羅建松，葉勇健

（中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063）

2021年4月，我國提出爭取在“2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”的“雙碳”目標，實現(xiàn)“雙碳”目標的前提條件是要控制能源消費總量及增長率，而控制能源消費總量主要途徑就是大幅度提高能源效率，實現(xiàn)能源低碳化發(fā)展[1-3]。從源端提高能源效率、構(gòu)建清潔低碳及安全高效能源體系，是未來煤炭從主體能源向基礎(chǔ)能源轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]?；跓崃W(xué)郎肯循環(huán)，進口蒸汽參數(shù)越高，熱力循環(huán)效率越高，是促進超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)高效化的主要舉措[5-6]。節(jié)能提效減排綜合升級技術(shù)，成為先進發(fā)電技術(shù)的研究重點[7]。未來10年如700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)等先進發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)重大突破，可大幅提高當(dāng)前燃煤發(fā)電機組的發(fā)電效率[8]，實現(xiàn)煤炭的清潔高效利用，從源端提高能源效率，可有效降低煤耗，減少SO2、NOx、重金屬等污染物排放，對減少二氧化碳的排放，具有十分重要的戰(zhàn)略意義[9-10]。

目前，先進燃煤發(fā)電機組的最高凈效率為47.6%，預(yù)計700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)可將機組的凈效率提高至50%以上[11]。20世紀90年代末期，歐盟、美國和日本已開展了700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)的研發(fā)[12-13]，擬將燃煤發(fā)電機組的主蒸汽參數(shù)提高到35 MPa/700 ℃或更高[14-15]。我國也正在開展30～37 MPa/700 ℃以上先進超超臨界燃煤發(fā)機組的研究。

本文的研究假定設(shè)計煤種為神華煤、廠址位于北方沿海、冷卻方式采用直流循環(huán)等外部條件，主要闡述自主設(shè)計的700 ℃超超臨界機組方案，對所涉及的蒸汽初參數(shù)、機組容量、再熱次數(shù)、主機選型方案、熱力系統(tǒng)擬定、主要輔機選型和主廠房布置方案等進行全面介紹，以期為700 ℃超超臨界機組的工程化提供參考。

1 初參數(shù)選擇

提高超超臨界機組效率的主要手段之一是在保證機組高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽溫度和壓力。主蒸汽溫度和壓力的高低還影響到低壓排汽的狀況、設(shè)備的制造成本等因素[16]。

1.1 蒸汽溫度

耐高溫合金材料的開發(fā)是700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的鐵素體耐熱鋼和奧氏體鋼已不能滿足700 ℃超超臨界機組的要求，鎳基高溫合金與鎳鐵基高溫合金因其優(yōu)異的高溫性能被認為是700 ℃超超臨界機組的候選材料。目前，國外相關(guān)機構(gòu)針對耐高溫材料已開展大量研究工作，并開發(fā)了以CCA617及其改進型、Inconel740H、Haynes282、Sanicro25、HR6W等為代表的耐高溫材料。同時，我國也已開展了大量的研究工作，并開發(fā)了GH984G、HT700、SP2215及G115等一系列耐高溫候選材料[17-19]。

考慮到鎳基合金開發(fā)及應(yīng)用的狀況，選取700 ℃的主蒸汽溫度是一個較為穩(wěn)妥的起步參數(shù)，對大部分鎳基合金，該溫度有較大的安全裕度。所以建議概念設(shè)計方案的主蒸汽溫度為700 ℃，而再熱蒸汽系統(tǒng)的壓力較低，可以考慮再熱蒸汽溫度較主蒸汽溫度高出20 ℃，建議概念設(shè)計方案的再熱蒸汽溫度為720 ℃。

1.2 蒸汽壓力

主蒸汽壓力也是決定汽輪機、鍋爐和整個機組裝置的關(guān)鍵參數(shù)，提高主蒸汽壓力是提高機組容量、提高熱效率的有效手段。從材料強度的承受能力來說，蒸汽的壓力不是主要因素，但壓力的增加會使鍋爐、汽輪機部件的厚度增加，帶來成本的上升；其次設(shè)備高溫區(qū)的壁厚越厚，在相同的溫升率或升負荷率下，熱應(yīng)力也越大。為限制熱應(yīng)力，保證機組的正常運行與壽命消耗，只有降低機組變負荷速率，這會影響機組運行靈活性。因此，蒸汽壓力與蒸汽溫度的選取應(yīng)當(dāng)匹配，才能取得最佳的效率。

