余海鵬，康劍南，包偉偉

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

1 000 MW高效寬負(fù)荷率超超臨界機(jī)組給水溫度的優(yōu)化研究

余海鵬，康劍南，包偉偉

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行已成為常態(tài)，如何提高機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性是行業(yè)內(nèi)的重要研究方向。提高給水溫度是提高機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)循環(huán)熱效率的重要手段，對(duì)3種不同的提高部分負(fù)荷給水溫度的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明，通過對(duì)部分負(fù)荷給水溫度的優(yōu)化，可降低機(jī)組加權(quán)熱耗約8.3～22.6 kJ/kWh，經(jīng)濟(jì)收益明顯。

高效寬負(fù)荷率；給水溫度；可調(diào)節(jié)抽汽；靈活性抽汽；0號(hào)高加

0 引言

近年來，我國電力行業(yè)整體呈現(xiàn)出產(chǎn)能過剩的態(tài)勢(shì)，隨著核電、風(fēng)電等新能源發(fā)電設(shè)備裝機(jī)所占份額不斷提高，火電機(jī)組負(fù)荷率普遍不高已成為常態(tài)。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2015年全國6 000 kW及以上電廠發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為3 988 h。其中，水電3 590 h，比上年降低79 h；火電4 364 h，比上年降低414 h，為1969年以來的年度最低值[1]。鑒于火電機(jī)組目前負(fù)荷率低的現(xiàn)狀，提高機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成為行業(yè)一個(gè)重要研究方向。

最終給水溫度是表征回?zé)嵫h(huán)熱經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)之一，直接影響熱力循環(huán)的平均吸熱溫度，進(jìn)而影響循環(huán)熱效率。常規(guī)大型火電機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)給水溫度下降，導(dǎo)致機(jī)組循環(huán)熱效率變低，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性變差，因此通過提高部分負(fù)荷的給水溫度是提高機(jī)組部分負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性的重要手段[2-4]。國內(nèi)某制造廠設(shè)計(jì)的1 000 MW超超臨界機(jī)組共設(shè)置有9級(jí)回?zé)岢槠?，最后一?jí)高壓加熱器（簡稱高加）抽汽來自高壓12級(jí)后，以此機(jī)組為例，對(duì)可調(diào)節(jié)抽汽技術(shù)、靈活性抽汽技術(shù)和0號(hào)高加技術(shù)等3種提高部分負(fù)荷給水溫度的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較，分析3種方式的運(yùn)行原理以及帶來的經(jīng)濟(jì)收益。

1 提高部分負(fù)荷給水溫度的措施

常規(guī)機(jī)組的最終給水溫度主要受最后一級(jí)高加的抽汽壓力限制，抽汽壓力高則給水溫度高，抽汽壓力低則給水溫度低[5]。

常規(guī)回?zé)嵯到y(tǒng)的問題在于，機(jī)組設(shè)計(jì)完成之后，最后一級(jí)高加抽汽壓力隨機(jī)組主蒸汽流量自然變化，無法進(jìn)行調(diào)整，機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，最后一級(jí)高加抽汽壓力會(huì)降低，從而導(dǎo)致最終給水溫度下降。所以，提高最終給水溫度的核心就是通過外部手段來提高機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的最后一級(jí)高加抽汽壓力，使最終給水溫度高于常規(guī)回?zé)嵯到y(tǒng)，達(dá)到降低機(jī)組熱耗、提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的目的。

鑒于此，提出以下3種方式來調(diào)節(jié)部分負(fù)荷時(shí)的給水溫度。

（1）方案一：采用可調(diào)節(jié)抽汽技術(shù)。

保持回?zé)峒?jí)數(shù)不變，將1號(hào)抽汽口前移（暫考慮從原高壓12級(jí)后調(diào)整至10級(jí)后）[6]。在部分負(fù)荷下（85%～30%負(fù)荷）抽汽壓力必然高于原機(jī)組，給水溫度提高。但是在100%及以上負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因受鍋爐排煙溫度限制，給水溫度不能超過原機(jī)組VWO（汽輪機(jī)閥門全開）工況要求，因此需要在抽汽管道上設(shè)置可調(diào)節(jié)節(jié)流閥，對(duì)1號(hào)抽汽壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，這將導(dǎo)致高品質(zhì)蒸汽被節(jié)流利用，對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不利。所以，方案一體現(xiàn)為部分負(fù)荷工況有正收益、額定負(fù)荷有負(fù)收益。

（2）方案二：采用靈活性抽汽技術(shù)。

保持回?zé)峒?jí)數(shù)不變，在原機(jī)組1號(hào)抽汽口之前額外增加1個(gè)備用抽汽口（暫時(shí)考慮設(shè)置在高壓9級(jí)后）。在100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)1號(hào)高加從高壓12級(jí)后抽汽口抽汽，抽汽壓力不提高，最終給水溫度保持與原機(jī)組一致；在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)1號(hào)高加抽汽切換至高壓9級(jí)后，抽汽壓力提高，最終給水溫度提高。所以，方案二體現(xiàn)為部分負(fù)荷工況有正收益、額定負(fù)荷為零收益。

（3）方案三：采用0號(hào)高加技術(shù)。

在原機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)基礎(chǔ)上增加一級(jí)回?zé)岢槠〞簳r(shí)考慮設(shè)置在高壓9級(jí)后）[7-8]，對(duì)應(yīng)給水系統(tǒng)增加一級(jí)高壓加熱器，機(jī)組變?yōu)?0級(jí)回?zé)幔黾拥囊患?jí)高壓加熱器稱為0號(hào)高加。在100%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)受給水溫度限制，0號(hào)高加不投運(yùn)，機(jī)組抽汽壓力不提高，最終給水溫度保持與原機(jī)組一致；在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，0號(hào)高加投運(yùn)，最后一級(jí)高壓加熱器抽汽壓力提高，給水溫度提高。所以，方案三體現(xiàn)為部分負(fù)荷工況有正收益、額定負(fù)荷零收益。

