超超临界汽轮机发展问题和前景.pptx

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1、主 要 内 容第1页/共23页主汽压力 技术经济比较：机组煤耗降低，锅炉、给水泵和给水、主技术经济比较：机组煤耗降低，锅炉、给水泵和给水、主汽管道投资增加。即将建设的新机多为汽管道投资增加。即将建设的新机多为28MPa。西门子和西门子和Alstom的桶型高压缸，对于的桶型高压缸，对于30MPa以内的主以内的主汽压，不需要改变设计，超过汽压，不需要改变设计，超过30MPa，变化也小。，变化也小。主汽压力增加，需要配合再热汽温升高，降低能耗，主汽压力增加，需要配合再热汽温升高，降低能耗，同同时减少排汽湿度时减少排汽湿度。1 提高初参数再热蒸汽温度 2012年以来，新机设计中普遍采用年以来，新机设计

2、中普遍采用610甚至甚至620的再热的再热汽温。业内对汽温。业内对620存在剧烈的争论，因为材料安全余量太存在剧烈的争论，因为材料安全余量太小，对锅炉热偏差和汽温波动限制过于严格。小，对锅炉热偏差和汽温波动限制过于严格。第2页/共23页 2 2 机组容量机组容量 冷端配置冷端配置限制汽轮机容量的主要因素是高压缸通流面积，低压缸排限制汽轮机容量的主要因素是高压缸通流面积，低压缸排汽面积。汽面积。目前国内引进的高压缸技术和模块，可以应付目前国内引进的高压缸技术和模块，可以应付12001300MW12001300MW的容量。的容量。排汽方面，排汽方面，闭式循环水系统闭式循环水系统：华北和以南地区，如

3、果配备闭式循环水系统，则基于目前华北和以南地区，如果配备闭式循环水系统，则基于目前的冷端设备标准，低压缸合理设计应当是：额定背压搭配的冷端设备标准，低压缸合理设计应当是：额定背压搭配80%80%负荷，或者背压负荷，或者背压6 kPa6 kPa左右搭配额定出力，以此为出左右搭配额定出力，以此为出发点进行排汽面积优化配置。为此，发点进行排汽面积优化配置。为此，采用采用4 4排汽、排汽、1219mm1219mm的末级叶片的末级叶片和和比较高的给水温度比较高的给水温度，可以，可以良好良好应付应付1200MW1200MW的机组容量。的机组容量。第3页/共23页开式循环水系统开式循环水系统：对于开式循环水

4、系统，需要根据水温，合理配置冷对于开式循环水系统，需要根据水温，合理配置冷端设备容量，以及额定背压，合理安排排汽面积。端设备容量，以及额定背压，合理安排排汽面积。对于对于17181718循环水温，水量充沛的条件，循环水温，水量充沛的条件，1000MW1000MW汽轮机可以而且需要配置汽轮机可以而且需要配置3.64.0 kPa3.64.0 kPa的额定背压，的额定背压，搭配搭配4 4排汽排汽/1219mm/1219mm末级叶片（排汽面积末级叶片（排汽面积48m48m2 2）或）或6 6排汽排汽/1000mm/1000mm末级叶片末级叶片(排汽面积排汽面积55m55m2 2)，显著降低，显著降低汽

5、轮机热耗。汽轮机热耗。12001300MW12001300MW机组，辅机有困难，需要大量进口。机组，辅机有困难，需要大量进口。基于调峰需求和电网安全考虑，基于调峰需求和电网安全考虑，1000MW1000MW及以上机组及以上机组不能太多，主力应为不能太多，主力应为600MW600MW级别机组。级别机组。第4页/共23页600660MW600660MW容量，容量，2 2排汽排汽/11461219mm/11461219mm末级叶片配末级叶片配置置，排汽面积较小排汽面积较小，适合较高的循环水温和背压，适合较高的循环水温和背压。厂厂房体积、建设投入、循环水泵扬程增加；不能享受双房体积、建设投入、循环水泵

6、扬程增加；不能享受双背压的好处。背压的好处。对于对于4 4排汽设计，排汽设计，660MW660MW容量比容量比600MW600MW好。好。对于大量的闭式循环水系统机组，应推广对于大量的闭式循环水系统机组，应推广660MW660MW容容量和量和4 4排汽排汽/900mm900mm末级叶片的搭配。末级叶片的搭配。设计余速损失较小的汽轮机，设计余速损失较小的汽轮机，比如比如600660MW600660MW容量容量搭配搭配 4 4排汽排汽/10/1000mm00mm末级叶片末级叶片 ，如果条件具备，可以如果条件具备，可以考虑增加铭牌容量考虑增加铭牌容量5%5%，让冷端工作更平衡一些。，让冷端工作更平衡

