1000MW超超临界机组的先进设计与经济运行分析_1000mw超超临界机组

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1000MW超超临界机组的先进设计与经济运行分析

作者：李虎 引言

华能玉环电厂安装4×1000MW超超临界燃煤发电机组，在全国首次采用国际先进的超超临界燃煤发电技术，是国家“863计划”中引进超超临界机组制造技术的依托工程，也是我国“十五”重点建设项目。经过精心安装与调试，1、2号机组已经于2006年提前实现双投，运行半年来，设备稳定，机组各项指标达到设计要求。经测算，额定负荷下的锅炉效率为93.88%，汽轮机热耗为7295.8kJ(kW.h)，发电煤耗为270.6g/(kW.h)，氮氧化物排放量为270mg/m3，供电煤耗为283.2g/(kW.h)，机组热效率高达45.4%，达到国际先进水平，二氧化硫排放浓度为17.6mg/m3，优于发达国家排放控制指标。

3、4号机组也将力争于2007年投产。

一、1000MW机组特点

玉环电厂超超临界机组主要设计参数见表1。

1.1 汽轮机特点

机组汽轮机由上海电气集团联合西门子公司设计，为单轴四缸四排汽；所采用的积木块是西门子公司近期开发的3个最大功率可达到1100MW等级的HMN型积木块组合：1个单流圆筒型H30高压缸，1个双流M30中压缸，2个N30双流低压缸。汽轮机4根转子分别由5只径向轴承支承，除高压转子由2个径向轴承支承外，其余3根转子，即中压转子和2根低压转子均只有1只径向轴承支承，提高了轴承稳定性，也缩短了轴向的长度，使轴总长度仅为29m。整个高压缸静子件和整个中压缸静子件由它们的猫爪支承在汽缸前后的2个轴承座上。而低压部分静子件中，外缸重量与其他静子件的支承方式是分离的，即外缸的重量完全由与它悍在一起的凝汽器颈部承担，其他低压部件的重量通过低压内缸的的猫爪由其前后的轴承座支承。所有轴承座与低压缸猫爪之间的滑动支承面均采用低摩擦合金，具有良好的摩擦性能，不需要润滑，有利于机组顺畅膨胀。盘车装置采用液压电动机，采用顶轴油驱动，安装在机头位置，位于1号轴承座内。1.1.1 高压缸的特点

高压缸采用双层缸设计。外缸为桶形设计，内缸为垂直纵向平分面结构，有较高的承压能力。由于缸体为旋转对称结构，避免了不理想的材料集中，使得机组在启动停机或快速变负荷时缸体的温度梯度很小，可将热应力保持在一个很低的水平。高压缸为单流程设计，叶片级通流面积比双流程要增加1倍，叶片端损大幅度下降，与其他公司机型的高压缸相比，其效率可提高4.5%～7%。1.1.2 中压缸的特点

中压缸采用双流程和双层缸设计。中压高温进汽仅局限于内缸的进汽部分，中压缸进汽第一级除了与高压缸一样采用了低反动度叶片级（约20%的反动度）和切向进汽的第一级斜置静叶结构外，还采取了切向涡流冷却技术，降低了中压转子的温度。中压外缸只承受中压排汽的较低压力和较低温度，这样汽缸的法兰部分就可以设计得较小。同时，外缸中的压力也降低了内缸法兰的负荷，因为内缸只需要承受压差。1.1.3 低压缸的特点

低压缸采用2个双流设计。外缸与轴承座分离，直接坐落在凝汽器上。内缸直接通过轴承支撑在基础上，并以推位装置与中压外缸相连，以保证机组膨胀时的动静间隙。内外缸通过波纹管连接，使低压缸不承受转子重量又可自由膨胀。所采用的末级叶片为自由叶片，长1146mm，是目前世界上已定型并批量生产的最长的全速汽轮机叶片。该叶片1997年在丹麦电厂投运，至今运行已有10年。玉环1000MW汽轮机的大修间隔可达到96000h(约12年)。1.1.4 补汽阀的应用

