超超临界汽轮机的发展问题和前景

低压缸6排汽设计也往往受困于此。欧洲机型没有这个问题。
• 泰州2期是世界上首次在1000MW机组上采用超超临界、二次
再热。初参数 31 MPa / 600 ℃ /610 ℃ /610 ℃ 。
• 动力循环优化的结果：
增加主汽压到28MPa或以上；
增加回热级数到9~10级，提高给水温度到300℃以上，泰州2期
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• 开式循环水系统：
• 对于开式循环水系统，需要根据水温，合理配置冷端 设备容量，以及额定背压，合理安排排汽面积。对于 17~18℃循环水温，水量充沛的条件，1000MW汽轮机 可以而且需要配置3.6~4.0 kPa的额定背压，搭配4排汽 /1219mm末级叶片（排汽面积~48m2）或6排汽/1000mm 末级叶片(排汽面积~55m2)，显著降低汽轮机热耗。
机组为330℃；
温度过高的抽汽，可以增设冷却器，加热最终给水，降低过热
度后再进入高加。
• 需要摸索减少投资的节能设计方案。
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5 一些重要的节能设计技术
5.1 高、中压缸
• 对于高、中压缸，小根径、多级数是当今趋势，可以 有效提高通流效率。Alstom将增加级数做到了极致。 西门子的变反动度设计技术，进一步挖掘了潜力。
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3 冷端设计的问题和实例
• 某厂2台1000MW机组，投产不足1年，增加铭牌出力到
1050MW，实际负荷率80%。汽轮机厂家为东方。
• 开式循环水系统，海水冷却，平均水温17℃。循环水系统
为单元制，每台机组配备3台循环水泵。凝汽器为双压型，
换热面积45000m2（已经增加，初设为40000 m2），设计冷
• 对于中压缸进汽区的冷却，一般思路是用少量低温蒸
• 排汽方面，闭式循环水系统：
• 华北和以南地区，如果配备闭式循环水系统，则基于目前的 冷端设备标准，低压缸合理设计应当是：额定背压搭配80% 负荷，或者背压6 kPa左右搭配额定出力，以此为出发点进行 排汽面积优化配置。为此，采用4排汽、1219mm的末级叶片 和比较高的给水温度，可以良好应付1200MW的机组容量。
却倍率55。额定背压4.725 kPa。汽轮机末级叶片1092mm。
• 如果采用常规的冷端设计，凝汽器面积50000m2，冷却倍率
60，额定背压即可降低到4.0 kPa，相应地，搭配1219mm的
末级叶片，机组能耗可降低近1%。
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3 冷端设计的问题和实例 – 续
• 为保证机组安全，冬季仍维持1机2泵的调度方式。现有条 件下，膨胀极限（出力阻塞）背压较高，冬季背压很容易 更低。如采用较大的冷端设计，增设循环水联络管，冬季 采用2机3泵的运行方式，就可以避免这个问题。
• 对于4排汽设计，660MW容量比600MW好。
• 对于大量的闭式循环水系统机组，应推广660MW容量和 4排汽/900mm末级叶片的搭配。
• 设计余速损失较小的汽轮机，比如600~660MW容量搭配
4排汽/1000mm末级叶片 ，如果条件具备，可以考虑增
加铭牌容量5%，让冷端工作更平衡一些。
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• 1200~1300MW机组，辅机有困难，需要大量进口。
• 基于调峰需求和电网安全考虑，1000MW及以上机组不 能太多，主力应为600MW级别机组。
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• 600~660MW容量，2排汽/1146~1219mm末级叶片配置， 排汽面积较小，适合较高的循环水温和背压。厂房体积、 建设投入、循环水泵扬程增加；不能享受双背压的好处 。
超超临界汽轮机的发展、问题和前景
蒋寻寒 安徽电力科学研究院
2013年10月 天津
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前言
基于中国的资源禀赋，50年内，燃煤火电的地位难以 改变。
发展高参数大机组，是国家节能减排战略的关键组成 部分之一。
中国已经是世界上超超临界机组最多的国家，数量大 大超过其它国家的总和，建设规模和速度前所未有。
• 再热蒸汽温度
2012年以来，新机设计中普遍采用610℃甚至620℃的再热
汽温。业内对620℃存在剧烈的争论，因为材料安全余量太
小，对锅炉热偏差和汽温波动限制过于严格。
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2 机组容量 – 冷端配置
• 限制汽轮机容量的主要因素是高压缸通流面积，低压缸排汽 面积。
• 目前国内引进的高压缸技术和模块，可以应付1200~1300MW 的容量。
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关于双背压设计
• 双背压设计可以使平均背压降低 0.2~0.3 kPa。 • 一般地，循环水温越低，水量越充沛，越不适合双背压
设计。这是业内熟知的。
• 另一方面，汽轮机排汽面积越大，热耗 - 背压修正曲线 越陡，膨胀极限背压越低，因此，越适合双背压设计。
• 国内汽轮机末级叶片普遍较长，因此，国内的4排汽汽 轮机，适合双背压的循环水温、水量条件较宽。换句话 说，其中的绝大多数适合双背压设计。
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4 二次中间再热 – 容量限制
• 二次中间再热，是降低 热耗、减少排汽湿度的 有效手段。
• 投入增加很多。运行、 控制复杂，国内尚无经 验。不建议再热汽温 620℃。
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二次再热 – 续
• 需要设置超高压缸。不应采用高、中压缸合缸设计。这样，
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1000MW级别4排汽汽轮机，轴系长度可能超过40m，有困难。
发展700℃发电技术尚需时日。因此，完善超超临界 发电技术，包括改进超超临界汽轮机及热力系统的设计和 运行，降低机组能耗，是今后较长时期内的重要课题。
节能降耗 任重道远
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主要内容
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1 提高初参数
• 主汽压力
技术经济比较：机组煤耗降低，锅炉、给水泵和给水、主汽
管道投资增加。即将建设的新机多为28MPa。 西门子和Alstom的桶型高压缸，对于30MPa以内的主汽压， 不需要改变设计，超过30MPa，变化也小。 主汽压力增加，需要配合再热汽温升高，降低能耗，同时减 少排汽湿度。
• 以上优化设计投入增加很少，机组能耗降低共计 1%。
• 很显然，机组设计没有充分利用循环水温低、水量充沛的 优势。冷端设计是平衡的，但方向是节省投资，相应地增 加煤耗，且双背压有些勉强。困难是难以改造。
• 冷端优化设计的问题相当普遍。妥善解决类似的优化设计
问题，往往能以较少的投入，获得很大的节能效果。