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[摘 要]超超临界机组运行过程中，对其机组参与及热力系统具有较大影响的因素非常的多，给水加热级数、容量、再热、压力、温度等都会对其热力系统及相关参数产生影响，本文就主要结合超超临界机组的实际特点，对其机组参数与热力系统的优化进行简单分析。
[关键词]超超临界机组；参数；热力系统；优化
中图分类号：TK265 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0290-01
在发电热力循环过程中，对机组的热效率具有重要影响的一个参数就是蒸汽参数，尤其是在燃煤火电机组热力系统的运行过程中，应用再热系统与增加再热次数的方式，能够促进系统循环热效率的有效提升，在超超临界机组运行过程中，做好其相关参数与热力系统的优化工作非常的必要，本文就主要针对此予以简单分析。
一、超超临界的热力学概念
火电厂工质用的是水，常规条件下对水进行加热，当水的温度达到给定压力下的饱和温度时，将产生相变，水开始从液态变成汽态，出现一个饱和水与饱和蒸汽两相共存的区域，这时尽管加热仍在进行，但汽水两相的温度不再上升，直至液态水全部蒸发完毕，干饱和汽才继续升温，成为过热蒸汽。但当温度超过临界温度tc值时，水的液相就不存在，与临界温度相对应的饱和压力称为临界压力Pc，临界点的压力和温度是水的液相和汽相能够平衡共存的最高值，为固有物性常数。水的临界参数为：tc=374.15℃，Pc=22.129MPa。在临界点以及超临界状态时，将看不见蒸发现象，水在保持单相的情况下从液态直接变成汽态。一般将压力大于临界点Pc的范围称为超临界区，压力小于Pc的范围称为亚临界区。从物理意义上讲，水的物性只有超临界和亚临界之分。所以可以在理解超超临界机组概念的过程中，认为超临界与超超临界只是一种人为的区分。
二、温度对超超临界机组热力系统的影响
热力循环分析表明，对于一定容量的机组，当蒸汽初压不变提高蒸汽初温，循环效率将会提高。同时，由于新蒸汽比容增大和低压缸排汽湿度减小，汽轮机的内效率也可提高，提高蒸汽的温度对提高机组热效率更有益。蒸汽初温的提高主要受材料的许用温度限制，当初温提高到一定程度，锅炉的过热器和再热器、汽轮机的高中压进汽部分的材料将需要采用热强度高的奥氏体合金钢。为此，日本的研究机构把主要精力放在了提高蒸汽温度方面，并在材料方面与日本钢铁工业合作研制出了配套的锅炉与汽轮机奥氏体耐热钢系列用材。在选用蒸汽温度参数的过程中，随着新型高温材料的研发及广泛应用，这使得超超临界汽轮机的主蒸汽与再热蒸汽的温度得到了明显提升。有研究数据表明，在一定的范围内，主蒸汽温度或再热汽温每提高10℃，机组的热耗就可下降0.25%～0.3%。为了使超超临界机组降低制造成本，提高市场竞争力，开发热强性高、工艺性好，价格低廉的高温材料是最关键的问题。
三、压力对超超临界机组热力系统的影响
当新蒸汽初温不变仅提高初压时，一定范围内可提高机组热效率。但单独提高初压过大，机组热效率反而会降低，其主要原因是初压提高时蒸汽比容减小，将使汽轮机超高压通流部分叶片高度减小，甚至需要采用部分进汽，这样将使叶片级的二次流损失和轴封漏汽损失都增大，将抵销一部分提高压力参数所带来的好处。同时，低压缸的排汽湿度将随初压的提高而增加，加大湿气损失，使汽轮机的热效率下降。另外初压过高又不采用二次再热，还将使低压缸末级叶片水蚀进入不可接受的程度。初温一定的情况下存在一个最佳初压，超过最佳初压后，机组的热耗率将趋于上升。根据分析，在相同的初温下，将主蒸汽压力从24.1MPa提高到31MPa，超超临界机组热效率能够改善1%～1.5%。
