1000MW超超临界空冷发电机组选型及现状分析.pdf

第 3 0卷 第 3期 2 0 0 8年 3月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 1 3 0 No 3 Ma r 2 0 0 8 1 0 0 0 MW 超超 临界 空冷发 电机组选型及现状分析 T y p e s e l e c t i o n a n d p r e s e n t s i t u a t i o n a n a l y s i s o f l 0 0 0 MW u l t r a s u p e r c r i t i c a l ACC u n i t 安普亮 AN P u l i a n g 华 电宁夏 灵武发电有限公 司 宁夏 银川7 5 0 4 0 0 Hu a d i a n L i n g w u P o w e r G e n e r a t i o n C o r p o r a t i o n I i mi t e d Y i n e h u a n 7 5 0 4 0 0 C h i n a 摘要 介绍了大吝量超超临界机组技术以及大吝量直接空冷机组技术的应用现状和发展趋势 着重对华电 宁夏灵武发电有限公司二期工程将要建设的 1 0 0 0MW超超临界空冷机组的主机选型和技 术特点进行了论 述 并对其环保 节能情况和经济性进行 了分析 提 出了 1 0 0 0 MW 超超 临界 空冷机组制造 时应 考虑 的问题 以 及 需要进一步研究的问题 关键词 1 0 0 0M W 超超 临界机组 空冷技 术 主机 选型 环保 节能 中图分类号 T K 2 6 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 1 9 5 1 2 0 0 8 0 3 0 0 1 8 0 4 Abs t r a c t Te c hn i qu e O i l l a l g e c a p a c i t y u l t r a s up e t c r it i c a l un i t s a n d pr e s e nt s t a t u s d e v e l o p n l en t t r e n d s o f l a r g e ACC U n i t s a r e i n t o d u c e d i n t h i s r e p m T i l e s e l e c t i o n o f ma i n e q u i p me n t s a n d t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e 1 0 0 0 MW A C C u n i t s w h i c h w i l l h e c o n s t r u c t e d s o o n i n t h e p r o j e c t p h a s e I I i n L i n g w u P o w e r P l a n t a r e e x p o u n d e d a n d a l s o t h ei r e n v i r o nme n t p r o t e c t i ng a nd e n e r g y s a v i n g p r o s p e c t The pr o bl e ms s h o ul d b e c o n s i de r e d du r i n g ma n u f a c t u r i ng a n d n e e d e d t o b e s t u d i e d f u r t h e r o n 1 0 0 0 MW ul t r a s up e r c r i t i c a l ACC un i t s a r e p ut f o r wa r d i n t h i s p a p e r Ke y wor ds 1 00 0 MW u l t r a s up e r r i t i c a l u n i t a i r e o o l i n g t e c hn i qu e t y pe s e l e c t i o n e n v i r o n me nt p r o t e c t i n g a n d e n e r g y s a vi n g 0 引言 1 