超临界汽轮机和锅炉主蒸汽参数的匹配.doc

.超临界汽轮机和锅炉蒸汽参数的匹配 摘要： 超临界及超超临界机组汽轮机蒸汽参数和锅炉蒸汽参数间的匹配关系，与蒸汽能量损失及投资费用有关，应进行技术经济比较才能确定最佳的选择。 关键词： 超临界机组；汽轮机；锅炉；主蒸汽参数匹配 Abstract: In supercritical and ultra supercritical unit,the matching relationship of parameters between steam turbine and boiler steam are related to the steam energy losses and investment costs ,so technical and economic comparison should be carried out to determine the best option. Key words: Supercritical unit; turbine; boiler; main steam parameters matching. 前言 随着世界电力设备制造技术水平的发展，火力发电机组的容量不断提高，机组的单机容量由600 MW提高到(900-1 000)MW，机组的蒸汽参数由亚临界压力也随之提高到超临界压力和超超临界压力，汽轮机进口处的蒸汽压力由亚临界压力的l67 MPa提高到临界压力的(2425)MPa，超超临界压力甚至提高到3O MPa以上；汽轮机进口主蒸汽温度、再热蒸汽温度由538-545提高566，甚至600610。为了适应世界电力工业的发展，我国在引进国外超临界机组及其设计制造技术的基础上，开始超临界机组的国产化研制，并同时进行超超临界机组的示工程建设。在进行超临界和超超临界机组相关技术攻关研究的同时，应高度重视我国现行的技术规范、标准与超临界和超超临界机组的同步发展。 一、 主蒸汽系统蒸汽参数的匹配问题 1.1 汽轮机与锅炉之间的蒸汽参数存在匹配关系，这种匹配关系与蒸汽能量损失及投资费用有关，应进行技术经济比较才能确定。研究这种匹配关系对优化选取超临界及超超临界机组汽轮机与锅炉的主蒸汽参数是十分必要的。锅炉出口参数及过热器出口与汽轮机进口之间的压差与汽轮机进汽压力的比值(简称为“机炉压降”)，对于亚临界参数及以下的常规火电机组，作为机炉初参数的匹配选择，在现行的一些行业标准或规范中已有所规定或推荐。但在超临界和超超临界机组的机炉蒸汽参数的匹配选择上，即锅炉过热器出口和汽轮机进口处的主蒸汽压力、温度数值或推荐值，现行的一些行业标准或规范中，尚未作做出明确规定，需对此进行有关的研究工作。汽轮机主蒸汽系统的功能，是将锅炉产生的新蒸汽自锅炉过热器出口输送到汽轮机的高压主汽阀进口。对于相同的汽轮机进口参数，由于主蒸汽管道阻力的变化，锅炉出口所需的蒸汽参数也随之发生变化。机炉之间的参数匹配包括选择合适的主蒸汽管道压降和管道温降。 1.2 锅炉过热器出口参数与机炉压降的关系 火电机组中机炉参数的匹配是以汽轮机进口参数为基础的，主蒸汽参数的关系式 ：Pb=Pt+Pb; tb=tt+tb,t式中：Pb、 tb为锅炉过热器出口蒸汽压力(MPa)和温度()；Pt,tt为汽轮机进口主蒸汽压力(MPa)和温度()；Pb，tb,t 为机炉间的压降(MPa)和温降()。锅炉出口与汽轮机进口的蒸汽参数匹配与机炉压降关系极大。在额定工况条件下，因主蒸汽管道保温表面散热所引起的温降很小，机炉间的温降可按等焓过程来确定。规程或规范的要求:DLT50541996(火力发电厂汽水管道设计技术规定适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为27MPa、550(再热蒸汽可达565)及以下机组的汽水管道设计。对于超超临界机组，蒸汽参数(2531)MPa、580 600 已经超出上述规定的范围。为此，一方面需对DLT50541996作一定的补充修改，另一方面现阶段可参照美国动力管道设计规定ASME B311执行。DL50002000(火力发电厂设计技术规程适用于汽轮发电机组容量为(1256OO)MW 等级机组的凝汽式火力发电厂，600 MW 等级以上的机组可参照使用。参照该规程的规定，大容量机组的机炉压降，宜为汽轮机额定进汽压力的5% ；过热器出口额定蒸汽温度，对于超临界参数机组，宜比汽轮机额定进汽温度高5 。 1.3 当机炉压降值选得较小时，主蒸汽管道的等焓温降也较小，相对应的锅炉侧与汽轮机侧主蒸汽温度的差值也就小。蒸汽管道的温度下降由管道内介质流动阻力造成的压力损失的等焓节流温度下降和介质流动的散热损失所组成。超临界和超超临界参数机组，由于汽轮机进口的蒸汽压力较亚临界蒸汽压力高，通常在24 MPa以上，有时达到28 MPa，甚至超过30 MPa，在要求锅炉过热器出口高于汽轮机进口蒸汽温度一定的情况下(如为5)，机炉压降的允许数值越大，对应的锅炉过热器出口至汽轮机进口的等焓节流温度下降越大，甚至有可能超过规定的数值。