7、一些。第5页/共23页 关于双背压设计关于双背压设计双背压设计可以使平均背压降低双背压设计可以使平均背压降低 0.20.3 kPa0.20.3 kPa。一般地，循环水温越低，水量越充沛，越不适合双背一般地，循环水温越低，水量越充沛，越不适合双背压设计。这是业内熟知的。压设计。这是业内熟知的。另一方面，汽轮机排汽面积越大，热耗另一方面，汽轮机排汽面积越大，热耗 -背压修正曲背压修正曲线越陡，膨胀极限背压越低，因此，越适合双背压设线越陡，膨胀极限背压越低，因此，越适合双背压设计。计。国内汽轮机末级叶片普遍较长，因此，国内汽轮机末级叶片普遍较长，因此，国内的国内的4 4排汽排汽汽轮机汽轮机，适合双背

8、压的循环水温、水量条件较宽。换，适合双背压的循环水温、水量条件较宽。换句话说，句话说，其中的绝大多数适合双背压设计其中的绝大多数适合双背压设计。第6页/共23页3 3 冷端设计的问题和实例冷端设计的问题和实例某厂某厂2 2台台1000MW1000MW机组，投产不足机组，投产不足1 1年，增加铭牌出力到年，增加铭牌出力到 1050MW1050MW，实际负荷率，实际负荷率80%80%。汽轮机厂家为东方。汽轮机厂家为东方。开式循环水系统，海水冷却，平均水温开式循环水系统，海水冷却，平均水温1717。循环水系。循环水系统为单元制，每台机组配备统为单元制，每台机组配备3 3台循环水泵。凝汽器为双压台循环

9、水泵。凝汽器为双压型，换热面积型，换热面积45000m45000m2 2（已经增加，初设为（已经增加，初设为40000 m40000 m2 2），），设计冷却倍率设计冷却倍率5555。额定背压。额定背压4.725 4.725 kPakPa。汽轮机末级叶片。汽轮机末级叶片1092mm1092mm。如果采用常规的冷端设计，凝汽器面积如果采用常规的冷端设计，凝汽器面积50000m50000m2 2，冷却，冷却倍率倍率6060，额定背压即可降低到，额定背压即可降低到4.0 4.0 kPakPa，相应地，搭配，相应地，搭配1219mm1219mm的末级叶片，机组能耗可降低近的末级叶片，机组能耗可降低近1

10、%1%。第7页/共23页3 3 冷端设计的问题和实例冷端设计的问题和实例 续续为保证机组安全，冬季仍维持为保证机组安全，冬季仍维持1 1机机2 2泵的调度方式。现有泵的调度方式。现有条件下，膨胀极限（出力阻塞）背压较高，冬季背压很条件下，膨胀极限（出力阻塞）背压较高，冬季背压很容易更低。如采用较大的冷端设计，增设循环水联络管，容易更低。如采用较大的冷端设计，增设循环水联络管，冬季采用冬季采用2 2机机3 3泵的运行方式，就可以避免这个问题。泵的运行方式，就可以避免这个问题。以上优化设计投入增加很少，机组能耗降低共计以上优化设计投入增加很少，机组能耗降低共计 1%1%。很显然，机组设计没有充分利

11、用循环水温低、水量充沛很显然，机组设计没有充分利用循环水温低、水量充沛的优势。冷端设计是平衡的，但方向是节省投资，相应的优势。冷端设计是平衡的，但方向是节省投资，相应地增加煤耗地增加煤耗，且双背压有些勉强。且双背压有些勉强。困难是难以改造。困难是难以改造。冷端优化设计的问题相当普遍。妥善解决类似的优化设冷端优化设计的问题相当普遍。妥善解决类似的优化设计问题，往往能以较少的投入，获得很大的节能效果。计问题，往往能以较少的投入，获得很大的节能效果。第8页/共23页 4 4 二次中间再热二次中间再热 容量限制容量限制二次中间再热，是降低二次中间再热，是降低热耗、减少排汽湿度的热耗、减少排汽湿度的有效

12、手段。有效手段。投入增加很多。运行、投入增加很多。运行、控制复杂，国内尚无控制复杂，国内尚无经经验。不建议再热汽温验。不建议再热汽温620。第9页/共23页二次再热二次再热 续续需要设置超高压缸。不应采用高、中压缸合缸设计。这样，需要设置超高压缸。不应采用高、中压缸合缸设计。这样，1000MW1000MW级别级别4 4排汽汽轮机，轴系长度可能超过排汽汽轮机，轴系长度可能超过40m40m，有困，有困难。低压缸难。低压缸6 6排汽设计也往往受困于此。欧洲机型没有这个排汽设计也往往受困于此。欧洲机型没有这个问题。问题。泰州泰州2 2期是世界上首次在期是世界上首次在1000MW1000MW机组上采用超

