华能营口电厂600MW超超临界机组设计特点.doc

华能营口电厂600MW超超临界机组设计特点摘要：华能营口电厂2X600MW超超临界机组为国内首台投运的600MW等级超超临界机组，本文介绍汽轮机系统及设备在系统拟定、设备选型和主厂房布置等方面的设计特点。 关键词：两缸两排汽；超超临界；保证热耗；标准煤耗；主厂房布置 1 概述 华能营口电厂二期工程安装两台600MW超超临界机组，三大主机由哈尔滨三大动力厂引进日本三菱技术设计制造。两台机组分别于2007年8月31日及10月14日移交生产，通过投产后运行实践，两台机组各项指标达到设计要求 2 主要热经济指标 1) 汽轮机在热耗率验收(THA)工况的保证热耗率值：7428KJ/KW.h（暂定） 2) 锅炉在额定蒸发量时的保证热效率：93.34 % (设计煤种)3) 机组绝对效率：48.465 %4) 发电厂热效率：44.785%5) 发电标准煤耗率：274.65g/KW.h3 汽轮机主要设计特点 3.1机组的参数 汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司生产的超超临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、单背压、凝汽式汽轮机。汽轮机具有八级非调整回热抽汽，给水泵汽轮机排汽进入主机凝汽器。汽轮机额定转速为3000转/分。汽轮机型号：CLN600-25/600/600型。 汽轮机主要参数汇总表名 称单位TRL工况TMCR工况VWO工况THA工况功率 MW600.000624.100646.900600.000热耗率 kJ/kWh7637744774697428主蒸汽压力MPa(a)25.025.025.025.0再热蒸汽压力MPa(a)4.304.334.544.12主蒸汽温度 600600600600再热蒸汽温度600600600600主蒸汽流量 t/h1709.2321709.2321795.0001622.487再热蒸汽流量t/h1389.1231398.1321464.4451330.774高压缸排汽压力 MPa(a)4.784.815.044.58低压缸排汽压力 kPa(a)11.84.94.94.9低压缸排汽流量t/h970.433972.8111012.721932.235补给水率 %30003.2机组的形式 华能营口电厂二期工程的2X600MW超超临界机组采用的是日本三菱公司设计的两缸两排汽机组，与备选方案三缸四排汽机型相比，机组的高中压部分设计相同，均为三菱公司的设计技术；两缸机组的低压缸为三菱公司设计技术，而三缸机组的低压缸为哈汽的常规超临界设计技术。两缸两排汽机组长21米，宽10.5米，高7.5米，本体总重770吨；三缸四排汽机组长28米，宽10.5米，高6.2米，本体总重1020吨。两缸机组的外形及重量均远小于三缸机组，制造成本低。从热耗率来看，三缸机组THA工况的设计热耗率比两缸机组低24kJ/kW.h，全年加权平均热耗率比两缸机组低6.4kJ/kW.h，两缸机组的热耗率略高于三缸机组。与两缸机组完全相同的日本广野5#机组，到目前运行的各项指标均达到设计值。尤其是世界上最长的48英寸末级钢制叶片在投运前进行了大量的实验验证，以确保其安全性，并且在广野5#机组上安全运行。综合上述因素，由于两缸机组与三缸机组的经济性基本相当，而两缸机组的制造成本及运行维护成本均低于三缸机组，安全性也得到了相应的验证，因而两缸两排汽机型是比较合理的选择。 3.2机组参数的确定 主蒸汽的温度拟采用580或600，汽机厂对采用两种不同的主蒸汽温度，从热耗率和制造成本方面进行了计算比较，主蒸汽温度采用580，在THA工况下，机组的热耗率比主蒸汽温度采用600高43 kJ/kW.h，全年的运行成本高228万元左右（年运行小时7800h，标准煤价400元/吨，标准煤发热量29300 kJ/kg）。