【正文】 .................................. 8 機爐電容量匹配的原則 ....................................................................................... 9 5 機爐蒸汽參數(shù)的匹配 .......................................................................... 10 主蒸汽系統(tǒng) ......................................................................................................... 10 再熱蒸汽系統(tǒng) ..................................................................................................... 17 機爐蒸汽參數(shù)匹配的原則 ................................................................................. 21 6 主廠房布置 ......................................................................................... 21 2?600MW 級超超臨界機組 ............................................................................... 21 2?1000MW 級超 超臨界機組 ............................................................................. 21 7 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)及工程投資 ........................................................... 22 不同參數(shù)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比 ............................................................................. 22 亞臨界、超臨界以及超超臨界機組技術(shù)經(jīng) 濟(jì)比較 ......................................... 23 附件一 外高橋電廠二期 2?900MW 機組管道安裝圖 ............................... 25 主蒸汽管道（一） ............................................................................................. 25 主蒸汽管道（二） ............................................................................................. 26 高溫再熱蒸汽管道 ............................................................................................. 27 低溫再熱蒸汽管道 ............................................................................................. 28 附件二 900MW 超超臨界機組汽機熱平衡圖 ........................................... 29 再熱系統(tǒng)壓降占高壓缸排汽壓力的 10% ......................................................... 29 再熱系統(tǒng)壓降占高壓缸排汽壓力的 8% ........................................................... 33 附件三 600MW及 1000MW 等級超超臨界機組主廠房布置圖 ................... 37 第 1 頁 1 前言 火力發(fā)電廠的三大主機設(shè)備：鍋爐、汽輪機和發(fā)電機選擇合適的容量并合理、有效的匹配，是使得工程做到技術(shù)可行、綜合性價比合理以及降低工程投資的一個重要因素。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大容量、高參數(shù)火電機組的數(shù)量也是逐年增加。