全周进汽不存在其他机型调节级强度和进汽不均诱发汽轮机激振问题。玉环机组所采用的补汽阀技术，从主汽门后引出一路蒸汽经过补汽阀进入高压缸的第5级后，形成全周进汽定-滑-定运行模式，使机组能不必为具有快速调峰而让主调门保持节流状态，进一步提高了机组效率。玉环电厂汽轮机全周进汽加补汽阀的设计同时解决了正常滑压调峰负荷高效率、第1级叶片的安全性和部分进汽对转子产生附加汽隙激振3个技术问题。正常调峰及额定负荷运行时，补汽阀为全关状态。补汽阀全开流量是额定工况的108%，即补汽阀流量为8%，可使额定工况以及所有小于额定工况时的热耗下降23kJ/(kW.h)，而一旦开始补汽，机组的经济性将随补汽量的增加而下降。1.2 锅炉特点

华能玉环电厂为哈尔滨锅炉厂引进日本三菱技术生产的超超临界参数变压运行垂直水冷壁直流炉，单炉膛、一次中间再热、八角双切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊Π结构型锅炉。

二、机组的经济、环保、稳定运行1、2号机组2006年实现双投并运行半年多来，推行华能精细管理思路，机组运行稳定，自动控制良好，机组效率较高。根据我国权威专业研究机构对机组运行半年后的性能指标现场测试，各项技术性能指标均达到或优于设计值。

2.1 实行精细管理，推行管理革命

玉环电厂作为华能集团的标杆电厂，以270人定员编制，管理、运营国际一流的4×1000MW超超临界机组，努力实践技术水平最高，经济效益最好，单位kW用人最少，国内最好，国际优秀的“四最一优”建设目标。

玉环电厂将4台机组的集控集中布置在汽轮机厂房外的固定端，以营造舒适的工作环境，集控室四周为环形海景下班幕墙，举目远眺，美丽的乐清湾尽收眼底。每台机组配备集控运行人员5人，4台机组稳定运行时既可相互调配，处理事故时又可相互支援。外围辅控网络也引入集控室，化学、灰控均在值长监视之下，这样既方便日常管理又改善了工作环境。在厂级生产管理上，燃料和脱硫运行维护工作承包给华能长兴电厂，检修工作承包给基建单位浙江火电和天津电建，并由生产部对口统一管理。运行部配正、副主任各1名，机、炉、电、化、安专工各1名。最简约的人员定制，创造出了最大的工作效率。

分部试运阶段，在调试的指挥下，运行全面接管分散控制系统(DCS)操作和现场巡检，不仅可以及时纠正调试人员的差错，还加深了对新设备的认识，顺利实现了168h试运行后的平稳交接。

2台机组转入商业运营后，在华能国际电力股份公司的指导下，玉环电厂积极汲取我国电力管理的宝贵经验，借鉴国际先进的管理理念，规范“两票三制”，推行灵活激励机制，采取先进的厂级监控信息系统(SIS)和管理信息系统(MIS)，结合国际一流的发电机组，培养一流的管理与技术人才。2.2 机组调峰负荷下的高效率、环保、稳定运行

机组最低不投油稳燃负荷为350MW，在500～1000MW的负荷区间内，机组具有很高的热效率，还可以20MW/min的变化率升降负荷，具有灵活而强大的调峰能力。机组投产后，正常自动投入率均为100%，机组的负荷调度也均采用自动发电控制(AGC)方式，由浙江省调度中心根据电网需求远方灵活加减负荷。2.2.1 汽轮机各负荷下的高效运行

玉环电厂汽轮发电机组采用多项先进技术和设计理念，在正常运行中，各项主要指标均居于我国首位。机组在TMCR工况下，机组的厂用电率为4.45%(含脱硫)，汽轮机热耗率为7291.6kJ/(kW.h)。即使在8.04/10.08kPa高背压的夏天，汽轮机的热耗率也仅为7300kJ/(kW.h)，不但远远低于华能石洞口二厂1、2号机的7647.6kJ(kW.h)和外高桥5、6号机的7420kJ/(kW.h)，也优于上海电气集团的7316kJ/(kW.h)的保证值。机组在调阀全开时负荷可以达到1039MW，可以满足短时调峰需求。汽轮机各工况下的主要参数见表2。

