超超临界发电机组国内外状况.docx

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超超临界发电机组国内外状况

发展超临界机组以降低煤耗

赵旺初

（中国电力信息中心,北京100083）

摘要：

在提高蒸汽参数改善厂效率的过程中,某些流通部分的改进起着重要的作用,还应考虑到材料和单位造价的问题。

本文主要阐述了它们的关系并举例说明。

关键词：

超临界；材料；机组单价；机组效率

中图分类号：

TK229.2 

文献标识码：

A

0 引言

据资料介绍：

蒸汽参数为16.7MPa/538℃/538℃的亚临界机组的厂效率为41.8%,参数为25MPa/540℃/560℃的超临界机组的厂效率为43.3%,参数27MPa/585℃/600℃的超临界机组的厂效率为44.4%,30MPa/600℃/620℃机组的厂效率为45.1%,31.5MPa/620℃/620℃机组的厂效率45.5%,31.5MPa/620℃/620℃机组的厂效率45.5%,35MPa/700℃/720℃机组的厂效率为47.6%。

高蒸汽参数将带来高的厂效率,这是肯定的,但大容量机组是否应该参数越高越好呢？

答案是不然。

除受到材料的限制和单位造价的制约外,优选参数和优化设计至关重要。

1 发达国家超临界机组的发展趋势

德国Staudinger电厂500MW机组的蒸汽参数25MPa/540℃/560℃,厂效率42.5%；Hessler

电厂70OMW机组参数为27MPa/580℃/600℃,厂效率45%。

日本东芝公司制造的700MW机组参数为31.lMPa/566℃/566℃厂效率45%；俄罗斯新一代大机组采用参数为28-3OMPa/580－600℃,厂效率达44%-46%;美国GEC-AISTHOM公司为丹麦制造的41OMW机组参数28.5MPa/600℃/600℃,厂效率47%。

这说明超临界机组可获得高效率但高参数非唯一因素。

2 提高厂效率的有效途径

德国Staudinger电厂500MW机组对比德国Scholven电厂的700MW机组,蒸汽参数由19.5

MPa/535℃/535℃提高到25MPa/540℃/560℃,厂效率提高4.7%。

4.7%包括,提高参数增效2%,改进低压汽缸设计增效1%,改进汽轮机通流设计增效0.7%,降低排烟温度增效0.6%,其它如辅机改进节约厂用电等增效0.4%。

第1、2两项增效3%,汽轮机通流部分改造的增效0.7%中,包括了低压汽缸通流部分的改进的增效0.4,故提高参数和改进低压缸两部共增效3.4%,占

72%。

又如丹麦NordjllandSrarket电厂的410MW超临界机组,厂效率47%,它与丹麦Esbgerg电厂的24.lMPa/558℃/560℃老机组相比,效率提高了8.1%,其中改造低压缸超高速叶型一项增效2.7%,末级改用新型长叶片,增大出口环形面积,降低出口流速以减少排汽损失,此项增效0.8%。

这两项低压缸的改进增效3.5%,占总增效的43%。

上2项可见改进低压缸对提高厂效率起着重要作用。

3 我国对改造低压缸提高效率的经验

我国大量200MW三排汽机组的低压缸是沿袭40～50年代的设计,技术落后,低压缸实测效率仅78.5%～81.5%，而世界先进水平为89.6%,还有提高8%-11%的潜力的可能。

东方汽轮机广与西安热工所,在美国专家Miller帮助下,用现代化技术成功地改造了三排汽200MW汽轮机的低压缸。

这一改造在重庆电厂31号机收到成效。

改造前后热力试验表明,机组热耗降低260.4KJ/Kwh,低压缸效率达到85.5%,提高约7.18%。

邢台焦作和白马电厂的机组改造后,热效率提高4.02%-7.08%。

这项改造设计的原则是：

a.提高经济性降低热耗改善环保；b.增加机组出力；c.提高机组的可靠性和可用性；d.低压外缸不动,减少现场加工量；e.大修期内完成改造施工。

低压缸改造的具体项目有：

a.适当提高根径部分改善速比v/Co；b.采用低型损层流静叶型线和性能优良的新动叶型线；c.采用斜根部斜围带光滑子午流道；d.全部改用围带汽封；e.加宽动叶轴向宽度,提高叶片动强度；f.采用双锄钉头斜围带技术；g.用大刚性叉型叶根；h.用先进的三元流动设计方法：

