常征，張振華，趙文波，萬(wàn)逵芳，高智溥

亞臨界機(jī)組提升參數(shù)與跨代升級(jí)改造方案比較

常征，張振華，趙文波，萬(wàn)逵芳，高智溥

（中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京102206）

提升參數(shù)改造和跨代升級(jí)改造是近年亞臨界等級(jí)機(jī)組提效改造研究的熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比兩種改造技術(shù)路線方案，對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明，對(duì)于600MW亞臨界濕冷純凝機(jī)組，提升參數(shù)方案和跨代升級(jí)方案分別可降低煤耗至298.67g/（kW·h）、277.3g/（kW·h），但前者改造范圍較小、實(shí)施工期較短，投資相對(duì)較少，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

提升參數(shù)；跨代升級(jí)；通流改造

0 引言

2014年9月三部委印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，文件要求至2020年，“現(xiàn)役60萬(wàn)千瓦及以上機(jī)組改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時(shí)”。當(dāng)前業(yè)內(nèi)亞臨界600M W等級(jí)國(guó)產(chǎn)機(jī)組，原設(shè)計(jì)均采用早期引進(jìn)吸收技術(shù)，通流設(shè)計(jì)理念及技術(shù)水平都相對(duì)較落后[1-3]，加之制造安裝偏差、運(yùn)行老化等因素[4-8]，使得機(jī)組實(shí)際運(yùn)行能效水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值[9-11]。秉著節(jié)能減排社會(huì)效益及響應(yīng)相關(guān)政策要求，各大發(fā)電企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)紛紛開展亞臨界機(jī)組的提效改造研究[12-16]。因此，針對(duì)某廠600M W等級(jí)亞臨界濕冷機(jī)組，分析提升參數(shù)和跨代升級(jí)改造兩種方案，比較其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

1 機(jī)組概況

某廠600M W亞臨界濕冷機(jī)組，鍋爐型號(hào)為：2028/17.5-M，型式為自然循環(huán)、一次中間再熱、前后墻對(duì)沖、單爐膛平衡通風(fēng)、中速磨直吹式、固態(tài)排渣π型燃煤鍋爐。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量2028t/h，過(guò)熱蒸汽出口壓力17.5M Pa、出口溫度541℃，再熱蒸汽出口溫度541℃、流量1717.3t/h，鍋爐保證效率93.43%。

該機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)為：N 600-16.7/538/538，型式為亞臨界、單軸、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。TH A工況下主汽進(jìn)汽壓力16.67M Pa、溫度538℃、流量1770.7t/h，再熱蒸汽進(jìn)汽壓力3.30M Pa、溫度538℃、流量1512.39t/h，低壓缸排汽壓力5.33kPa，熱耗率7773kJ/（kW·h）。

該機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電已經(jīng)十余年，最近一次性能試驗(yàn)熱耗率為8181kJ/（kW·h）、供電煤耗率319.31g/（kW·h），分別較原設(shè)計(jì)值高408kJ/（kW·h）、19.7g/（kW·h）。

2 提升參數(shù)及跨代改造方案

2.1 提升參數(shù)改造方案

業(yè)內(nèi)開展的亞臨界機(jī)組提升參數(shù)改造，分為只提高主汽或再熱蒸汽參數(shù)的“單提”方案、同時(shí)提高主汽和再熱蒸汽參數(shù)的“雙提”方案共兩種。此處僅討論“雙提”方案。

2.1.1改造技術(shù)路線

采用“雙提”改造方案，改后汽輪機(jī)額定參數(shù)為：N 630-16.7/566/566。

（1）維持汽輪機(jī)組外形尺寸不變、主蒸汽壓力保持不變、機(jī)組背壓不變、熱力系統(tǒng)回?zé)峒?jí)數(shù)不變，將主蒸汽溫度從538℃提升至566℃、再熱汽溫從538℃提升至566℃。

