新一代1000MW高效一次再熱機組技術在神華重慶萬州工程中的應用.docx

新一代1000mw高效一次再熱機組技術在神華重慶萬州工程中的應用1 引言更高效（節(jié)能）、更環(huán)保、更經(jīng)濟一直是火力發(fā)電技術發(fā)展的主題，近年來節(jié)能、環(huán)保壓力愈加突出。自2006年國內(nèi)第一臺1000mw超超臨界機組投運以來，我國在參數(shù)等級為2527mpa/600/600的超超臨界機組設計、制造、安裝、運行等方面，均取得了長足進展，大幅度降低了煤耗和排放水平，積累了較豐富的經(jīng)驗。但由于諸多原因，我國目前投運的絕大多數(shù)超超臨界機組與歐洲目前最先進的燃煤機組水平還存在一定差距，主要體現(xiàn)在主機效率需進一步提升、廠用電率需降低、熱力系統(tǒng)未全面綜合優(yōu)化、排放尚難滿足更嚴苛的要求等。在“700計劃”因材料原因難以短期內(nèi)實現(xiàn)突破的條件下，如何使我國的超超臨界機組再上一個臺階，趕上甚至超越歐洲在建的最先進機組，達到世界領先技術水平，是我國火力發(fā)電領域的重要課題。目前超超臨界技術主要有三個發(fā)展方向：(1).進一步提升初參數(shù)、回熱系統(tǒng)全面優(yōu)化、集成創(chuàng)新技術的新一代高效一次再熱機組(2).采用二次再熱技術提升效率(3).采用更大單機容量（12001300mw）以降低單位造價經(jīng)過對上述技術的深入對比研究，我們認為目前更大的單機容量還存在主機超大型化技術風險，并受到電網(wǎng)調(diào)度及負荷率制約；二次再熱在變負荷下的調(diào)節(jié)適應性等課題尚待深入研究；相比之下，穩(wěn)步提升參數(shù)的高效一次再熱機組是目前兼顧創(chuàng)新和穩(wěn)妥、更切實可行、更適宜全面推廣的技術路線。2 新一代超超臨界高效一次再熱技術路線在全面總結(jié)國內(nèi)已投運1000mw機組設計運行經(jīng)驗、調(diào)研國外最新超超臨界技術發(fā)展（德國、日本）、深入研究國外和國內(nèi)大量先進可靠的創(chuàng)新節(jié)能減排技術基礎上，我們首次提出了“新一代1000mw高效一次再熱機組”的概念。新一代超超臨界高效一次再熱機組是與國內(nèi)已投運的超超臨界機組相比較而言的，它必須要在主機、熱力系統(tǒng)、全廠綜合優(yōu)化等方面有全面的突破，技術性能指標提升一個檔次，至少達到國外在建最先進一流機組水平。近年來在以提升初參數(shù)、增加回熱級數(shù)等為核心技術的新一代1000mw機組研發(fā)中，我們與主機廠、科研院所等全面協(xié)作、聯(lián)合攻關，應用先進的主機技術（提升機爐材料配置、控制汽溫偏差、采用更先進的汽機配汽和缸體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化通流等）、綜合提升優(yōu)化回熱系統(tǒng)、全面集成主輔設備和系統(tǒng)優(yōu)化措施等，逐漸完善形成新一代超超臨界高效一次再熱機組技術路線。這些技術路線具有如下一些主要特點：2.1提升初參數(shù)至28mpa/600/620歐洲超超臨界機組主蒸汽溫度經(jīng)550 、580發(fā)展到600,再熱蒸汽溫度從580、600發(fā)展到620,基本上是每10年上一個臺階。這種“小步慢跑”的發(fā)展策略，通過10年實踐充分發(fā)現(xiàn)材料、設計、制造上的問題，總結(jié)經(jīng)驗教訓，是值得我們認真學習的穩(wěn)妥創(chuàng)新發(fā)展思路。我國經(jīng)過10年左右的600實踐積累，對p92等材料的應用研究已較深入，且有歐洲、日本作為“先行者”，目前已經(jīng)有條件逐步將超超臨界參數(shù)提升至28mpa/600/620水平。