13、超临界、二机组上采用超超临界、二次再热。次再热。初参数初参数 31 MPa/600 /610 /610 31 MPa/600 /610 /610 。动力循环优化的结果：动力循环优化的结果：增加主汽压到增加主汽压到28MPa28MPa或以上；或以上；增加回热级数到增加回热级数到910910级，提高给水温度到级，提高给水温度到300300以上，泰以上，泰州州2 2期机组为期机组为330330；温度过高的抽汽，可以增设冷却器，加热最终给水，降低温度过高的抽汽，可以增设冷却器，加热最终给水，降低过热度后再进入高加。过热度后再进入高加。需要摸索减少投资的节能设计方案。需要摸索减少投资的节能设计方案。第1

14、0页/共23页 5.1 高、中压缸 对于高、中压缸，小根径、多级数是当今趋势，可对于高、中压缸，小根径、多级数是当今趋势，可以有效提高通流效率。以有效提高通流效率。Alstom将增加级数做到了将增加级数做到了极致。西门子的变反动度设计技术，进一步挖掘了极致。西门子的变反动度设计技术，进一步挖掘了潜力。潜力。对于中压缸进汽区的冷却，一般思路是用少量低温对于中压缸进汽区的冷却，一般思路是用少量低温蒸汽将高温蒸汽和金属部件隔开。西门子用中压缸蒸汽将高温蒸汽和金属部件隔开。西门子用中压缸进汽的一小部分作为冷却蒸汽，节流加速后温度降进汽的一小部分作为冷却蒸汽，节流加速后温度降低约低约15。Alstom则

15、采用焊接转子技术，高温区则采用焊接转子技术，高温区采用高级别的金属材料，不需要冷却。都是巧妙的采用高级别的金属材料，不需要冷却。都是巧妙的节能设计。节能设计。超临界参数、高效辅机仅仅是节能设计的必要条件5 一些重要的节能设计技术 第11页/共23页 5.2 调门管理超超临界汽轮机的调节级设计难度很大，必须在材料超超临界汽轮机的调节级设计难度很大，必须在材料安全和效率之间寻求妥协。安全和效率之间寻求妥协。1000MW机组容量太大，机组容量太大，必须设置双流调节级，效率受损。必须设置双流调节级，效率受损。不设调节级，则高压缸设计大大简化。取消效率很低不设调节级，则高压缸设计大大简化。取消效率很低的

16、调节级，对高压缸效率有好处。的调节级，对高压缸效率有好处。只要调门全开时，高压缸效率提高只要调门全开时，高压缸效率提高3%（绝对），则部（绝对），则部分负荷运行时，相对顺序阀方式，总体上仍有节能优分负荷运行时，相对顺序阀方式，总体上仍有节能优势。势。节流配汽汽轮机，部分负荷运行时，原则上调门阀位节流配汽汽轮机，部分负荷运行时，原则上调门阀位应位于应位于4550%，以减少节流损失。，以减少节流损失。第12页/共23页因此，在超超临界汽轮机上，节流配汽有重要的应因此，在超超临界汽轮机上，节流配汽有重要的应用价值，重新受到重视。国内原来不采用节流配汽用价值，重新受到重视。国内原来不采用节流配汽的厂家

17、也在积极研究，在新建超超临界机组上采用。的厂家也在积极研究，在新建超超临界机组上采用。补汽阀的设置，提高了部分负荷下的主汽压力。实补汽阀的设置，提高了部分负荷下的主汽压力。实质是损失过负荷时的效率，提高部分负荷下的效率，质是损失过负荷时的效率，提高部分负荷下的效率，有节能效益。有节能效益。传统结构的高压缸，难以开大口径孔洞，不易设置传统结构的高压缸，难以开大口径孔洞，不易设置补汽阀。如用节流配汽，则提高额定主汽压力是有补汽阀。如用节流配汽，则提高额定主汽压力是有价值的。价值的。低负荷下，复合配汽损失较大，可以在顺序阀模式低负荷下，复合配汽损失较大，可以在顺序阀模式下进行滑压优化，节能效果更好。