i.采用叶片动强度设计方法；j.设计新型末级叶片。

低压缸未级叶片的改造十分重要。

原来的末级叶片为680mm自由叶片,系60年代设计,采用简单径向平衡设计法,用曲背型收敛叶栅,设计技术落后。

这次改进设计措施包括：

a.采用先进的三元流动设计方法；b.增加动叶片数,顶部相对栅距大为改善；c.采用高效的851叶型为母型；d.用围带汽封；e.增加级焓降；f.用可控涡流型优化。

包括末级叶片,整个低压缸改造后,不仅效率提高,强度、频率特性和寿命均有改善,除上述电厂的机组外,后又在淮北、徐州、首阳山、下花园、大同和秦岭等电厂的200MW国产机组进行了成功的改造,收到改善效率和增加出力的效果。

4 超临界机组的材料

随着参数的提高,蒸汽管道、阀门、锅炉和汽轮机的材料也得到相应地提高。

过热器和再热器最后一级受热面材料一般是按参数MPa/℃/℃决定的：

25/540℃/540℃用F12；27/585℃/600℃用P91；30/600/620℃用NF616；31.5/620℃/620℃用奥氏体钢；35/700℃/720℃用镍基合金INCONEL。

我国石洞口二厂600MW的锅炉为超临界螺旋管圈直流锅炉,参数24.2MPa/538℃/566℃,系苏尔兹（SULZER）和GE公司联合设计。

因为过热器和再热器布置在高温区,过热器使用三种不同的合金热强钢,锅炉受压部件使用四种低合金耐热钢,还有马氏体加强钢和奥氏体钢,未使用炭素钢。

上海外高桥电厂二期工期2×900MW机组,本应选用比石洞口二厂超临界机组更高的蒸汽参数,但因材料问题,改选参数为25MPa/538℃/560℃的机组。

汽轮机随着初温的提高应采用相应的材料。

东芝公司对593℃/593℃机组的主蒸汽和再热汽管道采用9CrMoVNbN钢,高中压转子,进汽侧头几级叶片和喷咀室以及高中压缸均采用12CrM0VNBN钢,主汽阀和中压联合汽阀采用CrMoV钢。

德国西门子公司的l000MW机组参数为25MPa/580℃/600℃汽轮机的高中压缸采用X12CrMoWVNbN1011钢,低压转子采用含3.5%Ni的改进钢。

总之,当汽温提高到580-600℃时,他们都采用了新的钢种。

目前我国石洞口二厂的超临界参数600MW机组系超临界蒸汽参数,三大件均系国外供应。

我国要发展国产高参数超临界机组,还要解决新品种的钢材问题。

发展超临界机组以降低煤耗

赵旺初

（中国电力信息中心,北京100083）

摘要：

在提高蒸汽参数改善厂效率的过程中,某些流通部分的改进起着重要的作用,还应考虑到材料和单位造价的问题。

本文主要阐述了它们的关系并举例说明。

关键词：

超临界；材料；机组单价；机组效率

中图分类号：

TK229.2

文献标识码：

A

0引言

据资料介绍：

蒸汽参数为16.7MPa/538℃/538℃的亚临界机组的厂效率为41.8%,参数为25MPa/540℃/560℃的超临界机组的厂效率为43.3%,参数27MPa/585℃/600℃的超临界机组的厂效率为44.4%,30MPa/600℃/620℃机组的厂效率为45.1%,31.5MPa/620℃/620℃机组的厂效率45.5%,31.5MPa/620℃/620℃机组的厂效率45.5%,35MPa/700℃/720℃机组的厂效率为47.6%。

