胡 琨，馬雪松

(廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510600)

面對世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展以及節(jié)約有限資源和環(huán)境保護(hù)的壓力，高效潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)走過10年之后，進(jìn)入了一個非常關(guān)鍵的時期，節(jié)能與環(huán)保要求采取技術(shù)更為先進(jìn)、效率和可靠性更高的發(fā)電裝備。汽輪機(jī)產(chǎn)品技術(shù)的更新是必然的發(fā)展趨勢。以上海汽輪機(jī)廠為例，該廠引進(jìn)西門子公司“HMN”模塊的超超臨界產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，600MW等級超超臨界機(jī)組型式包括高中壓分缸三缸兩排汽、四缸四排汽兩種型式。這兩種機(jī)型與相同等級、容量的高中壓合缸機(jī)型相比，具有效率更高、結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)參數(shù)極限更高、機(jī)組熱耗較低等優(yōu)勢。但這兩種機(jī)型相比，也存在著差異。下面就機(jī)組本體及凝汽器有關(guān)數(shù)據(jù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及對汽機(jī)房尺寸的影響等三個方面進(jìn)行比較。

1 機(jī)型比較

1.1 本體及凝汽器有關(guān)數(shù)據(jù)

表1 機(jī)組本體有關(guān)數(shù)據(jù)

由表1可見，三缸兩排汽機(jī)比四缸四排汽機(jī)少一個低壓缸，軸系較短，穩(wěn)定性較好，重量較輕。同時，由于排汽口數(shù)量減少，為保證通流面積，只能通過增大末級葉片的長度使單個排汽口的面積增加。故兩排汽機(jī)的末級葉片長度比四排汽機(jī)的大，從而起吊高度也較高。兩種機(jī)型縱剖面圖見下圖。

圖1 三缸兩排汽機(jī)縱剖面圖

圖2 四缸四排汽機(jī)縱剖面圖

表2 凝汽器有關(guān)數(shù)據(jù)

由表2可見，由于兩排汽機(jī)與四排汽機(jī)凝汽器總換熱面積基本相同，且沿汽輪機(jī)軸線方向上兩排汽機(jī)比四排汽機(jī)短，同時受穩(wěn)定性等的影響，凝汽器高度不可能增加太多，因而只能增加管束的長度，從而凝汽器橫向尺寸較大。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表3 機(jī)組熱耗比較

在額定負(fù)荷工況下，由于三缸兩排汽機(jī)排汽面積小于四缸四排汽機(jī)排汽面積,排汽的余速損失增加，使汽機(jī)效率略有降低。從汽機(jī)制造廠計(jì)算結(jié)果看，額定負(fù)荷時兩排汽機(jī)比四排汽機(jī)熱耗高25kJ/kw·h左右；但在部分負(fù)荷運(yùn)行時兩排汽機(jī)熱耗還低于四排汽機(jī)型。

由表3可見，負(fù)荷較高時，四缸四排汽機(jī)組熱耗小于三缸兩排汽機(jī)組熱耗，隨著負(fù)荷的降低，兩種機(jī)型的熱耗差減少，至74%THA負(fù)荷左右，兩種機(jī)型熱耗相同。隨著機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步降低，兩種機(jī)型的熱耗差增大。因此,經(jīng)濟(jì)性上的差別主要取決于機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行工況。

在目前常見的年可利用h數(shù)為5500h的運(yùn)行模式下，考慮了年平均運(yùn)行工況后，兩排汽機(jī)比四排汽機(jī)熱耗低7kJ/kw·h左右。而如果機(jī)組處于負(fù)荷中心，年可利用h數(shù)大于6500h，則兩排汽機(jī)比四排汽機(jī)熱耗高2kJ/kw·h左右。

按800元/t標(biāo)準(zhǔn)煤價考慮，以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行30年計(jì)算，則在機(jī)組壽命期內(nèi)，在第一種運(yùn)行模式下，選用三缸兩排汽機(jī)比四缸四排汽機(jī)可節(jié)省燃料費(fèi)用(兩臺機(jī)組)：