為此，國產(chǎn)化大容量超超臨界燃煤發(fā)電機組研究已被列入國家“ 863 計劃”。 2 定義 超超臨界機組 對于火力發(fā)電機組，當(dāng)機組作功介質(zhì)蒸汽的工作壓力大于水的臨界狀態(tài)點壓力（ Pc=）時，我們稱之為超臨界機組。 所謂超超臨界機組（ Ultra Supercritical）是相對于常規(guī)超臨界機組的蒸汽參數(shù)而言的，我國電力百科全書中稱，通常把蒸汽壓力高于 27MPa 稱為超超臨界；國際上普遍認(rèn)為在常規(guī)超臨界參數(shù)的基礎(chǔ)上壓力和溫度再提升 一個檔次，也就是工作壓力超過 或者主蒸汽（或再熱蒸汽）溫度超過 566oC，都屬于超超臨界機組的范疇。 汽輪發(fā)電機組的功率 額定功率（銘牌功率 TRL） 汽輪發(fā)電機組的銘牌功率通常是指汽輪機在額定的主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)、背壓 絕對壓力、補給水率 3%以及回?zé)嵯到y(tǒng)正常投入的條件下，考慮扣除非同軸勵磁、潤滑及密封油泵等所耗功率后，制造廠能保證在壽命期內(nèi)任何時間都能安全連續(xù)地在額定功 率因數(shù)、額定氫壓（氫冷發(fā)電機）下發(fā)電機端輸出的功率。 此時調(diào)節(jié)閥應(yīng)仍有一定的裕度，以保證滿足一次調(diào)頻等的需要。 此時，汽輪機的進(jìn)汽量仍為額定進(jìn)汽量。 考慮到制造誤差或流量系數(shù)有可能改變而影響其通流能力等因素，一般要求在VWO 下的進(jìn)汽量應(yīng)為額定進(jìn)汽量的 ~ 倍。 3 機組容量和參數(shù) 超超臨界機組的發(fā)展 回顧幾十年世界超臨界機組的發(fā)展過程，其實際應(yīng)用大致可劃分為三個階段： 1) 第一階段， 20世紀(jì) 50~70 年代，超臨界機組的發(fā)展以美國 GE和西屋公司為核心，當(dāng)時的起點就采用了超超臨界參數(shù)。 ? 1958 年投運的超超臨界機組，機組容量 310MW，蒸汽壓力達(dá)到 、蒸汽溫度則達(dá)到 649oC。 ? 有 5臺機組的蒸汽溫度達(dá)到 593 oC， 11 臺機組為二次中間再熱。直至 80 年代， 美國超臨界機組的蒸汽參數(shù)始終穩(wěn)定在這個水平。 2) 第二階段，從 80 年代起的超臨界機組優(yōu)化及新技術(shù)發(fā)展階段 從 70年代起，美國的一些公司如 GE 及西屋公司分別將超臨界技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本和歐洲，超臨界機組的市場從 80 年代起也轉(zhuǎn)移到了日本和歐洲。從 80 年代起， GE 和西屋公司對已投運的 170 余臺超臨界機組進(jìn)行了大規(guī)模的優(yōu)化及改造，通過改造 實踐，形成了一批經(jīng)過驗證的新設(shè)計、新結(jié)構(gòu)，大大提高了機組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運行靈活性。在保證機組高可靠性、高可用率條件下，采用更高蒸汽壓力和溫度、更大機組容量是目前發(fā)展階段的主要特點。 1989~2020 年日本大容量超超臨界機組的主 要業(yè)績 機組 功率(MW) 參數(shù) (MPa/oC/ oC/ oC) 制造廠 (汽機 /鍋爐 ) 投運 日期 川越（ Kawagoe） 2 700 碧南（ Hekinan） 3 700 能代（ Noshiro） 2 600 七尾太田（ Nanaoohta） 1 500 原町（ Haramachi） 1 1000 三隅 1 1000 原町（ Haramachi） 2 1000 七尾太田（ Nanaoohta） 2 700 松浦（ Matsuura） 2 1000 橘灣（ Tachibanawan） 1 1050 ,GE/IHI 2020/7 敦賀 2 700 橘灣（ Tachibanawan） 2 1050 磯子 1 600 苫東厚真 4 700 碧南（ Hekinan） 5 1000 苓北（ Reihoku） 2 700 常陸那珂（ Hitachimaka） 1 1000 広野 5 600 舞鶴 2 900 第 4 頁 近期歐洲大容量超超臨界機組的主要業(yè)績 機組 國家 功率 (MW) 參數(shù) (MPa/oC/ oC/ oC) 投運 日期 Sk230。ksv230。為了降低制造成本，近年來也不是一味地提高蒸汽的初壓力，而是盡量提高蒸汽溫度以期“用足”現(xiàn)有材料的耐溫特性，以最低的制造成本獲得最大的熱效益。日本最初投運的 兩臺 超超臨界機組，由于受當(dāng)時耐熱鋼材的限制，只是提高主蒸汽壓力而未提高溫度。兩次再熱雖然技術(shù)上是成熟的，但系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)計難度大。