主蒸汽温度从580提高到600，汽轮机主要部件的材料不变，只是高压进汽部分的壁厚增加20%左右，对汽轮机的制造成本的影响仅20万元左右。综合上述，主蒸汽温度采用600比主蒸汽温度采用580有较大优势。主蒸汽压力经过优化后，确定锅炉出口为26.25MPa，汽轮机入口为25MPa。 3.3机组的特点 汽轮机为单轴、两缸、两排汽、一次中间再热、凝汽式机组。高中压汽轮机采用合缸结构，汽轮机低压缸采用48英寸末级叶片，这种设计降低了汽轮机总长度，紧缩电厂布局。机组采用超超临界蒸汽参数（25MPa、600600），因此具有较高的经济性，设计工况下机组热耗率为7428kj/kwh，发电煤耗274.65g/kwh，供电煤耗294.13g/kwh，处于同功率等级机组领先地位。两台机组分别于2007年8月31日及10月14日移交生产，通过投产后运行实践，机组各项指标达到设计值。 3.4 机组技术经济性比较 与超临界机组的经济性比较 营口600MW超超临界机组与600MW超临界机组经济指标比较 技 术 经 济 指 标 比 较 项 目 600MW超超临界机组 600MW超临界机组 主蒸汽参数 25MPa/600/60024.5MPa/566/566汽机热耗(kJ/kW.h)74287522锅炉效率(%)93.393.3管道效率(%)9999发电效率(%)44.844.2发电煤耗(g/kW.h)274.7278.3效率提高(%)+1.30600MW超超临界机组比600MW超临界机组有较好的经济性，效率提高1.3%。为营口电厂降低成本，竞价上网发电打下良好的基础； 与600MW超临界机组比年节省标准煤23760吨/年（按发电设备利用小时5500小时计算），预计年降低生产成本1069.2万元（按标煤450元/吨）。 4 四大管道材料设计特点 4.1主蒸汽和再热热段管道材料 超超临界机组设计关键之一是选择合适的高温管道用钢材，高温管道用钢材一般考虑以下因素：要求具有高的高温热强度、耐高温腐蚀、耐汽侧氧化、有良好的焊接及加工性能，经济上比较合理。根据各国的应用经验，适用于600以上的高温管道材料主要有ASTM A335 P92、ASTM A335 P122和E911等三种。对于主蒸汽和再热热段蒸汽管道，从高温热强度、焊接方面及抗氧化性等方面的综合比较，A335 P92做为主蒸汽和再热热段管道的材料比P122和E911有更大的优势。由于当时A335 P92材料没有纳入任何材料标准（只列入ASME Code Case），通过研讨，其许用应力值是根据2005年ECCC(欧洲蠕变学会)的评估值而选取的，610时的许用应力为66.6Mpa。2007年，P92材料被纳入欧洲标准：DIN EN 10216-2，材料牌号为：X10CrVVMoVNb9-2，610时的许用应力为66.6Mpa。 4.2再热冷段管道材料 对于再热冷段蒸汽管道，虽然超超临界主蒸汽压力提高，但受到低压缸排汽湿度的限制，高压缸的排汽压力变化不大，因此，其正常工作最高排汽温度也不会超过400C。但营口二期工程的主机有特殊要求，其高压缸排放温度可有短暂的450C，最高允许使用温度为427C的A672B70CL32电熔焊接钢管已不能使用，所以选择能耐更高温度的A691Cr1-1/4CL22电熔焊接钢管。 4.3高压给水管道材料 对于高压给水管道，由于受到烟气露点的限制，空气预热器出口的排烟温度很难做到低于120C，因此尽管超超临界机组的蒸汽参数提高得较多，但给水温度仍维持在300C左右，而目前建设的超超临界机组给水管道压力只是略高于600MW超临界机组，就目前国内外高压给水管道普遍采用的EN102162标准的15NiCuMoNb5-6-4无缝钢管来说，仍然适用，不涉及新材料的应用。 