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1 概述

對于電站鍋爐、汽輪機機爐參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，是招投標(biāo)中確定發(fā)電項目主機參數(shù)選擇的主要依據(jù)，但從工程實踐及國內(nèi)/國際文獻比照角度，現(xiàn)行火電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于鍋爐、汽輪機的參數(shù)系列多源自前蘇聯(lián)文獻，其機爐參數(shù)匹配顯得偏于保守，存在較大優(yōu)化空間。為適應(yīng)當(dāng)前節(jié)能降耗優(yōu)化主機參數(shù)的需要，本文按大中型機組及熱電聯(lián)產(chǎn)中小型機組，對這一問題進行討論。

2 300 MW以上再熱機組規(guī)范優(yōu)化問題

對鍋爐與汽輪機初參數(shù)匹配通常按大中型機組設(shè)計規(guī)范進行選用，推薦的主蒸汽壓降不大于5%，但對其進一步優(yōu)化則缺乏指導(dǎo)性條款，導(dǎo)致實際運行中的鍋爐設(shè)計壓力裕量仍然偏大(按文獻統(tǒng)計資料機爐運行壓降多數(shù)為2.5%～3.5%)。而目前招投標(biāo)中仍然很少考慮優(yōu)化因素。如350 MW級的超臨界機組，汽輪機的進汽參數(shù)按國標(biāo)GB/T754為24.2 MPa.a，而幾大鍋爐廠的鍋爐設(shè)計壓力多為25.4 MPa.g，相應(yīng)的機爐壓降為[(25.5－24.2)/24.2]×100%=5.37%，對比設(shè)計院主蒸汽計算壓降3%～3.5%，裕量明顯偏大；但按此進行機爐壓降優(yōu)化還需要得到行業(yè)規(guī)范的支持。

3 熱電聯(lián)產(chǎn)項目規(guī)范優(yōu)化問題

對于中小型熱電聯(lián)產(chǎn)機組及分布式能源項目中的燃氣輪機/余熱鍋爐－蒸汽輪機機組，現(xiàn)行中小型火電廠規(guī)范及燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)設(shè)計規(guī)范中均缺乏明確規(guī)定，在招投標(biāo)文件中大多按現(xiàn)行電站機爐系列標(biāo)準(zhǔn)GB/T754及GB753為依據(jù)提要求；但該系列標(biāo)準(zhǔn)系以30多年前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SD264－1988為藍本，其機爐壓降高達10%左右，見表1。

表1 國內(nèi)中小型火電機組鍋爐－汽輪機蒸汽參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)

就節(jié)能降耗角度，主蒸汽的壓降高達10%以上是相當(dāng)不合理的，與設(shè)計院主蒸汽系統(tǒng)壓降計算的優(yōu)化結(jié)果也不相匹配，應(yīng)該進行修訂調(diào)整。

4 機爐壓降偏大的歷史原因

現(xiàn)行鍋爐汽輪機參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)中的中小型機組參數(shù)匹配參照了前蘇聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，而前蘇聯(lián)的機爐初參數(shù)匹配源于其當(dāng)時的技術(shù)水平相對落后，所用的管道內(nèi)壁粗糙度為0.2 mm，直管阻力系數(shù)高達0.018～0.022，熱壓彎頭等管件阻力系數(shù)也偏大；相比之下目前實際使用的無縫鋼管粗糙度按國際通用標(biāo)準(zhǔn)為0.0457 mm，直管阻力系數(shù)0.013～0.014，在四大管道優(yōu)化中普遍推薦使用彎管來替代彎頭，管件部分阻力系數(shù)比彎頭小很多；加上前蘇聯(lián)計算方法偏于保守，對于管件在計算局部阻力后另外再計算摩擦阻力，又考慮裕量，使得機組投運后實際總的機爐壓降只有計算值的50%左右，以此為依據(jù)取用的機爐壓降必然偏大。

5 機爐壓降優(yōu)化的理論依據(jù)

