机组参数匹配研究与四大管道选材研究

机组参数匹配研究与四大管道选材研究内容摘要：

有活动余地了，但这一建议现在还不容易被接受。 发电机与汽轮机的容 量匹配则是按在额定功率因数和额定氢压下，发电机的额定容量与汽轮机的额定功率相匹配；发电机的最大连续容量与汽轮机的最大连续出力配合，但其冷却器进水温度宜与汽轮机相应工况下的冷却水温度相一致。 机炉电容量匹配的原则 对于国产化超超临界机组，我们认为按照《火力发电厂设计技术规定》DL50002020 中的规定确定机炉电容量的匹配仍是合适的。 这一匹配原则已经经过较长时间以及大量机组的论证，国内绝大部分的机组也是按此原则匹配的，便于电力调度系统的统一管理。 以下是按上述匹配原则对 900MW 超超临界机组（汽机入口参数 MPa/600/600oC）匹配的实例。 (1) 铭牌功率 铭牌出力（额定出力）： MW 主汽门前蒸汽压力 MPa 主蒸汽 /再热蒸汽温度 600/600 oC 主蒸汽额定流量 t/h 再热蒸汽压力 MPa 再热蒸汽流量 t/h 第 10 页 给水温度 oC 汽机背压 kPa 补水率 3 % 给水加热器级数 8 发电机额定功 率 1000MVA 功率因数 (2) 最大连续功率（ TMCR） 汽机最大连续出力（ TMCR） MW 主汽门前蒸汽压力 MPa 主蒸汽 /再热蒸汽温度 600/600 oC 主蒸汽额定流量 t/h 再热蒸汽压力 MPa 再热蒸汽流量 t/h 给水温度 oC 汽机背压 kPa 补水率 0 % 发电机最大连续功 率 1070MVA 功率因数 (3) 阀门全开功率（ VWO） 阀门全开出力（ VWO） MW 主蒸汽流量（锅炉最大连续蒸发量 BMCR） t/h 再热蒸汽压力 MPa 再热蒸汽流量 t/h 给水温度 oC 汽机背压 kPa 补水率 0 % 5 机炉蒸汽参数的匹配 主蒸汽系统 主蒸汽系统的功能是将锅炉产生的新蒸汽自锅炉过热 器出口输送到汽轮机的高压主汽阀入口。 对于相同的汽机入口参数，由于主蒸汽管道阻力的变化，锅炉出口所需的蒸汽参数也随之发生变化。 参数匹配则包括选择合适的主蒸汽管道压降和管道温降。 第 11 页 规程或规范的要求 根据中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T50541996 第一章总则的规定，该规定适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为27MPa、 550oC（高温再热蒸汽可达 565oC）及以下机组的汽水管道设计。 显然，对于超超临界机组，蒸汽参数 25~30MPa、 580~600oC已经超出上述 汽水管道设计技术规定的范围。 鉴于国内尚无适合于该蒸汽参数范围的设计技术规定，一方面急需DL/T50541996 作一定的修改，另一方面我们认为现阶段可参照美国动力管道设计规定 ASME 执行。 中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂设计技术规程》 DL50002020 第一章范围的规定，该规程适用于汽轮发电机组容量为 125MW~600MW 级机组的凝汽式火力发电厂。 600MW 级及以上的机组还是可参照使用。 参照该规程 的规定，大容量机组锅炉过热器出口至汽轮机进口的压降，宜为汽轮机额定进汽压力的 5%；过热器出口额定蒸汽温度，对于超临界参数机组，宜比汽轮机额定进汽温度高 5oC。 日本电厂的机炉参数匹配 日本自 20 世纪 90年代投运了相当数量的一批超超临界机组，其机炉参数的匹配见表 51。 从表中可见，由于日本是一个能源比较匮乏的国家，其火力发电厂的燃煤主要是依赖进口，因此为了降低机组热耗，主蒸汽管道压降均选择得较小，一般在 %左右。 由于主蒸汽管道压降小，管道的等焓温降也较小，因此日本的锅炉出口蒸汽温度，当主蒸汽压力小于 ，一般仅比汽机入口蒸汽温度高出 4 oC。 