现代超超临界机组为适应调峰的需要，还要求锅炉和汽轮机能够滑压运行。当机组负荷低于75%～80%时，超超临界锅炉锅内压力已处于亚临界状态。设计超超临界锅炉时，还需要同时考虑锅炉在亚临界压力状态下运行的可靠性。从经济性考虑，超超临界机组应尽量带基本负荷运行，否则将影响其高效节能的优势发挥。
四、再热对超超临界机组人力系统的影响
为了提高大容量机组的经济性，通常采用中间再热的办法提高热力循环的平均吸热温度，降低热耗。采用中间再热，还可以减小低压缸末级的排汽湿度，提高汽轮机效率和延长末级叶片寿命。目前世界上投运的超超临界机组均采用中间再热。在材料性能允许的情况下，提高再热温度对经济性有利，通常再热温度与蒸汽初温选在同一水平，在中压缸进汽压力较低的情况下，为了减小排汽湿度，也有将再热蒸汽温度提高到高于主蒸汽温度的情况。关于再热次数，采用二次再热循环能比一次再热更能提高机组的热效率。二次再热循环的收益将进一步提高，在相同的蒸汽参数下采用二次再热循环够能得到的热效率改善为1.5%～2.0%。但是同时要指出，超超临界机组采用二次再热能够得到热耗率改善，但同时必须评估由于锅炉受热面、蒸汽管道的增加以及汽轮机的设备复杂性和材料价格而引起的电厂造价的增加，热效率提高获得的收益将有相当长时间用于抵冲增加的造价。
在蒸汽初参数和再热温度一定时，再热压力相对于热经济性也有一最佳值。对于二次再热循环超超临界机组，一次及二次再热压力最优化的结果通常是，一次再热蒸汽压力选为低于热力学最优值，而二次再热蒸汽压力一般选为略高于其最优值，以降低低压缸的进口蒸汽温度。
五、容量对超超临界机组人力系统的影响
超超临界机组的容量一般情况下应选得大些，其理由一是因为超高压部分蒸汽容积流量很小，如果机组容量选得不足够大，通流部分叶片高度过小，将引起气动损失增大，使提高参数带来的热经济性不明显；二是单机容量增大，降低了按千瓦分摊的设备费用、土建费用以及其它辅助设施费用，可使电厂的比投资明显降低。但是单机容量的增加主要受到全转速末级叶片长度的限制，美国和日本在1000MW以上的大容量机组之所以大量使用双轴汽轮机，是因为其电网频率为60Hz，在大容量和高转速的情况下，不得不采用双轴布置设计方案，即高压缸及再热中压缸部分采用全速设计，与一台全速发电机连接；低压缸部分采用半速设计，与另一台半速发电机连接，并与高中压全速轴系并列。双轴布置汽轮发电机组的造价比单轴布置高得多，而且要求较大面积的厂房和更复杂的电气系统。日本在用于3000rpm汽轮机的1092mm末级长叶片开发成功后，才开始着手进行1000MW单轴多缸汽轮机组的设计制造。因此超超临界机组的容量选择因根据汽轮机制造行业的设计制造能力水平合理选取。
六、给水加热级数对超超临界机组人力系统的影响
为了在超超临界蒸汽参数下最大限度地获得热耗率的改善，给水加热器的布置和最终给水温度要进行最优化。在选用较高蒸汽参数的情况下，给水加热器的数量将增大，给水加热的级数可以增加到10级，从而获得较高的最佳最终给水温度。同时在超超临界循环中，还选用温度高于冷再热点的加热器（HARP），以进一步提高最终给水温度，使机组进一步获得收益。研究实例证明，在热力学最优化点对热耗率进行比较，采用HARP带来的改善大约可达0.5%。同时采用HARP后，可以降低最佳再热器压力，而获得较高的最佳最终给水温度，这两个参数对锅炉的设计和造价将产生有利影响。
结束语
超超临界机组参数的选择受到许多因素的影响，本文就主要对超超临界机组参与与热力系统优化开展了简单分析，对于实际的超超临界机组参数优化具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 吕宗武，王治杰，王学凤.1000MW超超临界机组热力系统的优化[J].山东电力技术，2010（7）.
[2] 沈邱农，程钧培.超超临界机组参数和热力系统的优化分析[J].动力工程，2015（15）.
