超超临界1000MW机组设置外置蒸汽冷却器的热经济性分析

超超临界１　０００　ＭＷ机组　设置外置蒸汽冷却器的热经济性分析　牛中敏　，丁一雨　１．河南省电力勘测设计院，河南郑州４５０００７　２．中南电力设计院，湖北武汉４３００７１　［摘　要］　针对某超超临界１　０００　ＭＷ机组，提出了采用串联外置式蒸汽冷却器利用第３级抽汽　过热度提高锅炉给水温度的方案。基于热力系统矩阵分析法，对该方案进行了热经济　性分析。分析表明，设置外置式蒸汽冷却器可提高锅炉给水温度４．９℃，汽轮机绝对内　效率相对设置前提高了０．２４　９／６，降低发电标准煤耗率约０．６５　ｇ／（ｋＷ・ｈ），经济效益显　著。　［关键词］　超超临界；１　０００　ＭＷ机组；热力系统；蒸汽冷却器；给水温度；串联　［中图分类号］　ＴＫ２１　２　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００２—３３６４（２０１１）１２—００６７—０３　［ＤＯＩ编号］　１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—３３６４．２０１１．１２．０６７　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＴＨＥＲＭＡＬ　ＥＣＯＮＯＭＹ　ＯＦ　ＩＮＳＴＡＬＬＩＮＧ　ＥＸＴＥＲＮＡＬ　ＳＴＥＡＭ　ＣｏｏＬＥＲ　ＦｏＲ　ＵＬＴＲＡ—ＳＵＰＥＲＣＲＩＴＩＣＡＬ　１　０００　ＭＷ　ＵＮＩＴ　ＮＩＵ　Ｚｈｏｎｇｍｉｎ　，ＤＩＮＧ　Ｙｉｙｕ　１．Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｒｎｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００７，Ｈｅｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ　２．Ｍｉｄｄｌｅ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００７１，Ｈｕｂｅｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＰＲＣ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ　ａｇａｉｎｓｔ　ｏｎｅ　ｕｌｔｒａ—ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　１　０００　ＭＷ　ｕｎｉｔ，ａ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｅｎｈａｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒ—　ａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｆｅｅｄ——ｗａｔｅｒ　ｆｏｒ　ｂｏｉｌｅｒｓ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｈｅａｔ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ——ｓｔａｇｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｓｔｅａｍ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｓｔｅａｍ　ｃｏｏｌｅｒ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｉｎ　ｓｅｒｉｅｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍａｔｒｉｘ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｏｆ　ｓａｉｄ　ｓｃｈｅｍｅ　ｈａｓ。ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｓｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｓｔｅａｍ　ｃｏｏｌｅｒ　ｃａｎ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｆｅｅｄ—ｗａｔｅｒ　ｆｏｒ　ｂｏｉｌｅｒｓ　ｂｙ　４９℃，ｔｈｅ　ａｂｓｏｌｕｔｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｒｏｓｅ　０．２４　，ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｏａｌ　ｃｏｎ－　ｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ａｂｏｕｔ　０．６５　ｇ／（ｋＷ・ｈ），ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ｂｅｉｎｇ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ—ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ；１　０００　ＭＷ　ｕｎｉｔ；ｍａｔｒｉｘ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｔｅａｍ　ｃｏｏｌｅｒ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｆｅｅｄ—ｗａｔｅｒ　回热加热器中，蒸汽的放热和给水吸热过程的　度，其放热过程变为Ｃ　一ｄ　ｅ，显然换热温差增大，不　Ｔ—ｓ图如图１所示，其中ｃ—ｄ—ｅ表示蒸汽的放热过　可逆损失增加，必然影响机组的热经济性Ⅲ。