火力发电厂660MW二次再热主机设备参数选择研究

谢桂玲

摘 要：本文针对660MW超超临界机组主设备高参数的选择，从新材料的性能和应用、参数的优化以及与一次再热机组经济性比较等几方面的论述，指出煤价比较高时，选择二次再热机组有比较高的经济效益。

关键词：热机组主机；参数；选择；优化

中图分类号：TM611 文献标识码：A

1概述

随着燃煤价格的不断上涨，节能减排的压力逐渐增大，鉴于目前材料技术的限制，各国的700℃计划进展速度缓慢。而发展700℃计划，必然涉及到二次再热系统，国内已成立以电规院为首的700℃联盟，协同三大动力公司等企业开展了初步的研究工作，国电泰州发电厂二期（1000MW级）、华能莱芜电厂（1000MW级）、华能安源电厂（660MW级）已开展建设二次再热机组的工程。

2二次再热机组主机参数优化

2.1 主蒸汽参数优化

主蒸汽温度，直接影响材料的许用应力，以目前国内超超临界机组应用的材料来看，主蒸汽温度很难突破600℃。

汽轮机进汽参数的提高，是改善机组效率的重要手段之一，经计算，新蒸汽参数在压力为16.6MPa～31.0MPa，温度535℃～600℃范围内，压力每提高1MPa，机组热耗下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗下降0.25%～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗下降0.15%～0.20%；当新蒸汽压力较高时，压力越高效率提高幅度越小。若采用两次中间再热，机组性能会进一步提高。

主蒸汽压力提高，总是对提高机组效率有利的，但随着主蒸汽压力的提高，锅炉和汽轮机的设计难度增加，成本也在增加。为了获得一定的收益，主蒸汽压力宜采用28MPa～31MPa之间。

我国已运行的超超临界机组材料皆为国外开发，这些材料在600℃的性能还缺乏足够的时间验证，从国外技术支持方提供的数据看，一次再热温度和二次再热温度可以提高到610℃，如果再提高到620℃，超高压、高压、中压转子的材料有可能用到新12Cr钢，涉及与国外联合设计、合作制造的问题，成本很难控制。根据计算分析，两次再热温度均提高到620℃，机组效率仅提高0.24%，风险和投资大于收益。二次再热温度提高到620℃，中压转子的冷却流量应相应增加，抵消了部分收益。

因此，综合考虑，推荐主蒸汽压力为31MPa，主蒸汽温度为600℃，一次和二次再热温度采用610℃。

2.2 一次再热压力的选取

对于二次再热汽轮机组，首级高加回热抽汽采用超高压缸排汽，应考虑锅炉给水温度这一因素。一次再热压力升高，机组热耗降低，一次再热压力在某个值附近，热耗最低，但继续升高，热耗开始缓慢升高。一次再热压力/主汽压力≈40%时，循环效率最高。

2.3 二次再热压力的选取

2.3.1 二次再热压力与排汽干度的比较

二次再热压力选取主要应考虑整体循环效率、排汽湿度、中压缸排汽压力、温度等因素的影响。汽轮机末级叶片工作状态的湿度必须处在一定的湿度范围，以防止蒸汽过热，损坏末级叶片。二次再热压力越高，排汽湿度越大；二次再热温度越高，排汽湿度越小。对于超超临界二次再热机组来说，关心的问题是湿度太小，影响机组的运行安全。

2.3.2二次再热压力与热耗的关系

随着再热压力的提高，热耗下降，再热压力到某一值后，下降趋势减缓，减到一定数值后，热耗升高。所以，有一个合适的二次再热压力区间，这个区间末级排汽湿度也满足要求。

对于主汽参数31MPa/600℃，一、二次再热温度620℃的湿冷汽轮机组，二次再热压力选取在2.7MPa～3.0MPa，同时中排压力宜选取在0.4MPa～0.45MPa。

3 主设备参数优化结论

综合考虑国内高温材料、经济性以及末级排汽湿度、高压缸排汽温度等因素，660MW超超临界二次再热机组推荐：

主蒸汽压力：31MPa；

主蒸汽温度：600℃；

一次再热温度：610℃；

二次再热温度：610℃

回热级数宜设置为10级（4高5低1除氧）。

4 660MW超超临界一次再热与二次再热汽轮机方案比较

660MW超超临界一次再热汽轮机采用的常规机型为N660-25MPa/600℃/ 600℃，本体结构和各部件采用的材料均与二次再热汽轮机不同，这两种机型比较如下：

