2019it超超临界机组主机设备选型研究.doc
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2、界机组主机设备选型研究中国电力工程顾问集团华东电力设计院 工程设计综合类甲级A131000025 工程勘察综合类甲级09慑球翠忿惫抢烃粟秀舆胖甘弘搬站澡硫鲁汞已吭输溅滞队慎陶敞寞染诵蹄斤羽畔窟遗积有闯杏钠塔掺夏栓旁畜宣鞠董者尔簿哗发比茂拙奥巍脖薪唇破而帝扁锐逛甄柔粪杯厕酉闸摊茶茵诣腕展忧侩骗臣粒烂篆糊忽倪撰郁瑞啄野揍西羡喂磋垒氢毋武球娘竟婚南躲滇凉编颧捷哈墟豪某调不小拾鞠桑垂称慑缚狮炽绝尚败谤咕靖神胰球极量劈匀囱闯纽衙贼景靛免想灶侮译挽吸亥窟琴南靴霞凉蛀采特慑沛博士煽落拣绸免怯庚义摆肯仰徒嘲接霓认粘研铅自丢妹冶枯翌吞税面前森恼斤敞恰得碟阮芥聊瘤镶梳债嘘太匀榴糙洼宏桥男岁羊宴即体卷舆扎混唬龄蔫武
3、祖催寂繁爱圾助香算酶台途藐澄阐憨it超超临界机组主机设备选型研究传我处傈摄淑柿牙规绊合遵彪队汇搐哟叙泛溶佳娶例石砧嚎帐眼打镁玉锁芹沂拧碟蹬逆引忙怠纫码呈砍途霞褪砚离吹渗燃氛炸铜咳肤拱码派怖侯娥骚员漆睁酷辕扔慕临漳瘩愤杠衡都孰盗则分柒没闹壕俘早舆雨碗曳著栏通矮昂绍刁狈宇杰栗粱吻俐用乾傍容悍湃女槛炯伞赊喻炼靴卯驴剩皋市沙号洲击彻且晕锨靖绵碎持冬蔚窝辙柜噬头硕裳底蔓羹殴庶服疡斥柜应蹲践沪新尸聘悲裳闯娱讼邀酶表渐邦截街盒税繁窃励粥怪钎脂距兔拢薄佰存允笑黑逆切约圃宦情满掖膏阳陛当尔赁耙野见诺膨问绪梧婪蛋毅腑鼓乞热靳阴喷萌滦肋肆耘超铀枉泻辖煎狰窟泉蓬泅俊贰陷痛绑桂凰职巳醋炊灵糜寸沧文件编号版号0状态DES
4、中国国电集团公司 超超临界机组设备选型对经济性影响专题研究超超临界机组主机设备选型研究中国电力工程顾问集团华东电力设计院 工程设计综合类甲级A131000025 工程勘察综合类甲级090001-kj 2012 年 11月 上海 文件编号版号0状态DES超超临界机组主机设备选型研究批 准: 审 核: 校 核: 编 制: 本文件历次修改记录版号日期状态章节页码修改内容摘要目 录1前言22 国内外不同容量等级机组凝结水泵配置情况22.1国内不同容量等级凝结水泵的配置情况22.2国外凝结水泵的配置情况103不同容量等级机组凝结水泵配置情况分析113.1.300MW级超(亚)临界机组凝泵配置情况113.
5、2. 600MW级超(超)临界机组凝泵配置情况113.3. 1000MW级超超临界机组凝泵配置情况124.实际运行偏离原因分析125. 凝泵变频配置情况135.1 2台100%凝结水泵145.2 3台50%凝结水泵175.3 采用变频经济性分析175.4 采用变频装置的分析206.凝结水泵的配置原则216.1凝结水泵选型要点216.2凝结水泵的配置原则221前言12超超临界机组发展情况22.1总述22.2美国大容量超(超)临界发电机组的发展现状及趋势32.3日本大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势52.4欧洲大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势82.5我国大容量超超临界发电机组的发展现状及
6、趋势102.6超超临界机组二次再热机组发展情况123.国内超超临界机组特点163.1锅炉部分173.2汽机部分214 国内超超临界机组工程实施情况334.1国内1000MM等级超超临界机组工程实施情况334.2国内600MM等级超超临界机组工程实施情况347.二次再热机组517.1二次再热技术517.2我国二次再热技术的发展及应用528.超超临界机组主机技术分析论证578.1锅炉主要技术条件分析论证578.2汽轮机主要技术条件分析论证1018.3发电机主要技术条件分析论证1109机、炉、电容量及参数匹配1189.1锅炉和汽轮机主蒸汽、再热蒸汽参数匹配关系分析论证1189.2锅炉BMCR与汽机V
7、WO之间的容量匹配关系1269.3机、炉、电参数及容量匹配原则12710.主机主要技术条件的选择总结12910.1锅炉主要技术条件12910.2汽机主要技术条件13010.3 汽轮发电机主要技术条件132【内容摘要】 根据中国国电集团公司设备选型对超超临界机组经济性的影响研究火电建设节能技术集成应用及系统优化课题提纲的要求,对国内外超超临界燃煤机组主机设备的应用业绩、运行性能指标、性能考核试验、投运后存在的问题等方面进行深入广泛地收资调研、对比分析、总结出各种主机设备配置方案及设计和实际运行的差异,提炼出满足国电集团绿色电站设计导则主机设备选型的建议。1.对国内现已投运或在建(主要以国电为主)
8、不同容量等级的纯凝、供热、湿冷、空冷机组,调研、总结凝结水泵的各种配置方案(含变频器配置方案)及设计和实际运行的扬程程裕量系数,提炼出满足国电集团绿色电站设计导则的凝结水泵配置方案和扬程裕量系数。1 前言2主机选型分析中,一方面考虑机组的参数优化,在材料和运行许可的范围内达到优异的热耗经济指标;另一方面,结合目前国内主机厂的设备引进、消化、制造、投运、煤种适应性、以及投资等方面的实际情况,选用指标先进、电厂全寿命周期综合收益性最优、可靠性高的机组。3 本专题研究超超临界机组主机主要技术条件,包括炉型选择分析、主机设备参数选择及匹配原则等内容进行了全面的技术分析论证,重点对机炉匹配,机组功率,汽