玉环电厂高加采用双列布置，每一列配一个水侧大旁路。当任意一个高加出现异常时，须单侧整列高加退出运行。

5、6号低加则采用单列布置，各有单独旁路。

7、8号低加分别设置在高、低凝汽器喉部。在机组启动过程中，高低加热器在出力达到200MW以前即已经正常投入，正常运行时通过抽汽加热凝水和给水，可提高机组循环热效率。为了配合四缸四排汽的汽轮机结构，凝汽器采用双背压结构，循环水分2路以串联的方式先进入低压凝汽器，再进入高压凝汽器，水侧内、外圈可以在运行中实现单侧隔离。灵活的热力系统设计给机组的在线运行提供了更高的可靠性保障。在半年的运行中，出现过高加水位计泄露、低加调门卡死等现象，通过加热器解列的方式均得到了处理。由于海水的腐蚀性较强，凝汽器与循环水管道连接的金属环膨胀节出现过多次泄漏，通过单侧循环水隔离后，放尽该侧凝汽器海水，即可堵住漏点。在缺陷处理过程中，机组的带负荷能力基本没有受到影响，机组的效率也基本上可得到保证。高加全切、5号低加切除、凝汽器单侧隔离工况下的主要数据见表3。

2.2.2 锅炉在各负荷下的高效运行

玉环电厂是沿海港口电厂，锅炉燃煤主要为神华煤和进口的印尼煤，均为较高挥发分煤，低位发热量也与设计煤种相近。煤的各项指标与锅炉设计煤种相近。正常运行中，采用上5台磨煤机即B、C、D、E、F磨运行，A磨煤机备用的模式。根据煤种特性，磨煤机出口温度一般维持在65～75℃，磨煤机出口分离器采用随煤量而改变的变频控制，煤粉细度R90正常在25%左右。在燃用这几种煤种的情况下，锅炉在各工况下运行稳定，BRL(锅炉额定工况)下的平均锅炉效率为93.74%，高于保证值93.65%，750MW和500MW下的锅炉效率分别为94.10%和93.89%，低负荷运行时锅炉效率较高。NOx排放浓度为281mg/m3，优于国家标准，BMCR工况下，机组负荷可达1082MW，过热蒸汽流量为2952t/h，高于保证值2950t/h。表4列出了燃用煤种和设计煤种的比较。表5列出了不同运行方式下的满负荷参数。

在750MW负荷下，CDEF四台磨煤机运行，可以维持运行参数为：过热蒸汽温度为600.3℃，再热蒸汽温度为600.1℃，空预器进口氧量为4.08%，排烟温度为126.3℃，灰渣含碳量分别为0.20%、0.49%，锅炉效率为94.09%。在500MW负荷下，CDEF4台磨煤机运行，可以维持运行参数为：过热蒸汽温度为600.0℃,再热蒸汽温度为598.2℃，空预器进口氧量为5.54%，排烟温度为122.3℃灰渣含碳量分别为0.69%、0.52%。该运行工况下的锅炉效率为93.56%。2.2.2 机组汽水品质

对汽水品质的高要求也是超超临界机组的一个特点。

对于超超临界直流锅炉，运行中没有排污，运行参数高，金属材料余度不大，同时汽轮机结构更为精密，汽水品质不合格会造成受热面腐蚀和汽轮机通流部分结垢，既影响机组效率又影响设备安全，所以对于汽水品质要求极为严格。玉环机组在正常运行中，汽水品质控制达到了要求，运行良好。锅炉BMCR时汽水品质参数如表6所示。

三、结论

(1)玉环电厂超超临界机组选型正确，设计新颖，技术先进，大量采用了P92新材料，首次采用26.25MPa/600℃/600℃超超临界参数，机组热效率达45.4%，实际供电煤耗仅283.2g/(kW.h)，达到了国际先进水平。

(2)玉环电厂的设计方案中，不占良田，生产用水应用海水淡化，在选用低硫低硝燃烧技术的基础上，同期安装脱硫装置，NOx的排放浓度仅为241.1mg/m3([O2]=6%,干态)，此排放浓度亦远远低于国家标准GB13223第一时段的排放要求，在国际上也达到了先进水平，证明了超超临界技术的环保效益，也实践了华能发展绿色公司的诺言。

(3)2台机组半年多的生产运行，积累了1000MW级超超临界机组的生产及管理经验。在不断探索、优化的过程中，对超超临界机组运营掌握程度在逐步加深，可以供国内同行借鉴和参考。玉环电厂的成功建设与投产，也证明我国已经初步掌握了制造、安装、调试和管理运行世界前沿的超超临界机组技术。

四、参考文献

[1]李虎，张峰.1000MW超超临界机组2953t/h锅炉设计特点及生产实践[J].电力设备，2007,8(5):6-10.