上海外高橋第三發(fā)電廠21000mw超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)特點(diǎn)

上海外高橋第三發(fā)電廠21000mw超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1堅(jiān)持等建筑物方案上海外高橋發(fā)電廠位于浦東。廠位于長(zhǎng)江三角洲河口附近的沉積伏海。它位于長(zhǎng)江入海口區(qū)域的南岸，位于長(zhǎng)江和淮河之間的交匯處。重要建筑物選擇鋼管樁,輸煤系統(tǒng)等建筑物選擇預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(PHC樁),循泵房、局部距已有建筑物近的地段選用鉆孔灌注樁,一般性建筑物根據(jù)荷載和沉降控制要求,選用碎石樁或水泥土攪拌樁復(fù)合地基方式進(jìn)行淺地基處理。電廠一期和二期工程裝機(jī)容量分別為4×300MW國(guó)產(chǎn)亞臨界機(jī)組和2×900MW進(jìn)口超臨界機(jī)組,并分別于1993年和2004年建成。電廠三期(現(xiàn)稱“上海外高橋第三發(fā)電廠”)為擴(kuò)建工程,建設(shè)2×1000MW國(guó)產(chǎn)超超臨界燃煤機(jī)組,同時(shí)配套建設(shè)煙氣脫硫設(shè)施,第一臺(tái)機(jī)組預(yù)留脫硝場(chǎng)地和條件,第二臺(tái)機(jī)組與本工程同步建設(shè)煙氣脫硝裝置。2項(xiàng)目介紹2.1爐底排渣系統(tǒng)⑴鍋爐:鍋爐為上海鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈水冷壁直流爐,單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)塔式、露天布置燃煤鍋爐。采用帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng),一路疏水至再循環(huán)泵,另一路接至大氣擴(kuò)容器中。48只直流式燃燒器分12層布置于爐膛下部四角(每?jī)蓚€(gè)煤粉噴嘴為一層),在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。鍋爐點(diǎn)火采用高能電弧點(diǎn)火裝置,二級(jí)點(diǎn)火系統(tǒng),由高能電火花點(diǎn)燃輕柴油,然后點(diǎn)燃煤粉。過(guò)熱器汽溫通過(guò)煤水比調(diào)節(jié)和兩級(jí)噴水來(lái)控制。再熱器汽溫采用燃燒器擺動(dòng)調(diào)節(jié),一級(jí)再熱器進(jìn)口連接管道上設(shè)置事故噴水,一級(jí)再熱器出口連接管道設(shè)置有微量噴水。尾部煙道下方設(shè)置兩臺(tái)轉(zhuǎn)子直徑16400mm三分倉(cāng)受熱面旋轉(zhuǎn)容克式空氣預(yù)熱器。爐底排渣系統(tǒng)采用機(jī)械出渣方式。⑵汽輪機(jī):汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、凝汽式、單軸、四缸四排汽汽輪機(jī)。高壓缸采用單流圓筒型汽缸積木塊(H30),該高壓缸為沒有水平中分面的圓筒型高壓外缸,加上小直徑轉(zhuǎn)子可大幅度降低汽缸的應(yīng)力,提高了汽缸的承壓能力,其設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力為27MPa,進(jìn)汽溫度為600℃。高壓缸共14級(jí),采用了小直徑多級(jí)數(shù)、全三維變反動(dòng)度葉片級(jí)、全周進(jìn)汽的滑壓運(yùn)行模式等。高壓缸帶抽汽口。為了提高額定負(fù)荷及部分工況下的經(jīng)濟(jì)性,采用了補(bǔ)汽技術(shù),在額定工況整個(gè)高壓缸已基本處在閥門全開狀況。中壓缸積木塊(M30)也是典型的反動(dòng)式結(jié)構(gòu)。低壓缸采用雙流積木塊(N30),汽缸為多層結(jié)構(gòu),由內(nèi)外缸、持環(huán)和靜葉組成,以減少缸的溫度梯度和熱變形。低壓軸承、內(nèi)缸通過(guò)軸承座直接支撐在基礎(chǔ)上。⑶發(fā)電機(jī):發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的水氫氫冷卻、無(wú)刷勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)。2.2運(yùn)行管理系統(tǒng)⑴制粉系統(tǒng):每臺(tái)鍋爐配置6臺(tái)SM29/18型中速磨煤機(jī),當(dāng)燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)5臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用?！