第一篇：1000MW超超臨界機(jī)組的先進(jìn)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

1000MW超超臨界機(jī)組的先進(jìn)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

作者：李虎 引言

華能玉環(huán)電廠安裝4×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，在全國(guó)首次采用國(guó)際先進(jìn)的超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)，是國(guó)家“863計(jì)劃”中引進(jìn)超超臨界機(jī)組制造技術(shù)的依托工程，也是我國(guó)“十五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。經(jīng)過精心安裝與調(diào)試，1、2號(hào)機(jī)組已經(jīng)于2006年提前實(shí)現(xiàn)雙投，運(yùn)行半年來，設(shè)備穩(wěn)定，機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)測(cè)算，額定負(fù)荷下的鍋爐效率為93.88%，汽輪機(jī)熱耗為7295.8kJ(kW.h)，發(fā)電煤耗為270.6g/(kW.h)，氮氧化物排放量為270mg/m3，供電煤耗為283.2g/(kW.h)，機(jī)組熱效率高達(dá)45.4%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，二氧化硫排放濃度為17.6mg/m3，優(yōu)于發(fā)達(dá)國(guó)家排放控制指標(biāo)。

3、4號(hào)機(jī)組也將力爭(zhēng)于2007年投產(chǎn)。

一、1000MW機(jī)組特點(diǎn)

玉環(huán)電廠超超臨界機(jī)組主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

1.1 汽輪機(jī)特點(diǎn)

機(jī)組汽輪機(jī)由上海電氣集團(tuán)聯(lián)合西門子公司設(shè)計(jì)，為單軸四缸四排汽；所采用的積木塊是西門子公司近期開發(fā)的3個(gè)最大功率可達(dá)到1100MW等級(jí)的HMN型積木塊組合：1個(gè)單流圓筒型H30高壓缸，1個(gè)雙流M30中壓缸，2個(gè)N30雙流低壓缸。汽輪機(jī)4根轉(zhuǎn)子分別由5只徑向軸承支承，除高壓轉(zhuǎn)子由2個(gè)徑向軸承支承外，其余3根轉(zhuǎn)子，即中壓轉(zhuǎn)子和2根低壓轉(zhuǎn)子均只有1只徑向軸承支承，提高了軸承穩(wěn)定性，也縮短了軸向的長(zhǎng)度，使軸總長(zhǎng)度僅為29m。整個(gè)高壓缸靜子件和整個(gè)中壓缸靜子件由它們的貓爪支承在汽缸前后的2個(gè)軸承座上。而低壓部分靜子件中，外缸重量與其他靜子件的支承方式是分離的，即外缸的重量完全由與它悍在一起的凝汽器頸部承擔(dān)，其他低壓部件的重量通過低壓內(nèi)缸的的貓爪由其前后的軸承座支承。所有軸承座與低壓缸貓爪之間的滑動(dòng)支承面均采用低摩擦合金，具有良好的摩擦性能，不需要潤(rùn)滑，有利于機(jī)組順暢膨脹。盤車裝置采用液壓電動(dòng)機(jī)，采用頂軸油驅(qū)動(dòng)，安裝在機(jī)頭位置，位于1號(hào)軸承座內(nèi)。1.1.1 高壓缸的特點(diǎn)

高壓缸采用雙層缸設(shè)計(jì)。外缸為桶形設(shè)計(jì)，內(nèi)缸為垂直縱向平分面結(jié)構(gòu)，有較高的承壓能力。由于缸體為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，避免了不理想的材料集中，使得機(jī)組在啟動(dòng)停機(jī)或快速變負(fù)荷時(shí)缸體的溫度梯度很小，可將熱應(yīng)力保持在一個(gè)很低的水平。高壓缸為單流程設(shè)計(jì)，葉片級(jí)通流面積比雙流程要增加1倍，葉片端損大幅度下降，與其他公司機(jī)型的高壓缸相比，其效率可提高4.5%～7%。1.1.2 中壓缸的特點(diǎn)

中壓缸采用雙流程和雙層缸設(shè)計(jì)。中壓高溫進(jìn)汽僅局限于內(nèi)缸的進(jìn)汽部分，中壓缸進(jìn)汽第一級(jí)除了與高壓缸一樣采用了低反動(dòng)度葉片級(jí)（約20%的反動(dòng)度）和切向進(jìn)汽的第一級(jí)斜置靜葉結(jié)構(gòu)外，還采取了切向渦流冷卻技術(shù)，降低了中壓轉(zhuǎn)子的溫度。中壓外缸只承受中壓排汽的較低壓力和較低溫度，這樣汽缸的法蘭部分就可以設(shè)計(jì)得較小。同時(shí)，外缸中的壓力也降低了內(nèi)缸法蘭的負(fù)荷，因?yàn)閮?nèi)缸只需要承受壓差。1.1.3 低壓缸的特點(diǎn)