（2）維持鍋爐BM CR工況參數(shù)基本不變，采用最新通流技術(shù)改造汽輪機(jī)，同步實(shí)現(xiàn)機(jī)組增容至630M W。

（3）利用主機(jī)改造時(shí)機(jī)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行系統(tǒng)性綜合提效、深度挖潛，盡量在一次性改造中實(shí)現(xiàn)綜合升級(jí)改造收益最大化。

2.1.2主要改造方案

（1）汽輪機(jī)

汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)提高，需更換相關(guān)通流部件，與本體提效改造一并考慮。在原有軸承座跨距不變、進(jìn)汽抽汽口位置基本不變、基礎(chǔ)不變和保留外缸前提下，采用廠家最新技術(shù)全新設(shè)計(jì)高效通流部分。主要改造范圍如下：

更換高中壓轉(zhuǎn)子，高中壓隔板、靜葉及動(dòng)葉，高中壓內(nèi)缸，且通流部件全新設(shè)計(jì)，高中壓部分增加級(jí)數(shù)；更換低壓隔板、靜葉及動(dòng)葉，低壓內(nèi)缸，低壓缸導(dǎo)流環(huán)，且通流部件全新設(shè)計(jì)；

更換葉頂汽封、隔板汽封、軸端汽封。

（2）鍋爐

采用“雙提”方案后，鍋爐主汽溫度、再熱蒸汽溫度從原設(shè)計(jì)值541℃、541℃分別提高至571℃、569℃。經(jīng)廠家校核計(jì)算，改造范圍如下：

更換屏過(guò)、二過(guò)、高再管組及其附件，確保在材料安全許用溫度范圍內(nèi)；

為滿足改后材料強(qiáng)度要求，更換屏過(guò)出口集箱、二過(guò)分集箱、二過(guò)出口集箱、高再出口集箱以及高再出口延伸段管道、二過(guò)出口延伸段管道；

更換相關(guān)安全閥、PCV閥，相關(guān)連接管道材質(zhì)升級(jí)。

（3）熱力系統(tǒng)及其他

“雙提”改造后，主再熱蒸汽溫度及高壓段抽汽溫度提高，校核相關(guān)熱力系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)際管壁進(jìn)行測(cè)厚核實(shí)，確定改造范圍如下：

主蒸汽及高溫再熱蒸汽干管、支管、彎管；

高旁入口管道，低旁入口干管、支管。

同時(shí)，考慮改前鍋爐排煙溫度高達(dá)156℃，在空預(yù)器出口和脫硫塔入口共設(shè)置兩級(jí)低溫省煤器裝置回收煙氣余熱，低溫級(jí)用于加熱空預(yù)器進(jìn)風(fēng)，高溫級(jí)用于加熱熱力系統(tǒng)凝結(jié)水，以提高機(jī)組效率。

2.1.3改造效果

“雙提”方案改造前后TH A工況下機(jī)組技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表1。

“雙提”方案對(duì)機(jī)組提升參數(shù)綜合改造后，熱耗率可從改前的8181kJ/（kW·h）降低至7788kJ/（kW·h），由于采用高低溫兩級(jí)低溫省煤器回收煙氣余熱，使得機(jī)組熱耗率可繼續(xù)降低至7712kJ/（kW·h）。

由改后指標(biāo)與改前指標(biāo)對(duì)比可見，熱耗率下降469kJ/（kW·h），供電煤耗率下降20.64g/（kW·h）。改后指標(biāo)中供電煤耗率達(dá)298.67g/（kW·h），可滿足《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中相關(guān)改造要求。

表1 提升參數(shù)改造效果

2.2 跨代升級(jí)改造方案

600M W亞臨界機(jī)組跨代升級(jí)改造也有多種方法，常見有跨代升級(jí)為一次再熱超超臨界方案、跨代升級(jí)為二次再熱超超臨界方案這兩種。由于前者方案降耗空間有限、投資回收期偏長(zhǎng)，此處僅討論后者。

