设备参数设计优化对机组运行经济性影响的及建议

设备参数设计优化对机组运行经济性影响的分析及建议

李寒

（大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂，北京100041）

为了新建机组经济性达到行业先进值，需要开展设计优化工作。主要是分析机组投产后发生的问题，不断总结设计优化经验，将生产出现的技术问题、设计成果、设计方案进行整理，为后续各项目的建设提供参考，使先进技术方案和技术成果，能相互借鉴和推广，设备经济性提升和故障不重复发生。为此进行了设备参数优化设计典型分析，满足《火力发电厂设计规程》前提下，在经济性方面，从锅炉初参数、汽轮机终参数、管道压损、辅助设备运行参数等进行设备参数优化设计分析，为新建机组在设备参数优化设计时参考，进一步优化机组的系统设计、参数匹配和设备选型等，不断改进设备关键参数测量的精度和准确性，不断提高新建机组节能指标的先进性，以提高机组投产后的经济性。

1锅炉初参数提高设计对机组经济性影响机组主汽温或再热汽温每提高10℃，机组热效率上升0.25~0.3个百分点。主蒸汽温度、再热蒸汽温度属于第一类运行参数，只有其数值为设计值时，机组的运行经济性才能达到最佳。超超临界机组主蒸汽温度、再热蒸汽温度在100％TMCR~ 40％TMCR范围内应维持在600℃。

主蒸汽压力在16.6~31MPa、535~600℃范围内，压力每提高1MPa，机组热效率上升0.18~0.29个百分点。超（超）临界机组汽轮机能从T-MCR负荷到与锅炉相一致的最低负荷范围内稳定运行，采用定－滑－定运行方式，在90~30％负荷范围内滑压运行，其它负荷区间定压运行。而上海超超临界1000MW机组采用节流调节，可采取定－滑－定运行方式，也可采取调节负荷范围内全滑压运行。目前看发电公司机组都按照设计定压－滑压曲线运行，建议机组调试时和机组大修后要进行优化试验。

2汽轮机终参数优化对机组经济性影响汽轮机排汽压力变化1kPa，影响煤耗1~2g/kWh。因此要做好设计优化，优化汽轮机排汽压力，选用合适的汽轮机排汽面积，采用双压凝汽器，用较深处的海水作为电厂的冷却水，循环水泵选型时采用双速电动机等，使机组运行后达到排汽压力控制灵活性和经济性。

机组设计背压优化。国标，额定出力（TRL工况）定义为：在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数，背压为“夏季满发背压”，补给水率3％，回热系统正常投入条件下，扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等所消耗功率后，在寿命期内任何时间都能安全连续在额定功率因数、额定氢压下，发电机端输出为额定功率的工况，称为机组的额定出力工况。采用国际标准IEC45-1991，额定出力即为汽轮机组最大连续功率（TMCR），定义为：在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数，背压为“设计背压”，补给水率0％，回热系统正常投入条件下，扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等所消耗功率后，在寿命期内任何时间都能安全连续在额定功率因数、额定氢压下，发电机端输出为额定功率的工况，称为机组的额定出力工况。其铭牌出力可标识两个参数，即设计背压对应的功率/夏季背压对应的功率。按这方式定义额定出力时，其辅机在机组额定负荷及部分负荷时的出力更接近设计值，机组运行效率更高，有利于降低供电煤耗。

目前我国设计的1000MW超超临界机组的都是四缸四排汽，设计双背压为4.5/5.7kPa，平均背压为5.1kPa。例如，绥中公司800MW超临界机组为五缸六排汽，设计双背压为3.5/4.5kPa，德国从2000年开始设计的电厂均为五缸六排汽，设计双背压2.91/ 3.68kPa，平均背压为3.255kPa。外高桥第三发电厂，设计背压为3.86/4.88kPa，平均背压为4.37kPa。我国四缸四排汽百万机组比德国五缸六排汽机组平均背压高出1.845kPa。这主要考虑投资造价比的问题，五缸六排汽的背压比四缸四排机组热耗能降低1％，但增加了一台低压缸的投资造价。在向高参数发展的同时，密切关注国内外汽轮机背压的优化设计发展趋势，深入研究汽轮机末级动叶片水蚀问题，这也是优化设计中的一个重大课题。3锅炉排烟温度对机组经济性影响