考慮高壓對汽輪機高壓缸及進口閥門的制造難度和對末級葉片排汽濕度的影響，推薦主蒸汽壓力為35 MPa，該壓力可與我國高效超超臨界600 ℃溫度等級產(chǎn)品中所發(fā)展的二次再熱、30～35 MPa壓力模塊技術(shù)相銜接，降低開發(fā)的風(fēng)險。

2 機組容量選擇

超超臨界機組有一個合理的最小單機容量，由于超超臨界蒸汽密度很高，若單機容量偏小，則汽輪機高壓部分通流部分的尺寸很小，這會增加汽封泄漏和二次流的損失，可能會減少甚至抵消因蒸汽參數(shù)提高帶來的收益。隨著汽輪機設(shè)計技術(shù)的進步，采用增加高壓缸葉片級數(shù)的措施，可部分抵消通流下降對汽輪機缸效的不利影響。因此，合理的最小單機容量呈現(xiàn)不斷降低的趨勢。600 ℃等級的超超臨界機組合理的最小單機容量通常約為300～400 MW，700 ℃超超臨界機組汽輪機高壓缸進口蒸汽密度是600 ℃等級的0.84倍，蒸汽流量約是后者的90%，因此，對于700 ℃超超臨界機組最小單機容量應(yīng)限制為350～450 MW。

對蒸汽溫度在700 ℃以上的先進超超臨界汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子，9～12Cr鐵素體耐熱鋼的高溫性能已經(jīng)不能滿足使用要求，需使用性能更好的鎳基合金材料。由于10 t以上的鎳基合金鑄鍛件制造難度大，成本高，700 ℃超超臨界汽輪機的高中壓缸的汽缸和轉(zhuǎn)子均要采用焊接結(jié)構(gòu)，鎳基合金與12Cr鋼焊接是700 ℃高溫轉(zhuǎn)子、汽缸制造過程中面臨的最大挑戰(zhàn)[20]。機組容量越大，轉(zhuǎn)子和汽缸的結(jié)構(gòu)尺寸也越大，制造和異種鋼焊接的難度也隨之增加，且高溫過熱器集箱、主蒸汽管道等鎳基合金大口徑厚壁管也面臨同樣的難題。

歐盟AD700先進超超臨界發(fā)電計劃中原規(guī)劃的示范機組容量為500 MW[21]，而我國的火電機組一般分為300/350、600/660、1 000 MW的容量等級，綜合考慮機組效率、鎳基材料部件的制造和焊接能力、配套的輔機規(guī)格、機組成本、機組建設(shè)風(fēng)險、電網(wǎng)適應(yīng)性等因素，建議700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的機組容量為660 MW。

3 再熱次數(shù)選擇

超超臨界二次再熱發(fā)電技術(shù)是一種有效提高煤電機組效率的方法[22]。二次再熱發(fā)電技術(shù)是在一次再熱發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)上增加一級蒸汽再熱過程，通過蒸汽的二次回爐，以提高發(fā)電循環(huán)的平均吸熱溫度，從而降低機組的煤耗率，提高機組的效率[23]。歐洲、美國和日本700 ℃機組的主流研究機型均為一次再熱機組[24]，根據(jù)國內(nèi)某主機廠提供的熱平衡圖和鍋爐效率進行測算，700 ℃超超臨界一次再熱機組和二次再熱機組熱經(jīng)濟指標對比如表1所示。

表1 700 ℃超超臨界一次再熱機組和二次再熱機組熱經(jīng)濟指標對比Tab.1 Comparison of thermal economic indexes between 700 ℃ USC primary reheat unit and secondary reheat unit

從表1可知，700 ℃機組采用二次再熱技術(shù)后，和一次再熱機組相比，汽機熱耗率下降87 kJ/(kW·h)，設(shè)計發(fā)電標準煤耗率下降3.2 g/(kW·h)，設(shè)計發(fā)電熱效率增加0.71%，從機組熱經(jīng)濟指標看，采用二次再熱機組方案具有優(yōu)勢，但對于高參數(shù)機組，二次再熱機組的熱力系統(tǒng)相對復(fù)雜、主設(shè)備和高溫管道投資相對較高，帶來相對高昂的初期建設(shè)投資[25]。經(jīng)初步測算，700 ℃機組采用二次再熱技術(shù)后，總投資增加約40%以上。目前，建設(shè)700 ℃超超臨界示范機組的主要目的之一是驗證高溫金屬材料在機組額定參數(shù)、負荷變化等工況下的特性和壽命，所以在方案選擇上宜將重點放在高溫材料選用等方面，避免因再熱次數(shù)的增加引起設(shè)備設(shè)計、制造和運行難度的提升。綜合投資因素，建議700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案為一次再熱機組。

