超临界机组参数确定及选型
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当压力低于30MPa 时,机组热效率随压力提高上升很快,当 压力高于30MPa时,机组热效率随压力提高上升幅度较小。
2）再热次数 采用二次再热可进一步提高机组热效率,并满足机组低压缸
最终排汽湿度的要求。在所给参数范围内,采用二次再热使 机组热经济性得到提高,其相对热耗率改善值约为1.43%～ 1.60%。 有两个再热器使锅炉结构复杂化，增加一个超高压缸,增加 一根再热冷管与再热热管,增加一套超高压主蒸汽调节阀, 机组长度增加,轴系趋于复杂,使汽轮机结构复杂化。 除了早期美国的3 台机组外,只有日本川越电站2 台 700MW机组(31MPa/566℃ 566℃/566℃/1989 年)和丹 麦2台415MW(28.5MPa/ 580 ℃/580℃/580℃/1998年) 机组为二次再热的超超临界机组。近5 年来新投运的超超 临界机组均未采用二次再热。
在超超临界机组参数范围的条件下,主蒸汽压力提高1MPa, 机组的热耗率可下降0.13 %～0.15%;主蒸汽温度每提高 10℃,热耗率可下降0.25 %～0.30%;再热蒸汽温度每提高 10℃,热耗率可下降0.15%～0.20%。因此,提高蒸汽的温 度对提高机组热效率更有益。
如果增加再热次数,采用二次再热,则其热耗率可下降 1.4%～1.6%。
在目前参数下, 二次再热的经济性得益为1.4%～1.6%左右, 但机组的造价要高10%～15%,而机组的投资一般约占电 厂总投资的40%～45%左右,电站投资要增加4%～6.8%。 二次再热机组的技术经济性较差。
采用二次再热存在大量需要解决的技术问题,国外制造、运 行业绩少,技术经济性较差。我国在发展超超临界机组的开 始阶段采用一次再热适宜。
1）超超临界机组热效率 提高蒸汽参数(蒸汽的初始压力和温度) 、采用再热系统、
增加再热次数,都是提高发电机组效率的有效方法。 常规亚临界机组的典型蒸汽参数主蒸汽压力/主蒸汽温度/
再热蒸汽温度16.7 MPa/ 538 ℃/538℃,其发电效率约为 38%。常规超临界机组的主蒸汽压力一般为24 MPa 左右, 主蒸汽和再热蒸汽温度为538℃～560 ℃,其典型参数为 24.1MPa/538℃/538℃,对应的发电效率约为41 %。超超 临界机组的主蒸汽压力为(25～31) MPa 及以上,主蒸汽和 再热蒸汽温度为580 ℃～600 ℃及以上。
4 ）主蒸汽压力 在超超临界机组主要技术参数范围的条件下,28MPa方案
比25MPa方案的热效率约可相对提高0.45%,31MPa方案 比28MPa方案的热效率又约可相对提高0.4%。提高蒸汽 温度比提高主蒸汽压力对机组热效率提高的效果显著。 压力提高使汽轮机末级湿度增大,末级动叶片的水蚀趋于严 重。低压缸的排汽湿度最大不应超过12%。若蒸汽参数选 择28.0MPa/580℃/600℃,汽轮机排汽压力(背压)4.9kPa 时,排汽湿度将达到10.7%。在蒸汽温度600℃/600℃、主 蒸汽压力>30MPa 条件下,若不采用二次再热,汽轮机末级 的湿度已超出设计规范。近十多年投运的超超临界机组中, 主蒸汽压力>(30～31)MPa的机组台数仅3台,其中2台是 二次再热机组。鉴于技术难度、风险、技术瓶颈(汽轮机 末级的湿度)及国外业绩和经验的考虑,我国在发展超超临 界机组的开始阶段,主蒸汽压力不宜采用(30～31) MPa。
2 机组容量
大容量机组具有以下的优势:效率高、单位kW投资省、同 容量电厂(如2×900MW 与3×600MW) 建筑占地少、建 设周期短、电厂人员少、维护费用低等。单炉容量的上限 由材料强度、汽轮机末级排汽面积(叶片高度)、汽轮发电 机组(单轴)转子长度、加工制造设备及能力、运输、电网 等关键技术所决定。
3 ）主蒸汽温度和再热蒸汽温度 在超超临界机组主要技术参数范围的条件下,主蒸汽温度每