2.2對熱力系統(tǒng)進行升級優(yōu)化與提高機組初參數(shù)相比，優(yōu)化熱力系統(tǒng)一般具有投資小、技術風險小、容易實現(xiàn)等優(yōu)點。以前國內(nèi)的機組一般針對一種典型的主機型號、一個標準的銘牌容量，采用一種典型的熱力系統(tǒng)配置，甚至參數(shù)容量等級差異很大的機組仍然沿用相同的系統(tǒng)配置。主機與熱力系統(tǒng)的設計彼此相對獨立，即使優(yōu)化也僅僅在局部展開。例如我國目前投運的超超臨界機組汽輪機，普遍采用的是從300mw等級亞臨界機組沿用至今的八級回熱系統(tǒng)，沒有針對機組總體熱經(jīng)濟性進行綜合優(yōu)化。這與國內(nèi)設計院與主機廠相對獨立的模式有關。歐洲的先進火電廠一般將主機、熱力系統(tǒng)視為一個整體進行綜合優(yōu)化，主要的方法有：(1)增加回熱級數(shù)；(2)利用鍋爐富余煙氣熱量回熱提高給水溫度；(3)冷端優(yōu)化以降低背壓減少排汽損失；(4)增加再熱次數(shù)等。上述第1、2項是我國高效一次再熱機組急待解決的薄弱環(huán)節(jié)，這需要設計院和主機廠打破孤立，深入?yún)f(xié)作，實現(xiàn)整套機組的綜合最優(yōu)化。目前，以優(yōu)化升級的九級回熱為核心，輔以利用3#抽汽過熱度提升給水溫度，以及將煙氣、熱風富余熱量回收至回熱系統(tǒng)等，可實現(xiàn)對熱力系統(tǒng)的全面升級優(yōu)化。2.3煙氣余熱綜合回收利用火電廠影響熱利用效率的兩大主要損失是鍋爐排煙損失和汽機冷端損失。相對冷端損失，前者溫度高，更利于回收利用。不同的回收系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性差異較大。新一代超超臨界機組應根據(jù)工程情況，優(yōu)選適宜的煙氣余熱回收利用方案，回收熱量用于汽機回熱系統(tǒng)利用、加熱冷風、或者提升機組環(huán)保排放水平。2.4滿足更嚴格環(huán)保排放要求對火電廠環(huán)保排放日益嚴格是大勢所趨，新一代超超臨界機組在這方面更應發(fā)揮領頭羊作用。在目前普遍采用的機組脫硝、脫硫、除塵技術基礎上，應根據(jù)項目情況，優(yōu)選更先進、排放更低的環(huán)保技術，例如低nox燃燒技術、sncr與更高效的scr相結(jié)合的脫硝技術，大機組袋式、低低溫、濕式等除塵技術，以及更高效脫硫、防止石膏雨技術等，以使排放達到高于目前環(huán)保標準要求，甚至“近零排放”的水平。2.5創(chuàng)新優(yōu)化技術集成國內(nèi)外部分已投產(chǎn)超超臨界機組也采用了一些“四新”優(yōu)化技術，但這些應用一般為分散、獨立應用，效果有限。新一代超超臨界機組應在全面分析比選的基礎上，從全廠綜合最優(yōu)的角度，分析這些創(chuàng)新優(yōu)化措施的相互影響及匹配性、適應性，篩選并集成應用這些創(chuàng)新優(yōu)化技術。例如，集成應用降低輔機裕量、變頻技術、高頻電源等各種降低廠用電率的技術，對汽驅(qū)引風機的綜合節(jié)能效果則需根據(jù)項目情況客觀分析。3 神華重慶萬州工程神華重慶萬州電廠新建工程是神華國能（神東電力）集團公司在建的重點標桿性項目，規(guī)劃新建41050mw燃煤發(fā)電機組，預留再擴建兩臺機組的條件，一期工程按21050mw機組實施。工程于2011年11月開始選廠，2012年7月核準，2013年1月28日開工，計劃2014年12月1機投產(chǎn)發(fā)電，2015年2月2機投產(chǎn)發(fā)電。工程由中國電力工程顧問集團公司西南電力設計院和咨詢公司組成的聯(lián)合體總承包建設，目前該項目正在緊張的施工安裝中。