巴馊惫こ滩捎玫腟M29/18為該系列磨煤機(jī)中最大。⑵煙風(fēng)系統(tǒng):一次風(fēng)由2×50%動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)提供,經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入中速磨煤機(jī)。二次風(fēng)由2×50%動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)提供,經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱,經(jīng)鍋爐前、后墻風(fēng)箱進(jìn)入爐膛。為了減少NOx的排放,從鍋爐的熱二次風(fēng)管道引出風(fēng)管作為燃盡風(fēng),經(jīng)CCOFA、SOFA燃燒器送入爐膛。煙氣由2×50%靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)從爐膛內(nèi)抽吸,經(jīng)電除塵器(運(yùn)行除塵效率≮99.7%)及脫硫系統(tǒng)由240m高鋼制雙內(nèi)筒集束煙囪(兩爐合用)排入大氣。⑶主蒸汽、再熱蒸汽及旁路系統(tǒng):主蒸汽及再熱蒸汽系統(tǒng)采用單元制。為了協(xié)調(diào)機(jī)爐運(yùn)行,防止管系超壓,改善整機(jī)啟動(dòng)條件及機(jī)組不同運(yùn)行工況下帶負(fù)荷的特性,適應(yīng)快速升降負(fù)荷,增強(qiáng)機(jī)組的靈活性,實(shí)現(xiàn)FCB功能,每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套高壓和低壓兩級(jí)串聯(lián)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)。高壓旁路容量按100%BMCR設(shè)置,低壓旁路容量按65%(相對(duì)主蒸汽流量)設(shè)置。高壓旁路能取代鍋爐安全門的作用。由于高壓旁路距離主汽門較遠(yuǎn),因此設(shè)暖管管道,自靠近汽機(jī)接口處的主蒸汽管道接至冷段主管。⑷抽汽系統(tǒng):機(jī)組采用八級(jí)非調(diào)整抽汽(包括高壓缸排汽)。除氧器還接有從再熱冷段系統(tǒng)經(jīng)減壓后的蒸汽,用作啟動(dòng)加熱和低負(fù)荷穩(wěn)壓及防止前置泵汽蝕的壓力跟蹤。為防止除氧器超壓,冷段至除氧器的減壓閥具有機(jī)械強(qiáng)制關(guān)閉功能,符合歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中作為負(fù)安全閥的要求。⑸給水系統(tǒng):配置1×100%容量汽動(dòng)泵,泵與主機(jī)的負(fù)荷相匹配,系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作和調(diào)節(jié)比較方便。取消了常規(guī)的啟動(dòng)和備用功能的電動(dòng)給水泵。為了滿足鍋爐啟動(dòng)時(shí)低流量上水和補(bǔ)水,在汽動(dòng)給水泵出口配置調(diào)節(jié)旁路,用來(lái)在汽動(dòng)給水泵最低轉(zhuǎn)速時(shí)調(diào)節(jié)給水流量。設(shè)置3臺(tái)單列臥式U形管高壓加熱器。⑹凝結(jié)水系統(tǒng):系統(tǒng)采用2×100%容量凝結(jié)水泵,一用一備。機(jī)組配有疏水冷卻器。疏水冷卻器為表面式熱交換器,用以利用7、8號(hào)加熱器的疏水熱量,提高機(jī)組熱循環(huán)效率。⑺加熱器疏水系統(tǒng):正常運(yùn)行時(shí),每列高壓加熱器的疏水均采用逐級(jí)串聯(lián)疏水方式,即從較高壓力的加熱器排到較低壓力的加熱器,A6號(hào)高壓加熱器出口的疏水疏入除氧器;A4低壓加熱器正常疏水接至A3低壓加熱器,然后通過(guò)2臺(tái)100%容量互為備用的加熱器疏水泵引至A3低壓加熱器前凝結(jié)水管道,減少熱源損失,提高電廠熱經(jīng)濟(jì)性。除了正常疏水外,各加熱器還設(shè)有危急疏水管路,將疏水直接排入凝汽器立管經(jīng)擴(kuò)容釋壓后排入凝汽器。除危急疏水之外,對(duì)于A8、A7高加另設(shè)至除氧器的疏水,經(jīng)逆止閥、疏水調(diào)節(jié)閥、隔離閥接至除氧器,以盡可能地回收熱量。⑻電氣系統(tǒng):“外三”工程中、低壓廠用電系統(tǒng)采用單元制的接線方式。廠用電電壓分為:10.5kV、3.15kV和400V三個(gè)電壓等級(jí)。與外高橋二期相同。