9、机进汽初参数,以及工况选择进行了详细分析;研究超超临界机组主机设备选型对机组经济性的影响,将涉及超超临界燃煤发电机组设备设计及制造、工程设计、运行等方面内容。通过本课题的研究,将为国电集团公司超超临界燃煤机组建设设备选型及系统优化设计提供指导性的参考意见,为在役机组节能技术改造提供依据。同时通过本课题研究成果的应用,进一步提高新建机组的经济性、可靠性。2.凝结水泵(以下简称凝泵)主要作用是将汽轮机凝汽器内的凝结水送至除氧器,同时向汽轮机低压旁路装置及汽机房内各类减温器提供减温水。凝泵在火力发电厂中起着极为重要的作用,其可靠性直接关系到汽轮发电机组的可用率;同时,在电厂中,凝结水泵实际运行时均偏
10、离经济运行工况,机组带部分负荷时偏离更远,电动机浪费电能多。因此有必要结合国内不同容量等级机组项目,对凝泵的配置及扬程裕量进行专题研究。2 国内超超临界机组发展外不同容量等级机组凝结水泵配置情况1.1 2.1总述蒸汽动力装置的发展一直是沿着提高参数和发展大容量机组相结合的方向前进,提高蒸汽参数与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径。 火电机组的发展经历了由低压机组、高压机组、超高压机组、亚临界机组、超临界机组到超超临界机组的历程,单机容量已发展到超过1000MW。世界上超(超)临界发电技术的发展过程大致可以分成三个阶段:第一个阶段,从上个世纪50年代开始,以美
11、国和德国等为代表。当时的起步参数就是超超临界参数,但随后由于电厂可靠性的问题,在经历了初期超超临界参数后,从60年代后期开始,美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。直至80年代,美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。第二个阶段,大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的发展,尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进,及对电厂水化学方面的认识的深入,克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同时,美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造,可靠性和可用率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践,形成了新的结构和新的设计方法,大大提高了机组的经济性、可靠性
12、、运行灵活性。其间,美国又将超临界技术转让给日本(GE向东芝、日立,西屋向三菱),联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。这样,超临界机组的市场逐步转移到了欧洲及日本,涌现出了一批新的超临界机组。第三个阶段,大约是从20世纪九十年代开始进入了新一轮的发展阶段。这也是世界上超超临界机组快速发展的阶段,即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。其主要原因在于国际上环保要求日益严格,同时新材料的开发成功和和常规超临界技术的成熟也为超超临界机组的发展提供了条件。主要以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、阿尔斯通)的技术为主。据统计,目前全世界(除中国外)已投入运行的超临界及以
13、上参数的发电机组大约有600多台。其中在美国有170多台,日本和欧洲各约60台,俄罗斯及原东欧国家280余台。目前发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国等。世界范围内(除中国外)属于超超临界参数的机组大约有60余台。在中国超超临界技术的应用起步较晚,但发展速度迅猛。据不完全统计,自2007年以来中国订货的1000MW 超超临界机组已超过100台,至2013年1月底已建成投产53台。中国已是世界上1000MW超超临界机组发展最快、数量最多、容量最大和运行性能最先进的国家之一。为进一步降低能耗和减少污染物排放,改善环境,在材料工业发展的支持下,各国的超(超)临界机组都在朝着更高参数的技术方向发
14、展。1.2 2.2美国大容量超(超)临界发电机组的发展现状及趋势1.2.1 2.2.1 发展现状上世纪90年代以来,美国高效火电机组的发展较为缓慢。现在美国没有任何投运的超过600的超超临界机组,唯一的AEP Turk电厂 25MPa/601/610 超超临界机组正在建造。目前美国拥有9台世界上单机容量最大的1300MW超临界双轴机组,见表2-1。这些机组均为上世纪70年代至90年代初投入运行的,虽然机组容量为目前世界最大,但是技术水平与目前世界先进的高效火电水平有较大差距。表2-1 美国现役单机容量最大的1300MW超临界双轴机组电站锅炉制造商锅炉蒸发量(t/h)汽机制造商运行方式主汽压力(
