660MW机组二次再热技术应用成果荣获2016年度电力行业技术市场金桥项目一等奖

简介
一、项目背景 华能安源电厂采用660MW级超超临界二次再热机组是我国首批建设的二次再热机组之一,汽轮机设计入口参数31MPa/600℃/620℃/620℃,锅炉过热蒸汽和再热蒸汽温度605/623/623℃,已经超过了国内超超临界百万 ...

一、项目背景

华能安源电厂采用660MW级超超临界二次再热机组是我国首批建设的二次再热机组之一,汽轮机设计入口参数31MPa/600/620/620,锅炉过热蒸汽和再热蒸汽温度605/623/623℃,已经超过了国内超超临界百万机组的蒸汽参数,均达到了世界的先进水平。

提高燃煤火力发电机组热效率,降低二氧化碳排放量,在蒸汽参数进一步提高的同时,优化回热系统和增加再热级数都是提高机组效率的有效方法。热力循环分析表明,主蒸汽压力每提高1MPa,机组的热耗率下降0.13%0.15%;主蒸汽温度每提高10℃,机组的热耗率下降0.25%0.30%;再热蒸汽每提高10℃,机组的热耗率下降0.15%0.2%。如果增加机组的再热次数,采用二次中间再热,相比同参数一次再热机组煤耗降低约10g/kwh,其热效率可比采用一次中间再热机组相对提高2%,对应二氧化碳减排量3.6%

二次再热技术的采用是提高机组热效率的有效方法,但二次再热系统的加入,系统设置和运行控制复杂性增大,锅炉烟温特性和汽温调节特性与一次再热锅炉相比发生很大变化;配用的东方汽轮机厂设计制造的汽轮机新增一只超高压缸且汽缸结构型式发生了较大变化,采用三组阀门控制汽机进汽分配,抽汽回热系统由一次再热的8级抽汽变化为10级抽汽,相应汽机启动控制方式、汽缸厚壁金属元件的升温暖机、冷却蒸汽的投退都与以往一次再热机组有很大不同。

超超临界二次再热机组与同容量一次再热机组存在较大差异,在结构设计方面,二次再热机组比一次再热机组要复杂的多:首先,采用二次再热运行方式后再热蒸汽对流吸热量增加约10%左右、相应的主蒸汽辐射吸热量降低,由于辐射换热与对流换热的热力学机理不同,势必对机组的热力特性造成影响;其次,汽轮机部分增加了超高压缸、锅炉侧增加一级再热器,汽水流程增加,在相对低的蒸汽流量和相对长的汽水流程状态下,机组的动静态响应特性必然发生较大变化;再次,锅炉侧增加一级再热器、受热面布置更加复杂,使得主、再热蒸汽温度调节特性发生较大变化,对机组动静态响应特性的依赖性增强;最后,再热蒸汽温度达到620℃,使得末级受热面金属材料的工作环境更加恶劣,对机组热力特性的变化更为敏感。因此,对超超临界二次再热机组在不同工况下的动静态响应特性的研究对于机组设计方案优化、运行调试优化、控制策略制定等都具有非常重要的意义。

二、主要技术经济指标及节能减排的先进性

1.锅炉效率:#194.61%#294.34%,优于设计值93.8%;供电煤耗:#1275.2g/kW·h#2276.7g/kW·h,优于设计值276.78g/kW·h,厂用电率:#13.35%#23.32%,优于设计值3.36%,处于国际先进水平.

2.SO2排放量:#143.5mg/Nm3#215.3mg/Nm3NOX排放量:#140.1mg/Nm3#234mg/Nm3;烟尘排放量:#17.1mg/Nm3#24.7mg/Nm3#1机组远优于国家限值排放标准,#2机组达到国家超低排放标准;每年可利用城市中水225万吨,废水零排放;灰渣石膏全部综合利用。

三、二次再热技术应用创新成果

1. 工程首次采用世界最先进的二次再热发电技术,热效率提高1.5-2%,二氧化碳减排约3.6%。成功掌握了二次再热机组设计、装备、施工、运营的核心关键技术。

2. 国内首创二次再热机组控制技术。获电力建设科学技术进步奖一等奖。

3. 国内首创二次再热机组动态响应分析汽温调节和协调控制策略。获电力建设科学技术进步奖一等奖。

4. 国内首创超厚壁P92管道焊接技术。获电力建设科学技术进步奖一等奖。

5. 国内首创二次再热机组仿真试验及培训系统。获电力建设科学技术进步奖一等奖。

6. 国产首个超高压主汽调节阀。获国家发明专利,打破了国外技术垄断,带动了国产化高端设备制造升级。

7. 国内首创新型汽轮发电机组基座。获国家实用新型专利。

8. 国内首创二次再热六大管道热力工艺系统。获省部级科技进步奖。

9. 国内首创10级回热加外置式蒸汽冷却器,提高了机组热效。获得国家实用新型专利。

10. 国内首创40%高、中、低压三级简易启动旁路,解决了二次再热启停技术难题。获省部级科技进步奖。

11. 国内首创炉烟再循环系统调节二次再热机组温度,获得多项国家实用新型专利和省部级科技进步奖。

12. 国内首创二次再热+烟气协同治理技术路线。排放指标优于国家超低排放标准。

四、经济效益和社会效益

通过采用一系列二次再热技术创新成果,机组投产后,运行平稳、安全可靠,经济和社会效益明显;

本工程单采用烟气再循环的优化设计方案一例,不但简化了系统,减少了阻力,降低风机电耗,节约投资约3300万元,年节省运行费用368万元。

在机组启动试运中通过优化汽轮机冷态、温态启动曲线,缩短无效的中速暖机时间,适当增加了定速暖机时间,减小了并网带负荷后的热冲击。每次冷态启动减小启动时间约90min,节省煤炭消耗60t,电力消耗2.88万度;同时还提出并实践了“锅炉转干态提升主汽温的极热态启动方法”,解决机组热态、极热态启动工况锅炉汽温提升困难问题,缩短了启动时间。每次极热态启动减少启动时间约180min,节省煤炭消耗210t,电力消耗5.32万度。

截止20164月,两台机组发电量为47.17亿度,实现利润3.45亿元,纳税2.57亿元。机组达到国家超低排放标准;废水零排放;灰渣石膏全部综合利用。为我国推广清洁高效的二次再热发电机组发挥重要的引领示范作用,对推动我国能源技术革命创新、电力供给侧结构改革意义重大。

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