4.4四大管道材料及规格 四大管道的材料和规格 名称 管道规格 管道材质 1主蒸汽支管 ID292X71A335P922主蒸汽总管 ID406X98A335P923再热热段总管 ID883X41A335P924再热热段支管 ID626X29A335P925再热冷段总管 OD1016x31.75A691Gr2 1/4CL22 1/4CL226再热冷段支管 OD711x22.23A691Gr2 1/4CL227旁路阀前母管 ID197X49A335P928旁路阀前支管 OD152X38A335P929旁路阀后管道 OD630X8Q235-AOD630X8A691Gr21/4CL22 1/4CL22L22 1/411/1/1/4CrCL2210汽泵支管 OD355.6X4015NiCuMoNb5-6-4（WB36） 11电泵支管 0D323.9X4015NiCuMoNb5-6-4（WB36） 12给水母管 OD508X5515NiCuMoNb5-6-4（WB36）5 汽轮机旁路系统设计特点 由于三菱公司机组的成熟启动方式为汽轮机高压缸启动，机组启动时，锅炉再热器在控制烟温的前题下可以干烧，所以旁路系统采用一级旁路系统，由主汽经旁路阀减温减压后进入凝汽器。旁路容量按满足机组启动功能设计，容量为30%BMCR，旁路阀采用电动。减温水来自凝结水系统。 一级大旁路系统降低了电厂设备的初投资，比二级旁路系统减少了占地面积，简化了控制连锁程序，降低了运行维护费用。 给水系统设计特点 6.1 给水系统 给水系统采用单元制，每台机组配置二台50%B-MCR容量的汽动给水泵，一台电动定速给水泵作为启动及紧急停机（主机凝汽器破坏真空）锅炉补水用泵。锅炉最小直流负荷为25%BMCR，为满足锅炉启动要求，电动定速给水泵的容量为25%BMCR。每台汽动给水泵有一台定速电动机拖动的前置泵。汽动给水泵与前置泵不考虑交叉运行。电动给水泵前置泵与主泵用同一电机拖动。 给水系统中三台高压加热器采用大旁路系统，旁路管道由3号高加入口前三通阀接出，在1号高加出口电动闸阀后接入，具有系统简单，阀门少，投资节省，运行维护方便等优点。 给水泵汽轮机为单缸、单轴、纯凝汽汽轮机。 正常工作汽源来自主汽轮机四级抽汽，备用汽源来自主汽轮机高压缸排汽。小汽机排汽进入主凝汽器。 6.2 给水系统主要设备技术规范 （1） 给水泵汽轮机 型号NK63/71 型式：单缸、单轴、纯凝汽;台数： 2台（每台机组） 运行方式：变参数、变功率、变转速 安装方式： 独立底盘 工作汽源:四段抽汽(在主机THA工况时，)压力: 1.0 MPa温度: 380 流量: 82.395t/h备用汽源：冷再热蒸汽； （2） 汽动给水泵 汽动给水泵： 型号CHDT6/5； 台数： 每台机2台； 入口流量： 944t/h； 扬程： 3294mH2O； （3）汽动给水泵前置泵：型号SQ300-670 ； 台数： 每台机2台； 流量： 944t/h； 扬程： 149mH2O； 电动机： 520kW，6000V； （4）电动给水泵及其前置泵： 电动给水泵前置泵： 型号HPK Y200-315； 台数： 每台机1台； 流量： 531t/h； 扬程： 120m H2O。 （5）电动给水泵： 型号HGC5/8 ； 台数： 每台机1台； 流量： 531t/h； 扬程： 1123mH2O； 电动机： 1800kW，6000V； （6） 高压加热器 1号高压加热器： 型号JG-1970-1 卧式，换热面积1970m2； 2号高压加热器： 型号JG-2000-2 卧式，换热面积2000m2； 3号高压加热器： 型号JG-1500-1 卧式，换热面积1500m2； 凝结水系统设计特点 7.1 凝结水系统 凝汽器为单壳体、单背压、单流程，冷却面积为25000 m2。 凝结水系统设两台100%容量立式定速凝结水泵，四台低压加热器，一台轴封冷却器，一台内置式除氧器，一台300m3凝结水贮水箱和一台凝结水输送水泵，凝结水精处理采用中压系统。 除氧水箱有效容积为235m3，相当于约78分钟的锅炉最大给水量。 每台机组设有一台300m3的凝结水贮水箱和一台凝结水输送泵，为凝结水系统提供补水和启动注水，并作为凝汽器热井水位控制的贮水和补水容器，同时也用于锅炉启动上水等。