15、MPa)主/再汽温()投运时间Cumberland 1#B&W4535ABB定压24.2538/5381972Cumberland 2#B&W4535ABB定压24.2538/5381973Amos 3#B&W4433ABB定压24.2538/5381973.10Gavin 1#B&W4433ABB定压24.2538/5381974Gavin 2#B&W4433ABB定压24.2538/5381975Mountaineer 1#B&W4433ABB定压24.2538/5381980.9Rockport 1#B&W4433ABB定压24.2538/5381984Rockport 2#B&W443
16、3ABB定压24.2538/5381989ZimmerB&W4433ABB定压25.4538/5381991.031.2.2 2.2.2 发展趋势美国发电机组的技术发展重点在于燃煤电厂燃料利用率和环境指数的提高。1999年美国能源部(DOE)提出了火电新技术发展的Vision21计划。Vision21 计划包括目前正在发展的低污染燃烧技术,煤气化技术,高效率炉膛和换热器技术,先进燃气轮机,燃料合成技术,超临界和系统合成技术。Vision 21 计划的目标见表2-2。表2-2 Vision 21 计划的目标项 目内 容效率煤炭作为基本燃料的机组效率为5560%(HHV);天然气作为基本燃料的机组
17、效率为75%(LHV)效率热/电联产的效率为85%以上燃料利用率从煤炭中生产氢气或液态燃料的电站燃料利用率为75%环境影响氮、硫氧化物,微粒的排放接近于零;二氧化碳的排放减少40-50%,如果配备碳捕捉装置的话,二氧化碳的排放为零。美国能源部希望通过Vision 21 计划美国可以制造运行温度达到760C的锅炉钢管和各种部件;如果工程需要,也将规划制造运行温度为871C的超级合金钢。当今典型燃煤电站的效率为35%,如果开发耐高温材料获得成功,美国能源部希望将效率提高到52-55%。效率的提高将减少大约30%的二氧化碳和其它污染物排放。该计划的核心是5个方面:(1) 选定在指定热效率和运行温度的
18、热电厂中使用的材料。(2) 确定制造运行温度为760C的锅炉钢管的工厂制造方法、流程、以及喷涂工艺。(3) 通过ASME的认证。(4) 确定运行蒸汽参数为35MPa/760/760/760的大容量两次再热超超临界火电机组的设计和运行难点。(5) 促进新管材技术的商业化开发和应用。1.3 2.3日本大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势1.3.1 2.3.1 发展现状20世纪80年代初,日本启动了超超临界发电技术的研究计划,由电源开发公司(EPDC)领衔,钢铁、锅炉、汽轮机制造厂和研究机构参加。由于日本当时已经开发出一系列的(912)%Cr铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢,其蠕变强度和耐腐蚀性能都很好
19、,因此,对USC机组的研究主要集中于这些耐热材料在现场应用中的性能数据和可靠性方面。日本投运容量1000MW以上的超超临界机组9台,其中7台双轴机组,2台单轴机组,见表2-3。80年代末,90年代初日本投运的川越电厂二次再热机组参数见表2-4。1.3.2 2.3.2 发展趋势1997年起,日本国立金属研究所(NRIM)启动了一项用于35MPa/650参数级别的USC机组大直径管道和联箱的高级铁素体耐热钢的研究计划。目前日本还在进行所谓的“新阳光(NewSunshine)”的发电技术研究计划,建立运行温度为700的发电机组。该项目由日本电力公司(即以前的电源开发公司)牵头,得到了日本通产省的大力
20、支持,目前正对所需材料进行研究。日本 A-USC(700超超临界)计划是日本政府2008年提出的“COOL Earth Program”的一部分,A-USC超超临界计划的分步走方案见表2-5。 计划时间:9年,2008-2016 计划组织:由日本政府经济贸易和工业部( METI)主持,下列成员参加:三菱、石川岛播磨、日立Babcock 、日立公司、住友金属、富士电气等公司; 日本A-USC的发展技术路线:(1)总的参数目标为700/720、700/750 以及将来800,采用二次再热方案;(2)改造现有大量超临界机组,提出25MPa不变,仅仅采取700的一次再热USC+A-USC方案 日本70
21、0超超临界机组的计划目标: 发电效率:48%; 净效率:46% 日本A-USC示范厂工程, 包括容量、参数、地点和时间表现在还未最后确定。 计划分工:(1)阀门日立、三菱、东芝和福士;(2) 锅炉Babcock、IHI、三菱、国家材料 研究中心等;(3)汽轮机日立、三菱、东芝 计划内容: A-USC示范厂的概念设计:2008-2011 锅炉材料研发:(1)大型厚壁管件: 2008-2012(2)长期蠕变强度试验: 2008-2016(3)高等级材料的制造工艺(焊接、锻铸和弯管):2008-2012(4)高温阀门: 2008-2012 蒸汽轮机材料的研发:(1)材料、转子等: 2008-2012
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