锅炉设计对热力计算，排烟温度在规定范围内。排烟温度增加10℃，锅炉效率下降1%。因此设计阶段要进行分析，增加省煤器和空气预热器受热面，利用烟气余热加热凝结水或冷空气等降低排烟温度。锅炉余热回收。在脱硫无GGH的情况下，通过在吸收塔前加装烟气冷却器，其水侧与汽轮机的低压加热器系统连接，利用锅炉排烟余热加热部分或者全部冷凝水，凝结水吸热升温后接入到下一级低压加热器，从而减少了回热系统的抽汽，在机组运行条件不变的情况下有更多的蒸汽进入低压缸做功，达到充分利用锅炉余热的目的。同时由于进入吸收塔的烟气温度降低，减少了吸收塔工业冷却水的耗量。对于燃用褐煤或锅炉排烟温度较高（在150℃以上），加装烟气余热利用装置后，根据余热利用程度，机组热耗可降低38～90kJ/kWh，同时还可减少CO

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和SO

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的排放量，但是注意烟气换热器冷端金属壁面温度应高于烟气酸露点等技术要求。

4锅炉冷风温度对机组经济性影响

提高锅炉冷风温度的方法，可以利用锅炉烟气余热加热冷风；北方发电厂冬季送风机取室内风，夏季取室外风，来提高进入锅炉冷风温度等。

5主蒸汽压损对机组经济性影响

设计主蒸汽管道压损为5%，设计时对主蒸汽管道设计优化，例如缩短主蒸汽管道长度、合理管道保温、汽轮机主汽门中滤网孔车削倒角、汽机厂房与锅炉厂房高差布置等措施，例如，600MW超临界机组主汽压力25.4MPa，因此，锅炉出口联箱到汽轮机入口压力降应小于1.27MPa。

摘要：通过分析机组运行特性，从锅炉初参数、汽轮机终参数、管道压损、辅助设备运行参数等进行设备参数优化设计分析，总结的设计成果和设计方案，为后续项目的建设提供参考，使先进技术方案和技术成果，能相互借鉴和推广，设备经济性提升，落实基建生产一体化的原则。

关键词：热力系统；优化设计；机组经济性

电力建设

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有新意的质疑是学生积极探索的内部动力，是学生认知水平的体现。教师要鼓励学生独立思考，大胆想象，勇于发表不同意见，发展求异思维，在教学中面对疑问时，教师可以不急于告诉学生答案，鼓励学生通过探究，自己去寻找正确答案，让学生频次胜利的喜悦，从而激发了学生的学习兴趣，使学生逐渐养成积极探索问题的好习惯。如在学习硫酸根检验时，可以引导学生自己设计实验方案，然后交流讨论最合适的方案，培养学生的创新能力。