在項目論證階段，神華集團提出要將萬州工程建設成為“世界一流、國內(nèi)第一”電廠，踐行“自動化、智能化、數(shù)字化、集約化、社會化”和“質(zhì)量型、效益型、創(chuàng)新型、環(huán)保型、園林型”的“五化五型”先進電站建設理念。項目預初設階段對采用二次再熱技術方案進行了深入研究，與采用新一代1000mw高效一次再熱機組方案進行全面技術經(jīng)濟對比后發(fā)現(xiàn)，兩者全壽命期總體經(jīng)濟性相當。雖然后者供電煤耗指標略遜，但技術風險更小、投資更省、變負荷調(diào)節(jié)適應性更優(yōu)，且其凈熱效率與歐洲在建的最先進燃煤機組(如德國karlsruhe rdk8)處于同一水平（計算方法及環(huán)境條件差異統(tǒng)一到與國內(nèi)相同的基準后）。綜合考慮工期要求等因素后，決定神華重慶萬州工程在國內(nèi)首次實施上述新一代1000mw高效一次再熱機組技術路線。2012年8月和9月，中國電力工程顧問集團公司先后兩次組織全集團設計大師、資深專家、特邀專家與業(yè)主一道就西南院提出的針對本工程創(chuàng)“世界一流、國內(nèi)第一”及“五化五型”的12項創(chuàng)新與60多項設計優(yōu)化措施進行了專題評審并獲得通過。4 新一代高效一次再熱機組技術在萬州工程中的應用4.1初參數(shù)提升至28mpa/600/620，提升機組銘牌出力提升再熱蒸汽參數(shù)至620是關鍵。近年來對p92材料性能的使用性能認識更加深入，對其用于620的條件和保障措施進行了研究。隨著fb2材料鍛制轉(zhuǎn)子制造技術的突破，將再熱溫度提升至620具備了條件。萬州工程首次在國內(nèi)1000mw機組上將再熱蒸汽參數(shù)提升至620。工程針對提升參數(shù)采取的對策方案如下表：表1 參數(shù)提升的影響和對策項目參數(shù)提升設計方案鍋爐鍋爐出口主汽29.4mpa過熱蒸汽部分受熱面、集箱厚度增加鍋爐出口再熱623l t92溫度有26裕度，考慮最大溫度偏差20后還有6裕度；l 加大hr3c、super304h使用范圍，不采用t23及tp347h，高端材料用量增加；l 全面采取措施控制溫度偏差，嚴格監(jiān)控，再熱器出口溫度偏差控制在20以內(nèi)；l 再熱出口聯(lián)箱p92、接管座t92、熱段p92采購時增加腐蝕裕量、控制鐵素體含量及硬度等，提高耐高溫和防spe性能；l 高再及出口聯(lián)箱加厚，super 304h全噴丸，防spe ；汽機汽機入口28mpa機組設計和用材變化小，只需對相關部件少量增加厚度汽機再熱入口620l 中壓進汽閥體、內(nèi)缸、葉片采用fb2、cb2材料；l 中壓轉(zhuǎn)子采用fb2鍛件；l 高溫部件采用蒸汽冷卻；提升參數(shù)后的1000mw等級鍋爐技術繼承性較高：表2 提升參數(shù)后的新一代1000mw高效一次再熱鍋爐 廠家東鍋上鍋哈鍋巴威武鍋alstom特點型：前后墻對沖燃燒，低nox旋流燃燒器，擋板調(diào)溫，下部內(nèi)螺紋螺旋管圈上部垂直管屏水冷壁（不帶節(jié)流圈）， 提升參數(shù)訂貨業(yè)績最多塔式：單切圓四角燃燒，燃燒器擺動出口煙窗擋板調(diào)溫（開發(fā)中），低nox直流燃燒器，下部螺旋管上部垂直管水冷壁型：雙切圓八角燃燒，燃燒器擺動擋板調(diào)溫型：雙切圓八角燃燒，燃燒器擺動擋板調(diào)溫，新型低nox mpm燃燒器，垂直管圈水冷壁（帶節(jié)流短管）型：前后墻對沖燃燒，低nox燃燒器，擋板調(diào)溫燃燒器擺動，下部內(nèi)螺紋螺旋管圈上部垂直管屏水冷壁塔式：單切圓四角燃燒，燃燒器擺動，下部螺旋管上部垂直管水冷壁東汽和哈汽提升參數(shù)后的汽機設計方案優(yōu)化調(diào)整較大：表3 