4.1两种方案的初投资比较

4.1.1主机设备投资比较

二次再热机组汽轮机增加一个超高压缸，锅炉设备增加二次再热器，主机设备使用的材料耐高温性能提高，重量增加，汽轮机本体设备和锅炉本体设备初投资均有调整，见表1。

4.2.2主要管道的投资比较

二次再热机组比一次再热机组增加投资的管道主要有：主蒸汽压力由25MPa提高到31MPa，引起壁厚增加；增加一套二次再热热段管道和再热冷段管道；主给水压力升高引起主给水管道壁厚增加；抽汽系统由8级增加到10级，设置外置蒸汽冷却器和低加疏水泵，增加一路旁路系统，由此增加的投资见表2。

4.2.3辅机设备的投资比较

二次再热机组增加一台高压加热器和一台低压加热器，增加两台外置蒸汽冷却器和两台疏水泵设备，增加一套汽机旁路设备，给水泵组价格增加20%，初投资增加的费用见表3。

结语

在经济层面上分析，不论机组是在基本负荷（100%THA）运行，还是在调峰模式运行，二次再热机组方案都比一次再热机组方案热耗低，效率高，减少煤耗，降低污染物的排放，但初投资增加，所增加的投资回收期年限根据煤价的不同而变化，标煤价800元/吨时，回收年限约为20年；标煤价900元/吨时，回收年限约为16年；标煤价1000元/吨时，回收年限约为13年。

参考文献

[1]刘强，等.二次再热机组的热耗变换系数和汽耗变换系数[J].中国电机工程学报，2007，27（26）.endprint

摘 要：本文针对660MW超超临界机组主设备高参数的选择，从新材料的性能和应用、参数的优化以及与一次再热机组经济性比较等几方面的论述，指出煤价比较高时，选择二次再热机组有比较高的经济效益。

关键词：热机组主机；参数；选择；优化

中图分类号：TM611 文献标识码：A

1概述

随着燃煤价格的不断上涨，节能减排的压力逐渐增大，鉴于目前材料技术的限制，各国的700℃计划进展速度缓慢。而发展700℃计划，必然涉及到二次再热系统，国内已成立以电规院为首的700℃联盟，协同三大动力公司等企业开展了初步的研究工作，国电泰州发电厂二期（1000MW级）、华能莱芜电厂（1000MW级）、华能安源电厂（660MW级）已开展建设二次再热机组的工程。

2二次再热机组主机参数优化

2.1 主蒸汽参数优化

主蒸汽温度，直接影响材料的许用应力，以目前国内超超临界机组应用的材料来看，主蒸汽温度很难突破600℃。

汽轮机进汽参数的提高，是改善机组效率的重要手段之一，经计算，新蒸汽参数在压力为16.6MPa～31.0MPa，温度535℃～600℃范围内，压力每提高1MPa，机组热耗下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗下降0.25%～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗下降0.15%～0.20%；当新蒸汽压力较高时，压力越高效率提高幅度越小。若采用两次中间再热，机组性能会进一步提高。

主蒸汽压力提高，总是对提高机组效率有利的，但随着主蒸汽压力的提高，锅炉和汽轮机的设计难度增加，成本也在增加。为了获得一定的收益，主蒸汽压力宜采用28MPa～31MPa之间。

我国已运行的超超临界机组材料皆为国外开发，这些材料在600℃的性能还缺乏足够的时间验证，从国外技术支持方提供的数据看，一次再热温度和二次再热温度可以提高到610℃，如果再提高到620℃，超高压、高压、中压转子的材料有可能用到新12Cr钢，涉及与国外联合设计、合作制造的问题，成本很难控制。根据计算分析，两次再热温度均提高到620℃，机组效率仅提高0.24%，风险和投资大于收益。二次再热温度提高到620℃，中压转子的冷却流量应相应增加，抵消了部分收益。

因此，综合考虑，推荐主蒸汽压力为31MPa，主蒸汽温度为600℃，一次和二次再热温度采用610℃。

2.2 一次再热压力的选取

对于二次再热汽轮机组，首级高加回热抽汽采用超高压缸排汽，应考虑锅炉给水温度这一因素。一次再热压力升高，机组热耗降低，一次再热压力在某个值附近，热耗最低，但继续升高，热耗开始缓慢升高。一次再热压力/主汽压力≈40%时，循环效率最高。

