凌 芳

（中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663）

0 概述

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展一項(xiàng)重要任務(wù)，“十二五”能源建設(shè)規(guī)劃對(duì)各省、市、自治區(qū)的節(jié)能任務(wù)已作了明確安排，近幾年內(nèi)提高能源利用率是企業(yè)今后市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展的保證。因此，對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的熱力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，降低機(jī)組熱耗，提高經(jīng)濟(jì)性十分必要[1-2]。

本文針對(duì)成熟的1000MW 等級(jí)超超臨界一次再熱濕冷機(jī)組，對(duì)其熱力系統(tǒng)可優(yōu)化部分進(jìn)行了分析研究，主要包括主機(jī)通流、給水系統(tǒng)、回?zé)嵯到y(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)及抽真空系統(tǒng)等方面，指出了熱力系統(tǒng)的優(yōu)化方向。

1 熱力系統(tǒng)優(yōu)化措施

1.1 汽輪機(jī)通流改造

傳統(tǒng)的噴嘴調(diào)節(jié)，在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，閥門節(jié)流損失大，因此，三大主機(jī)廠目前均采用了全周進(jìn)汽、滑壓運(yùn)行或節(jié)流配汽方式，有效的降低了閥門節(jié)流損失和進(jìn)汽損失，保證了額定負(fù)荷及低負(fù)荷下的汽輪機(jī)效率。三大主機(jī)廠對(duì)高、中、低壓缸的通流級(jí)改造雖各有不同，但都針對(duì)高壓缸第一級(jí)葉型、高中低壓缸通流級(jí)數(shù)、通流葉片流道等方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的新1000MW 機(jī)型相對(duì)原機(jī)型高壓缸效率提高了約3%～4.7%。針對(duì)汽輪機(jī)通流的優(yōu)化一直是提高汽輪機(jī)效率的重要措施。

1.2 給水系統(tǒng)

目前國內(nèi)投運(yùn)的1000MW 火電機(jī)組，給水系統(tǒng)大多設(shè)置2x50%BMCR 容量的汽動(dòng)給水泵，為減少廠用電率，新建機(jī)組大多采用了鍋爐給水泵前置泵與汽動(dòng)給水泵同軸布置。此外，可考慮主汽輪機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)給水泵的方案，即在運(yùn)轉(zhuǎn)層汽輪機(jī)機(jī)頭側(cè)，由汽機(jī)主軸通過聯(lián)軸器、減速箱(齒輪箱)、調(diào)速裝置等傳動(dòng)裝置帶動(dòng)給水泵運(yùn)行[3]。該方案機(jī)組運(yùn)行的平均熱耗值較低，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，且省去了小汽輪機(jī)相關(guān)系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)流程，但其調(diào)速裝置的價(jià)格較高，且存在一定變數(shù)，目前不具有經(jīng)濟(jì)性。且國內(nèi)尚未有工程真正實(shí)施了主汽輪機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)給水泵方案，其可靠性也有待驗(yàn)證。

為了滿足機(jī)組啟動(dòng)靈活的要求，電廠中通常配有電動(dòng)給水泵。而在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，國內(nèi)外的多個(gè)電廠通過合理設(shè)計(jì)輔助蒸汽至給水泵汽輪機(jī)的回路，成功地實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在無電泵情況下的機(jī)組啟動(dòng)。表1為目前了解過的不設(shè)電泵，直接采用汽泵啟動(dòng)的電廠。

表1 采用汽泵啟動(dòng)電廠

采用輔助蒸汽啟動(dòng)汽動(dòng)給水泵，節(jié)省了電動(dòng)給水泵設(shè)備及其相關(guān)系統(tǒng)，降低了初投資，但在啟動(dòng)時(shí)間上要比電泵啟動(dòng)慢，控制系統(tǒng)也會(huì)相對(duì)復(fù)雜，主要是在建設(shè)完成后首次啟動(dòng)和大修后的啟動(dòng)，要先完成給水泵汽輪機(jī)油系統(tǒng)的沖洗、油循環(huán)和系統(tǒng)調(diào)試后，方可使用輔助蒸汽啟動(dòng)汽動(dòng)給水泵向鍋爐打水。且新建機(jī)組還需增大啟動(dòng)鍋爐容量，因此是否取消電動(dòng)給水泵還需根據(jù)工程特點(diǎn)綜合考慮。

1.3 回?zé)嵯到y(tǒng)

國內(nèi)已投運(yùn)1000MW 超超臨界濕冷機(jī)組汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)大部分采用了8 級(jí)回?zé)岢槠?；而空冷機(jī)組基本上都采用了7 級(jí)回?zé)岢槠榱烁笙薅鹊孬@得熱耗率的改善，回?zé)犰噬峙浜徒o水回?zé)峒?jí)數(shù)的優(yōu)化一直是目前國內(nèi)研究的重點(diǎn)[4-6]。國產(chǎn)凝汽式機(jī)組的初參數(shù)、回?zé)峒?jí)數(shù)以及給水溫度之間的關(guān)系如下表所示，表中還表示了采用再熱與回?zé)岽胧┖笱h(huán)熱效率的相對(duì)增長百分比。