提升參數(shù)后的新一代1000mw高效一次再熱汽機廠家東汽上汽哈汽北重alstom特點新型節(jié)流調(diào)節(jié)全周切向進汽，無補汽閥，沖動式，筒型高壓內(nèi)缸紅套，四缸四排汽，fb2鍛制轉(zhuǎn)子，1200mm末葉，降低中低壓分缸壓力，九級回熱，低壓缸落地無調(diào)節(jié)級全周進汽，帶補汽閥，反動式，桶型無中分面高壓外缸，無導汽管，四缸四排汽，fb2鍛制轉(zhuǎn)子，1146mm末葉，低壓外缸由凝汽器支撐，低壓內(nèi)缸落地，九級回熱，模塊化設計新型節(jié)流調(diào)節(jié)全周切向進汽，第一級橫置靜葉，反動式，筒型高壓內(nèi)缸紅套，無導汽管，四缸四排汽，fb2鍛制轉(zhuǎn)子，1220mm末葉，降低中低分缸壓力，九級回熱，低壓缸落地27mpa，全周切向進汽，帶過載閥，反動式，筒型高壓內(nèi)缸紅套，無導汽管，四缸四排汽，fb2焊接轉(zhuǎn)子，九級回熱，模塊化設計主機參數(shù)從常規(guī)26.25mpa/600/600提升至28mpa/600/620后，汽機熱耗降低50kj/kw.h。本工程還采用夏季實際背壓作為trl背壓，vwo進汽量為1.03trl進汽量，加之綜合效率提升的因素，在汽機進汽量與常規(guī)1000mw機組相當?shù)臈l件下，機組銘牌出力可提升至1050mw。4.2九級回熱為核心的熱力系統(tǒng)升級優(yōu)化1000mw超超臨界機組從常規(guī)八級回熱提升至九級回熱，能以較小的代價有效提升機組效率，但需要汽機廠的全面配合。萬州工程在國內(nèi)首次實施九級回熱系統(tǒng)，促使各汽機廠深入研究九級回熱對汽機的影響。各主機廠的九級回熱方案如下：表4 九級回熱方案主機廠東汽上汽哈汽北重alstom主機抽汽技術方案降低中低壓分缸壓力，中壓缸由原2級抽汽改為3級，低壓缸為4級抽汽采用m30中壓模塊，低壓缸局部通流調(diào)整，增加一級抽汽降低中低壓分缸壓力，中壓缸由原2級抽汽改為3級，低壓缸為4級抽汽較低中低壓分缸壓力，中壓缸為3級抽汽，低壓缸為4級抽汽萬州工程采用九級回熱系統(tǒng)，比常規(guī)八級回熱系統(tǒng)可降低汽機熱耗19kj/kw.h。采用九級回熱系統(tǒng)需增加一臺低壓加熱器及相應抽汽、疏水系統(tǒng)。由于第8級低加疏水壓差較小，萬州工程還優(yōu)化配置了低加疏水泵，并調(diào)整了疏水系統(tǒng)，防止疏水不暢，提升機組熱效率。萬州工程對回熱系統(tǒng)進行了全面優(yōu)化，設置3#高加外置式蒸汽冷卻器，充分利用3段抽汽高溫特點，提升給水溫度和機組效率；對高加端差進行了合理優(yōu)化；采取多種措施降低抽汽管道壓降；另外，采用1臺100%給水泵小汽機、鍋爐低溫省煤器回收的熱量進入回熱系統(tǒng)等措施，都對提升回熱系統(tǒng)效率發(fā)揮了重要作用。4.3煙氣余熱綜合回收利用萬州工程對國內(nèi)外采用的煙氣余熱回收利用系統(tǒng)進行了全面的對比分析和綜合優(yōu)化計算，分別對采用一級低溫省煤器方案、兩級低溫省煤器+低低溫除塵器深度利用方案（西南院專利）進行了綜合比選：由于本工程鍋爐設計排煙溫度已經(jīng)較低，兩級低溫省煤器+低低溫除塵器方案優(yōu)勢不再明顯，選用了可靠的2x50%一級低溫省煤器方案，降低煤耗1.1g/kw.h。本工程全面采取了防止低溫省煤器腐蝕、堵灰、磨損、泄露的措施，擴大低溫省煤器投入的負荷范圍，提高余熱回收實際收益。4.4首次采用節(jié)能降噪效果顯著的高位收水冷卻塔高位收水冷卻塔技術大幅減小了雨區(qū)跌落高度和系統(tǒng)靜揚程，具有明顯節(jié)能和低噪音優(yōu)勢，塔面積愈大，進風口高度愈高，其節(jié)能和降噪優(yōu)勢愈顯著。本工程對高位收水冷卻塔技術開展了深入的工程應用研究，并首次在國內(nèi)大容量燃煤機組上實施。