因此对锅炉过热器出口蒸汽温度与汽轮机进口蒸汽温度的差值和机炉压降的匹配需进行优化选择。 1.4 前苏联超临界机组由于机炉压降大于5 %的规定值，导致其过热器出口至汽轮机进口的等焓节流下温降为561 ，超过机炉温降值5 的规定。计算表明，若取过热器出口温度为545，当主蒸汽管道压降为5 时，则等焓温降为4.43，可用于管道散热的温降仅为057；当主蒸汽管道压降为4时，则等焓温降为3.54，可用于管道散热的温降为1.46。因此，在过热器出口蒸汽温度高于汽轮机进口温度的值一定时，机炉压降值决定了等焓温降值，从而确定了管道可用于散热损失的温降值，由机炉压降造成的等焓温降和管道散热损失有一个最佳分配值，该值与管道的压降有关。 1.5 考虑我国超临界机组蒸汽参数的发展趋势，对于超临界和超超临界参数机组，在不同锅炉过热器出口蒸汽温度至汽轮机进口蒸汽温度的主蒸汽温度差值下，选取不同汽轮机进口蒸汽压力，计算不同机炉压降下等焓温降值和可用于管道散热的温降值，结果见表2和图1、图2、图3。 1.6 考虑机组在不同机炉压降下的等焓温降值和管道散热损失的合理分配，对超临界和超超临界参数机组，当过热器出口和汽轮机进口的蒸汽温差为4 时，机炉压降可选择为3.O% 4.O%，以35 %为宜；当过热器出口和汽轮机进口的蒸汽温差为5时，机炉压降选择为4.O %5.O%，以45 %为宜。机炉压降主要取决于主蒸汽管道内蒸汽流速的选择，并与管道长度、走向、布置形式、管道上阀门的型式和个数等因素有关。蒸汽流速的选择又取决于由管道管径决定的管道投资费用和管道压降决定的蒸汽能量损失(机组的运行费用)的权衡。因此，在选择超超临界机组的蒸汽参数匹配时，应对蒸汽管道的压损进行计算，并以此为依据，进行过热器参数的优化选取，还需要进行技术经济比较才能确定最佳的匹配参数。对于超临界和超超临界参数机组系列标准和设计规范的研究，应给予高度的重视 尽快制定和修订相关标准和规范，使相关标准和设计规范适应我国超临界和超超临界机组发展的需要。 二、 我国超超临界机组主蒸汽系统蒸汽参数的推荐值 2.1 根据对主蒸汽汽水管道的相关计算，对主蒸汽参数(25.03OO)MPa、580 600 的超超临界机组，若蒸汽压力小于27.5 MPa，主蒸汽温降选择5 ，主蒸汽管道的压降为4% 5% 时，对应的主蒸汽流速在(5560)ms之间；若主蒸汽压力大于27.5MPa，主蒸汽管道的压降为3.5%4.5%时，此时主蒸汽流速约为(5055)ms。我国燃煤价格相对较低，根据综合技术经济比较，机炉压降值不宜过小。参考国外超超临界机组主蒸汽系统的参数匹配，在主蒸汽压力(25.O3O.O)MPa范围内的超超临界机组，当蒸汽压力小于28 MPa，可选主蒸汽温降为4，机炉压降选择为3.0%4.0%，以3.5%为宜；当蒸汽压力为28 MPa及以上时，主蒸汽温降为5时，机炉压降选择为4.0%5.0%，以4.5%为宜。 三、 再热蒸汽系统蒸汽参数的匹配问题 3.1 再热蒸汽系统的功能是将汽轮机高压缸的排汽自其排汽口输送至锅炉再热器进口(即冷段再热蒸汽管道)，蒸汽被再热器加热后，送至汽轮机中压缸的再热蒸汽进口(即热段再热蒸汽管道)。再热蒸汽系统提高了机组循环的热经济性，改善了汽轮机低压部分的工作条件。再热蒸汽系统管道的压降对机组热经济性的影响很大。一般来说，再热系统的总压降不应超过高压缸排汽压力的1O ，其中再热器的压降和再热系统管道的压降各占50% ，即再热器压降占5 %,再热系统管道(包括冷段和热段)压降占5%。降低再热蒸汽系统管道的阻力对机组的热经济性有利，但是，再热系统管道以及锅炉再热器的投资也会随之增加。因此，有必要对再热系统压降进行优化选取，通过综合技术经济比较后再确定。 四、 我国超超临界机组再热蒸汽系统蒸汽参数的推荐值 尽管再热蒸汽系统的压降对机组的热耗率影响很大，但考虑锅炉及管道投资的增加，选择1O 的总压降是最经济的。低温再热蒸汽管道压降的份额取2左右，高温再热蒸汽管道压降的份额取3 左右较为经济，在此压降下高温再热蒸汽管道选择2的温降是合适的. 结论：超临界、超超临界机组汽轮机与锅炉之间的蒸汽参数匹配，与蒸汽能量损失及投资费用有关，应进行技术经济比较确定。蒸汽管道的压降决定了等焓温降值，由压降造成的等焓温降和管道的散热损失之间存在一个最佳分配值，应对蒸汽管道的压损进行计算，并以此为依据，进行蒸汽参数匹配的优化选取。 (1) 对于超临界及超超临界参数机组，过热器出口至汽轮机进口之间的温差值可选为4或5。(2)在蒸汽压力(25.O3O.O)MPa范围内的超超临界机组，当蒸汽压力小于28 MPa，主蒸汽温降选为4 ，机炉压降选为3.O% 4.O%，以3.5% 为宜；当蒸汽压力为28 MPa及以上时，主蒸汽温降选为5，机炉压降选为4.O% 5.O% ，以4.5%为宜。(3)尽管再热蒸汽系统的压降对机组的热耗率影响很大，但考虑锅炉及管道投资的增加，选择1O%的总压降是最经济的。(4)冷段再热蒸汽管道压降取2%左右，热段再热蒸汽管道压降取3%左右较为经济，在此压降下，热段再热蒸汽管道选择2的温降是合适的。在进行超临界、超超临界机组的设计时，对于主蒸汽参数的选择，应结合主蒸