所以，近年來日本各公司都轉(zhuǎn)而生產(chǎn) ~25MPa，593~610oC的超超臨界機組，其熱效率僅比 、 566oC 兩次再熱機組低 %左右，制造成本則大大降低。由此可見，超超臨界參數(shù)比較適合于大容量機組，特別是百萬千瓦等級。這些機組都屬于常規(guī)超臨界參數(shù)，即 。根據(jù)我國 1994 年可靠性管理中心報告資料，我國當(dāng)時 6臺 600MW 機組中，石洞口二廠 2 機組的等效可用第 5 頁 率已分別為 %和 %，強迫停機率為 %和 %，為國內(nèi) 600MW 機組的第一、第二名。提高蒸汽溫度和壓力與機組效率增加的關(guān)系見圖 31。目前世界上先進(jìn)的火力發(fā)電機組的電廠效率已達(dá)到 45~47%。 從圖 31 中還可以看出，提高溫度對機組效率的提高比壓力提高來得明顯。當(dāng)新蒸汽 /再熱蒸汽溫度 （ oC） 熱耗 降低率（ %） 第 6 頁 然，隨著蒸汽壓力的提高、蒸汽的比容減小，高、中壓缸所需的通流面積就相對較小，相應(yīng)的蒸汽管道管徑也較小。（詳見 超超臨界發(fā)電機組技術(shù)選型研究子課題 1研究報告之二《 四大管 道選材報告》） 結(jié)合國內(nèi)火力發(fā)電機組的發(fā)展現(xiàn)狀，我們認(rèn)為現(xiàn)階段我國發(fā)展超超臨界的參數(shù)應(yīng)以 ~、 580~600oC為主要發(fā)展的方向，并可采取分階段實施的辦法。 機組容量 低壓缸排汽面積 首先，大功率的汽輪機與進(jìn)汽的超超臨界參數(shù)并無很大的關(guān)系，它涉及的關(guān)鍵之一是低壓缸的排汽能力，功率越大 +背壓越低（排汽比容越大）就需配備更大排汽面積的長葉片低壓缸，或更多的低壓缸數(shù)。 每 100MW 相應(yīng)的末級排汽面積 背壓 kPa 排氣面積 m2 5~ ~ ~ 7~ ~ 此外，當(dāng)功率大于 700MW 等級就必須考慮高中壓分缸以及發(fā)電機單軸功率的限制等因素。因此，大容量機組更要注重大型 低壓缸和末級長葉片的應(yīng)用與開發(fā)。這就為銘牌功率 1000MW 左右的大功率汽輪機在常規(guī)背壓下采用兩個低壓缸創(chuàng)造了一定的條件。同時，低壓部分采用半速運行，同樣的材料可采用更長的末級葉片 ，使得低壓缸的通流能力增加，降低了排汽余速損失，滿足了單機功率增長的需要。根據(jù)美國西屋公司900~1000MW 汽輪機單雙軸汽輪機設(shè)備價格所作的分析，同容量的雙軸汽輪機要比單軸汽輪機增加 %左右，見下表。 此外，雙軸布置還需配備兩臺發(fā)電機，不僅機組總的機械損失增大，造價也增加了。而對于高、中壓缸來說，端損是影響葉片級效率的主要因素，其影響程度隨著葉片高度的減小而 增加。因此，在滿足低壓缸排汽面積以及發(fā)電機單軸功率限制的條件下，當(dāng)機組容量大于 700MW 后，應(yīng)盡量提高單機容量從而保證一定的高、中壓缸效率。 鍋爐容量 對于超超臨界鍋爐而言，蒸汽參數(shù)并不會影響到鍋爐容量的大型化，因為 當(dāng)工作壓力大于水的臨界點壓力后，其鍋爐的水動力特性與常規(guī)超臨界鍋爐是一致的，關(guān)鍵在于選用合適的材料以及合理地組織燃燒和爐膛空氣動力場。此外，日本和歐洲也有大量的 3000 t/h 級超超臨界直流爐的運行實績。它的容量主要受到發(fā)電機自身的通風(fēng)冷卻條件的限制。對于 3000 r/min 的轉(zhuǎn)速，基于現(xiàn)有材料的機械性能，氣隙取氣轉(zhuǎn)子通風(fēng)系統(tǒng)的極限容量是副槽通風(fēng)系統(tǒng)的兩倍，其轉(zhuǎn)子最大直徑 1320mm，副槽最大直徑約為 1270mm 左右，因此發(fā)電機的通風(fēng)冷卻條件約束著發(fā)電機容量的增大。 機組容量選擇 根據(jù)上述分析，從機組的綜合經(jīng)濟(jì)性角度考慮，機組的容量大致可分為三檔：即 600~700MW一檔采用高中壓合缸，單軸全速 三缸四排汽汽輪發(fā)電機組； 900~1000MW一檔采用高中壓分缸，單軸全速四缸四排汽或五缸六排汽汽輪發(fā)電機組（根據(jù)不同的背壓條件）； 1200~1300MW 一檔采用雙軸雙速汽輪發(fā)電機組。 4 機爐電容量的匹配 各國在機爐電匹配上的一些差別 美國的大容量機組 美國設(shè)計的大容量火電機組（核電機組除外）都要求汽輪發(fā)電機組應(yīng)具有在調(diào)節(jié)汽門全開和所有給水加熱器全部投運之下，可超壓 5%連 續(xù)運行的能力以適應(yīng)日間峰值負(fù)荷增長之需。美國設(shè)計的機組與國產(chǎn)機組的不同之處在于它通常是以 VWO 工況為運行基礎(chǔ)，而采用 VWO+5%OP 工況作為計算最大出力。 日本和其他歐洲國家的大容量機組 日本或其他歐洲國 家所設(shè)計的大容量機組往往以 VWO工況為汽輪機最大出力，而以超壓 5%作為最大負(fù)荷能力，亦即每天可超壓 5%運