表2 國產(chǎn)凝汽式機(jī)組的初參數(shù)、回?zé)峒?jí)數(shù)以及給水溫度之間的關(guān)系

在給水溫度一定情況，回?zé)岢槠?jí)數(shù)跟汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)咨詢國內(nèi)三大主機(jī)廠汽輪機(jī)機(jī)型，均推薦采用增加一級(jí)低加的9 級(jí)回?zé)岱桨?，且國?nèi)正在新建的1000MW 等級(jí)濕冷機(jī)組已普遍采用此方案。采用9 級(jí)回?zé)峥山禉C(jī)組熱耗值約～13kJ/kW.h，效益可觀。此外，3 號(hào)高壓加熱器設(shè)置一個(gè)外置式蒸汽冷卻器，利用3 號(hào)抽汽過熱度加熱，可提高最終給水溫度，降低機(jī)組熱耗，具有經(jīng)濟(jì)性。

1.4 凝結(jié)水系統(tǒng)

電站排煙余熱有兩種回收方式：一種是通過能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，轉(zhuǎn)化為其他形式的能源回收；另一種通過能量轉(zhuǎn)化，仍以熱能形式回收至熱力系統(tǒng)。采用何種余熱回收方式，取決于回收的熱量、回收的效率。目前國內(nèi)外煙氣余熱回收裝置種類繁多，而低溫省煤器是將余熱回收至熱力系統(tǒng)的最有效、最安全可靠的一種工具。低溫省煤器與常規(guī)省煤器不同之處在于，其采用的與煙氣換熱的介質(zhì)為凝結(jié)水。

低溫省煤器在國內(nèi)和國外已經(jīng)有運(yùn)用業(yè)績。加裝低溫省煤器后排煙溫度由130℃左右下降到100℃左右，回收的熱量是相當(dāng)可觀的。凝結(jié)水系統(tǒng)利用了煙氣余熱后，可使機(jī)組熱耗降低約25 kJ/kW.h。設(shè)置低溫省煤器后，煙氣溫度假定從125℃降低至105℃，供電標(biāo)煤耗可降低0.93g，通過年費(fèi)用法計(jì)算可得，設(shè)置低溫省煤器后年費(fèi)用有一定優(yōu)勢，動(dòng)態(tài)回收年限為6.6年。此外，設(shè)置低溫省煤器后節(jié)水效益明顯，根據(jù)估算，1000MW 等級(jí)的兩臺(tái)機(jī)組如設(shè)置低溫省煤器，脫硫系統(tǒng)可節(jié)約用水約70t/h。

1.5 抽真空系統(tǒng)

抽真空系統(tǒng)的作用是在機(jī)組啟動(dòng)初期，將主凝汽器汽側(cè)空間以及附屬管道和設(shè)備中的空氣抽出以達(dá)到汽機(jī)啟動(dòng)要求，并且機(jī)組在正常運(yùn)行中除去凝汽器空氣區(qū)積聚的非凝結(jié)氣體。常規(guī)凝汽器汽側(cè)抽真空系統(tǒng)是采用3×50%水環(huán)式真空泵，且高、低壓側(cè)一起抽吸。該方案的缺點(diǎn)是由于兩側(cè)背壓值不同，一起抽吸不利于維持各自的背壓，增大了真空泵出力。

因此，可考慮凝汽器汽側(cè)抽真空系統(tǒng)設(shè)置2×50%和1×35%容量的水環(huán)式真空泵。正常運(yùn)行時(shí)，凝汽器低壓側(cè)投入50%容量真空泵，高壓側(cè)投入35%容量真空泵，一臺(tái)50%容量真空泵同時(shí)作為高低壓側(cè)備用。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，所有真空泵可一起投入運(yùn)行，這樣可以更快地建立起所需要的真空度，從而縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。該方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）水環(huán)式真空泵2×50%加1×35%配置相對(duì)于3×50%配置，總造價(jià)低，年運(yùn)行費(fèi)用少，且運(yùn)行靈活、配置合理。

2）對(duì)于雙背壓，真空泵分別對(duì)應(yīng)高、低壓側(cè)進(jìn)行抽吸，共同備用一臺(tái)真空泵，對(duì)維持高、低壓側(cè)各自的背壓有較好的效果，增加了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

此外，除常規(guī)水環(huán)式真空泵外，目前有一種效率更高的錐體二級(jí)泵。錐體二級(jí)泵具有較大的吸、排氣口面積，流阻小，抽速高，節(jié)能效果明顯；在較高真空度下抽速穩(wěn)定，效率高，功率消耗低；獨(dú)特的內(nèi)置逆止閥技術(shù)，可以使第二級(jí)工作腔隨入口壓力的變化自動(dòng)投入工作；二級(jí)分體葉輪懸臂運(yùn)轉(zhuǎn)，簡化了密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)將壓縮比分為兩段，兩級(jí)壓縮，有效地防止汽蝕產(chǎn)生。

2 結(jié)束語

本文基于已投運(yùn)的部分1000MW 超超臨界一次再熱濕冷機(jī)組設(shè)計(jì)、運(yùn)行情況，提出了新建1000MW 等級(jí)機(jī)組的可優(yōu)化方向，以達(dá)到減少能耗、高效環(huán)保、節(jié)省投資、降低成本，提高能源綜合利用效率的目的。

［1］武宇，顏士鑫，武華.1000MW 火電機(jī)組熱力系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].能源與環(huán)境，2014，1：45-47.

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［3］于鳳新，譚紅軍，王珩，等.給水系統(tǒng)優(yōu)化配置專題[Z].廣州：東北電力設(shè)計(jì)院，2010.

［4］劉志真，鄭維峰，王計(jì)森.1000MW 超超臨界機(jī)組回?zé)犰噬峙浼盎責(zé)峒?jí)數(shù)的探討[J].電力建設(shè)，2009，30(1)：18-21.

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