4 主機選型方案

4.1 鍋爐

4.1.1 總體布置方案

700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的鍋爐擬采用超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)塔式鍋爐、露天布置，鍋爐主要設(shè)計參數(shù)如表2所示。

表2 700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案鍋爐主要設(shè)計參數(shù)Tab.2 Main design parameters of boiler in conceptual design scheme of the 700 ℃ USC unit

700 ℃鍋爐中應(yīng)用了塔式鍋爐受熱面最新的設(shè)計理念，采用煙氣擋板調(diào)溫作為再熱器調(diào)溫的主要手段，大幅提高了機組低負荷下達到再熱汽溫的能力，提高了機組全負荷下的經(jīng)濟性。同時優(yōu)化了過熱器和再熱器布置面積比例，使調(diào)溫效果更好。再熱器配置事故+微量兩級噴水減溫器，可對再熱器系統(tǒng)起到良好的調(diào)節(jié)和保護作用。

通過采用有效的溫度調(diào)控措施，過熱蒸汽溫度在30%～100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下、再熱蒸汽溫度在50%～100% BMCR工況下均能達到設(shè)計值。燃燒器采用擺動式燃燒器，一次風(fēng)最大擺角±20°，二次風(fēng)最大擺角±30°。

4.1.2 水冷壁材料選擇

600 ℃超超臨界機組鍋爐水冷壁材料選用的是低合金鉻鉬鋼，如15CrMoG、12Cr1MoVG、SA213T23、SA213T24、15CrMoG等，對35 MPa/700 ℃參數(shù)的機組，鍋爐水冷壁出口介質(zhì)溫度約530 ℃，水冷壁金屬最高設(shè)計溫度約590 ℃，設(shè)計壓力超過40 MPa，此時水冷壁材料要滿足高溫強度、抗蒸汽側(cè)氧化和抗煙氣側(cè)腐蝕等要求，而低合金鋼已無法滿足上述條件，必須使用性能更好的高溫合金材料，700 ℃超超臨界機組鍋爐水冷壁壁溫和設(shè)計壓力初步計算結(jié)果如表3所示[26]。700 ℃超超臨界機組鍋爐水冷壁推薦選材及其適用的溫度范圍如表4所示。

表3 700 ℃超超臨界機組鍋爐水冷壁初步計算結(jié)果Tab.3 Preliminary calculation results for water wall of the 700 ℃ USC unit boielr

表4 700 ℃超超臨界機組鍋爐水冷壁推薦材料溫度范圍Tab.4 The recommended material temperature range of water wall of the 700 ℃ USC unit boiler

結(jié)合本概念設(shè)計的參數(shù)特點，初步推薦采用15CrMoG、12Cr1MoVG、T92、G115材料作為水冷壁不同溫度段的候選材料，許用應(yīng)力對比如圖1所示[27]。

圖1 水冷壁候選材料許用應(yīng)力的對比Fig.1 The allowable stress of candidate materials for water wall

4.1.3 過、再熱器材料選擇

過熱器和再熱器布置在鍋爐煙氣溫度的最高區(qū)域，長期受高溫應(yīng)力作用，要承受較大的蠕變強度及高溫?zé)煔獾哪p和腐蝕。600 ℃超超臨界機組鍋爐過熱器和再熱器普遍使用的9%～12%Cr傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼和馬氏體熱強鋼[28]，如A335P91、A335P92和Super304H、HR3C等，對于35 MPa/700 ℃參數(shù)的機組上述材料已經(jīng)不能滿足要求。需要尋找新的高溫材料，該材料在服役溫度下的2×105h腐蝕損失要小于2 mm，105h持久強度要達到100 MPa[29]，如鎳基高溫合金材料Inconel740H和Haynes282等、鐵鎳基高溫合金材料GH984G等[30-31]。根據(jù)研究，700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計的鍋爐過熱器和再熱器的部分候選材料如表5所示。

表5 700 ℃超超臨界機組鍋爐過熱器和再熱器的候選材料選擇情況Tab.5 Selection of the candidate materials for superheater and reheater of the 700 ℃ USC unit boiler