⑼儀表與控制系統(tǒng):“外三”工程采用DCS實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組爐、機(jī)、電集控,控制室布置機(jī)組操作員站、公用操作員站、網(wǎng)控操作員站、值長(zhǎng)站、大屏幕顯示器、閉路電視監(jiān)視器等設(shè)備。單元機(jī)組的發(fā)變組、高、低壓廠用電源及電氣公用設(shè)備監(jiān)控納入DCS。鍋爐吹灰系統(tǒng)、循泵房、脫硝儲(chǔ)氨、雨水泵房、廠區(qū)配電裝置等采用DCS遠(yuǎn)程I/O站,在集中控制室監(jiān)控;另外,鍋爐本體金屬壁溫也采用遠(yuǎn)程I/O站。各輔助生產(chǎn)系統(tǒng)采用PLC加上位機(jī)監(jiān)控。設(shè)置水(凝結(jié)水精處理、化學(xué)取樣、爐內(nèi)加藥系統(tǒng))、煤、灰三個(gè)控制室,三個(gè)控制點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)。在集中控制室預(yù)留全廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)操作員站的位置。兩臺(tái)機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)吸收區(qū)設(shè)備合用一套獨(dú)立的DCS,設(shè)置一個(gè)就地控制室;脫硫公用系統(tǒng)按二期、三期統(tǒng)一設(shè)置一套公用DCS,在石膏脫水樓設(shè)置一個(gè)控制室。2.3汽機(jī)房、爐間和脫硫系統(tǒng)主廠房布置采用常規(guī)的四列式布置方案,布置順序依次為汽機(jī)房—除氧間—煤倉(cāng)間—鍋爐房,爐后依次布置:送風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)—電除塵器—引風(fēng)機(jī)—煙囪—脫硫系統(tǒng)吸收區(qū)。2.4電廠“外三”工程概況廠區(qū)采用傳統(tǒng)的三列式布置方式。主廠房位于二期廠區(qū)東側(cè),A排與二期主廠房A排對(duì)齊,考慮到施工對(duì)二期循環(huán)水管的影響,經(jīng)與施工單位協(xié)調(diào),確定主廠房固定端距二期主廠房105.6m,二者之間有二期循環(huán)水管溝、本工程循環(huán)水管溝和虹吸井、二期廠區(qū)道路通過(guò)。電廠新建3.5萬(wàn)噸級(jí)(兼顧5萬(wàn)噸級(jí))煤碼頭一座,布置在原規(guī)劃位置?！巴馊惫こ掏綄?shí)施煙氣脫硫,脫硫島布置在煙囪后,第二臺(tái)鍋爐同時(shí)建設(shè)脫硝設(shè)施,制氨設(shè)施布置在二期廠區(qū)與三期煤場(chǎng)之間?！巴馊惫こ坛浞掷美蠌S已有設(shè)施,500kVGIS配電裝置在二期的屋內(nèi)配電裝置上擴(kuò)建,石灰石制粉、石膏脫水設(shè)施集中布置在老廠灰?guī)靺^(qū),雨水泵房、廢水設(shè)施、供氫站和點(diǎn)火油庫(kù)等,不再新建。3初壓及運(yùn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化⑴在充分吸取外高橋電廠二期2×900MW超臨界機(jī)組成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和華能玉環(huán)電廠主設(shè)備技術(shù)談判經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用了技術(shù)成熟的塔式鍋爐、SIEMENS單軸反動(dòng)式四缸四排汽的機(jī)型以及歐洲慣用的100%容量/帶安全功能的高壓旁路,構(gòu)成了一整套符合先進(jìn)引進(jìn)技術(shù)規(guī)范的主設(shè)備和主系統(tǒng)配置,調(diào)試時(shí)成功實(shí)現(xiàn)了FCB功能。FCB不但對(duì)電網(wǎng)和電廠的安全運(yùn)行有其實(shí)際價(jià)值,而且可以減少機(jī)組誤停,減緩溫差應(yīng)力,降低能耗。尤其對(duì)于大容量超超臨界機(jī)組來(lái)說(shuō),可最大限度地減少鍋爐啟停次數(shù)、防止高溫蒸汽氧化和固體顆粒侵蝕(S.P.E)。⑵以機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性為前提條件,選擇機(jī)型、機(jī)組蒸汽參數(shù)。(1)機(jī)型:對(duì)預(yù)節(jié)流調(diào)頻(外二工程900MW機(jī)型)和帶補(bǔ)汽閥調(diào)頻(玉環(huán)1000MW機(jī)型)這兩種無(wú)調(diào)節(jié)級(jí)的滑壓運(yùn)行機(jī)型進(jìn)行了比選,為兼顧一次調(diào)頻與滑壓運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,選用了開啟點(diǎn)參數(shù)優(yōu)化后的補(bǔ)汽閥調(diào)頻-滑壓運(yùn)行機(jī)型。