1、超超临界机组机炉蒸汽参数的匹配1 1 主蒸汽系统主蒸汽系统 主蒸主蒸 汽汽 系系 统的功能是将锅炉产生的新蒸汽自锅炉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入口。对于相同的过热器出口输送到汽轮机的高压主汽阀入口。对于相同的汽机入口参数，由于主蒸汽管道阻力的变化，锅炉出口所汽机入口参数，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。参数匹配则包括选择合适需的蒸汽参数也随之发生变化。参数匹配则包括选择合适的主蒸汽管道压降和管道温降。的主蒸汽管道压降和管道温降。1.1 1.1 规程或规范的要求规程或规范的要求 中华人民共和国电力行业标准中华人民共和国电力
2、行业标准火力发电厂汽水管道火力发电厂汽水管道设计技术规定设计技术规定DL/T5054-1996DL/T5054-1996第一章总则规定，该规定第一章总则规定，该规定适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为适用于火力发电厂范围内主蒸汽参数为27MPa,55027MPa,550(高高温再热蒸汽可达温再热蒸汽可达565)565)及以下机组的汽水管道设计。及以下机组的汽水管道设计。对超超临界机组，蒸汽参数对超超临界机组，蒸汽参数25-30MPa,58025-30MPa,580-00-00已经超出上述汽水管道设计技术规定的范围。已经超出上述汽水管道设计技术规定的范围。国内尚无适合于该蒸汽参数范围的设计技术规国
3、内尚无适合于该蒸汽参数范围的设计技术规定，一方面急需定，一方面急需DL/T5054-1996DL/T5054-1996作一定的修改，另作一定的修改，另一方面现阶段可参照美国动力管道设计规定一方面现阶段可参照美国动力管道设计规定ASMEB ASMEB 31.1 31.1 执行。执行。中华人民共和国电力行业标准中华人民共和国电力行业标准火力发电厂设计技火力发电厂设计技术规程术规程DL5000-2000DL5000-2000第一章范围的规定，该规程第一章范围的规定，该规程适用于汽轮发电机组容量为适用于汽轮发电机组容量为125-600MW 125-600MW 级机组的凝级机组的凝汽式火力发电厂。汽式火
4、力发电厂。600MW600MW级及以上的机组还是可参级及以上的机组还是可参照使用。参照该规程照使用。参照该规程8.1.28.1.2的规定：的规定：大容量机组锅炉过热器出口至汽轮机进口的压降，宜大容量机组锅炉过热器出口至汽轮机进口的压降，宜为汽轮机额定进汽压力的为汽轮机额定进汽压力的5%;5%;过热器出口额定蒸汽温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度，对于超临界参数机组，宜比汽轮机额定进汽温度高高5 5。1.2 1.2 日本电厂的机炉参数匹配日本电厂的机炉参数匹配日本自日本自2020世纪世纪9090年代投运了相当数量的一批超超临界年代投运了相当数量的一批超超临界机
5、组，其机炉参数的匹配见下表。从表中可见，由于机组，其机炉参数的匹配见下表。从表中可见，由于日本是一个能源比较匾乏的国家，其火力发电厂的燃日本是一个能源比较匾乏的国家，其火力发电厂的燃煤主要是依赖进口，因此为了降低机组热耗，主蒸汽煤主要是依赖进口，因此为了降低机组热耗，主蒸汽管道压降均选择得较小，一般在管道压降均选择得较小，一般在3.5%3.5%左右。由于主蒸左右。由于主蒸汽管道压降小，管道的等焓温降也较小。因此当主蒸汽管道压降小，管道的等焓温降也较小。因此当主蒸汽压力小于汽压力小于25.5MPa25.5MPa时，日本锅炉出口蒸汽温度一般时，日本锅炉出口蒸汽温度一般仅比汽机入口蒸汽温度高出仅比汽
6、机入口蒸汽温度高出4 4。1.3 1.3 我国超超临界机组机炉主蒸汽参数匹配我国超超临界机组机炉主蒸汽参数匹配 选择不同的蒸汽流速，管道管径和管道压降是不选择不同的蒸汽流速，管道管径和管道压降是不同的，管道投资费用与机组的运行费用之间存在一个同的，管道投资费用与机组的运行费用之间存在一个最佳的技术经济比。最佳的技术经济比。华东电力设计院根据蒸汽参数范围华东电力设计院根据蒸汽参数范围25-30MPa,580-25-30MPa,580-600600的的900MW900MW超超临界机组选择了超超临界机组选择了25.OMPa/600/600,27.5MPa/600/60025.OMPa/600/600