4.2 汽輪機

4.2.1 汽輪機總體框架

700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的汽輪機擬采用單軸、一次中間再熱、四缸四排汽機組。以現(xiàn)有的成熟的超超臨界機組為主要原型機，保留成熟的中低壓部分設(shè)計，仍采用積木塊開發(fā)的理念，主要對高溫高壓部分區(qū)域進行概念性設(shè)計，700 ℃超超臨界汽輪機總體布置如圖2所示。

圖2 700 ℃超超臨界汽輪機總體布置Fig.2 General layout of the 700 ℃ USC unit steam turbine

汽輪機概念設(shè)計，首先對熱力總體方案進行研究，選用適當(dāng)?shù)臒崃吔?、回?zé)嵯到y(tǒng)、末級葉片等，同時和汽輪機本體概念設(shè)計結(jié)合起來，實現(xiàn)熱力系統(tǒng)與本體結(jié)構(gòu)設(shè)計的有機結(jié)合。

高溫高壓的參數(shù)對機組的整體設(shè)計有很大影響，如整體熱力循環(huán)、機組差脹等因素。對700 ℃超超臨界機組而言，高壓缸是溫度差、壓力差均較大的部件，且絕對壓力最高。因此，對700 ℃超超臨界機組的汽輪機本體概念設(shè)計核心應(yīng)聚焦在高壓缸上。

4.2.2 高壓缸結(jié)構(gòu)

高壓缸是承載700 ℃超超臨界汽輪機的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)選型直接影響了整個汽輪機的方案。在研究過程中分析了若干種汽缸結(jié)構(gòu)，對超高溫超高壓情況適應(yīng)性作了評估，并淘汰了不當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)備選形式，選擇了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)進行進一步深入研究。

由于主蒸汽參數(shù)大幅度提高，超超臨界機組中使用的傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼無法滿足機組長期高溫高壓下安全運行的要求，所以700 ℃超超臨界汽輪機的高溫部分大量使用高溫性能更好的鎳基材料。國內(nèi)某主機廠采用圓筒形的高壓缸設(shè)計，將汽缸的壓力載荷和熱載荷分開，分別由外缸和內(nèi)缸承受，使整個機組的高壓部分能夠承受足夠高的蒸汽參數(shù)，采用適當(dāng)有效的措施來冷卻高壓缸的高溫部件，能保證汽輪機的安全可靠性，同時能減少使用鎳基合金，迎合鎳基鑄鍛件的尺寸限制，降低投資[32]。700 ℃超超臨界汽輪機高壓缸總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 700 ℃超超臨界汽輪機高壓缸總體結(jié)構(gòu)和各部件選材示意Fig.3 Overall structure and material selection of various components of high-pressure cylinder of the 700 ℃ USC unit steam turbine

4.2.3 關(guān)鍵部件高溫材料選用

在充分借鑒國外AUSC汽輪機材料方面研究成果的基礎(chǔ)上，700 ℃超超臨界汽輪機關(guān)鍵高溫材料的選擇如表6所示。

表6 700 ℃超超臨界機組汽輪機關(guān)鍵部位高溫材料選擇情況Tab.6 Selection of high-temperature materials for key parts of the 700 ℃ USC unit steam turbine

700 ℃超超臨界汽輪機高壓缸總體結(jié)構(gòu)和各主要部件的材料選擇如圖3所示。

5 熱力系統(tǒng)擬定

5.1 給水溫度

給水溫度的提高一方面提高了汽輪機的效率，另一方面受鍋爐爐膛和受熱面布置的影響，會提高鍋爐排煙溫度，降低鍋爐效率。因此機組的給水溫度需綜合考慮其對機組效率的的影響，選擇最佳值。

為選擇700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計最佳給水溫度，某主機廠針對3種給水溫度330、315、300 ℃進行了熱力計算和熱平衡計算，3種溫度下機組的熱經(jīng)濟指標如表7所示。

表7 機組在3種給水溫度下的熱經(jīng)濟指標Tab.7 Thermal economic indexes of the unit under three feed water temperatures

從表7可知，給水溫度為315 ℃時，機組的設(shè)計發(fā)電熱效率最高，設(shè)計發(fā)電標準煤耗率最低，所以700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的給水溫度確定為315 ℃左右。

5.2 主蒸汽、再熱蒸汽系統(tǒng)

主蒸汽和再熱蒸汽系統(tǒng)均按汽輪發(fā)電機組閥門全開功率（VWO）工況時的熱平衡蒸汽量設(shè)計。設(shè)計溫度和設(shè)計壓力根據(jù)《電廠動力管道設(shè)計規(guī)范》（GB 50764—2012）擬定，700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案原則性熱力系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案原則性熱力系統(tǒng)Fig.4 Principle thermal system diagram of the 700 ℃USC unit conceptual design scheme