(2)參數(shù):在玉環(huán)1000MW機(jī)組選型及參數(shù)選擇工作的基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)?shù)厝昶骄涠藴囟冗\(yùn)行圖分析,將補(bǔ)汽閥開啟點(diǎn)選定為TMCR工況,以保證在全年的1000MW及以下工況可不開補(bǔ)汽閥;為了充分利用SIEMENS機(jī)組的模塊設(shè)計(jì),同時(shí)又能使其在較低冷卻水溫度運(yùn)行工況下,與額定功率對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)運(yùn)行初壓又不至于過(guò)低而影響到循環(huán)效率,將本工程主蒸汽的初壓定為了27MPa,較國(guó)內(nèi)其他幾個(gè)百萬(wàn)千瓦機(jī)組的參數(shù)為高,進(jìn)一步提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。⑶再熱蒸汽系統(tǒng)壓降的優(yōu)化:通過(guò)對(duì)再熱蒸汽管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化,將再熱蒸汽系統(tǒng)的壓降從國(guó)內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中的10%高壓缸排汽壓力降到7%,機(jī)組熱耗可下降18kJ/kWh。⑷冷端溫度及背壓的優(yōu)化:根據(jù)全年冷卻水溫運(yùn)行圖,將本工程冷卻水溫選定為19℃,與此對(duì)應(yīng)的汽機(jī)設(shè)計(jì)背壓從4.9kPa/5.29kPa下降到3.86kPa/4.88kPa,熱耗可下降19kJ/kWh。⑸高度重視超超臨界機(jī)組在長(zhǎng)期運(yùn)行中所存在的高溫蒸汽氧化和固體顆粒侵蝕(S.P.E)這一突出的技術(shù)難點(diǎn),除了機(jī)組選型、旁路容量、機(jī)組甩負(fù)荷工況保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,還在主蒸汽管路終端設(shè)了20%BMCR附加旁路的完善化設(shè)計(jì)措施。⑹借鑒于原有臨爐加熱的理念,創(chuàng)造了“直流鍋爐蒸汽加熱啟動(dòng)法”這種全新的鍋爐啟動(dòng)方式。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)的給水溫度從傳統(tǒng)的90℃~100℃提高到180℃~240℃,為此設(shè)計(jì)了專用的鍋爐加熱系統(tǒng)及新的機(jī)組啟動(dòng)操作程序。據(jù)電廠介紹,試驗(yàn)時(shí)間鍋爐啟動(dòng)質(zhì)量流量從傳統(tǒng)的30%BMCR降為15%BMCR;由于啟動(dòng)期間鍋爐水動(dòng)力工況的改善及水冷壁啟動(dòng)流量大幅度降低等原因,啟動(dòng)期間不再使用爐水循環(huán)泵,這也為簡(jiǎn)化和優(yōu)化直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn);由于鍋爐在點(diǎn)火時(shí)爐膛已被均勻加熱至相當(dāng)?shù)臏囟?使通常的冷態(tài)啟動(dòng)變成了熱態(tài)和熱風(fēng)啟動(dòng),因此,啟動(dòng)階段的廠用電率大幅下降,只有外二的約1/5。點(diǎn)火油槍燃燒工況明顯改善,可以提前投電除塵器,使啟動(dòng)過(guò)程更加符合環(huán)保要求。⑺給水系統(tǒng)中,在國(guó)內(nèi)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組上首次采用了單臺(tái)100%容量的汽動(dòng)給水泵,小汽機(jī)自帶小凝汽器。國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)投運(yùn)的百萬(wàn)等級(jí)火力發(fā)電廠有外高橋第二發(fā)電廠(汽機(jī)島由Siemens總承包),給水泵配置為2×50%汽動(dòng)給水泵和1×40%啟動(dòng)/備用給水泵;華能玉環(huán)電廠配置為2×50%汽動(dòng)給水泵和1×25%啟動(dòng)/備用給水泵;鄒縣電廠四期配置為2×50%汽動(dòng)給水泵和1×30%啟動(dòng)/備用給水泵;泰州一期配置為2×50%汽動(dòng)給水泵和1×30%啟動(dòng)/備用給水泵。