第 12 页 表 51 日 本部分电厂机炉参数匹配 序号 电厂 机组 容量 汽机入口参数 (MPa/oC/oC) 锅炉出口参数(MPa/oC/oC) 压降 (MPa) 压降 比例 温降 （主汽 /热段） 投运 时间 备注 1 川越 (Kawagoe) 2 700 2 碧南 (Hekinan) 3 700 3 七尾太田 (Nanaoohta) 1 500 4 松浦 (Matsuura) 2 1000 5 原町 (Haramachi) 1 1000 6 原町 (Haramachi) 2 1000 7 三隅 1 1000 8 七尾太田 (Nanaoohta) 2 700 9 橘湾 (Tachibanawan) 1 1050 10 橘湾 (Tachibanawan)2 1050 11 常 陸 那珂 (Hitachinaka) 1 1000 12 舞鶴 1 900 第 13 页 超超临界机组机炉主蒸汽参数匹配 由于选择不同的蒸汽流速，管道管径和管道压降是不同的，管道投资费用与机组的运行费用之间存在一个最佳的技术经济比。 由于我国是一个产煤大国，相对于日本来说，燃煤价格较低，选择怎样的主蒸汽流速最适合我国国情呢。 在此我们根据蒸汽参数范围 25~30MPa、 580~600oC的 900MW 超超临界机组选择了 、 为例作了一下分析比较，见表 52~54。 计算采用的蒸汽流量按汽机 VWO工况下的最大计算进汽量，因为此时主蒸汽管道流量最大，管道的压降也最大。 汽机 VWO工况的热平衡图则根据上海汽轮机厂提供的资料，见附件二。 主蒸汽管道的走向则参照了上海外高桥电厂二期 2 900MW 超临界机组的主蒸汽管道的布置，见附件一。 管道分四路从锅炉过热器联箱上引出，合并成两路后分别接入汽机左右两个主汽门。 对于机组参数 按 A335P91，而机组参数 材料按 A335P92，参见《四大管道选材报告》。 第 14 页 表 52（ ） 主蒸汽管道计算结果汇总表（一） 主蒸汽流量 (t/h) 2810 2810 2810 2810 2810 2810 主蒸汽流速 (m/s) 40 45 50 55 60 65 压降 (MPa) 压降比例 % % % % % % 蒸汽等焓温差 (oC) 2 散热温降 (oC) 设计压力 (MPa) 设计温度 (oC) 608 608 609 609 610 611 管道规格 1 (ID t mm) 295 280 265 255 245 235 管道规格 2 (ID t mm) 420 400 380 360 345 330 主蒸汽管道 总重量 (t) ~585 ~535 ~497 ~455 ~433 ~412 重量变化 (t) +130 +80 +42 0 22 43 管道单位价格 (万元 /t) 管道投资费差 (万元 ) +702 +432 + 0 给泵汽机功耗变化(kW) 676 487 265 0 +300 +633 标准煤耗量变化 (t) 13710 9870 5370 0 +6060 +12840 标准煤价格 (元 /t) 380 380 380 380 380 380 燃料费用差 (万元 ) 521 375 204 0 +230 +488 综合价差 (万元 ) +181 +57 +22 0 + + 注： 1 标准煤耗量变化按机组运行寿命 30 年，年按 5500 小时计。 2 管道材料按 A335P91。 