2×(292.60-292.33)×3.63×109×30×800/106＝4704.48萬元

而在第二種運(yùn)行模式下，選用四缸四排汽機(jī)比三缸兩排汽機(jī)可節(jié)省燃料費(fèi)用(兩臺機(jī)組)：

2×(290.94-290.86)×4.29×109×30×800/106＝1647.36萬元

1.3 汽機(jī)房尺寸

表4 熱力系統(tǒng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

1.3.1 汽機(jī)房縱向尺寸

三缸兩排汽機(jī)比四缸四排汽機(jī)少了一個低壓缸，根據(jù)表1數(shù)據(jù)，軸向尺寸比四缸四排汽機(jī)短5m，則兩臺機(jī)組在汽機(jī)房縱向尺寸上共可短約10m。

1.3.2 汽機(jī)房橫向尺寸

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，三缸兩排汽機(jī)比四缸四排汽機(jī)徑向尺寸比四缸四排汽機(jī)長約2.3m。又根據(jù)表2數(shù)據(jù)，三缸兩排汽機(jī)組配套凝汽器比四缸四排汽機(jī)組配套凝汽器橫向尺寸約長5.8m。經(jīng)初步布置，汽機(jī)房跨距約可短3m。

1.3.3 汽機(jī)房高度

1.3.3.1 運(yùn)轉(zhuǎn)層高度

汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層高度主要由凝汽器最低管排高度和凝汽器的安裝高度確定。通常600MW等級機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)層高度為13.7m。由于三缸兩排汽機(jī)組凝汽器底排管束位置較高，為保證最低管排標(biāo)高在汽機(jī)房零m以上，故運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高定為15.5m。而四缸四排汽機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)層高度則可定為13.7m。

1.3.3.2 汽機(jī)房行車軌頂標(biāo)高

由于三缸兩排汽機(jī)末級葉片高度比四缸四排汽機(jī)的大，根據(jù)表1數(shù)據(jù)，機(jī)組要求的起吊高度大0.5m，加上運(yùn)轉(zhuǎn)層的高度差，從而三缸兩排汽機(jī)組汽機(jī)房軌頂標(biāo)高較四缸四排汽機(jī)組的高大約2.3m。

按某電廠(選用三缸兩排汽機(jī))的初步設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)，整理得下表：

表5 汽機(jī)房主要尺寸比較

主廠房土建造價按365元/m3考慮，四缸四排汽機(jī)組比三缸兩排汽機(jī)組節(jié)約的土建費(fèi)用(兩臺機(jī)組)為：

2 結(jié)論

⑴ 由于三缸兩排汽機(jī)比四缸四排汽機(jī)少1個低壓缸，汽機(jī)成本將降低，并且制造成本及運(yùn)行維護(hù)成本均低于四排汽機(jī)組。

⑵ 額定工況下，四缸四排汽機(jī)具有內(nèi)效率較高，熱經(jīng)濟(jì)性較好的特點(diǎn)，但在低負(fù)荷時，三缸兩排汽機(jī)的效率則更高。在機(jī)組壽命期內(nèi)，如機(jī)組年可利用h數(shù)按6500h考慮，則兩臺四缸四排汽機(jī)組比兩臺三缸兩排汽機(jī)組共可節(jié)省燃料費(fèi)用1647.36萬元。如按在目前常見的年可利用h數(shù)為5500h的運(yùn)行模式，則兩臺三缸兩排汽機(jī)組比兩臺四缸四排汽機(jī)組共可節(jié)省燃料費(fèi)用4704.48萬元。

⑶ 根據(jù)汽機(jī)房布置初步方案，四缸四排汽機(jī)組比三缸兩排汽機(jī)組縱向長度長約8m，跨距小3m，運(yùn)轉(zhuǎn)層高度低1.8m，屋頂?shù)?.3m，總體積小25253m3。選用四缸四排汽機(jī)組節(jié)省土建費(fèi)用922萬元。

⑷ 目前三缸兩排汽機(jī)無制造業(yè)績，而四缸四排汽機(jī)則已有投產(chǎn)業(yè)績。因而三缸兩排汽機(jī)組會存在著設(shè)計(jì)、制造、設(shè)計(jì)配合、交貨周期等方面的風(fēng)險。而四缸四排汽機(jī)組則設(shè)計(jì)、制造相對成熟，面臨的設(shè)計(jì)、制造、設(shè)計(jì)配合等方面的風(fēng)險較小。

綜合上述考慮，當(dāng)機(jī)組處于負(fù)荷中心，年利用h數(shù)大于6000h時，宜優(yōu)先選擇四缸四排汽機(jī)型；當(dāng)機(jī)組年利用h數(shù)小于5500h時，可選用三缸兩排汽機(jī)型，但宜根據(jù)制造廠家情況做更深入的比較分析。

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