超临界机组优化运行分析.doc

超超临界机组优化运行分析胡洪华 王智微 朱宝田 何 新 杨 东（西安热工研究院有限公司， 西安710032）Optimize Oaperation Analysis of ultra-super critical unitHong Hua Wang Zhiwei Zhu Baotian He Xin Yang DongThermal Power Research Institute，Xian摘 要：概要介绍了玉环电厂1000MW 超超临界机组设备概况和特点；对超超临界机组优化运行进行了分析，指出了超超临界机组在运行方式和可控参数上优化运行的技术措施。对提高超超临界机组的运行经济性具有指导意义。关键词: 超超临界 优化运行 经济性Abstract: The general information and features of 1000MW ultra-supercritical unit of YuhuanPower Plant are illustrated. The operation optimization of ultra-supercritical unit is analyzed. Thetechnical measures to optimize the operation modes and controllable parameters ofultra-supercritical unit are presented, which provides useful information for raising economics ofultra-supercritical unit.Key words: ultra-supercritical, operation optimization, economics1 概述超超临界机组具有煤耗低、技术含量高、环保性能好等特点。如何进一步提高其运行经济性是电力行业面临的课题。随着我国超超临界机组的陆续在建和即将投运，为作好超超临界机组的生产运行准备和进一步提高超超临界机组的运行经济性。本文在863 课题超超临界燃煤发电技术（2002AA526010）子课题5：超超临界机组电站设计与运行技术研究中的超超临界机组性能在线监测和优化运行指导软件研究和开发专题研究完成的基础上，介绍了浙江玉环电厂1000MW 超超临界机组主辅机设备的特点，对其优化运行进行了分析，并提出了提高其经济性的措施，对提高即将投入运行的超超临界机组的经济性具有指导意义。2 玉环1000MW 超超临界机组设备概况超超临界机组一般指进汽压力高于27MPa，或汽温高于593的机组。华能玉环电厂41000MW机组是我国第一个超超临界示范项目。2.1 锅炉锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司与日本三菱重工业株式会社MHI 合作生产的超超临界参数变压运行垂直管圈水冷壁直流炉，单炉膛、一次中间再热、八角双火焰切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构 型、露天布置燃煤锅炉。2.2 汽轮机汽轮机为单轴、四缸四排汽、1000MW，进汽参数为26.25MPa，600/600，一次再热汽轮机。由上海汽轮机有限公司与SIEMENS 公司联合设计制造。采用了SIEMENS 公司在单轴容量在带格式的: 项目符号和编号下端差（） 5.6 5.6 5.6 5.61000MW 等级“HMN”型模块最先进的技术1。2.3 主要辅机2.3.1 给水泵给水系统配置250%汽动给水泵组和125电动给水泵组。日本荏原公司提供250%汽动给水泵和125电动给水泵。2.3.2 凝结水泵凝结水泵选择350容量方案，英国Sulzer 公司供货。2.3.3 循环水泵每台机组设置2 台50容量的动叶可调循环水泵，每台循环水泵初步确定参数：Q=16.2m3/s，H=22m，N=5200kW。2.3.4 凝汽器凝汽器采用双背压、双壳体、单流程、表面冷却式。凝汽器的设计能在汽轮发电机保持在TMCR工况下的出力及循环水入口温度20C，循环水温升9，清洁系数0.9 的条件下，凝汽器平均背压为4.9kPa。2.3.5 加热器每台机组配置23 台50%容量、卧式高压加热器。每台加热器均按双流程设计，由过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段三个传热区段组成，为全焊接结构。