提高10℃,热效率约可相对提高0.25%～0.30%;再热蒸汽 温度每提高10℃,热效率约可相对提高0.16%～0.20%。即 600℃/600℃方案比580℃/580℃方案的热效率约可相对 提高0.92% ,比580℃/600℃方案的热效率约可相对提高 0.56%。提高蒸汽温度对提高机组热效率的效果非常显著。 目前国际上可采购到已成熟应用的材料可满足620℃蒸汽 参数的要求,不存在无法解决的否决性的技术问题和技术瓶 颈。先进国家有相当数量超超临界机组的蒸汽温度参数达 到和超过600℃/600℃,已有多年的运行业绩,其可靠性与 亚临界及超临界机组处于同一水平。600℃/600℃方案与 580℃/600℃方案存在的技Βιβλιοθήκη Baidu问题只有微小的差别,不是左 右温度方案选择的决定性因素。 充分考虑材料的烟气侧腐蚀性能,汽水侧氧化性能,制造、 加工、热处理、异种材料焊接等工艺性能,着眼于尽量提高 蒸汽温度以期最大限度地“用足”现有材料的高温强度性 能,在温度的选择上应既考虑先进性,还应考虑成熟性,取在 600℃左右为宜。
主蒸汽压力为25MPa与28MPa方案综合比较 A 主蒸汽压力提高,蒸汽汽流对转子的激振增加;固体颗粒对
叶片的冲蚀趋于严重;末级湿度增大,湿汽损失加大,末级动 叶片的水蚀趋于严重;关键零部件的疲劳损耗趋于严重。这 些问题都是能够解决的,但主蒸汽压力提高的技术风险相对 提高。主蒸汽压力25 MPa 与28 MPa 两方案均不存在无 法解决的否决性的技术问题和技术瓶颈。 B 在材料已成熟应用前提下,主蒸汽压力基本不变,提高蒸汽 温度的技术路线,是综合优点突出的技术路线。近十年来, 这类机组是主角。日本超超临界机组仍在采用25MPa左 右的主蒸汽压力; 主蒸汽压力25MPa和28MPa方案属于同 一层次。25MPa方案在技术可行性、设计制造模式、国 外业绩及与国外合作、技术经济方面稍好;28MPa方案的 热效率稍高,其技术经济性需要根据实际工程而定。
二、超临界机组参数确定及选型
1. 再热次数、主要蒸汽参数(主蒸汽压力、 温度,再热蒸汽温度)、
2. 机组容量(600 MW 或1 000 MW等级) 、 3. 锅炉主要结构和型式(炉型、燃烧方式、
水冷壁型式) 4. 汽轮机主要结构和型式(汽缸数、排汽口
数、末级叶片高度、单轴或双轴布置等)
1 再热次数、主要蒸汽参数
2）再热次数 采用二次再热可进一步提高机组热效率,并满足机组低压缸
最终排汽湿度的要求。在所给参数范围内,采用二次再热使 机组热经济性得到提高,其相对热耗率改善值约为1.43%～ 1.60%。 有两个再热器使锅炉结构复杂化，增加一个超高压缸,增加 一根再热冷管与再热热管,增加一套超高压主蒸汽调节阀, 机组长度增加,轴系趋于复杂,使汽轮机结构复杂化。 除了早期美国的3 台机组外,只有日本川越电站2 台 700MW机组(31MPa/566℃ 566℃/566℃/1989 年)和丹 麦2台415MW(28.5MPa/ 580 ℃/580℃/580℃/1998年) 机组为二次再热的超超临界机组。近5 年来新投运的超超 临界机组均未采用二次再热。
在超超临界机组参数范围的条件下,主蒸汽压力提高1MPa, 机组的热耗率可下降0.13 %～0.15%;主蒸汽温度每提高 10℃,热耗率可下降0.25 %～0.30%;再热蒸汽温度每提高 10℃,热耗率可下降0.15%～0.20%。因此,提高蒸汽的温 度对提高机组热效率更有益。
如果增加再热次数,采用二次再热,则其热耗率可下降 1.4%～1.6%。
在目前参数下, 二次再热的经济性得益为1.4%～1.6%左右, 但机组的造价要高10%～15%,而机组的投资一般约占电 厂总投资的40%～45%左右,电站投资要增加4%～6.8%。 二次再热机组的技术经济性较差。
采用二次再热存在大量需要解决的技术问题,国外制造、运 行业绩少,技术经济性较差。我国在发展超超临界机组的开 始阶段采用一次再热适宜。
1）超超临界机组热效率 提高蒸汽参数(蒸汽的初始压力和温度) 、采用再热系统、
增加再热次数,都是提高发电机组效率的有效方法。 常规亚临界机组的典型蒸汽参数主蒸汽压力/主蒸汽温度/