第 15 页 表 53（ ） 主蒸汽管道计算 结果汇总表（二） 主蒸汽流量 (t/h) 主蒸汽流速 (m/s) 40 45 50 55 60 65 压降 (MPa) 压降比例 % % % % % % 蒸汽等焓温差 (oC) 3 4 5 散热温降 (oC) 设计压力 (MPa) 设计温度 (oC) 608 608 609 610 611 612 管道规格 1 (ID t mm) 285 270 255 240 230 220 管道规格 2 (ID t mm) 400 380 360 340 325 315 主蒸汽管道 总重量 (t) ~431 ~395 ~361 ~335 ~314 ~302 重量变化 (t) +96 +60 +26 0 21 33 管道单位价格 (万元 /t) 管道投资费差 (万元 ) +614 +384 +166 0 134 211 给泵汽机功耗变化(kW) 808 619 360 0 374 711 标准煤耗量变化 (t) 16380 12540 7290 0 7590 14400 标准煤价格 (元 /t) 380 380 380 380 380 380 燃料费用差 (万元 ) 622 477 277 0 +288 +547 综合价差 (万元 ) 8 93 111 0 +154 +336 注： 1 标准煤耗量变化按机组运行寿命 30 年，年按 5500 小时计。 2 管道材料按 A335P92。 第 16 页 表 54（ ） 主蒸汽管道计算结果汇总表（三） 主蒸汽流量 (t/h) 主蒸汽流速 (m/s) 40 45 50 55 60 65 压降 (MPa) 压降比例 2% % % % % % 蒸汽等焓温差 (oC) 2 散热温降 (oC) 设计压力 (MPa) 设计温度 (oC) 608 609 610 610 612 613 管道规格 1 (ID t mm) 270 255 240 230 220 210 65 管道规格 2 (ID t mm) 380 355 340 325 310 295 主蒸汽管道 总重量 (t) ~459 ~412 ~386 ~365 ~343 ~322 重量变化 (t) +94 +47 +21 0 22 43 管道单位价格 (万元 /t) 管道投资费差 (万元 ) +630 +315 +141 0 147 288 给泵汽机功耗变化(kW) 907 607 341 0 425 1003 标准煤耗量变化 (t) 18390 12300 6900 0 8610 20340 标准煤价格 (元 /t) 380 380 380 380 380 380 燃料费用差 (万元 ) 699 467 262 0 +327 +773 综合价差 (万元 ) 69 152 121 0 +180 +485 注： 1 标准煤耗量变化按机组运行寿命 30 年，年按 5500 小时计。 2 管道材料按 A335P92。 第 17 页 根据上述计算结果，我们可以得出以下几点结论： (1) 由于管道阻力增大使得管道的等焓温降增大，而且随着机组工作压力的提高愈加明显。 按我国现东南沿海地区的标准煤价格以及管道价格，当主蒸汽管道的温降（包括管道等焓温降和散热温降）在 4~5oC左右，综合技术经济性最佳。 一般来说，管道的散热温降是很小的，小于 ，因此管道压降比宜选择以之引起的等焓温降在 ~ oC左右。 (2) 对于主蒸汽压力为 ~ 的超超临界的机组，随着机组工作压力提高，主蒸汽管道的最大压降比应从 5%逐渐降低至 3%左右。 例如主蒸汽压力为 的超超临界的机组，当主蒸汽压降比达到 %的时候，若管道的压降继续增大，虽然管道的投资费用降低，但管道费用的降低已无法抵消因设计温度和设计压力的提高而引起的锅炉给水泵功耗的增大。 (3) 我国是一个产煤大国，燃煤价格相对较低。 根据综合技术经济比较，主蒸汽管道的压降比不宜过小。 在蒸汽压力 ~ 范围内的超超临界机组，当蒸汽压力小于 ，主蒸汽压降比选 择 4~5%最佳；当蒸汽压力大于 ，则主蒸汽压降比选择 3~4%较为合适。 再热蒸汽系统 再热蒸汽系统的功能是将汽轮机高压缸的排汽（即低温再热蒸汽）自其排汽口输送至锅炉再热器进口，蒸汽在再热器被再热后，再从其出口将高温再热蒸汽送至汽轮机中压缸的再热蒸汽阀。 以提高循环热经济性和改善汽轮机低压部分的工作条件。 由于再热蒸汽系统相当于一台中压机组，因此管道的压降对机组热经济性的影响是很大的。 一般来说，再热系统的总压降不应。