2.2.1跨代升級(jí)改造技術(shù)路線

采用“跨代升級(jí)為二次再熱超超臨界”方案，改后汽輪機(jī)額定參數(shù)為：N 800-31/600/566/538。

（1）新增一套超高壓缸超高壓缸作為前置汽缸其排汽進(jìn)入原有汽輪機(jī)高壓缸。

（2）設(shè)置與超高壓缸同軸的抽汽背壓發(fā)電機(jī)組，其抽汽用于高加系統(tǒng)加熱、排汽用于加熱除氧器；同時(shí)設(shè)置同軸驅(qū)動(dòng)給水泵，剩余不平衡功率用以發(fā)電。

（3）原有鍋爐拆除，并還建一臺(tái)超超臨界二次再熱鍋爐。

（4）通過(guò)跨代升級(jí)改造，同步將機(jī)組增容至800M W。

（5）盡量利舊原有機(jī)組主機(jī)及輔助系統(tǒng)，以降低項(xiàng)目造價(jià)。

2.2.2跨代升級(jí)改造主要方案

（1）汽輪機(jī)

一是新增加前置機(jī)組，二是對(duì)原有汽輪機(jī)組采用最新設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行通流改造。主要改造范圍如下：

新設(shè)前置超高壓缸及同軸抽汽背壓發(fā)電機(jī)組，并布置于新建鍋爐一側(cè)的前置機(jī)房?jī)?nèi)，前置機(jī)組發(fā)電機(jī)額定功率約200M W；

對(duì)原有汽輪機(jī)進(jìn)行通流改造，由于改后高壓缸進(jìn)汽溫度提升至566℃，在原有軸承座跨距不變、進(jìn)汽抽汽口位置基本不變、基礎(chǔ)不變和保留外缸前提下，更換相關(guān)通流部件；原機(jī)組低壓缸、低加系統(tǒng)及600M W發(fā)電機(jī)保持基本不變。

（2）鍋爐

由于跨代升級(jí)至二次再熱超超臨界參數(shù)，原有鍋爐需要拆除，在原地新建一臺(tái)二次再熱鍋爐，BM CR工況參數(shù)為2500-32.9/605/569/541；

由于鍋爐容量增加，制粉系統(tǒng)需增加一套中速磨系統(tǒng)，相應(yīng)改造輸煤系統(tǒng)；

原有三大風(fēng)機(jī)需改造或更換；

原有環(huán)保設(shè)施需擴(kuò)容改造或者新建，煙囪利舊。

（3）熱力系統(tǒng)及其他

由于升級(jí)為二次再熱超超臨界參數(shù)，給水壓力提高，原有抽汽及高加系統(tǒng)拆除，并新設(shè)單列布置高加，采用前置抽汽背壓機(jī)的中間抽汽作為高加加熱汽源；拆除原有給泵及小機(jī)系統(tǒng)，新設(shè)超超臨界參數(shù)給水泵系統(tǒng)，該給泵由前置機(jī)組同軸驅(qū)動(dòng)；

前置機(jī)組中超高壓缸排汽經(jīng)過(guò)鍋爐一次再熱之后進(jìn)入原機(jī)組高壓缸繼續(xù)做功，同軸抽汽背壓機(jī)排汽進(jìn)入除氧器；

原主機(jī)主再熱管道、旁路系統(tǒng)進(jìn)行更換改造，并針對(duì)二次再熱新增加相關(guān)管道系統(tǒng)；

為提高機(jī)組循環(huán)熱效率，結(jié)合超低排放改造，新設(shè)置0號(hào)高加系統(tǒng)和煙氣余熱利用系統(tǒng)；

此外，因?yàn)樾略黾忧爸冒l(fā)電機(jī)系統(tǒng)，機(jī)組廠用電及出線系統(tǒng)需進(jìn)行相關(guān)升級(jí)改造。

2.2.3跨代升級(jí)改造效果

跨代升級(jí)方案改造前后TH A工況下機(jī)組技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表2。