18、下进行滑压优化，节能效果更好。第13页/共23页 5.3 高、中压分缸高、中压合缸设计，可以有效缩短汽轮机长度，但热耗高、中压合缸设计，可以有效缩短汽轮机长度，但热耗代价很大，设计为代价很大，设计为40 kJ/kWh40 kJ/kWh左右，实际损失更大，因为左右，实际损失更大，因为过桥漏汽量一般明显大于设计要求。过桥漏汽量一般明显大于设计要求。5.4 改进低压缸设计，提高实际效率 降低分缸点降低分缸点 结构结构级减少，级减少，有效率优势有效率优势。中压缸中压缸进出口进出口温差大，温差大，设计难度设计难度可能可能有所增加。降低低压缸进汽温度，有所增加。降低低压缸进汽温度，降低低压缸膨胀降低低压缸

19、膨胀变形的动力。低压缸尺寸减小，刚性增变形的动力。低压缸尺寸减小，刚性增加。加。轴承座落地，轴瓦中心固定。轴承座落地，轴瓦中心固定。改变内缸结构，增强内缸刚性。低压缸改造的主要手段。改变内缸结构，增强内缸刚性。低压缸改造的主要手段。总体总体效果：效果：低压缸效率提高，且维持时间长低压缸效率提高，且维持时间长；实际轴系；实际轴系长度减少。长度减少。第14页/共23页5.5 降低管道压损降低管道压损 主汽，冷、热再，连主汽，冷、热再，连通管通管从外三项目建设开始，属于设计院范围的工作。目从外三项目建设开始，属于设计院范围的工作。目前一般认为，可降低热耗约前一般认为，可降低热耗约 20 kJ/kWh

20、。中、低压缸连通管，是汽轮机厂家进行优化，目的中、低压缸连通管，是汽轮机厂家进行优化，目的同样是降低压损。同样是降低压损。5.6 低压缸相关杂项低压缸相关杂项抽空气管系并联设计抽空气管系并联设计，充分发挥双背压的优势。，充分发挥双背压的优势。夏季循环水温高，则为真空泵设置低温水源。夏季循环水温高，则为真空泵设置低温水源。低背压低压缸接近中压缸，让低背压低压缸多做功。低背压低压缸接近中压缸，让低背压低压缸多做功。第15页/共23页迄今为止，外三的迄今为止，外三的2 2台台1000MW1000MW机组仍是世界上供电机组仍是世界上供电煤耗最低的常规燃煤火电机组（纯凝）。煤耗最低的常规燃煤火电机组（纯

21、凝）。参数参数27 MPa/600/60027 MPa/600/600，背压，背压 4.34.3 kPa kPa。4 4排汽排汽/末末级叶片级叶片1146 mm1146 mm。汽轮机设备和玉环相同，并无特殊。汽轮机设备和玉环相同，并无特殊之处。之处。基建阶段的节能措施：提高主汽压力；减少主管路压基建阶段的节能措施：提高主汽压力；减少主管路压损；设置单台高效汽泵；小机单独设置凝汽器，降低损；设置单台高效汽泵；小机单独设置凝汽器，降低大机背压。年平均循环水温大机背压。年平均循环水温19 19 ，难以采用，难以采用6 6排汽设排汽设计。计。机组没有增加铭牌出力。补汽阀从未使用，因为主汽机组没有增加铭

22、牌出力。补汽阀从未使用，因为主汽压力提高，不需要。压力提高，不需要。6 电厂的实践 外三的0号高加第16页/共23页 电厂的实践 续补汽阀后导汽管上设置三通，用高压缸补汽阀后导汽管上设置三通，用高压缸5级后的蒸汽级后的蒸汽加热给水，设置加热给水，设置0号高加。进汽管设置调节阀，可以号高加。进汽管设置调节阀，可以保证保证40%负荷以上，给水温度保持额定。负荷以上，给水温度保持额定。给水温度升高，则锅炉排烟温度升高，实现脱硝系给水温度升高，则锅炉排烟温度升高，实现脱硝系统全天候运行，还有很多其它优点。锅炉效率降低，统全天候运行，还有很多其它优点。锅炉效率降低，理论上，损失和理论上，损失和汽轮机得到

23、的效益汽轮机得到的效益相当或稍大。相当或稍大。通过低温省煤器，将排烟温度降低到通过低温省煤器，将排烟温度降低到90，挽回锅，挽回锅炉的全部损失以外，尚有大量收益。炉的全部损失以外，尚有大量收益。汽轮机抽汽加热空预器进风，消除空预器堵灰。汽轮机抽汽加热空预器进风，消除空预器堵灰。第17页/共23页 电厂的实践 续2富有想象力、成效显著、系统性的创新节能减排技术富有想象力、成效显著、系统性的创新节能减排技术。但。但给水温度可以不必提得那么高，关键是脱硝系统入口烟温给水温度可以不必提得那么高，关键是脱硝系统入口烟温达到要求。低温省煤器出口烟温保持达到达到要求。低温省煤器出口烟温保持达到90，节能效，

