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摘要:针对抽汽参数的特别要求,结合机组容量及热平衡图,提出抽汽方案,分析对汽轮机和锅炉运行的影响,并提出可行性参考意见。
关键词:超临界;高温抽汽;调整抽汽;受热面超温;经济性
拟建项目的装机容量为4×250MW超临界燃煤抽凝机组,海水直流循环。锅炉过热器出口流量约为850t/h,25.4MPa(g),571℃,一次中间再热。
根据湿法冶炼项目生产线工艺要求,需求的蒸汽参数为压力不低于5.5MPa、温度不低于280℃、流量为175t/h,负荷性质稳定,凝结水不回收。直线输送距离约为1km。经计算,确定抽汽口参数为:
1、供汽参数:压力≥6.0MPa、温度≥300℃、流量为175t/h。
2、抽汽方式:3运1备,每台机组抽汽量为58.33t/h。
3、抽汽类型:可调整抽汽(采用中联门调节高压排汽缸的压力,此压力在60%~100%负荷率时压力可调,电厂外供蒸汽稳定)。
4、机组出力:纯凝工况下机组出力为250MW。
一、汽机厂方案
1、上海汽轮机厂
上海汽轮机厂采用双缸单排气结构,无调节级,末级叶片高1050mm。上汽厂根据其产品结构提出二种方案。
方案一:从高压缸排汽抽汽,在负荷范围为60%~100%TMCR内可以满足抽汽压力要求。当主机负荷变化时(<85%负荷时),需要调节中联门来调节压力(即通过关小中联门,提高高压排汽缸的排汽压力),由于上汽厂是引进西门子技术,其控制逻辑及调节过程比较复杂。抽汽类型为调整抽汽。
方案二:从高压缸内部抽汽(汽轮机内部压力级约9级处),相当于把补汽口移至一段抽汽前两级处。当负荷在70%~100%TMCR变化时,抽汽参数可以满足要求。机组负荷率越高,抽汽压力和温度就越高(温度基本在480℃以上),需要通过减温减压来满足用汽要求。抽汽类型为非调整抽汽。负荷和压力曲线如下:
从上图可以看出,当50%负荷率时能满足抽气口压力要求,但当机组负荷率达到240MW时,抽汽口压力接近14MPa、温度接近484℃,需要减温减压后才能外供蒸汽,经济性较差。
2、东方汽轮机厂
东方汽轮机厂采用双缸双排气结构,带调节级,末级叶片高660mm。
推荐方案:采用高压缸排汽供汽方案。利用中联门联调方式,可以保证汽机在60%~100%TMCR工况下均能满足抽汽要求。该方案已在多台机组中应用。
据东汽介绍其在广西平果铝电厂(主要生产电解铝)350MW超临界机组上采用的抽汽方案,其抽汽压力7.2MPa,抽汽量225t/h,运行负荷率达到80%以上。此台机组投运2年运行情况良好。
3、结论
综合两个汽轮机厂的方案,推荐采用高压缸排汽供汽方案。抽汽压力定在6.0MPa,这是因为如果抽汽压力过高,例如6.4MPa,中联门参调开度不低于33%,不确定因素太多,且负荷率需达到70%以上才能保证抽汽参数;纯凝汽工况运行时,因高压排汽温度同比升高,中联门口径选择较小,不参调时经济性较差,热耗会降低20KJ/kw.h左右,折成标煤耗约1g/kw.h。采用本方案,对汽轮机成本(本体部分)无明显增加,增加部分来自设置在抽汽口的两台电动门及1台抽汽逆止门(气动、要求速关、进口)、DCS控制系统增加部分卡件及控制逻辑。
二、锅炉厂方案
由于抽汽参数较高,当抽汽量发生变化时,对锅炉的再热系统会产生影响。
1、上海锅炉厂:
1)锅炉烟气通道为单烟道,即全烟气流量通过再热系统。
2)再热系统汽温调节只能通过燃烧器上下摆动(±20°)和喷水减温来调节。调节措施有一定的局限性,对锅炉再热器出口汽温影响较大:
抽汽工况 不抽汽工况 备注
方案一(受热面按纯凝工况设计) 587℃ 569℃ 需提高锅炉再热器系统、汽机中压缸和热段管道的材质(P92)。造价昂贵。
方案二(受热面按抽汽工况设计) 569℃ 551℃ 不抽汽时汽机效率降低,增加標准煤耗约1.5g/kwh。
注:采用方案一不是上汽厂汽轮机的问题,是上锅厂在抽汽工况时温度升高较高(纯凝时566℃),抽汽时达到587℃,这样因温度升高会造成汽轮机中压缸材质升高,这部分成本升高对汽轮机采购成本影响较大。
2、东方锅炉厂
1)锅炉尾部烟道设计为双烟道,可以通过烟气挡板来调节再热汽温。
2)在低温过热器前设置一路喷水减温装置,当运行工况切换过程中(烟气挡板动作需要一定的时间,约30分钟),可以通过喷水来控制再热汽温。
3)由于再热器系统局部金属壁温会升高(主要是高再和低再),故需要增加高等级材料的使用范围;因压力升高部分管道会增加壁厚,增加费用共约3%。
4)可以保证再热器出口汽温不受影响。
三、经济性比较(取TMCR工况)
二 经济性
四、结论
综上:采用中联门调节,从高压缸排汽供汽方案是可行的,其经济性和和供汽稳定性较好(60%~100%负荷内可调)。
需要说明的是:
1、当纯凝工况额定功率定到250MW时,抽汽工况下发电功率为230MW。
2、 如抽汽工况发电功率定到250MW,此时凝气工况功率会达到275MW左右。
参考文献:
[1]胡泽丰,高参数旋转隔板在300MW等级抽汽式机组上的运用[J],热力透平 2011(3),59-61.
[2]陈媛媛,等.等效焓降法在大型机组抽汽供热的热经济性分析中的应用[J],汽轮机技术,2009,51(9):410-416.
作者简介: 董见峰 男(1977、04、27)民族 汉,籍贯 湖北 蕲春 本科,高级工程师,主要从事,火力发电厂设计。
关键词:超临界;高温抽汽;调整抽汽;受热面超温;经济性
拟建项目的装机容量为4×250MW超临界燃煤抽凝机组,海水直流循环。锅炉过热器出口流量约为850t/h,25.4MPa(g),571℃,一次中间再热。
根据湿法冶炼项目生产线工艺要求,需求的蒸汽参数为压力不低于5.5MPa、温度不低于280℃、流量为175t/h,负荷性质稳定,凝结水不回收。直线输送距离约为1km。经计算,确定抽汽口参数为:
1、供汽参数:压力≥6.0MPa、温度≥300℃、流量为175t/h。
2、抽汽方式:3运1备,每台机组抽汽量为58.33t/h。
3、抽汽类型:可调整抽汽(采用中联门调节高压排汽缸的压力,此压力在60%~100%负荷率时压力可调,电厂外供蒸汽稳定)。
4、机组出力:纯凝工况下机组出力为250MW。
一、汽机厂方案
1、上海汽轮机厂
上海汽轮机厂采用双缸单排气结构,无调节级,末级叶片高1050mm。上汽厂根据其产品结构提出二种方案。
方案一:从高压缸排汽抽汽,在负荷范围为60%~100%TMCR内可以满足抽汽压力要求。当主机负荷变化时(<85%负荷时),需要调节中联门来调节压力(即通过关小中联门,提高高压排汽缸的排汽压力),由于上汽厂是引进西门子技术,其控制逻辑及调节过程比较复杂。抽汽类型为调整抽汽。
方案二:从高压缸内部抽汽(汽轮机内部压力级约9级处),相当于把补汽口移至一段抽汽前两级处。当负荷在70%~100%TMCR变化时,抽汽参数可以满足要求。机组负荷率越高,抽汽压力和温度就越高(温度基本在480℃以上),需要通过减温减压来满足用汽要求。抽汽类型为非调整抽汽。负荷和压力曲线如下:
从上图可以看出,当50%负荷率时能满足抽气口压力要求,但当机组负荷率达到240MW时,抽汽口压力接近14MPa、温度接近484℃,需要减温减压后才能外供蒸汽,经济性较差。
2、东方汽轮机厂
东方汽轮机厂采用双缸双排气结构,带调节级,末级叶片高660mm。
推荐方案:采用高压缸排汽供汽方案。利用中联门联调方式,可以保证汽机在60%~100%TMCR工况下均能满足抽汽要求。该方案已在多台机组中应用。
据东汽介绍其在广西平果铝电厂(主要生产电解铝)350MW超临界机组上采用的抽汽方案,其抽汽压力7.2MPa,抽汽量225t/h,运行负荷率达到80%以上。此台机组投运2年运行情况良好。
3、结论
综合两个汽轮机厂的方案,推荐采用高压缸排汽供汽方案。抽汽压力定在6.0MPa,这是因为如果抽汽压力过高,例如6.4MPa,中联门参调开度不低于33%,不确定因素太多,且负荷率需达到70%以上才能保证抽汽参数;纯凝汽工况运行时,因高压排汽温度同比升高,中联门口径选择较小,不参调时经济性较差,热耗会降低20KJ/kw.h左右,折成标煤耗约1g/kw.h。采用本方案,对汽轮机成本(本体部分)无明显增加,增加部分来自设置在抽汽口的两台电动门及1台抽汽逆止门(气动、要求速关、进口)、DCS控制系统增加部分卡件及控制逻辑。
二、锅炉厂方案
由于抽汽参数较高,当抽汽量发生变化时,对锅炉的再热系统会产生影响。
1、上海锅炉厂:
1)锅炉烟气通道为单烟道,即全烟气流量通过再热系统。
2)再热系统汽温调节只能通过燃烧器上下摆动(±20°)和喷水减温来调节。调节措施有一定的局限性,对锅炉再热器出口汽温影响较大:
抽汽工况 不抽汽工况 备注
方案一(受热面按纯凝工况设计) 587℃ 569℃ 需提高锅炉再热器系统、汽机中压缸和热段管道的材质(P92)。造价昂贵。
方案二(受热面按抽汽工况设计) 569℃ 551℃ 不抽汽时汽机效率降低,增加標准煤耗约1.5g/kwh。
注:采用方案一不是上汽厂汽轮机的问题,是上锅厂在抽汽工况时温度升高较高(纯凝时566℃),抽汽时达到587℃,这样因温度升高会造成汽轮机中压缸材质升高,这部分成本升高对汽轮机采购成本影响较大。
2、东方锅炉厂
1)锅炉尾部烟道设计为双烟道,可以通过烟气挡板来调节再热汽温。
2)在低温过热器前设置一路喷水减温装置,当运行工况切换过程中(烟气挡板动作需要一定的时间,约30分钟),可以通过喷水来控制再热汽温。
3)由于再热器系统局部金属壁温会升高(主要是高再和低再),故需要增加高等级材料的使用范围;因压力升高部分管道会增加壁厚,增加费用共约3%。
4)可以保证再热器出口汽温不受影响。
三、经济性比较(取TMCR工况)
二 经济性
四、结论
综上:采用中联门调节,从高压缸排汽供汽方案是可行的,其经济性和和供汽稳定性较好(60%~100%负荷内可调)。
需要说明的是:
1、当纯凝工况额定功率定到250MW时,抽汽工况下发电功率为230MW。
2、 如抽汽工况发电功率定到250MW,此时凝气工况功率会达到275MW左右。
参考文献:
[1]胡泽丰,高参数旋转隔板在300MW等级抽汽式机组上的运用[J],热力透平 2011(3),59-61.
[2]陈媛媛,等.等效焓降法在大型机组抽汽供热的热经济性分析中的应用[J],汽轮机技术,2009,51(9):410-416.
作者简介: 董见峰 男(1977、04、27)民族 汉,籍贯 湖北 蕲春 本科,高级工程师,主要从事,火力发电厂设计。