2.3 二次再热压力的选取

2.3.1 二次再热压力与排汽干度的比较

二次再热压力选取主要应考虑整体循环效率、排汽湿度、中压缸排汽压力、温度等因素的影响。汽轮机末级叶片工作状态的湿度必须处在一定的湿度范围，以防止蒸汽过热，损坏末级叶片。二次再热压力越高，排汽湿度越大；二次再热温度越高，排汽湿度越小。对于超超临界二次再热机组来说，关心的问题是湿度太小，影响机组的运行安全。

2.3.2二次再热压力与热耗的关系

随着再热压力的提高，热耗下降，再热压力到某一值后，下降趋势减缓，减到一定数值后，热耗升高。所以，有一个合适的二次再热压力区间，这个区间末级排汽湿度也满足要求。

对于主汽参数31MPa/600℃，一、二次再热温度620℃的湿冷汽轮机组，二次再热压力选取在2.7MPa～3.0MPa，同时中排压力宜选取在0.4MPa～0.45MPa。

3 主设备参数优化结论

综合考虑国内高温材料、经济性以及末级排汽湿度、高压缸排汽温度等因素，660MW超超临界二次再热机组推荐：

主蒸汽压力：31MPa；

主蒸汽温度：600℃；

一次再热温度：610℃；

二次再热温度：610℃

回热级数宜设置为10级（4高5低1除氧）。

4 660MW超超临界一次再热与二次再热汽轮机方案比较

660MW超超临界一次再热汽轮机采用的常规机型为N660-25MPa/600℃/ 600℃，本体结构和各部件采用的材料均与二次再热汽轮机不同，这两种机型比较如下：

4.1两种方案的初投资比较

4.1.1主机设备投资比较

二次再热机组汽轮机增加一个超高压缸，锅炉设备增加二次再热器，主机设备使用的材料耐高温性能提高，重量增加，汽轮机本体设备和锅炉本体设备初投资均有调整，见表1。

4.2.2主要管道的投资比较

二次再热机组比一次再热机组增加投资的管道主要有：主蒸汽压力由25MPa提高到31MPa，引起壁厚增加；增加一套二次再热热段管道和再热冷段管道；主给水压力升高引起主给水管道壁厚增加；抽汽系统由8级增加到10级，设置外置蒸汽冷却器和低加疏水泵，增加一路旁路系统，由此增加的投资见表2。

4.2.3辅机设备的投资比较

二次再热机组增加一台高压加热器和一台低压加热器，增加两台外置蒸汽冷却器和两台疏水泵设备，增加一套汽机旁路设备，给水泵组价格增加20%，初投资增加的费用见表3。

结语

在经济层面上分析，不论机组是在基本负荷（100%THA）运行，还是在调峰模式运行，二次再热机组方案都比一次再热机组方案热耗低，效率高，减少煤耗，降低污染物的排放，但初投资增加，所增加的投资回收期年限根据煤价的不同而变化，标煤价800元/吨时，回收年限约为20年；标煤价900元/吨时，回收年限约为16年；标煤价1000元/吨时，回收年限约为13年。

参考文献

[1]刘强，等.二次再热机组的热耗变换系数和汽耗变换系数[J].中国电机工程学报，2007，27（26）.endprint

摘 要：本文针对660MW超超临界机组主设备高参数的选择，从新材料的性能和应用、参数的优化以及与一次再热机组经济性比较等几方面的论述，指出煤价比较高时，选择二次再热机组有比较高的经济效益。

关键词：热机组主机；参数；选择；优化

中图分类号：TM611 文献标识码：A

1概述

随着燃煤价格的不断上涨，节能减排的压力逐渐增大，鉴于目前材料技术的限制，各国的700℃计划进展速度缓慢。而发展700℃计划，必然涉及到二次再热系统，国内已成立以电规院为首的700℃联盟，协同三大动力公司等企业开展了初步的研究工作，国电泰州发电厂二期（1000MW级）、华能莱芜电厂（1000MW级）、华能安源电厂（660MW级）已开展建设二次再热机组的工程。

2二次再热机组主机参数优化

2.1 主蒸汽参数优化

主蒸汽温度，直接影响材料的许用应力，以目前国内超超临界机组应用的材料来看，主蒸汽温度很难突破600℃。

汽轮机进汽参数的提高，是改善机组效率的重要手段之一，经计算，新蒸汽参数在压力为16.6MPa～31.0MPa，温度535℃～600℃范围内，压力每提高1MPa，机组热耗下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组热耗下降0.25%～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组热耗下降0.15%～0.20%；当新蒸汽压力较高时，压力越高效率提高幅度越小。若采用两次中间再热，机组性能会进一步提高。