每台机组配置4 台低压加热器和1 台疏水冷却器，按双流程设计。2.3.6 磨煤机磨煤机采用原美国CE 公司（现ALST0M 公司）进口技术的HP 磨煤机，分离器采用动态型加文丘里式煤粉分配器。2.3.7 送风机和一次风机送风机、一次风机各按250容量配置，采用动叶可调轴流风机。上海鼓风机厂供货，德国TLT公司作为技术支持方。2.3.8 引风机引风机按照2100%容量配置，静叶可调轴流风机。成都电力修造厂制造。3 超超临界机组优化运行分析机组的优化运行是在保证机组安全性前提下，根据机组和设备的性能，通过调整机组和设备的运行方式及相关的热力参数，使得机组能在最佳工况下运行的方式。当以机组的供电煤耗率为最小时，寻求机组运行参数包括主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热汽温度、排汽压力、给水温度、排烟温度、氧量等的最佳值。根据文献2研究的结论，玉环电厂1000MW 机组超超临界机组可以从下面几个方面进行运行方式和运行参数的优化。3.1 汽轮机从下列几个方面对汽轮机运行进行优化。1) 主蒸汽压力SIEMENS 公司1000MW 汽轮机能从T-MCR 负荷到与锅炉相一致的最低负荷的范围内稳定运行，采用带补汽调节阀的定滑运行方式。在保持主调节门全开，补汽调节阀尚未开启的全周进汽运行方式下，机组在不同负荷时，主汽压力在不同的负荷下设定的滑压曲线见图1。2) 主蒸汽温度、再热蒸汽温度主蒸汽温度、再热蒸汽温度属于第一类运行参数，只有其数值为设计值时，机组的运行经济性带格式的: 项目符号和编号带格式的: 项目符号和编号最好。因此，可以认为这些参数的基准值为制造厂提供的设计值。玉环电厂1000MW 机组主蒸汽温度、再热蒸汽温度在100%TMCR-25%TMCR 下应该维持在6003。3) 凝汽器背压的优化玉环电厂21000MW 机组配置4 台50容量的动叶可调循环水泵，采用一机两泵单元制供水方案，因此，可以根据潮位、水温、机组负荷的变化情况自动对水泵叶片角度进行调节，以降低循泵的能耗。其中循环水泵最佳运行模型为4：主汽压力与负荷关系曲线051015202530200 400 600 800 1000 1200负荷(MW)主汽压力(MPa)主汽压力图1 补汽调节阀尚未开启的全周进汽运行方式下主汽压力的设定曲线Wf W JWf N W tpf N pWf N W tpf N p w iBkw BkAkAk=+ ( , ) ( , , ) ( , ) ( , , ) ( , ) 2 1（1）T N 对应循环水量变化引起的背压变化后机组功率变化量；p N动叶角度变化引起的循环水泵功率变化量；( , ) Ak f N P 、( , ) Bk f N P 汽轮机高、低压侧排汽缸微增出力与机组负荷和背压关系；( , , ) w2 f N W t 、( , , ) w1 f N W t 高、低压侧凝汽器热力试验特性；( , ) i f W J 动叶角度变化时，循环水量与耗功关系；PAk，PBk 高、低压侧凝汽器背压。4) 加热器端差根据SIEMENS 公司提供的热平衡图，表1 给出了加热器端差的设计值，实际加热器出口端差应该通过现场机组精心的调整试验得到。表1 加热器设计端差编号 #1高 #2 高 #3 高 #4 低 #3 低 #2 低 #1 低 疏水加热器上端差（） -1.7 0 0 2.8 2.8 2.8 2.8 5.63.2 锅炉在实际运行中如何充分发挥超超临界机组的技术优势，需要对超超临界锅炉的实际运行进行优化。根据国外超超临界锅炉的优化运行经验和某电厂超临界锅炉的优化运行软件开发经验，可以认为玉环电厂超超临界锅炉可以从锅炉效率、污染物排放等几个方面进行运行优化。1) 锅炉效率提高锅炉效率的方法很多，影响锅炉效率的因素也很多。如何通过运行优化试验和优化软件对超超临界锅炉燃烧效率的提高提供方法或依据是锅炉运行优化的关键和核心。根据国外超超临界锅炉的优化运行经验和某电厂超临界机组运行优化软件的应用，玉环电厂超超临界锅炉效率应注意研究煤质变化带来的影响。由于我国电厂用煤的来源和煤质多变，需要电厂适时得到入炉煤的煤质资料。当入炉煤的煤质资料确定后，才能较为准确可靠地计算标准燃煤量、煤/水比等控制参数。同时针对实际运行的锅炉和煤质，通过运行优化试验确定最佳地燃煤细度、炉膛出口氧量、燃烧器运行方式等，为锅炉地经济运行提供基础数据。