[3] 张书迎.超超临界机组热力系统经济性分析[J].能源与节能，2012（20）.
[关键词]超超临界机组；参数；热力系统；优化
中图分类号：TK265 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0290-01
在发电热力循环过程中，对机组的热效率具有重要影响的一个参数就是蒸汽参数，尤其是在燃煤火电机组热力系统的运行过程中，应用再热系统与增加再热次数的方式，能够促进系统循环热效率的有效提升，在超超临界机组运行过程中，做好其相关参数与热力系统的优化工作非常的必要，本文就主要针对此予以简单分析。
一、超超临界的热力学概念
火电厂工质用的是水，常规条件下对水进行加热，当水的温度达到给定压力下的饱和温度时，将产生相变，水开始从液态变成汽态，出现一个饱和水与饱和蒸汽两相共存的区域，这时尽管加热仍在进行，但汽水两相的温度不再上升，直至液态水全部蒸发完毕，干饱和汽才继续升温，成为过热蒸汽。但当温度超过临界温度tc值时，水的液相就不存在，与临界温度相对应的饱和压力称为临界压力Pc，临界点的压力和温度是水的液相和汽相能够平衡共存的最高值，为固有物性常数。水的临界参数为：tc=374.15℃，Pc=22.129MPa。在临界点以及超临界状态时，将看不见蒸发现象，水在保持单相的情况下从液态直接变成汽态。一般将压力大于临界点Pc的范围称为超临界区，压力小于Pc的范围称为亚临界区。从物理意义上讲，水的物性只有超临界和亚临界之分。所以可以在理解超超临界机组概念的过程中，认为超临界与超超临界只是一种人为的区分。
二、温度对超超临界机组热力系统的影响
热力循环分析表明，对于一定容量的机组，当蒸汽初压不变提高蒸汽初温，循环效率将会提高。同时，由于新蒸汽比容增大和低压缸排汽湿度减小，汽轮机的内效率也可提高，提高蒸汽的温度对提高机组热效率更有益。蒸汽初温的提高主要受材料的许用温度限制，当初温提高到一定程度，锅炉的过热器和再热器、汽轮机的高中压进汽部分的材料将需要采用热强度高的奥氏体合金钢。为此，日本的研究机构把主要精力放在了提高蒸汽温度方面，并在材料方面与日本钢铁工业合作研制出了配套的锅炉与汽轮机奥氏体耐热钢系列用材。在选用蒸汽温度参数的过程中，随着新型高温材料的研发及广泛应用，这使得超超临界汽轮机的主蒸汽与再热蒸汽的温度得到了明显提升。有研究数据表明，在一定的范围内，主蒸汽温度或再热汽温每提高10℃，机组的热耗就可下降0.25%～0.3%。为了使超超临界机组降低制造成本，提高市场竞争力，开发热强性高、工艺性好，价格低廉的高温材料是最关键的问题。
三、压力对超超临界机组热力系统的影响
当新蒸汽初温不变仅提高初压时，一定范围内可提高机组热效率。但单独提高初压过大，机组热效率反而会降低，其主要原因是初压提高时蒸汽比容减小，将使汽轮机超高压通流部分叶片高度减小，甚至需要采用部分进汽，这样将使叶片级的二次流损失和轴封漏汽损失都增大，将抵销一部分提高压力参数所带来的好处。同时，低压缸的排汽湿度将随初压的提高而增加，加大湿气损失，使汽轮机的热效率下降。另外初压过高又不采用二次再热，还将使低压缸末级叶片水蚀进入不可接受的程度。初温一定的情况下存在一个最佳初压，超过最佳初压后，机组的热耗率将趋于上升。根据分析，在相同的初温下，将主蒸汽压力从24.1MPa提高到31MPa，超超临界机组热效率能够改善1%～1.5%。
现代超超临界机组为适应调峰的需要，还要求锅炉和汽轮机能够滑压运行。当机组负荷低于75%～80%时，超超临界锅炉锅内压力已处于亚临界状态。设计超超临界锅炉时，还需要同时考虑锅炉在亚临界压力状态下运行的可靠性。从经济性考虑，超超临界机组应尽量带基本负荷运行，否则将影响其高效节能的优势发挥。