超超临界发电机组技术发展现状 随着 国家中长期科 学和技 术发展规 划纲要 2 0 0 6 2 0 2 0 及 中华人 民共和 国国民经济和社 会发展第十一个五年规划纲要 的实施 我 国电力 工业的建设将继续朝着高参数 大容量 低能耗 节 约资源和环境保护 的方向发展 我 国 贫油 少气 多煤 的一次能源结构特点决定 r在今后相当 K的 时间内 燃煤火力发 电仍将存我 国发电领域 占主导 地位 发展超超临界燃煤机组有利于提高机组热效 率 降低发电煤耗 同时可减少二氧化碳和其他大气 污染物的排放 其经济和社会效益非常显著 节约用水是我 国的一项基本国策 采用空冷技 术是火力发电厂非常有效的一项节水措施 建设空 冷机组较同等级的湿冷机组 可节约用水量 2 3左 右 非常适合西部干旱少雨地区 收稿 日期 2 0 0 8 0 1 2 8 超超临界发 电机组 自2 0世纪 9 0年代初开始发 展 到 2 0世纪 9 0年代末期其蒸汽温度基本都提高 到了 5 8 0 o C 6 0 0 o C 近年来一批百万千瓦级超超 临界发电机组相继投入运行 除可靠性很高外 其循 环效率可达到 4 5 左右 超超临界技术发展领先 的国家主要有 日本 德国和丹麦 其 中 丹麦 2 0 0 1 年投运的 A V V 2电厂的一台超超临界机组效率高达 4 9 这是 目前世界上超超临界机组中运行效率最 高的机组 我国超超临界机组的发展虽然起步较晚 但发 展 十分迅速 国内有数台超超临界机组已经投入商 业运行 数十台超超临界机组正在建设并将投入商 业运行 为 国产超超临界机组 的发展奠定 了基础 目前 华电国际邹 县发电厂四期工程 2 X 1 0 0 0 MW 超超临界机组及华能玉环电厂 2 X 1 0 0 0 MW 超超临 界机组 已顺利建成并成功投入商业运行 这 4台机 维普资讯 第 3期 安普亮 1 0 0 0 MW 超超临界空冷发 电机组选型及现状分析 1 9 组的成功运行标志着我国大容量超超临界机组的设 计 制造 配套 安装 调试和运行能力步人了一个崭 新的阶段 2空冷发电机组的应用情况 电站空冷技术的应用 已有半个多世纪的历史 而德国是世界上最早采用空冷系统 的国家 2 0世 纪 5 0年代末 匈牙利发展 了喷射式凝汽间接空冷技 术之后 各国纷纷大量采用直接空冷技术和表面式 凝汽器间接空冷技术 目前 国际上采用直 接空冷 系统容量最大的机组是德 国为南非设计 的 马丁巴 6 6 6 5 MW 电厂机组 采用间接空冷系统容量最大 的机组是南非的肯达尔6 6 8 6 MW 电厂机组 澳大 利亚的 K o g e n C r e e k 1 7 5 0 MW 电站将于 2 0 0 7年底 投入运行 我国自2 0世纪 8 0年代开始引进和建设空冷机 组 目前所采用的发电用直接空冷岛的单机容量最大 为 6 0 0M W 自2 0 0 2年以来 已有超过 4 0台套投产或 在建 通过多年的发展 国内已较好地掌握 了大型空 冷发电机组的设计 制造 安装和运行技术 华 电宁 夏灵武发电有限公司 以下简称灵武公司 一期工程 2 6 0 0 M W 空冷发电机组 1 2机已分别于 2 0 0 7年 6 月和 9月投入运行 目前运行 良好 灵武公 司 二 期 工程 即将 建设 的单 机 容 量 为 1 0 0 0 M W 的超超临界空冷机组在国际上是第 1家 在国内 已有 6 0 0 MW 亚临界 超临界空冷汽轮机和 1 0 0 0 MW 湿冷超超 临界 汽轮机 的设 计 制造 经验 结合 1 0 0 0 M W 超超临界空冷汽轮机的特点 对其具 有特殊要求的末级长叶片 轴承支承型式及轴 系稳 定性等问题 联合国内有关科研院 所 和电厂进行 联合攻关 完全具备开发 出具有 自主知识产权 的 1 0 0 0 MW 超超临界空冷汽轮机 的能力 3 1 0 0 0 MW 超超临界直接空冷机组主机选型 3 1 汽轮机选型 1 0 0 0 MW超超临界空冷机组主要是在超临界机 组的基础上提高主蒸汽 热再热蒸汽 的参数 通流部 分 叶片型式及末级叶片长度等会发生一些变化 采 用 1 0 0 0 MW 超超临界湿冷机组的高中压缸模块 与 6 0 0 M W 空冷汽轮机的低压缸模块组合进行设计 灵武公司二期工程 1 0 0 0 MW 超超 临界空冷机 组汽轮机采用一次中间再热 单轴 四缸四排汽 七 级 回热抽 汽 直接 空冷 凝 汽式 人 口参 数 为 2 5 0 MP a 6 0 0c c 6 0 0 