7、,27.5MPa/600/600以及以及31.OM Pa/600/60031.OM Pa/600/600三种蒸汽参数为例作了一下分三种蒸汽参数为例作了一下分析比较，计算采用的蒸汽流量按汽机析比较，计算采用的蒸汽流量按汽机VWOVWO工况下的最工况下的最大计算进汽量。汽机大计算进汽量。汽机VWOVWO工况的热平衡图则依据上海工况的热平衡图则依据上海汽轮机厂提供的资料。汽轮机厂提供的资料。主蒸主蒸 汽汽 管管 道的走向参照上海外高桥电厂二期道的走向参照上海外高桥电厂二期2 29 9 0OMW0OMW超临界机组的主蒸汽管道的布置。管道分四路从超临界机组的主蒸汽管道的布置。管道分四路从锅炉过热器联箱上
8、引出，合并成两路后分别接入汽机锅炉过热器联箱上引出，合并成两路后分别接入汽机左右两个主汽门。左右两个主汽门。对于机组参数对于机组参数25.OMPa/600/60025.OMPa/600/600的主蒸汽管道材的主蒸汽管道材料按料按A335-P91A335-P91，而机组参数，而机组参数27.5 MPa/600/60027.5 MPa/600/600和和31.OMPa/600/60031.OMPa/600/600的主蒸汽管道材料按的主蒸汽管道材料按A335-A335-P92P92。结论结论:(1)(1)管道阻力增大使得管道的等焓温降增大，且随机管道阻力增大使得管道的等焓温降增大，且随机组工作压力的
9、提高愈加明显。按我国现东南沿海地区组工作压力的提高愈加明显。按我国现东南沿海地区的标准煤价格以及管道价格，当主蒸汽管道的温降的标准煤价格以及管道价格，当主蒸汽管道的温降(包括管道等焓温降和散热温降包括管道等焓温降和散热温降)在在4-54-5左右，综合左右，综合技术经济性最佳。一般来说，管道的散热温降是很小技术经济性最佳。一般来说，管道的散热温降是很小的，小于的，小于0.5 0.5 ，因此管道压降比宜选择以之引起，因此管道压降比宜选择以之引起的等焓温降在的等焓温降在3.5-4.53.5-4.5左右。左右。(2)(2)主蒸汽压力为主蒸汽压力为25.0-30.OMPa25.0-30.OMPa的超超临
10、界机组，的超超临界机组，随着机组工作压力提高，主蒸汽管道的最大压降比应随着机组工作压力提高，主蒸汽管道的最大压降比应从从5%5%逐渐降低至逐渐降低至3%3%左右。例如主蒸汽压力为左右。例如主蒸汽压力为31.OMPa31.OMPa的超超临界机组，当主蒸汽压降比达到的超超临界机组，当主蒸汽压降比达到4.4%4.4%时，若管时，若管道的压降继续增大，虽然管道的投资费用降低，但管道的压降继续增大，虽然管道的投资费用降低，但管道费用的降低已无法抵消因设计温度和设计压力的提道费用的降低已无法抵消因设计温度和设计压力的提高而引起的锅炉给水泵功耗的增大。高而引起的锅炉给水泵功耗的增大。(3)我我 国国 是一个
11、产煤大国，燃煤价格相对较低。根是一个产煤大国，燃煤价格相对较低。根据综合技术经济比较，主蒸汽管道的压降比不宜过据综合技术经济比较，主蒸汽管道的压降比不宜过小。在蒸汽压力小。在蒸汽压力25.0-30.0MPa范围内的超超临界机范围内的超超临界机组，当蒸汽压力小于组，当蒸汽压力小于27.5MPa，主蒸汽压降比选择，主蒸汽压降比选择4%-5%最佳最佳;当蒸汽压力大于当蒸汽压力大于27.5 MPa，则主蒸汽，则主蒸汽压降比选择压降比选择3%-4%较为合适。较为合适。2 再热蒸汽系统再热蒸汽系统 再再 热蒸热蒸 汽汽 系统的功能是将汽轮机高压缸的排汽系统的功能是将汽轮机高压缸的排汽(即低温再热蒸汽即低温
12、再热蒸汽)自其排汽口输送至锅炉再热器进自其排汽口输送至锅炉再热器进口，蒸汽在再热器被再热后，再从其出口将高温再口，蒸汽在再热器被再热后，再从其出口将高温再热蒸汽送至汽轮机中压缸再热蒸汽阀。以提高循环热蒸汽送至汽轮机中压缸再热蒸汽阀。以提高循环热经济性和改善汽轮机低压部分的工作条件。热经济性和改善汽轮机低压部分的工作条件。由于由于 再再 热热 蒸汽系统相当于一台中压机组，因此蒸汽系统相当于一台中压机组，因此管道的压降对机组热经济性的影响是很大的。一般管道的压降对机组热经济性的影响是很大的。一般来说，再热系统的总压降不应超过高压缸排汽压力来说，再热系统的总压降不应超过高压缸排汽压力的的10%，其中