四、再热对超超临界机组人力系统的影响
为了提高大容量机组的经济性，通常采用中间再热的办法提高热力循环的平均吸热温度，降低热耗。采用中间再热，还可以减小低压缸末级的排汽湿度，提高汽轮机效率和延长末级叶片寿命。目前世界上投运的超超临界机组均采用中间再热。在材料性能允许的情况下，提高再热温度对经济性有利，通常再热温度与蒸汽初温选在同一水平，在中压缸进汽压力较低的情况下，为了减小排汽湿度，也有将再热蒸汽温度提高到高于主蒸汽温度的情况。关于再热次数，采用二次再热循环能比一次再热更能提高机组的热效率。二次再热循环的收益将进一步提高，在相同的蒸汽参数下采用二次再热循环够能得到的热效率改善为1.5%～2.0%。但是同时要指出，超超临界机组采用二次再热能够得到热耗率改善，但同时必须评估由于锅炉受热面、蒸汽管道的增加以及汽轮机的设备复杂性和材料价格而引起的电厂造价的增加，热效率提高获得的收益将有相当长时间用于抵冲增加的造价。
在蒸汽初参数和再热温度一定时，再热压力相对于热经济性也有一最佳值。对于二次再热循环超超临界机组，一次及二次再热压力最优化的结果通常是，一次再热蒸汽压力选为低于热力学最优值，而二次再热蒸汽压力一般选为略高于其最优值，以降低低压缸的进口蒸汽温度。
五、容量对超超临界机组人力系统的影响
超超临界机组的容量一般情况下应选得大些，其理由一是因为超高压部分蒸汽容积流量很小，如果机组容量选得不足够大，通流部分叶片高度过小，将引起气动损失增大，使提高参数带来的热经济性不明显；二是单机容量增大，降低了按千瓦分摊的设备费用、土建费用以及其它辅助设施费用，可使电厂的比投资明显降低。但是单机容量的增加主要受到全转速末级叶片长度的限制，美国和日本在1000MW以上的大容量机组之所以大量使用双轴汽轮机，是因为其电网频率为60Hz，在大容量和高转速的情况下，不得不采用双轴布置设计方案，即高压缸及再热中压缸部分采用全速设计，与一台全速发电机连接；低压缸部分采用半速设计，与另一台半速发电机连接，并与高中压全速轴系并列。双轴布置汽轮发电机组的造价比单轴布置高得多，而且要求较大面积的厂房和更复杂的电气系统。日本在用于3000rpm汽轮机的1092mm末级长叶片开发成功后，才开始着手进行1000MW单轴多缸汽轮机组的设计制造。因此超超临界机组的容量选择因根据汽轮机制造行业的设计制造能力水平合理选取。
六、给水加热级数对超超临界机组人力系统的影响
为了在超超临界蒸汽参数下最大限度地获得热耗率的改善，给水加热器的布置和最终给水温度要进行最优化。在选用较高蒸汽参数的情况下，给水加热器的数量将增大，给水加热的级数可以增加到10级，从而获得较高的最佳最终给水温度。同时在超超临界循环中，还选用温度高于冷再热点的加热器（HARP），以进一步提高最终给水温度，使机组进一步获得收益。研究实例证明，在热力学最优化点对热耗率进行比较，采用HARP带来的改善大约可达0.5%。同时采用HARP后，可以降低最佳再热器压力，而获得较高的最佳最终给水温度，这两个参数对锅炉的设计和造价将产生有利影响。
结束语
超超临界机组参数的选择受到许多因素的影响，本文就主要对超超临界机组参与与热力系统优化开展了简单分析，对于实际的超超临界机组参数优化具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 吕宗武，王治杰，王学凤.1000MW超超临界机组热力系统的优化[J].山东电力技术，2010（7）.
[2] 沈邱农，程钧培.超超临界机组参数和热力系统的优化分析[J].动力工程，2015（15）.
[3] 张书迎.超超临界机组热力系统经济性分析[J].能源与节能，2012（20）.