國(guó)際上已運(yùn)行的百萬(wàn)等級(jí)機(jī)組中,日本電廠多采用2×50%汽動(dòng)給水泵方案,歐洲電廠都采用1×100%容量汽動(dòng)泵,但電動(dòng)給水泵的配置絕大多數(shù)為2×40%以上容量帶液力耦合器的調(diào)速電動(dòng)給水泵。配2×50%容量汽動(dòng)泵,優(yōu)點(diǎn)是一臺(tái)汽動(dòng)泵組故障時(shí),備用電泵自動(dòng)啟動(dòng)投入后仍能帶90%負(fù)荷以上運(yùn)行,對(duì)機(jī)組負(fù)荷影響較小。正是基于可靠性高的優(yōu)點(diǎn),日本百萬(wàn)等級(jí)電廠的汽泵全部采用2×50%容量,而且該配置在國(guó)內(nèi)百萬(wàn)等級(jí)電廠以及其他300MW、600MW亞臨界、超臨界電廠廣泛采用。配1×100%容量汽動(dòng)泵,單泵在機(jī)組40~100%負(fù)荷范圍,泵與主機(jī)的負(fù)荷相匹配,系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作和調(diào)節(jié)比較方便。從“外三”工程的設(shè)備價(jià)來(lái)看,1×100%容量汽動(dòng)給水泵與2×50%容量汽動(dòng)給水泵的價(jià)格相當(dāng),但給水泵主泵、前置泵、給水泵汽輪機(jī)效率較高是100%容量方案的一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì),僅就“外三”工程汽動(dòng)給水泵主泵來(lái)說(shuō),100%容量給水泵較50%容量給水泵效率高2%左右。以汽動(dòng)給水泵組(含小汽機(jī)、前置泵)效率相比,效率將提高5%以上。⑻在國(guó)內(nèi)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組上,首次取消了啟動(dòng)備用電動(dòng)給水泵,節(jié)省了工程投資。電動(dòng)給水泵主要的功能是機(jī)組啟動(dòng)和備用,其容量的選擇主要考慮在啟動(dòng)過(guò)程中滿足鍋爐的啟動(dòng)要求,并能和鍋爐本體配置的啟動(dòng)循環(huán)泵一起滿足鍋爐最小直流負(fù)荷的要求。從節(jié)約工程投資的角度,并考察和參考了美國(guó)8臺(tái)1000MW等級(jí)電廠多年運(yùn)行情況和使用經(jīng)驗(yàn),最終決定取消電動(dòng)給水泵。為了滿足鍋爐啟動(dòng)時(shí)低流量上水和補(bǔ)水,在給水泵出口配置調(diào)節(jié)旁路,用來(lái)在給水泵最低轉(zhuǎn)速時(shí)調(diào)節(jié)給水流量。⑼“外三”工程為百萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組國(guó)內(nèi)首次配套100%容量的單列臥式U形管加熱器,使之達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng),節(jié)省投資,降低熱耗的目標(biāo)?！巴馊惫こ讨懈邏杭訜崞鞯耐稑?biāo)方案有三個(gè),分別為蛇形管式高壓加熱器、雙列U型管式、單列U型管式高壓加熱器。蛇形管式高壓加熱器在目前世界上屬于技術(shù)比較領(lǐng)先的設(shè)備,適用于百萬(wàn)等級(jí)的大型發(fā)電機(jī)組,但由于價(jià)格昂貴,無(wú)法適應(yīng)“外三”工程投資預(yù)算。雙列U型管式高壓加熱器具有成熟的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),外高橋二期工程2×900MW機(jī)組的高加就是一個(gè)成功的例子。單列U型管式高壓加熱器具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行操作方便、廠房投資和設(shè)備的一次投資均能顯著下降,而且有利于其他輔助設(shè)備的靈活布置(例如給水泵組等)。為了謹(jǐn)慎起見,業(yè)主組織專家對(duì)單列高加進(jìn)行了評(píng)審,確保了國(guó)產(chǎn)單列臥式U形管加熱器的成功運(yùn)行。⑽在充分吸取外高橋電廠二期2×900MW超臨界機(jī)組成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇了高壓汽源引入除氧器,按照SIEMENS設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,配置符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)的所謂“負(fù)安全閥”,結(jié)構(gòu)上具有安全功能,萬(wàn)一在正常運(yùn)