方案甲：试液氯化

"#钡白色沉淀足量盐

""$酸沉淀不溶解

方案乙：试液足量盐

""$酸无沉淀氯化

"$钡白色沉淀

方案丙：试液足量稀硝

"""$酸无沉淀硝酸

"$钡白色沉淀学生交流讨论：

甲：不严密，因含有银离子而不含硫酸根的无色溶液也会出现此方案的现象。

乙：严密，因为只有含有硫酸根的无色溶液才会出现此方案的现象。

丙：不严密，因含有亚硫酸根而不含硫酸根的无色溶液也会出现此方案的现象。这样得出结论学生不仅记忆深刻而且培养了学生的创造新思维。

3.3联系生产和生活实际创设情境，培养学生学习化学的兴趣，激发学生的创新思维

化学知识和社会生产、生活密切联系，有创设学习情境的丰富材料。用生活的实际把学生领进化学的王国，推动学生思维，并产生获取知识的快乐，培养了学生兴趣。适当组织学生参加社会实践或创设模拟现实生活的特定情境，让学生充当某种社会角色，开展社会实践活动，有利于提高学生的学习兴趣，也有利于引导学生从理性认识又回到感性认识，将所学知识运用于实践，转化为能力。由于学生是身在其中，亲身实践，既可以形成自我教育又有助于接近社会，使学生产生亲切感，提高学生乐趣，同时也提高了学生认识现实生活，提高学生适应社会生活的能力。如在学习酸雨的危害及其防护的内容时，可以让学生扮演不同的角色来体会酸雨的危害，假如你是一名林业员，你将如何来保护好树林和草地？假如你是一名农业技术员，你将如何保护好庄稼？假如你是一名城市建设者，你将如何保护好城市环境？等等，学生参与度高，积极讨论与交流，有你意想不到的新发现，更有利于学生创造力的提高。又如在学习原电池的内容时，在学生了解了原电池的基本构造及其原理后，请学生自己设计原电池并能运用相关知识来解决实际问题。如在海水中航行的大轮船底部为何坠追一块锌块？让学生交流与讨论，并引导学生解决类似问题，提高学生分析问题和解决问题的能力，进一步培养学生的创新思维和创造力。

参考文献：

[1]李绪国，安春明，张国范.现代教育论坛.

[2]孙帝.课程改革与教师角色转换.

6再热系统压损对机组经济性影响

对于再热系统等要进行技术经济比较，优化确定合理的管径和管道走向及转弯处，以降低系统自身阻力。再热系统的压降每降低1％，汽轮机热耗约下降0.072％。欧美国家的再热蒸汽压损设计规范为不超过8％，我国再热蒸汽压损按目前的设计规范取值为高压缸排汽压力10%，其中再热器压降占5％，再热蒸汽管道（包括冷段和热段）压降占5％，其中冷段再热蒸汽管道压力降为2.0％，热段再热蒸汽管道压力降为3％。例如，某发电厂进行再热系统本体、管道和弯头改弯管（3D弯管替代1.5D弯头）等优化后压降为6.67％，比规定值降低3.33%，机组热耗降低18kJ/kWh。

7锅炉吹灰蒸汽压力的选取

锅炉吹灰器蒸汽汽源对机组经济性的影响。原则是使用压力和温度来源越低对机组经济性越好。锅炉对于蒸汽吹灰系统汽源蒸汽的选择，一般有过热蒸汽（屏式过热器出口）和再热蒸汽（低温再热器入口和出口），根据结焦部位和结焦程度，确定吹灰蒸汽压力和温度，过热度要求100~150℃。例如某百万机组工作压力，一般都在0.8~2.0MPa之间，为了保证吹灰器的安全同时考虑系统阻力，运行中将吹灰器的工作压力定为长吹灰器1.2～1.5MPa、半长吹灰器0.8～1.5MPa、炉膛吹灰器0.8～1.5MPa，工作温度均为320℃。建议吹灰器蒸汽汽源采用低温再热器出口，相对节省高品质的过热蒸汽，经济性提高，按照1%主汽流量的吹灰蒸汽流量计算，取自低温再热器入口比取自屏式过热器出口，热耗降低20kJ/kWh；因蒸汽压力较低，对管道和阀门要求降低，设备投资减少；因蒸汽压力较低，阀门冲刷现象要比过热蒸汽小得多。8厂用辅助蒸汽用户压力控制

根据厂用蒸汽用户，尽量降低所用蒸汽压力和温度，例如暖风器使用蒸汽和热网加热器用蒸汽都可采用0.1～0.2MPa低品质的压力，就可以满足要求，而不是采用辅助蒸汽0.8~ 1.2MPa高品质的蒸汽。

9汽轮机回热级数和给水温度提升对机组经济性影响

汽轮机回热级数越多，机组经济性越高，回热级数从8级增加到9级，热耗率下降；给水温度越高机组经济性越好，给水温度增加10℃，煤耗下降1g/kWh。

10总结

通过上述分析，新建机组参数优化设计对新建机组运行后经济性影响非常大，需要参数和优化设计与现场应用紧密结合，掌握和分析机组运行的先进经验，例如，锅炉二次再热与一次再热比较，其热效率一般高出1～2%。需要设计阶段投资控制转向投资和运行能效综合控制。进行全寿命周期系统技术经济比较，这样不断完善系统设计，参数与系统和设备匹配，以实现机组全寿命周期的效益最大化。

参考文献：

[1]沈幼庭，何锦英.热力系统及设备最优化[M].北京：机械工业出版社，1985.

[2]黄为民.热工设备和系统的设计优化[M].北京：高等教育出版社，1998.

[3]毕政益.开展优化管理提高机组经济性[J].上海节能，2000（Z1）：18~ 19.

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