主蒸汽压力提高，总是对提高机组效率有利的，但随着主蒸汽压力的提高，锅炉和汽轮机的设计难度增加，成本也在增加。为了获得一定的收益，主蒸汽压力宜采用28MPa～31MPa之间。

我国已运行的超超临界机组材料皆为国外开发，这些材料在600℃的性能还缺乏足够的时间验证，从国外技术支持方提供的数据看，一次再热温度和二次再热温度可以提高到610℃，如果再提高到620℃，超高压、高压、中压转子的材料有可能用到新12Cr钢，涉及与国外联合设计、合作制造的问题，成本很难控制。根据计算分析，两次再热温度均提高到620℃，机组效率仅提高0.24%，风险和投资大于收益。二次再热温度提高到620℃，中压转子的冷却流量应相应增加，抵消了部分收益。

因此，综合考虑，推荐主蒸汽压力为31MPa，主蒸汽温度为600℃，一次和二次再热温度采用610℃。

2.2 一次再热压力的选取

对于二次再热汽轮机组，首级高加回热抽汽采用超高压缸排汽，应考虑锅炉给水温度这一因素。一次再热压力升高，机组热耗降低，一次再热压力在某个值附近，热耗最低，但继续升高，热耗开始缓慢升高。一次再热压力/主汽压力≈40%时，循环效率最高。

2.3 二次再热压力的选取

2.3.1 二次再热压力与排汽干度的比较

二次再热压力选取主要应考虑整体循环效率、排汽湿度、中压缸排汽压力、温度等因素的影响。汽轮机末级叶片工作状态的湿度必须处在一定的湿度范围，以防止蒸汽过热，损坏末级叶片。二次再热压力越高，排汽湿度越大；二次再热温度越高，排汽湿度越小。对于超超临界二次再热机组来说，关心的问题是湿度太小，影响机组的运行安全。

2.3.2二次再热压力与热耗的关系

随着再热压力的提高，热耗下降，再热压力到某一值后，下降趋势减缓，减到一定数值后，热耗升高。所以，有一个合适的二次再热压力区间，这个区间末级排汽湿度也满足要求。

对于主汽参数31MPa/600℃，一、二次再热温度620℃的湿冷汽轮机组，二次再热压力选取在2.7MPa～3.0MPa，同时中排压力宜选取在0.4MPa～0.45MPa。

3 主设备参数优化结论

综合考虑国内高温材料、经济性以及末级排汽湿度、高压缸排汽温度等因素，660MW超超临界二次再热机组推荐：

主蒸汽压力：31MPa；

主蒸汽温度：600℃；

一次再热温度：610℃；

二次再热温度：610℃

回热级数宜设置为10级（4高5低1除氧）。

4 660MW超超临界一次再热与二次再热汽轮机方案比较

660MW超超临界一次再热汽轮机采用的常规机型为N660-25MPa/600℃/ 600℃，本体结构和各部件采用的材料均与二次再热汽轮机不同，这两种机型比较如下：

4.1两种方案的初投资比较

4.1.1主机设备投资比较

二次再热机组汽轮机增加一个超高压缸，锅炉设备增加二次再热器，主机设备使用的材料耐高温性能提高，重量增加，汽轮机本体设备和锅炉本体设备初投资均有调整，见表1。

4.2.2主要管道的投资比较

二次再热机组比一次再热机组增加投资的管道主要有：主蒸汽压力由25MPa提高到31MPa，引起壁厚增加；增加一套二次再热热段管道和再热冷段管道；主给水压力升高引起主给水管道壁厚增加；抽汽系统由8级增加到10级，设置外置蒸汽冷却器和低加疏水泵，增加一路旁路系统，由此增加的投资见表2。

4.2.3辅机设备的投资比较

二次再热机组增加一台高压加热器和一台低压加热器，增加两台外置蒸汽冷却器和两台疏水泵设备，增加一套汽机旁路设备，给水泵组价格增加20%，初投资增加的费用见表3。

结语

在经济层面上分析，不论机组是在基本负荷（100%THA）运行，还是在调峰模式运行，二次再热机组方案都比一次再热机组方案热耗低，效率高，减少煤耗，降低污染物的排放，但初投资增加，所增加的投资回收期年限根据煤价的不同而变化，标煤价800元/吨时，回收年限约为20年；标煤价900元/吨时，回收年限约为16年；标煤价1000元/吨时，回收年限约为13年。

参考文献

[1]刘强，等.二次再热机组的热耗变换系数和汽耗变换系数[J].中国电机工程学报，2007，27（26）.endprint