目前运　程，ａ—ｂ表示给水吸热过程。如果提高蒸汽的过热　行的超超临界机组高压加热器多设置内置式蒸汽冷却　收稿日期：２０１１—０１—２２　作者简介：牛中敏（１９６８一），男，河南新密人，高级工程师，主要从事电力工程热机专业设计。　Ｅ—ｍａｉｌ：　ｎｚｍ３４８２＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ　发电技术　一　器，造成第３级抽汽的过热度高达２７０℃以上，影响机　组的热经济性嘲。本文对某超超临界１　０００　Ｍｗ机组　提出了设置外置式蒸汽冷却器的方案，并采用矩阵法　对其进行热经济性分析。　世　赠　１机组热力系统　图２为某超超临界１　０００　Ｍｗ机组热力系统，其　主要参数见表１。　图１蒸汽放热和给水吸热过程的Ｔ—Ｓ图　３　４　２¨ｌ　４　２　４　ｌ号加热器２号加热器３号加热器　５号加热器６ｇ－加热器７ｇ－加热器８ｇ－加热器　图２某超超临界ｌ　０００　ＭＷ机组热力系统　表１　超超临界１　０００　ＭＷ机组热力参数　项目　２　３　４９３．３　３　４５０．５　２１７．０　４　３４８．７　３　１５８．５　１７０．４　加热器　５　２０５．３　２　８７９．３　１２５．４　６　１３４．２　２　７４３．３　１０３．３　３４５．８　３　０５９．７　２６１．２　抽汽温度／℃　抽汽比焓／ｋＪ・ｋｇ　饱和水温／℃　疏水比焓／１‘Ｊ・ｋｇ一１　９５６．２　１　１４０．５　７７０．６　９４０．４　７２１．０　４４４．８　５１５．５　３５６．４　４２１．９　加热器出口给水比焓／ｋＪ－ｋｇ　发　图３为设置串联外置式蒸汽冷却器后高压给水系　８一一　８　２　６　曩２　外置式蒸汽冷却器的布置和热经济　统，其主要热力参数见表２。　性分析　坛　ｎ１　ｈ１　Ｏｔ　２　ｈ２　３　４　蒸汽冷却器可分为内置式和外置式，国内大型燃　‘　ｒ　蒸汽　冷却器、　４号　加热器　煤机组的高压加热器大多设置内置式蒸汽冷却器　（ｔｔ），但是内置式蒸汽冷却器对抽汽的过热度利用有　Ｌ　］ｚ１　ｈ　限，而外置式蒸汽冷却器可以有效利用抽汽过热度，提　高机组的热经济性。外置式蒸汽冷却器与主水流有串　联和并联２种方式，均可减少抽汽与冷却水之间的温　差，降低不可逆损失Ｌ３］。相对比较，串联外置式蒸汽冷　却器热经济性较好。　Ｌ　１．　（　加热器　Ｌ　登　一一ｊ　图３设置串联外置式蒸汽冷却器后高压给水系统　表２设置串联外置蒸汽冷却器后高压给水系统的主要　热力参数　ｋＪ・ｋｇ—ｔ　由表２可见，第３级抽汽在蒸汽冷却器内的焓降　为４１４．６　ｋＪ／ｋｇ，锅炉给水焓提高２４．８　ｋＪ／ｋｇ（锅炉给　水温度提高４．９℃）。　采用热力系统矩阵热平衡方程式计算得出设置串　联外置式蒸汽冷却器前、后各级抽汽系数见表３。　表３设置串联外置式蒸汽冷却器前、后各级抽汽系数的计算结果　设置串联外置式蒸汽冷却器前、后汽轮机的绝对　内效率见表４。　表４设置串联外置式蒸汽冷却器前、后　汽轮机的绝对内效率　％　高机组热经济性的方案。基于热力系统矩阵热平衡方　程式，对该方案进行了热经济性分析。结果表明，外置　式蒸汽冷却器可提高锅炉给水温度４．９℃，汽轮机绝　对内效率相对提高０．２４　，发电标准煤耗率下降约　０．６５　ｇ／（ｋＷ・ｈ）。设置外置式蒸汽冷却器需投资约　６７９．４万元，按机组年利用５　５００　ｈ，每年可节约标煤　３　５７５　ｔ，按１　０００元／ｔ标煤计算，约１．９年可收回投　资。　由表４可见，设置串联外置式蒸汽冷却器后汽轮　机绝对内效率由４９．８２　９，６提高至４９．９４　，相对装置前　提高０．２４％，相应的煤耗率可降低约０．６５　ｇ／（ｋｗ・ｈ）。　设置外置式蒸汽冷却器所需投资费用见表５。以　单列高压加热器计算，给水管道规格ｄ６６０　ｍｍ×６５　［参　考　文　献］　［１３林万超．火电厂热力系统节能理论Ｉ－Ｍ］．西安：西安交通　大学出版社，１９９４．　［２］刘志真．１　０００　ＭＷ超超临界机组高加蒸汽冷却器设置的　ｍｍ，材料采用１５ＮｉＣｕＭｏＮｉ５—６—４，３段抽汽管道规　格ｄ４２６　ｍｍ×１６　ｍｍ，材料采用１２ＣｒｌＭｏＶ。土建费　探讨［Ｊ］．电力建设，２００８，２９（１０）：５２—５５．　［３］马芳礼．电厂热力系统节能分析原理．北京：水利水电出　版社，１９９２．　用主要为基础支墩，自控、安装费用等已包含在设备及　材料价格中。　表５设置外置蒸汽冷却器投资费用　万元　项目　投资费用　５００．０　１４９．ｏ　０．４　２８．ｏ　２．Ｏ　６７９．４　［４］严俊杰，刑秦安，林万超，等．火电厂热力系统经济性诊断　理论及应用Ｉ－Ｍ］．西安：西安交通大学出版社，２０００．　［５］刘继平，严俊杰，陈国慧，等．等效热降理论的扩展研究　［Ｊ］．热力发电，１９９８（５）：１１—１５．　［６］郭江龙，张树芳，宋之平，等．火电厂热力系统热经济性矩　蒸汽冷却器　给水管道　抽汽管道　土建费用　保温　发电。一技一　术论坛一阵分析方法［Ｊ］．中国电机工程学报，２００４，２４（１）：２０５—　２１０．　［７３郭民臣，魏楠．电厂热力系统矩阵热平衡方程式及其应用　－ＩＪ］．动力工程，２００２，２２（２）：１７３３—１７３８．　合计　［８３郭江龙，张树芳，宋之平．热力系统广义ｑ—ｙ—ｒ矩阵及其　应用［Ｊ］．热力发电，２００６（２）：１１—１３．　［９３郭江龙，张树芳，陈海平，等．循环函数法单元矩阵计算模　型及其应用［Ｊ］．热力发电，２００４（２）：１７—１８，４４．　［１Ｏ］电力规划设计总院．火电工程限额设计参考造价指标　３　结　语　某超超临界１　０００　ＭＷ机组第３级抽汽过热度达　２７６．３℃，对此提出了采用串联外置式蒸汽冷却器提　（２０Ｏ９年水平）［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０１０．