高蒸汽参数将带来高的厂效率,这是肯定的,但大容量机组是否应该参数越高越好呢？

答案是不然。

除受到材料的限制和单位造价的制约外,优选参数和优化设计至关重要。

1发达国家超临界机组的发展趋势

德国Staudinger电厂500MW机组的蒸汽参数25MPa/540℃/560℃,厂效率42.5%；Hessler

电厂70OMW机组参数为27MPa/580℃/600℃,厂效率45%。

日本东芝公司制造的700MW机组参数为31.lMPa/566℃/566℃厂效率45%；俄罗斯新一代大机组采用参数为28-3OMPa/580－600℃,厂效率达44%-46%;美国GEC-AISTHOM公司为丹麦制造的41OMW机组参数28.5MPa/600℃/600℃,厂效率47%。

这说明超临界机组可获得高效率但高参数非唯一因素。

2提高厂效率的有效途径

德国Staudinger电厂500MW机组对比德国Scholven电厂的700MW机组,蒸汽参数由19.5

MPa/535℃/535℃提高到25MPa/540℃/560℃,厂效率提高4.7%。

4.7%包括,提高参数增效2%,改进低压汽缸设计增效1%,改进汽轮机通流设计增效0.7%,降低排烟温度增效0.6%,其它如辅机改进节约厂用电等增效0.4%。

第1、2两项增效3%,汽轮机通流部分改造的增效0.7%中,包括了低压汽缸通流部分的改进的增效0.4,故提高参数和改进低压缸两部共增效3.4%,占

72%。

又如丹麦NordjllandSrarket电厂的410MW超临界机组,厂效率47%,它与丹麦Esbgerg电厂的24.lMPa/558℃/560℃老机组相比,效率提高了8.1%,其中改造低压缸超高速叶型一项增效2.7%,末级改用新型长叶片,增大出口环形面积,降低出口流速以减少排汽损失,此项增效0.8%。

这两项低压缸的改进增效3.5%,占总增效的43%。

上2项可见改进低压缸对提高厂效率起着重要作用。

3我国对改造低压缸提高效率的经验

我国大量200MW三排汽机组的低压缸是沿袭40～50年代的设计,技术落后,低压缸实测效率仅78.5%～81.5%，而世界先进水平为89.6%,还有提高8%-11%的潜力的可能。

东方汽轮机广与西安热工所,在美国专家Miller帮助下,用现代化技术成功地改造了三排汽200MW汽轮机的低压缸。

这一改造在重庆电厂31号机收到成效。

改造前后热力试验表明,机组热耗降低260.4KJ/Kwh,低压缸效率达到85.5%,提高约7.18%。

邢台焦作和白马电厂的机组改造后,热效率提高4.02%-7.08%。

这项改造设计的原则是：

a.提高经济性降低热耗改善环保；b.增加机组出力；c.提高机组的可靠性和可用性；d.低压外缸不动,减少现场加工量；e.大修期内完成改造施工。

低压缸改造的具体项目有：

a.适当提高根径部分改善速比v/Co；b.采用低型损层流静叶型线和性能优良的新动叶型线；c.采用斜根部斜围带光滑子午流道；d.全部改用围带汽封；e.加宽动叶轴向宽度,提高叶片动强度；f.采用双锄钉头斜围带技术；g.用大刚性叉型叶根；h.用先进的三元流动设计方法：

i.采用叶片动强度设计方法；j.设计新型末级叶片。

低压缸未级叶片的改造十分重要。

原来的末级叶片为680mm自由叶片,系60年代设计,采用简单径向平衡设计法,用曲背型收敛叶栅,设计技术落后。

这次改进设计措施包括：

a.采用先进的三元流动设计方法；b.增加动叶片数,顶部相对栅距大为改善；c.采用高效的851叶型为母型；d.用围带汽封；e.增加级焓降；f.用可控涡流型优化。

包括末级叶片,整个低压缸改造后,不仅效率提高,强度、频率特性和寿命均有改善,除上述电厂的机组外,后又在淮北、徐州、首阳山、下花园、大同和秦岭等电厂的200MW国产机组进行了成功的改造,收到改善效率和增加出力的效果。

4超临界机组的材料

随着参数的提高,蒸汽管道、阀门、锅炉和汽轮机的材料也得到相应地提高。

过热器和再热器最后一级受热面材料一般是按参数MPa/℃/℃决定的：

25/540℃/540℃用F12；27/585℃/600℃用P91；30/600/620℃用NF616；31.5/620℃/620℃用奥氏体钢；35/700℃/720℃用镍基合金INCONEL。