24、节能效果就可以差别不大，但投入节省。更重要的是果就可以差别不大，但投入节省。更重要的是 该技术应用不应仅限于欧洲技术汽轮机。对于传统结构高该技术应用不应仅限于欧洲技术汽轮机。对于传统结构高压缸，可以考虑开较小的孔（新机），只要给水温度有所压缸，可以考虑开较小的孔（新机），只要给水温度有所提高，保证提高，保证AGC下限下限负荷负荷时，脱硝设备进口烟气温度高于时，脱硝设备进口烟气温度高于300即可。即可。汽轮机和锅炉厂家需要联合研究，配合一些汽轮机和锅炉厂家需要联合研究，配合一些辅助措施。辅助措施。行业管理避免片面提高脱硝效率，电厂注意脱行业管理避免片面提高脱硝效率，电厂注意脱硝设备维护。硝设备维

25、护。如果成功并形成标准设计，则有里程碑式的如果成功并形成标准设计，则有里程碑式的节能减排意义。节能减排意义。第18页/共23页 7 7 煤耗目标煤耗目标 下表是大致的煤耗目标，以燃用烟煤、平均负荷下表是大致的煤耗目标，以燃用烟煤、平均负荷80%80%为依为依据。据。单位单位1234额定工况试验热耗kJ/kWh7290720070007320运行热耗kJ/kWh7320724070607420锅炉运行热效率0.935管道效率0.99发电厂用电率0.0350.0350.0350.04运行供电煤耗g/kWh280.0 276.9270.0 285.3 注：1，较低背压（4.7 kPa），采用0号高加

26、和低温省煤器 2，极低背压(3.6 kPa)，采用0号高加和低温省煤器 3，二次再热，极低背压，采用0号高加和低温省煤器 4，常规设计(5.2 kPa)，闭式循环水系统第19页/共23页可以看到，常规设计下，由于实际背压条件较差，供可以看到，常规设计下，由于实际背压条件较差，供电煤耗达到电煤耗达到285 g/kWh也非常不容易。也非常不容易。如果循环水温很低，水量充沛，则设置极低背压，配如果循环水温很低，水量充沛，则设置极低背压，配合较大的汽轮机排汽面积，是降低煤耗的有力手段。合较大的汽轮机排汽面积，是降低煤耗的有力手段。0号高加号高加+低温省煤器是节能减排的有效途径，需要低温省煤器是节能减排

27、的有效途径，需要摸索推广的方法。这可能成为一座新的里程碑。摸索推广的方法。这可能成为一座新的里程碑。二次再热可以大幅度（近二次再热可以大幅度（近2%）降低煤耗，但投入很大。）降低煤耗，但投入很大。运行、维护、改造中，需要重视经验和成果的积累和运行、维护、改造中，需要重视经验和成果的积累和应用。这历来是中国电厂的强项。应用。这历来是中国电厂的强项。在纯凝机组领域，中国首先达到在纯凝机组领域，中国首先达到280 g/kWh的供电的供电煤耗水平，通过努力，也很可能率先达到煤耗水平，通过努力，也很可能率先达到 270 g/kWh。第20页/共23页8 8 结语结语基建设计优化基建设计优化 -电厂节能工

28、作的基础和关键组成部分。电厂节能工作的基础和关键组成部分。在超超临界发电技术方面，国内消化吸收引进技术取在超超临界发电技术方面，国内消化吸收引进技术取得了一些成果和进步，已经开始在原有基础上进行一得了一些成果和进步，已经开始在原有基础上进行一些创新性的设计。同时，借鉴兄弟厂的先进技术，进些创新性的设计。同时，借鉴兄弟厂的先进技术，进行集成创新，是可见的趋势。行集成创新，是可见的趋势。电厂、科研单位摸索出一些重要的节能经验电厂、科研单位摸索出一些重要的节能经验和和创新成创新成果果电站设计方面仍有较大的节能潜力电站设计方面仍有较大的节能潜力，目前的一些设计目前的一些设计规范和标准流程、数据已经过时，需要更新。总体上，规范和标准流程、数据已经过时，需要更新。总体上，一次再热的超超临界机组设计尚未达到成熟的阶段，一次再热的超超临界机组设计尚未达到成熟的阶段，二次再热刚起步，都需要大量的摸索。二次再热刚起步，都需要大量的摸索。第21页/共23页谢 谢！第22页/共23页感谢您的观看！第23页/共23页