c c 额定背压为 1 3 k P a 夏季背压为 3 3 k P a 额定给水温度为 2 9 8 7 c c 3 2 锅炉选型 1 0 0 0 M W 超超临界直接空冷机组和同容量超超 临界湿冷机组锅炉蒸发量相差不大 其他的技术要求 如锅炉型式 炉膛容积热负荷 断面热负荷 燃烧器区 域热负荷 燃烧器布置 水冷壁 型式 受热面布置型 式 各受热面材料选择 锅炉启动系统的配置以及锅 炉控制系统等均与超超临界湿冷机组所配的锅炉是 一 样的 邹县电厂和玉环电厂 1 0 0 0 M W 超超临界湿 冷机组的锅炉已经投入运行 国内 l 0 0 0 MW 超超临 界锅炉技术已经相对成熟 灵武公司 1 0 0 0 MW 超超 临界空冷机组采用变 压直流炉 一次再热 平衡 通风 固态排渣 全钢构 架 紧身封闭 全悬 吊结构 型锅炉 锅 炉容量和 主要参数 额定蒸发量 2 8 5 6 8 t h 锅炉出口蒸汽参 数 2 6 2 5 MP a 6 0 5 C 6 0 3 c c 3 3 发电机选型 超超 临界机组 的发 电机与超临界和亚临界的发 电机在设计 上没有区别 因容量的加大 1 0 0 0 MW 机组发电机的结构尺寸比 6 0 0 MW 机组发电机大得 多 如能采用公路运输 发 电机 的定子可以整体装 运 如果采用铁路运输 发电机在结构上需要作特殊 设计 目前 国外 的制造商已通过一些技术解决 了 交通运输 问题 灵武公 司 1 0 0 0 MW 超超 临界空冷 机组发电机额定容量为 1 0 0 0 M W 电压为 2 7 k V 频 率为 5 0H z 功率因数 c o s 0 0 9 冷却方式为水氢 氢 励磁方式为快速励磁 自并励 励磁 自带 P S S 4 1 0 0 0 Mw 超超 临界直接 空冷机组技术特点 4 1 空冷系统 4 1 1 空冷凝汽器布置方案 汽轮机的排汽通过大直径管道进入布置于主厂 房 A列前 的空冷岛 采用轴流风机使冷空气流过空 冷凝汽器管束 通过强制通风方式使蒸汽凝结成水 冷凝水经过处理后送 回到锅炉给水系统 每台空冷凝汽器分成 1 0排 每排有 8个冷却单 元 6顺 2逆 对空冷系统风机噪音进行 限制 选择噪音低的 风机 包括 电动机 风机采用变频调速 风机转速 应能在 2 0 1 1 0 额定转速范 围内任意调节 逆 流空冷凝汽器单元采用的风机应能反转运行 为防止外界风对空冷凝汽器 的影响 布置时要 避免夏季主导风从炉后 吹人空冷凝汽器 同时在空 冷凝汽器平台四周加装挡风墙以减少热风再循环 维普资讯 2 O 华 电裁术 第 3 O卷 4 1 2 空冷凝汽器系统 空 冷凝汽器是 由大管径 的 单排椭 圆翅 片管管 束 蒸汽分配管 管束上联箱 集管 管束下联箱 支撑管束的钢构架等组成 系统传热效率高 窄气阻 力小 性能先进 且其强度满足安装 运行 维修 冲 洗要求 排汽管道系统是指从汽轮机低压缸排汽装置出 口到与连接各空冷凝汽器的蒸汽分配管之l 甘 j 的管 道 以及在排汽管道上设置的滑动和固定支座 膨胀 补偿器 相关的隔断阀门 爆破膜 疏水等 管道系 统要求严密 管道之间采用焊接方式连接 转弯处的 弯管内有导流板 管道系统中有防止振动和吸收热 位移的工艺布置 主排汽管道直径约为 8 n 次总管变径后分 出 l O支直径 3 m 的上升支管与蒸汽分配管连接 蒸汽 分配管的直径由 3 H i 变到 2 6 n 后再变到 1 5 m 排 汽 管道 始 于汽 轮机 排 汽装 置 的排 汽 口 其 截 面通常为长方形 通过一个过渡件 与管道的直段相 连 直段的管道配备有加强环 管道上的不锈钢膨胀 节用于减小由于管道的热膨胀和位移导致的汽轮机 排汽装置的应力和位移 配备的人孔 门用于常规检 查 排汽管道还配备所有必须的固定和浮动支座 为 了保护冷凝系统 避免管道承受过高压力 安全隔膜 被安装在 由平台可以接近 的管道上 排气支管根据 要求安装蝶阀 4 2低压 缸末级 叶片 1 0 0 0M W 超超临界空冷汽轮机与 l 0 0 0 M W 超 超临界湿冷汽轮机的高 中压通流部分基本可通用 低压部分除末两级外 也可用湿冷机组的设计方案 l 0 0 0MW 超超临界 冷汽轮机研制的关键是空冷 末级叶片 东方汽轮机有 限公刊研制的 7 6 2 i ll ln叶 片于 2 0 0 7年 5月份通过 了国内相关专家组织的鉴 定 该叶片适 用于 四排汽 1 0 0 0 M W 空冷 汽轮机 7 6 2 m m叶片具有级效率高 根部反动度高 