2 經(jīng)濟(jì)性分析

不同方案對(duì)應(yīng)不同負(fù)荷下所帶來的熱耗收益、關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)見表1。

最后一級(jí)的抽汽壓力和抽汽溫度是抽汽管道和閥門選型的關(guān)鍵參數(shù)，它們與機(jī)組負(fù)荷率的關(guān)系如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，在全負(fù)荷范圍內(nèi)，3種方案對(duì)應(yīng)的抽汽壓力和抽汽溫度均高于原機(jī)組。其中，方案一在100%負(fù)荷時(shí)對(duì)應(yīng)的最后一級(jí)抽汽壓力最高，比原機(jī)組抽汽壓力提高約1.774 MPa，增幅為21.1%；方案三在低負(fù)荷時(shí)對(duì)應(yīng)的最后一級(jí)抽汽溫度最高，比原機(jī)組提高約41.5℃，增幅為9.8%。由于抽汽壓力和抽汽溫度的提高，調(diào)整后的回?zé)嵯到y(tǒng)需要重新考慮最后一級(jí)抽汽管道、閥門的材料和安全性。

表1 各方案關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

圖1 最后一級(jí)高加抽汽壓力與機(jī)組負(fù)荷率關(guān)系曲線

圖2 最后一級(jí)高加抽汽溫度與機(jī)組負(fù)荷率關(guān)系曲線

按照100%負(fù)荷、75%負(fù)荷、50%負(fù)荷對(duì)應(yīng)運(yùn)行時(shí)間比例為1∶2∶1來考慮，不同方案的加權(quán)熱耗收益見表2。

根據(jù)表2對(duì)比加權(quán)熱耗收益可知，方案三對(duì)應(yīng)的0號(hào)高加技術(shù)熱耗收益最高，加權(quán)熱耗收益共22.6 kJ/kWh。但是需要考慮的是，方案三是通過增加一整級(jí)回?zé)岢槠到y(tǒng)才帶來的收益。與方案三相比，方案二在部分負(fù)荷時(shí)剛好相當(dāng)于減少1級(jí)回?zé)岢槠圆糠重?fù)荷熱耗收益普遍低于方案三。方案一由于100%負(fù)荷時(shí)受到給水溫度限制，存在比較大的節(jié)流，為了綜合考慮全負(fù)荷范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性，調(diào)整后的最后一級(jí)抽汽壓力不能太高，導(dǎo)致部分負(fù)荷抽汽不節(jié)流時(shí)帶來的熱耗收益變少，所以方案一加權(quán)熱耗收益最少，但是相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)整量最小。

表2 各方案加權(quán)熱耗收益對(duì)比kJ·kWh-1

按照鍋爐效率94.5%、管道效率99%、年利用小時(shí)數(shù)4 500 h、標(biāo)煤900元/t計(jì)算，3種方案的經(jīng)濟(jì)收益見表3。

表3中“年經(jīng)濟(jì)收益”是指不同方案減少的汽輪機(jī)熱耗帶來的每年經(jīng)濟(jì)性收益，進(jìn)一步考慮不同方案所需設(shè)備投資成本，各方案10年總經(jīng)濟(jì)收益依次為856.0萬元、1 185.0萬元和2 009.0萬元，不包括需要增加的設(shè)備投資成本?？梢?，3種方案帶來的經(jīng)濟(jì)收益都非常可觀，不同調(diào)節(jié)方式之間也有比較明顯的差別。

3 結(jié)語

對(duì)1 000 MW高效寬負(fù)荷率機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)給水溫度進(jìn)行了優(yōu)化，分析了采用可調(diào)節(jié)抽汽技術(shù)、靈活性抽汽技術(shù)、0號(hào)高加技術(shù)3種不同提高部分負(fù)荷給水溫度方案，對(duì)3種調(diào)節(jié)方式的運(yùn)行原理、經(jīng)濟(jì)收益進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，3種方案都能提高機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的給水溫度，降低部分負(fù)荷時(shí)的熱耗，機(jī)組加權(quán)熱耗可降低約8.3～22.6 kJ/kWh，每年帶來經(jīng)濟(jì)收益約91～250萬元，在寬負(fù)荷范圍內(nèi)具有明顯的優(yōu)化收益。

表3 不同調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟(jì)收益對(duì)比

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Optimization of Feedwater Temperature for a 1 000 MW Ultra-Supercritical Unit with High Efficiency and Wide Load

YU Haipeng， KANG Jiannan， BAO Weiwei

（Harbin Turbine Company Limited， Harbin 150046，China）

Low-load operation of thermal power generating units is a normal state，and how to improve thermal efficiency of the low-load operation of the units has become an important research direction in the industry.It is a key measure to improve thermal cycle efficiency in partial load to raise feedwater temperature.Three adjustment methods for raising feedwater temperature in partial load are analyzed，and it is shown that feedwater temperature optimization in partial load can reduce the weighted heat consumption by 8.3～22.6 kJ/kWh with significant economic benefit.

high efficiency and wide load； feedwater temperature； adjustable steam extraction； flexible steam extraction；No.0 high pressure

10.19585/j.zjdl.201709014

1007-1881（2017）09-0067-04

TM621

B

2017-07-10

余海鵬（1989），男，工程師，主要從事汽輪機(jī)熱力設(shè)計(jì)工作。

（本文編輯：張 彩）