如九州电力松浦发电厂1 号超临界机组（700MW）采用了日本三菱技术生产的超临界锅炉，由于MRS 磨降低了粗煤粉含量的效果，实现了低过量空气系数运行（在额定负荷下为1015），不完全燃烧损失减小，锅炉效率可达到91.6（设计值89.2）。三隅发电厂（NO.1）1000MW 超超临界燃煤锅炉采用了日本三菱技术，通过采用APM 燃烧器和MRSII 磨煤机，减少了未燃碳损失，实现了低过量空气率运行，锅炉效率达到91.83%（保证值为89.21%）。考虑我国电厂用煤的来源和煤质多变的特点，对不同的燃料可能存在不同的最佳锅炉效率。因此，当玉环电厂超超临界锅炉投入运行后需要一定的时间对锅炉的运行优化进行研究，使锅炉运行效率最佳。2) 污染物排放三菱公司超超临界锅炉采用PM 低NOx 燃烧器和MACT（炉内脱氮系统），配以MRS 磨煤机，其PM 低NOx 燃烧器已有222 台锅炉的业绩。PM 燃烧器是利用燃烧器内形成的两股浓度不同的煤粉气流，生成了浓、淡两种火焰，可抑制炉膛中NOx 的生成。MACT 是与PM 燃烧器一体化的炉内脱硝方法，利用上二次风（OFA）保证炉膛内有充分的空间进行NOx 还原，同时在炉膛上部设置了附加空气喷口，以使NOx 进一步降低并保证飞灰可燃物的燃尽度。在主燃烧器的燃烧区维持空气煤比例在理论燃烧空气比以下，使燃烧缓慢进行，在抑制NOx发生的同时生成还原性碳氢化合物。燃烧器上方设置的OFA 供给追加的空气来使生成的碳氢化合物氧化，在上部空间把生成NOx 还原掉。NOx 还原区之后气流中残留的飞灰可燃物由AA 喷口供给的空气进行完全燃烧，来实现高水平的低NOx 燃烧。显然，主燃烧区域和炉膛出口的过量空气系数可以通过总风量、OFA 和AA 的比例进行调节。从已有的资料看，对烟煤和次烟煤可以通过PM 低NOx 燃烧器和MACT 燃烧系统可以在炉膛出口过量空气系数在1.1-1.5 和低NOx 排放的同时控制飞灰可燃物。针对玉环电厂超超临界锅炉的燃烧系统特点，飞灰可燃物、炉膛出口过量空气系数和NOx 排放是运行优化的重点控制参数。对难燃煤种（如无烟煤和贫煤）和灰份较高的煤种（收到基灰分Aar 大于25%），PM 低NOx燃烧器和MACT 燃烧系统是否能够达到烟煤和次烟煤的燃烧效果还需要进一步的运行数据验证。飞灰可燃物、炉膛出口过量空气系数和NOx 排放量之间应该针对不同煤种有一个最佳的控制数据，使锅炉效率和环保效益最佳。因此有必要在SIS 系统中针对玉环电厂超超临界锅炉的燃烧系统开发一套燃烧优化系统，使机组经济性最佳。带格式的: 项目符号和编号.3 辅助设备厂用电率超超临界机组辅助设备的构成与常规机组相同，主要为循环水泵、凝结水泵、风机和磨煤机。如何优化这些设备的运行方式，降低机组厂用电率是提高玉环超超临界机组效率的一个重要技术措施之一。循环水系统可以通过循环水泵的优化运行既达到凝汽器的最佳背压，又可以减少循环水泵的耗电率。凝结水泵为350方案，应研究机组定滑压运行方式下，3 台凝结水泵合理的运行方式，以降低其耗电率。对制粉系统，由于煤质的变化必然引起磨煤机耗电率的变化，减少磨煤机耗电率会使煤粉粒度增加和燃烧效率的降低。因此，对不同煤质应存在一个最佳经济细度，在该细度下磨煤机耗电率和燃烧损失使供电煤耗最低。对烟风系统，应加强空气预热器的运行状态监测，重点进行空气预热器漏风率的适时计算。对一次风，外高桥二期工程空气预热器一次风的实际漏风率接近50，比设计时选定的数据高出近一倍。因此，对玉环电厂超超临界锅炉有必要通过空气预热器漏风率的适时计算为空气预热器运行状态的适时调整及及时检修提供参考依据。由于在辅机设备选型时，风机设备都留有一定地余量。对风烟系统，玉环电厂超超临界机组配有两台一次风机、两台二次风机和两台引风机，如何使风机负荷分配最佳也是降低厂用电率的一个重要措施。九州电力松浦发电厂超临界机组运行后锅炉有关辅机的厂用电率达到1.7（比设计值2.1低），从而提高了供电效率。因此，可以相信玉环电厂超超临界机组投运后在厂用电率的优化上有潜力可挖。3.4 实施超超临界机组优化运行的手段上述指出了超超临界机组运行的优化方向。那么，超超临界机组优化运行的实施可以通过下列技术手段来达到：(1) 通过超超临界机组优化运行试验，确定机组运行方式和参数的优化（基准值）；(2) 通过工程中设计的SIS 系统对超超临界机组的运行性能进行监测、分析和诊断和优化运行软件模块达到机组运行在最佳的水平。4 总结在分析玉环电厂1000MW 超超临界机组的主、辅机、容量和特点的基础上，从汽轮机、锅炉和主要辅机的运行方式和可控参数上分析了机组优化运