經(jīng)初步計算，700 ℃超超臨界機組主蒸汽管道和高溫再熱蒸汽管道已不能采用A335P92等傳統(tǒng)鐵素體耐熱鋼，需要尋找新的耐高溫材料。而低溫再熱蒸汽管道的設(shè)計參數(shù)和600 ℃機組接近，仍可采用A335P11、A691 1-1/4CrCL32、12Cr1MoVG等成熟合金材料。

5.3 抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)

700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案熱力系統(tǒng)采用專利技術(shù)帶變頻發(fā)電機的BEST小機回?zé)嵯到y(tǒng)[33]，機組采用十二級非調(diào)整抽汽。一段抽汽來自汽輪機高壓缸，二段抽汽來自低溫再熱蒸汽，三、四、五、六、七段抽汽來自BEST小機，一、二、三、四、五段抽汽供5臺高壓加熱器，六段抽汽供除氧器，七、八、九、十、十一、十二段抽汽分別向7、8、9、10、11、12號低壓加熱器供汽。回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)BEST小機后，不再設(shè)置外置式蒸汽冷卻器。

帶變頻發(fā)電機的BEST小機回?zé)嵯到y(tǒng)，與現(xiàn)有熱力系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點：

1）高參數(shù)蒸汽在BEST小機做功后，可降低抽汽溫度約220～270 ℃，降低了相關(guān)抽汽管道、閥門、加熱器的材料等級，無需采用昂貴的鎳基材料；

2）高壓缸排汽作為BEST小機汽源，其蒸汽流量明顯大于常規(guī)機組，因這部分蒸汽不再回爐，可較大幅度減少進入再熱器的蒸汽流量，減少再熱器面積，從而降低再熱系統(tǒng)的造價；

3）相較于常規(guī)機組，給水泵轉(zhuǎn)速由小發(fā)電機的出力來調(diào)節(jié)，BEST小機進汽閥門全開，可減少節(jié)流損失，提高機組熱經(jīng)濟性，同時，能充分利用BEST小機的出力，通過小發(fā)電機多發(fā)電，可大幅度減少廠用電率到2%左右，提高機組的售電收益。

5.4 給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)按最大運行流量即BMCR工況時相對應(yīng)的給水量進行設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)置1臺全容量的汽動給水泵，四級全容量、臥式、雙流程高壓加熱器，四級高壓加熱器采用給水大旁路系統(tǒng)。給水泵和前置泵同軸布置，由BEST小機驅(qū)動，給水泵出口設(shè)有最小流量再循環(huán)管道并配有相應(yīng)的控制閥門等，最小流量再循環(huán)管道按主給水泵、前置泵所允許的最小流量中的最大者進行設(shè)計，再循環(huán)管道單獨接至除氧器。

經(jīng)初步計算，700 ℃超超臨界機組的高壓給水管道的設(shè)計壓力約為50 MPa，比600 ℃等級機組高約6 MPa；設(shè)計溫度為330 ℃，與600 ℃等級機組相當(dāng)，所以高壓給水管道仍可采用無縫鋼管15NiCuMoNb5。

6 主要輔機選型

700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的輔機除了配置BEST小機及小發(fā)電機外，其他主要輔機的配置原則上與600 ℃一次再熱機組基本相同，見表8，但給水泵組和旁路的運行參數(shù)更苛刻。

表8 700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案主要輔機選型方案Tab.8 Conceptual design scheme and main auxiliary equipment selection scheme of the 700 ℃ USC unit

6.1 BEST小機

BEST小機為單缸、抽背式機組，由于BEST小機具有抽汽功能，設(shè)計時考慮采用雙層缸，分別安裝有外缸、內(nèi)缸和一套持環(huán)，內(nèi)外缸及持環(huán)和外缸間共設(shè)有5個抽汽腔室，外缸下半設(shè)計有5個抽汽口，通過焊接的方式與管道相連，排汽直接進入低壓除氧器，排汽口通過法蘭與排汽管道相連，外缸軸向死點設(shè)置在前軸承座上，通過貓爪與之固定，轉(zhuǎn)子采用雙支點支撐。

