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比基本不增加初投資；新方案二高效超超臨界機(jī)組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比將增加輔助設(shè)備(主機(jī)參數(shù)及回?zé)峒墧?shù)不同引起的設(shè)備費(fèi)用差價)投資100萬元。

3.1.4 綜合投資比較

綜合以上三大主機(jī)、四大管道和輔助設(shè)備投資費(fèi)用比較資料，新方案一高效超超臨界機(jī)組(27MPa/600℃/610℃)與原方案相比，單臺機(jī)組將增加初投資500萬元；新方案二高效超超臨界機(jī)組(28MPa/600℃/620℃)與原方案相比，單臺機(jī)組將增加初投資3620萬元。

3.2 熱經(jīng)濟(jì)性比較

在項目邊界條件及熱力系統(tǒng)不變的前提下，不同進(jìn)汽參數(shù)的汽輪機(jī)熱耗，鍋爐效率按94.5%，管道效率按99%，計算發(fā)電標(biāo)煤耗，年發(fā)電利用小時數(shù)按5500h，單臺機(jī)組(660MW)年發(fā)電量為36.3億kW·h，計算年標(biāo)煤耗量。7 MPa/600℃/600℃、27 MPa/600℃/610℃、以及28 MPa/600℃/620℃的條件下，年標(biāo)煤用量分別為100.77、100.53、以及100.13萬t。

3.3 綜合經(jīng)濟(jì)性比較

3.3.1 主機(jī)方案經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)以上技術(shù)分析數(shù)據(jù)，按現(xiàn)行年實際貸款利率I=4.99%，償還年限n=15年，年利用小時數(shù)5500h，年固定費(fèi)率N=(1+I)n×I/[(1+I)n-1]，到廠標(biāo)煤價205元/t，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，幾種方案機(jī)組的綜合經(jīng)濟(jì)性對比見表2。

表2 幾種參數(shù)機(jī)組綜合經(jīng)濟(jì)性比較表

本工程到廠標(biāo)煤價為205元/t，高于方案一(27MPa/600℃/610℃)的邊界標(biāo)煤價格，低于方案二(28MPa/600℃/620℃)的邊界煤價。因此從總投資分析，對于本工程而言，方案一(27MPa/600℃/610℃)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高于原27MPa/ 600℃/600℃方案。

4 結(jié)語

(1)本工程主機(jī)采用27MPa/600℃/600℃方案、27MPa/600℃/610℃方案和28 MPa/600℃/620℃方案均可行。

(2)從總投資經(jīng)濟(jì)性分析，對于本工程而言，方案一(27MPa/600℃/610℃)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高于原方案(27MPa/600℃/600℃)和方案二(28MPa/600℃/620℃)。