13、再热器的压降和再热系统管道的压降，其中再热器的压降和再热系统管道的压降各半，即再热器压降占各半，即再热器压降占50%、再热系统管道、再热系统管道(包括冷包括冷段和热段段和热段)压降占压降占50%。从上海汽轮机厂提供的超超临界从上海汽轮机厂提供的超超临界900MW机组常规机组常规热平衡图热平衡图(再热系统压降再热系统压降10%)和一份再热系统压降为和一份再热系统压降为高压缸排汽压力的高压缸排汽压力的8%的汽机热平衡图上看，两者的的汽机热平衡图上看，两者的热耗差约为热耗差约为l0kJ/kWh。如果按年运行。如果按年运行5500h、电厂、电厂30年运行寿命以及我国东南沿海地区标准煤价格年运行寿命以及
14、我国东南沿海地区标准煤价格380元元/t计，则再热系统每计，则再热系统每1MPa压降损失的费用竟达压降损失的费用竟达2076万元。虽然降低系统管道的阻力对机组的热经万元。虽然降低系统管道的阻力对机组的热经济性是有利的，但同时再热系统管道以及锅炉再热济性是有利的，但同时再热系统管道以及锅炉再热器的投资也会随之增加。因此有必要再对再热系统器的投资也会随之增加。因此有必要再对再热系统压降的综合性能价格进行一下比较。压降的综合性能价格进行一下比较。选择蒸汽参数选择蒸汽参数25.0M Pa/600 /600的的900MW超超临超超临界机组，对其再热系统的管道进行选择分析比较。界机组，对其再热系统的管道进
15、行选择分析比较。计算计算 采采 用用 的蒸汽流量按汽机的蒸汽流量按汽机VWO工况下的最大再热工况下的最大再热蒸汽流量。蒸汽流量。再再 热热 系统系统 蒸汽管道的走向仍参照上海外高桥电厂二期蒸汽管道的走向仍参照上海外高桥电厂二期2 900MW超临界机组的管道布置。低温再热蒸汽管超临界机组的管道布置。低温再热蒸汽管道自汽轮机高压缸排汽口引出，分两路分别接入锅炉低道自汽轮机高压缸排汽口引出，分两路分别接入锅炉低温再热器入口联箱。高温再热蒸汽管道分四路从锅炉末温再热器入口联箱。高温再热蒸汽管道分四路从锅炉末级再热器出口联箱上引出，合并成两路后分别接入汽级再热器出口联箱上引出，合并成两路后分别接入汽机左
16、右两个中联门。高温机左右两个中联门。高温 再再 热热 蒸汽管道材料采用蒸汽管道材料采用A335-P91，低温再热蒸汽管道材料采用，低温再热蒸汽管道材料采用A672-B70-CL32。若若 将再将再 热热 系统压降分别按高压缸排汽压力的系统压降分别按高压缸排汽压力的10%和和8%进行汇总比较，见下表。其中再热系统进行汇总比较，见下表。其中再热系统8%压降又压降又分别按管道压降分别按管道压降4%和再热器压降和再热器压降4%以及管道压降以及管道压降3%和再热器压降和再热器压降5%两种匹配方式考虑。两种匹配方式考虑。结论结论:(1)高高 温温 再热蒸汽管道压降采用高压缸排汽压力的再热蒸汽管道压降采用高
17、压缸排汽压力的3%左右，低温再热蒸汽管道压降为左右，低温再热蒸汽管道压降为2%左右较经济，在此左右较经济，在此压降下高温再热蒸汽管道选择压降下高温再热蒸汽管道选择2的温降是适合的。的温降是适合的。(2)虽虽 然然 再热蒸汽系统的压降对机组的热耗影响很大，再热蒸汽系统的压降对机组的热耗影响很大，但是即使不考虑锅炉投资的增加，仅考虑管道费用的增但是即使不考虑锅炉投资的增加，仅考虑管道费用的增加，选择加，选择8%的再热系统总压降从经济性上讲不如的再热系统总压降从经济性上讲不如10%的总压降来得经济。按的总压降来得经济。按10%的再热系统总压降来设计还的再热系统总压降来设计还是适合的。是适合的。3 机
18、炉蒸汽参数匹配的原则机炉蒸汽参数匹配的原则对对 蒸蒸 汽参数汽参数25.0-30.0MPa,580-600 的超超临界机组，的超超临界机组，若蒸汽压力小于若蒸汽压力小于27.5MPa，则主蒸汽管道的压降比选择，则主蒸汽管道的压降比选择4%-5%、温降选择、温降选择5比较合适，在该压降比的范围内，比较合适，在该压降比的范围内，主蒸汽管道的实际压降为主蒸汽管道的实际压降为1.0-1.25 MPa，对应的主蒸汽流，对应的主蒸汽流速为速为55m/s左右左右;若蒸汽压力较高，大于若蒸汽压力较高，大于27.5MPa，则主蒸，则主蒸汽管道的压降比选择汽管道的压降比选择3%-4%，对应的管道温降仍为，对应的管道温降仍为4 ，此时主蒸汽流速约为此时主蒸汽流速约为45-50m/s之间。再热系统压降选择之间。再热系统压降选择10%的高压缸排汽压力还是合适的，其中高温再热管道选的高压缸排汽压力还是合适的，其中高温再热管道选择总压降的择总压降的30%左右最经济。在此压降下，高温再热蒸汽左右最经济。在此压降下，高温再热蒸汽管道选择管道选择2温降是可行的。在国外的机组上也有成功的温降是可行的。在国外的机组上也有成功的先例。先例。