6.2 給水泵

700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的主蒸汽壓力為35 MPa，與常規(guī)660 MW二次再熱機組（31 MPa/ 600 ℃/620 ℃/620 ℃）相比，給水泵出口壓力相應(yīng)提升了3～5 MPa，給水流量下降約6%，給水泵總功率上升約3%。根據(jù)目前的調(diào)研情況，給水泵選型與常規(guī)660 MW二次再熱機組100%給水泵仍屬同一系列。

6.3 旁路裝置

700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的旁路采用高低壓兩級串聯(lián)旁路，考慮成本因素高壓旁路的容量為40% BMCR，低壓旁路容量按高壓旁路出口啟動最大容量+減溫水容量考慮。旁路閥的形式與常規(guī)超超臨界旁路并無太大變化，主要區(qū)別為參數(shù)提升后閥門材料需使用鎳基合金，需進一步對材料性能，特別是閥體的鑄造件和閥體與管道的焊接工藝，進行測試和評定。

6.4 高壓加熱器

采用BEST小機系統(tǒng)后，和常規(guī)機組比，抽汽溫度降低，高壓加熱器選型與常規(guī)660 MW二次再熱超超臨界機組類似，只是管側(cè)設(shè)計壓力上升約3 MPa。每臺高壓加熱器均按雙流程設(shè)計，全焊接結(jié)構(gòu)，分別由過熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段和疏水冷卻段組成。

7 主廠房布置方案

700 ℃超超臨界機組的主蒸汽管道和再熱蒸汽熱段管道采用價格昂貴的鎳基合金材料，因此必須對主廠房布置進行優(yōu)化創(chuàng)新，以大幅減少機爐連接管道的長度，概念設(shè)計方案推薦采用汽輪機高位布置，如圖5所示。

圖5 高位布置方案示意Fig.5 Schematic diagram of high-level layout scheme

主廠房采用二列式、側(cè)煤倉，660 MW/700 ℃超超臨界機組塔式鍋爐的主蒸汽及再熱蒸汽聯(lián)箱標高約75 m，汽輪發(fā)電機組運轉(zhuǎn)層宜盡量接近該標高區(qū)域，運轉(zhuǎn)層為大平臺結(jié)構(gòu)，汽輪機采用彈簧基座。

采用汽輪機高位布置后，可減少占地面積，有效降低四大管道長度，尤其是主蒸汽管道和再熱蒸汽熱段管道的工程量。但要關(guān)注以下問題：

1）主要高溫管道的柔性補償；

2）低壓缸長排汽管道的設(shè)計；

3）高位汽輪機振動能量的吸收及地震擾動力的控制；

4）風(fēng)載、地震及其他水平荷載作用下主廠房的偏擺對管系及設(shè)備接口受力影響的分析；

5）主廠房結(jié)構(gòu)及鍋爐爐架的耦合設(shè)計；

6）主廠房結(jié)構(gòu)對汽輪機基座的影響；

7）發(fā)電機出口和主變相連的離相封閉母線的布置；

8）高位汽輪機、各加熱器、除氧器等設(shè)備的吊裝和檢修；

9）機組運行、起停工況、超速控制等使用規(guī)程的制訂等。

目前國內(nèi)已有汽輪機高低位分軸布置的二次再熱1 350 MW機組（其高位布置的汽輪機容量約為600 MW）和汽輪機單軸全高位布置的一次再熱660 MW機組的投運業(yè)績[34-35]，可為700 ℃超超臨界機組主廠房布置提供經(jīng)驗借鑒和設(shè)計參考。

8 結(jié) 語

本文通過分析，確定了700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案的蒸汽初參數(shù)、機組容量、再熱次數(shù)、主機選型方案、熱力系統(tǒng)、主要輔機選型及主廠房布置等推薦意見：

1）推薦機組容量為660 MW，初參數(shù)為35 MPa/700 ℃/720 ℃的一次再熱機組。

2）鍋爐擬采用超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)塔式鍋爐、露天布置；汽輪機擬采用單軸、一次中間再熱、四缸四排汽。

3）熱力系統(tǒng)推薦采用帶變頻發(fā)電機的BEST小機回?zé)嵯到y(tǒng)，十二級非調(diào)整抽汽。

4）主廠房布置推薦采用二列式、側(cè)煤倉、汽輪機高位布置方案。

700 ℃超超臨界機組的凈效率達到50%以上，按年5 000 h計算，2臺660 MW機組每年節(jié)約標煤近17.52萬t，可減少CO2排放約49萬t。700 ℃超超臨界機組概念設(shè)計方案對我國建設(shè)更加高效和清潔的火力發(fā)電廠具有重要的參考意義。