我国石洞口二厂600MW的锅炉为超临界螺旋管圈直流锅炉,参数24.2MPa/538℃/566℃,系苏尔兹（SULZER）和GE公司联合设计。

因为过热器和再热器布置在高温区,过热器使用三种不同的合金热强钢,锅炉受压部件使用四种低合金耐热钢,还有马氏体加强钢和奥氏体钢,未使用炭素钢。

上海外高桥电厂二期工期2×900MW机组,本应选用比石洞口二厂超临界机组更高的蒸汽参数,但因材料问题,改选参数为25MPa/538℃/560℃的机组。

汽轮机随着初温的提高应采用相应的材料。

东芝公司对593℃/593℃机组的主蒸汽和再热汽管道采用9CrMoVNbN钢,高中压转子,进汽侧头几级叶片和喷咀室以及高中压缸均采用12CrM0VNBN钢,主汽阀和中压联合汽阀采用CrMoV钢。

德国西门子公司的l000MW机组参数为25MPa/580℃/600℃汽轮机的高中压缸采用X12CrMoWVNbN1011钢,低压转子采用含3.5%Ni的改进钢。

总之,当汽温提高到580-600℃时,他们都采用了新的钢种。

目前我国石洞口二厂的超临界参数600MW机组系超临界蒸汽参数,三大件均系国外供应。

我国要发展国产高参数超临界机组,还要解决新品种的钢材问题。

5超临界机组的价格

因不同的制造商和功率大小,超临界锅炉比亚临界锅炉的单价要高出约5%-10%,汽轮机单价变化不大,故整个火电机组,超临界比亚临界的单价要高出约2%-3%。

提高蒸汽参数,厂效率增加能降低运行成本,但要增加投资,二者之间有个优化数字。

据德国统计,按目前价格水平,提高超临界蒸汽参数,在每改善l%厂效率多花费3000万德国马克（DM）以内投资时,电厂仍能收到经济效益。

现以德国2台机组进行比较：

Staudinger的509MW机组,厂效率42.5%,单位投资2234DM/KW；留别克的400MW厂效率45.5%,单价2275DM/KW。

后者比前者效率高3%,即使多投资3×3000万DM,即单价高出180DM/KW也是经济的。

实际上留别克机组单价只比Staudinger机组多141DM/KW,小于180DW/KW,说明留别克机组的经济效益高。

又德国Hessler电厂的700MW机组厂效率45.4%,若采用二次再热厂效率可增至46.1%,即增效0.7%但二次再热将增加单价216DM/KW。

增加厂效率0.7%如总投资只增加2100万DM还可收到经济效益,但Hessler如采用二次再热需增加总投资为216×700×1000=15120×104DM,此值甚大于2100万DM,故Hessler不选用二次再热的方案。

5 超临界机组的价格

因不同的制造商和功率大小,超临界锅炉比亚临界锅炉的单价要高出约5%-10%,汽轮机单价变化不大,故整个火电机组,超临界比亚临界的单价要高出约2%-3%。

提高蒸汽参数,厂效率增加能降低运行成本,但要增加投资,二者之间有个优化数字。

据德国统计,按目前价格水平,提高超临界蒸汽参数,在每改善l%厂效率多花费3000万德国马克（DM）以内投资时,电厂仍能收到经济效益。

现以德国2台机组进行比较：

Staudinger的509MW机组,厂效率42.5%,单位投资2234DM/KW；留别克的400MW厂效率45.5%,单价          2275DM/KW。

后者比前者效率高3%,即使多投资3×3000万DM,即单价高出180DM/KW也是经济的。

实际上留别克机组单价只比Staudinger机组多141DM/KW,小于180DW/KW,说明留别克机组的经济效益高。

又德国Hessler电厂的700MW机组厂效率45.4%,若采用二次再热厂效率可增至46.1%,即增效0.7%但二次再热将增加单价216DM/KW。

增加厂效率0.7%如总投资只增加2100万DM还可收到经济效益,但Hessler如采用二次再热需增加总投资为216×700×1000=15120×104DM,此值甚大于2100万DM,故Hessler不选用二次再热的方案。