再热蒸汽温度16.7 MPa/ 538 ℃/538℃,其发电效率约为 38%。常规超临界机组的主蒸汽压力一般为24 MPa 左右, 主蒸汽和再热蒸汽温度为538℃～560 ℃,其典型参数为 24.1MPa/538℃/538℃,对应的发电效率约为41 %。超超 临界机组的主蒸汽压力为(25～31) MPa 及以上,主蒸汽和 再热蒸汽温度为580 ℃～600 ℃及以上。
4 ）主蒸汽压力 在超超临界机组主要技术参数范围的条件下,28MPa方案
比25MPa方案的热效率约可相对提高0.45%,31MPa方案 比28MPa方案的热效率又约可相对提高0.4%。提高蒸汽 温度比提高主蒸汽压力对机组热效率提高的效果显著。 压力提高使汽轮机末级湿度增大,末级动叶片的水蚀趋于严 重。低压缸的排汽湿度最大不应超过12%。若蒸汽参数选 择28.0MPa/580℃/600℃,汽轮机排汽压力(背压)4.9kPa 时,排汽湿度将达到10.7%。在蒸汽温度600℃/600℃、主 蒸汽压力>30MPa 条件下,若不采用二次再热,汽轮机末级 的湿度已超出设计规范。近十多年投运的超超临界机组中, 主蒸汽压力>(30～31)MPa的机组台数仅3台,其中2台是 二次再热机组。鉴于技术难度、风险、技术瓶颈(汽轮机 末级的湿度)及国外业绩和经验的考虑,我国在发展超超临 界机组的开始阶段,主蒸汽压力不宜采用(30～31) MPa。
2 机组容量
大容量机组具有以下的优势:效率高、单位kW投资省、同 容量电厂(如2×900MW 与3×600MW) 建筑占地少、建 设周期短、电厂人员少、维护费用低等。单炉容量的上限 由材料强度、汽轮机末级排汽面积(叶片高度)、汽轮发电 机组(单轴)转子长度、加工制造设备及能力、运输、电网 等关键技术所决定。
3 ）主蒸汽温度和再热蒸汽温度 在超超临界机组主要技术参数范围的条件下,主蒸汽温度每
提高10℃,热效率约可相对提高0.25%～0.30%;再热蒸汽 温度每提高10℃,热效率约可相对提高0.16%～0.20%。即 600℃/600℃方案比580℃/580℃方案的热效率约可相对 提高0.92% ,比580℃/600℃方案的热效率约可相对提高 0.56%。提高蒸汽温度对提高机组热效率的效果非常显著。 目前国际上可采购到已成熟应用的材料可满足620℃蒸汽 参数的要求,不存在无法解决的否决性的技术问题和技术瓶 颈。先进国家有相当数量超超临界机组的蒸汽温度参数达 到和超过600℃/600℃,已有多年的运行业绩,其可靠性与 亚临界及超临界机组处于同一水平。600℃/600℃方案与 580℃/600℃方案存在的技Βιβλιοθήκη Baidu问题只有微小的差别,不是左 右温度方案选择的决定性因素。 充分考虑材料的烟气侧腐蚀性能,汽水侧氧化性能,制造、 加工、热处理、异种材料焊接等工艺性能,着眼于尽量提高 蒸汽温度以期最大限度地“用足”现有材料的高温强度性 能,在温度的选择上应既考虑先进性,还应考虑成熟性,取在 600℃左右为宜。
主蒸汽压力为25MPa与28MPa方案综合比较 A 主蒸汽压力提高,蒸汽汽流对转子的激振增加;固体颗粒对
叶片的冲蚀趋于严重;末级湿度增大,湿汽损失加大,末级动 叶片的水蚀趋于严重;关键零部件的疲劳损耗趋于严重。这 些问题都是能够解决的,但主蒸汽压力提高的技术风险相对 提高。主蒸汽压力25 MPa 与28 MPa 两方案均不存在无 法解决的否决性的技术问题和技术瓶颈。 B 在材料已成熟应用前提下,主蒸汽压力基本不变,提高蒸汽 温度的技术路线,是综合优点突出的技术路线。近十年来, 这类机组是主角。日本超超临界机组仍在采用25MPa左 右的主蒸汽压力; 主蒸汽压力25MPa和28MPa方案属于同 一层次。25MPa方案在技术可行性、设计制造模式、国 外业绩及与国外合作、技术经济方面稍好;28MPa方案的 热效率稍高,其技术经济性需要根据实际工程而定。
二、超临界机组参数确定及选型
1. 再热次数、主要蒸汽参数(主蒸汽压力、 温度,再热蒸汽温度)、
2. 机组容量(600 MW 或1 000 MW等级) 、 3. 锅炉主要结构和型式(炉型、燃烧方式、
水冷壁型式) 4. 汽轮机主要结构和型式(汽缸数、排汽口
数、末级叶片高度、单轴或双轴布置等)
1 再热次数、主要蒸汽参数