跨代升級(jí)后機(jī)組參數(shù)及容量均大幅提升，考慮同步采用煙氣余熱利用等降耗措施，改造后熱耗率可從改前的8181kJ/（kW·h）降低至7296kJ/（kW·h）。由改后指標(biāo)與改前指標(biāo)對(duì)比可見，熱耗率下降885kJ/（kW·h），供電煤耗率下降約42g/（kW·h）。改后指標(biāo)中供電煤耗率達(dá)277.3g/（kW·h），遠(yuǎn)超過(guò)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》相關(guān)改造要求。

表2 跨代升級(jí)改造效果

3 改造方案比較

3.1 改造范圍比較

提升參數(shù)和跨代升級(jí)改造方案均涉及主機(jī)改造，由于技術(shù)路線不同，改造范圍差異較大。主要的改造范圍比較見表3。

由比較可見，跨代升級(jí)方案由于新增加前置機(jī)組、參數(shù)跨代提高，需還建一臺(tái)新的超超臨界二次再熱鍋爐，還需新增前置機(jī)組廠房，改造范圍相對(duì)較大。

3.2 節(jié)能收益與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

通過(guò)前述600M W等級(jí)亞臨界濕冷純凝機(jī)組提升參數(shù)和跨代升級(jí)兩種改造技術(shù)方案對(duì)比，可見該兩種改造方案的最終供電煤耗率技術(shù)指標(biāo)均可滿足《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》相關(guān)要求。具體改造效果比較見表4。

表3 改造范圍比較

其中，跨代升級(jí)方案相對(duì)提升參數(shù)方案，額定發(fā)電容量多170M W，同時(shí)熱耗率降低416kJ/（kW·h），供電煤耗率降低21.37g/（kW·h），節(jié)能降耗效果更好。

表4 改造節(jié)能收益比較

但從表5的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析角度而言，跨代升級(jí)改造方案單位投資及投資總額都相對(duì)較大，投資回收期和項(xiàng)目建設(shè)周期都較長(zhǎng)，項(xiàng)目不確定性因素及風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)也增加。

表5 改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某600M W亞臨界濕冷純凝機(jī)組的改造研究方案比較分析表明：

（1）“雙提”升參數(shù)改造方案可降低供電煤耗率至298.67g/（kW·h），跨代升級(jí)改造方案可降低供電煤耗率至277.3g/（kW·h）。

（2）兩種方案均可滿足《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中相關(guān)改造要求，“雙提”升參數(shù)改造方案相對(duì)改造范圍較小、項(xiàng)目投資較低、實(shí)施工期較短，更具備實(shí)施的可操作性。

（3）對(duì)于該兩種者方案，均為基本方案分析，仍有進(jìn)一步節(jié)能降耗的采取措施空間，但也會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜性及項(xiàng)目投資，應(yīng)在具體實(shí)施階段進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。

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Upgrade Scheme Comparison Between Parameter-increase and Cross-Generation for Subcritical Units

CHANG Zheng，ZHANG Zhen-hua，ZHAO Wen-bo，WAN Kui-fang，GAO Zhi-pu
（China Datang Corporation Science and Technology Research Institute，Beijing 102206，China）

Increasing param eters forsubcriticalunits upgrade is a hotissue recently as w ellas cross-generation.By technicaland econom ic com parison between these two retrofitting program s,the resultfor 600M W wetcooling subcritical unitshows thatthe form er can reduce coalconsum ption to 298.67g/（kW·h）while the latter 277.3g/（kW·h）.H owever, param eter-increase schem e hasm ore advantagessuch assm allretrofitting scale,shortduration and also costfew.

increasing param eters；cross-generational upgrade；turbine retrofitting

TM 621

B

2095-3429（2017）01-0021-04

2016-11-09

修回日期：2017-12-27

常征（1965-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，高級(jí)工程師，黨組書記兼副院長(zhǎng)，主要研究方向?yàn)楦咝Сl(fā)電及熱力系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.005