顶部反 动度低及变工况特性优 良等特点 在完成流型优化 设计之后 不但进一步采用全三维粘性流场 C F D软 件计算分析叶片级 的全三维 流场特性 而且对典型 截面完成了叶栅吹风试验 根据计算分析 精调静 动叶的叶型及成形规律 使全j 三 维流场特性达到最 优 最终完全确定静 动叶片的叶型及成形规律 计 算分析结果表明 通过全t维流场优化设计 流场特 性明显改善 级效率显著提高 7 6 2 m E叶片也采用 了大宽度 自带 阻尼 凸台拉筋 小应力集 中的 C C B C o n t i n u e C o v e r B u c k e t 结构设计 大幅度削减动应 力峰值 振动特性优 良 该叶片是一只大根径 大刚 度 大长度 结构 先进 安全可靠 适应背压范围大 变上况性能好 气动效率高的先进末级空冷叶片 4 3 1 0 0 0 M W 空冷汽轮机低压缸变形 1 合理的低压缸分层结构 l 0 0 0 MW 空冷汽 轮机低压缸采用有成功运行经验的 3层缸结构 均 采用焊接结构 低 内缸进汽室设计为装配式结 构 整个环形 的进汽腔室与内缸其他部分隔开 低压 进汽部分径 向预留间隙 使内外壁温差最大的进汽 部分在工作状态时的热膨胀受约束较小 2 水平 中分面的改进 低压内缸中分面法兰 全部采用钢板件焊接而成 消除了铸件残余应力引 起 的变形 3 成熟可靠的焊接工艺和热处理工艺 引进 低压缸设计 制造技术 优化焊接工艺 控制施焊顺 序 完善热处理工艺 减小残余应力 从而有效地控 制残余应力引起的变形 4 4给水泵选型 对于超超临界 1 0 0 0 MW 机组 给水 压力较高 给水流量比较大 通过综合技术经济比较 选择机组 配置 2台 5 0 B M C R容量 的汽 动 给水 泵和 l台 3 0 B MC R容量 的启动 电动给水 泵 汽动给水 泵 设计有专门的凝汽器 采用循环水冷却 确保其有 比 较稳定的背压 4 5 凝结水精处理系统 超 超 临界机组 汽水品 质 比亚 临界机组 汽水 品质 要求高 超超临界 1 0 0 0 MW 直接空冷机组 空冷系 统庞大 汽水李间大 凝结水 中铁离子含量高 同时 在夏季气温高时 凝结水温度会相应较高 对精处理 系统要求更高 在精处理系统设置时 要充分考虑 空冷机组 的特点 采用阴阳分 床或粉末树脂覆盖过 滤器精处理系统等方式 以确保凝结水精处理系统 安全稳定运行 5 l 0 0 0 M W 超超临界空冷机组节能环保优势 灵武公 二期 2 1 0 0 0 MW超超临界空冷发电 机组建成后 将成为我国乃至世界上参数最高 容量 最大 技术最先进 的燃煤空冷发电机组 机组热效率 高达 4 3 7 1 发电煤耗 2 8 1 4 g k W h 发电水 耗 0 5 6 m MW h 节能 节水 环保 符合国家 相关产业政策 1 0 0 0 MW 超超临界湿冷机组 发电水耗为 2 3 6 m M W h 而 1 0 0 0 MW 超超临界空冷发电机组 仅 为0 5 6 m MW h 采用空冷机组节水达7 0 维普资讯 第 3期 安普亮 l 0 0 0M W 超超临界空冷发电机组选型及现状分析 2 1 以上 由此可见 选择 同容量的发电机组 2台l 0 0 0 MW 空冷机组 比湿冷机 组可节水 约 3 6 0 0 IT I h 全 年节约用水约 2 5 0 0万 m l 0 0 0 MW 超超临界机组 在环 境保 护方 面也 具 有明显的优势 由于其发 电煤耗低 同步建设 脱硫 和脱硝装置 其 S O 烟尘 N O 和灰渣的排放量均 明显减少 从而减轻了对当地生态环境的损害 l 0 0 0 M W 超超 临 界机组 效率 高 发 电煤 耗 仅 2 8 l k W h 远低 于全国平均煤耗 在煤价 上 涨 环保压力不断加大的情况下 具有较强的市场竞 争力 不同技术等级空冷发电机组设计标准煤耗对 比情况见表 l 表 1 不同等级空冷机组设计标准煤耗对 比 6 0 0 MW 6 0 0 MW l 0 0 0MW 指 标 临 界超临界 超超临界 临 界超临界 超超临界 l 9 2 6 k W h 在 同等 发 电量 的 情 况下 采 用 2 1 0 0 0 MW 超超临界空冷发 电机组的节煤效果 明 显 经测算比 3 6 0 0 M W 亚临界空冷机组节约标煤 约 2 0万 t 年 6 结束语 1 我国 l 0 0 0 M W 超超 临界湿 冷机组 技术和 6 0 0 MW 空冷机组技术 已经成熟 均有 良好的运行