由流體力學(xué)基本方程可以推得主蒸汽系統(tǒng)比壓降公式如下：

式中： Δp為主蒸汽系統(tǒng)壓降(MPa)；p為汽輪機進口主蒸汽壓力(MPa)；Le為管線當(dāng)量計算長度(m)；λ為直管摩擦阻力系數(shù)；D為主蒸汽管內(nèi)徑(m)；W為主蒸汽管管內(nèi)流速(m/s)；v為與主蒸汽壓力相匹配的蒸汽比容(m3/kg)；ζe為阻力因子；C1為流速因子，由于流速W取值與蒸汽參數(shù)關(guān)系不大，C1值變化不大。C2為氣體特性因子，對于中壓、次高壓、高壓、超高壓及超臨界機組的C2值分別為1.049、1.007、0.939、0.962及0.994，變化較小。

根據(jù)文獻的分析，按國際通用的Crane手冊查取的管件阻力系數(shù)已包括管件展開長度的摩擦阻力在內(nèi)，則在已知管線展開長度L及以彎管為代表的管件數(shù)n時的當(dāng)量計算長度為：

式中：L為管系直管段長度(m)；Ld為管件當(dāng)量長度(m)；R/D為管件相對于管徑的彎曲半徑。

由于阻力系數(shù)λ的變化不大，ζe主要取決于當(dāng)量長度Le及管徑D；對于中小型機組來說λ值略大，Le及D均較小，ζe值的總體水平仍與大中型機組相當(dāng)。

在典型的工程技術(shù)條件下，按公式(1)、(2)所估計的主蒸汽系統(tǒng)比壓降見表2。

表2 典型條件下的主蒸汽系統(tǒng)壓降估算數(shù)據(jù)(適用于彎管替代彎頭時)

據(jù)以上分析，對于大中型機組：

(1)當(dāng)采用較大單管設(shè)計容量使主管內(nèi)徑較大(例如鄒縣三期600 MW機組主蒸汽系統(tǒng)采用單管制連接方式)。

(2)因主廠房布置優(yōu)化使四大管道長度更短情況下，主蒸汽系統(tǒng)的比壓降有可能控制在3.5%以內(nèi)。對于中小型機組的主蒸汽合理壓降仍可控制在與大中型機組同等范圍內(nèi)即5%以內(nèi)；對于燃機/余熱鍋爐－蒸汽輪機機組，主蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化比壓降可以控制的更低；沒有必要取到10%的高值。

6 機爐壓降優(yōu)化的實踐

6.1 大中型再熱機組

國內(nèi)從ALSTOM引進的330 MW及鄒縣三期600 MW機組的設(shè)計壓降均不到3.5%；ALSTOM－SIEMENS設(shè)計的外高橋電廠二期參數(shù)為25 MPa 的900 MW超臨界機組，主蒸汽壓降按0.805 MPa取用，鍋爐設(shè)計壓力為25.76 MPa，機爐設(shè)計壓降僅為3.2%，按投運經(jīng)驗仍有裕量，表明在大中型再熱機組中的機爐壓降上具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)化空間。

6.2 燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)及中小型機組

新近設(shè)計的崇明島燃機配高壓機組的機爐主蒸汽壓降為(12.85－12.473)/12.473=3%，比表1中的配套數(shù)據(jù)要小得多。最近對于某分布式能源項目燃氣輪機/余熱鍋爐－供熱汽輪機機爐初參數(shù)匹配檢查中發(fā)現(xiàn)，初設(shè)中按機爐參數(shù)匹配確定的主蒸汽壓降為(9.8－8.83)/8.83=10.98%，大大超標(biāo)，審查中要求設(shè)計院根據(jù)理論計算并參照該項目老廠實際運行經(jīng)驗(約為3%左右)比算，調(diào)整到3%～4%，達到合理水平。

7 對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂及完善建議

(1)對大中型鍋爐的蒸汽參數(shù)在大火規(guī)規(guī)定基礎(chǔ)上按設(shè)計院四大管道優(yōu)化成果進行優(yōu)化，以降低鍋爐設(shè)計裕量并調(diào)低給水泵選型壓頭裕量。

(2)對中小型供熱機組或燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組的機爐參數(shù)匹配，不再套用前蘇聯(lián)的蒸汽鍋爐→汽輪機標(biāo)準(zhǔn)系列參數(shù)，而應(yīng)支持按設(shè)計院主蒸汽壓降優(yōu)化成果或燃機聯(lián)合循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)來選取。