相邻两台凝结水贮水箱和凝结水输送泵出口之间设置一根联络管，并设有隔离门，正常运行时相互隔断。 本系统还向减温器提供减温水。 凝汽器为单流程单背压表面式、单壳体、横向布置，其喉部内设置有7号、8号两个低加和旁路的二级减温减压器。 7.2 凝结水系统主要设备技术规范 （1） 除氧器 型号SSD-1900/235 卧式、内置式； 除氧器有效容积： 235 m3； 除氧器额定出力： 1900t/h； 除氧器运行参数： 除氧器各抽汽参数和各工况运行参数详见汽机热平衡图。 除氧器最高工作温度： 380除氧器进口水温： 154.9除氧器出口水温： 181.6（2） 凝汽器 凝汽器型式：N250001型 凝汽器参数：单流程、单背压、表面式、单壳体 冷却管材料：钛管和钛质 复合板 冷却面积： 25000m2 （3） 凝结水贮水箱 水箱容积： 300m3（4） 凝结水泵 型号10LDTNB-4PJX-WXT台数： 2台 流量： 1461m3/h； 扬程： 311 mH2O； 电动机： 1800kW，6000V； （5） 凝结水输送泵 型号200D43-3台数： 1台 流量： 300m3/h扬程： 100mH2O电动机： 60KW、380V（6） 低压加热器 5号低压加热器：型号JD-1090-2 卧式 换热面积1090m2 6号低压加热器：型号JD-1230-2 卧式 换热面积1230m2 7号低压加热器：型号JD-1390-2 卧式 换热面积1390m2 8号低压加热器：型号JD-1650-2 卧式 换热面积1650m2 （7） 轴封加热器 轴封加热器参数：表面式、冷却面积：150m2 汽机房布置设计特点 8.1主厂房布置原则 主厂房按2X600MW布置，并考虑扩建可能。 本期汽机房与一期汽机房脱开布置。 主厂房采用三列式布置汽机房、煤仓间和锅炉房，除氧间与汽机房合并，除氧器及给水回热系统设备布置在汽机房内。 主厂房阶梯式布置、锅炉房紧身封闭，汽机房、煤仓间、锅炉房（包括炉前通道）和风机室（包括炉后通道）地面标高相同，绝对标高为7.5m，风机室后的除尘器区域、炉后烟道区域、吸风机区域、烟囱和脱硫区地面标高比主厂房地面标高高6.0米，绝对标高为13.5m。炉后风机室、吸风机室封闭布置。 主厂房采用钢筋混凝土框架，锅炉构架为钢结构。汽机房运转层采用大平台。两机之间设置检修场。两台机组合用一个集中控制楼。汽机房轨顶标高为26.515m。设两台100/20t汽机房桥式起重机。 予留脱硝装置布置在炉后风机室上方，吸风机布置在电气除尘器后。每炉采用两台双室四电场电气除尘器。两台炉合用一个单管烟囱。 8.2主厂房尺寸 主厂房主要尺寸汇总表 名称 项目 数值（单位：m） 汽 机 房 柱距 10.000（9.000） 跨数 15跨度 35.000双柱间柱距（插入距） 1.200本期总长度 148.200中间层标高 EL+6.700运转层标高 EL+14.200行车轨顶标高 EL+26.500汽机房屋架下弦标高 EL+30.200煤 仓 间 柱距 10.000(9.000)跨数 15跨度 12.000总长度 148.200运转层(给煤机)标高 EL+17.000皮带层标高 EL+42.000锅 炉 部 分 锅炉大板梁顶标高 EL+86.800运转层标高 EL+17.000炉前跨度 6.000锅炉宽度 40.600锅炉深度 52.700炉H柱中心线至烟囱中心线间距 137.830汽机房A排柱中心线至烟囱中心线间距 190.830烟囱出口标高 210.000+6.0008.3 汽机房布置 8.3.1 汽轮发电机组纵向布置，机头朝向扩建端，汽机房运转层为大平台结构。两台机组之间设一个零米检修场，汽机房采用变柱距，两台机总长度148.200m。汽机房跨度为35.000m。 8.3.2 汽机房运转层标高14.2m，中间层标高6.7m。汽机房底层主