應用高位收水冷卻塔后，循環(huán)水泵功率降低3300kw/機，噪音降低約10分貝，其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢非常明顯。4.5首次采用國產(chǎn)100%給水泵小汽機外三工程（采用進口小機）和國外1000mw工程均證明，采用100%容量汽動給水泵組方案的經(jīng)濟性是明顯的，能有效提升機組效率。但1000mw機組國產(chǎn)100%容量給水泵小汽機尚無業(yè)績，行業(yè)內(nèi)對其可靠性的擔心長期制約其應用。正是由于此，國外某制造商在萬州小汽機招標過程中報出了難以接受的天價?；谏鲜霈F(xiàn)狀，在對100%小機可靠性影響因素、及其對機組運行經(jīng)濟性影響進行深入分析，并對國產(chǎn)小機技術進行深入調(diào)研、研討的基礎上，萬州工程決定首次采用國產(chǎn)100%容量小機，并在輔助設備、系統(tǒng)設計等方面采取全面措施提升其綜合可靠性。雖然其效果尚待實際投運驗證，但這一選擇必將為國內(nèi)1000mw后續(xù)工程及制造商開辟一條新路，為打破進口設備壟斷、提升大容量國產(chǎn)小機競爭力起到“先行者”的關鍵作用。4.6集成式主廠房和集約化總平面布置國內(nèi)電廠一般將大量輔助廠房獨立設置，占地較大。歐洲部分電廠采用集約化布置，不僅美觀，而且大幅度減少占地，減少管線、電纜、溝道、管架、棧橋等長度和阻力，方便運行管理。萬州電廠決定借鑒這一理念，為國內(nèi)電廠集約化設計探索一條新路。本工程以滿足工藝流程為原則，將生產(chǎn)性質(zhì)和功能類似的建筑物大量聯(lián)合布置，重新優(yōu)化整合相關系統(tǒng)配置，并充分利用煙道、棧橋、管架下方空間。除采用先進的側(cè)煤倉布置外，在國內(nèi)大機組中首次將配電裝置、集控室、水處理車間、生產(chǎn)輔助建筑集成合并，毗鄰汽機房布置，室內(nèi)500kv gis與主變、高廠變、起動/備用變等合并布置于主廠房毗屋內(nèi)，爐后部分經(jīng)流場數(shù)值模擬分析優(yōu)化后采用緊湊型布置。整個廠區(qū)建筑簡潔明朗，占地大幅減小。4.7創(chuàng)新優(yōu)化技術集成萬州工程對國內(nèi)外工程中采用的創(chuàng)新優(yōu)化技術（新技術、新流程、新裝備、新材料）進行了大量集成應用，并提升了應用深度和范圍，主要體現(xiàn)在：(1) 大量采用降低廠用電率的措施，如全面應用電機變頻技術、除塵器采用五電場全高頻電源、采用四分倉空預器減少漏風降低電耗、優(yōu)化風機選型點降低輔機裕量避免“大馬拉小車”、提高電機功率因素和電機效率、部分采用雙速電機，以及采暖、空調(diào)、通風、照明、建筑節(jié)能節(jié)電措施等。(2) 大量采用節(jié)能節(jié)油措施，如優(yōu)化主要蒸汽管道壓降、采用大面積凝汽器降低背壓、設置鄰機輔助蒸汽加熱系統(tǒng)、采用ift慣性流動技術實現(xiàn)無動力除塵、采用少油點火、采用過熱度取代機組負荷控制疏水閥啟閉、加厚保溫等。(3) 大量采用數(shù)字化技術，實現(xiàn)數(shù)字化設計、建設、移交、管理等。全廠全面推廣使用現(xiàn)場總線fcs技術、采用數(shù)字化智能升壓站、實現(xiàn)數(shù)字化煤場、實現(xiàn)分斷點aps控制、實現(xiàn)全廠一體化監(jiān)控、管控一體化網(wǎng)絡平臺、爐膛溫度場聲波測量等。(4) 合理采用降低工程造價的措施，如側(cè)煤倉、圓形煙風道、選用三相一體變壓器、采用帶肋整體式結(jié)構(gòu)136m直徑（國內(nèi)最大）圓形煤場、采用移動式泵船取水技術、選用型鍋爐、采用三合一風機、高端閥