低壓缸采用2個(gè)雙流設(shè)計(jì)。外缸與軸承座分離，直接坐落在凝汽器上。內(nèi)缸直接通過軸承支撐在基礎(chǔ)上，并以推位裝置與中壓外缸相連，以保證機(jī)組膨脹時(shí)的動(dòng)靜間隙。內(nèi)外缸通過波紋管連接，使低壓缸不承受轉(zhuǎn)子重量又可自由膨脹。所采用的末級(jí)葉片為自由葉片，長(zhǎng)1146mm，是目前世界上已定型并批量生產(chǎn)的最長(zhǎng)的全速汽輪機(jī)葉片。該葉片1997年在丹麥電廠投運(yùn)，至今運(yùn)行已有10年。玉環(huán)1000MW汽輪機(jī)的大修間隔可達(dá)到96000h(約12年)。1.1.4 補(bǔ)汽閥的應(yīng)用

全周進(jìn)汽不存在其他機(jī)型調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度和進(jìn)汽不均誘發(fā)汽輪機(jī)激振問題。玉環(huán)機(jī)組所采用的補(bǔ)汽閥技術(shù)，從主汽門后引出一路蒸汽經(jīng)過補(bǔ)汽閥進(jìn)入高壓缸的第5級(jí)后，形成全周進(jìn)汽定-滑-定運(yùn)行模式，使機(jī)組能不必為具有快速調(diào)峰而讓主調(diào)門保持節(jié)流狀態(tài)，進(jìn)一步提高了機(jī)組效率。玉環(huán)電廠汽輪機(jī)全周進(jìn)汽加補(bǔ)汽閥的設(shè)計(jì)同時(shí)解決了正?；瑝赫{(diào)峰負(fù)荷高效率、第1級(jí)葉片的安全性和部分進(jìn)汽對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加汽隙激振3個(gè)技術(shù)問題。正常調(diào)峰及額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)汽閥為全關(guān)狀態(tài)。補(bǔ)汽閥全開流量是額定工況的108%，即補(bǔ)汽閥流量為8%，可使額定工況以及所有小于額定工況時(shí)的熱耗下降23kJ/(kW.h)，而一旦開始補(bǔ)汽，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性將隨補(bǔ)汽量的增加而下降。1.2 鍋爐特點(diǎn)

華能玉環(huán)電廠為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)日本三菱技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行垂直水冷壁直流爐，單爐膛、一次中間再熱、八角雙切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊Π結(jié)構(gòu)型鍋爐。

二、機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、穩(wěn)定運(yùn)行 1、2號(hào)機(jī)組2006年實(shí)現(xiàn)雙投并運(yùn)行半年多來，推行華能精細(xì)管理思路，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)控制良好，機(jī)組效率較高。根據(jù)我國(guó)權(quán)威專業(yè)研究機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)組運(yùn)行半年后的性能指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

2.1 實(shí)行精細(xì)管理，推行管理革命

玉環(huán)電廠作為華能集團(tuán)的標(biāo)桿電廠，以270人定員編制，管理、運(yùn)營(yíng)國(guó)際一流的4×1000MW超超臨界機(jī)組，努力實(shí)踐技術(shù)水平最高，經(jīng)濟(jì)效益最好，單位kW用人最少，國(guó)內(nèi)最好，國(guó)際優(yōu)秀的“四最一優(yōu)”建設(shè)目標(biāo)。

玉環(huán)電廠將4臺(tái)機(jī)組的集控集中布置在汽輪機(jī)廠房外的固定端，以營(yíng)造舒適的工作環(huán)境，集控室四周為環(huán)形海景下班幕墻，舉目遠(yuǎn)眺，美麗的樂清灣盡收眼底。每臺(tái)機(jī)組配備集控運(yùn)行人員5人，4臺(tái)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)既可相互調(diào)配，處理事故時(shí)又可相互支援。外圍輔控網(wǎng)絡(luò)也引入集控室，化學(xué)、灰控均在值長(zhǎng)監(jiān)視之下，這樣既方便日常管理又改善了工作環(huán)境。在廠級(jí)生產(chǎn)管理上，燃料和脫硫運(yùn)行維護(hù)工作承包給華能長(zhǎng)興電廠，檢修工作承包給基建單位浙江火電和天津電建，并由生產(chǎn)部對(duì)口統(tǒng)一管理。運(yùn)行部配正、副主任各1名，機(jī)、爐、電、化、安專工各1名。最簡(jiǎn)約的人員定制，創(chuàng)造出了最大的工作效率。

分部試運(yùn)階段，在調(diào)試的指揮下，運(yùn)行全面接管分散控制系統(tǒng)(DCS)操作和現(xiàn)場(chǎng)巡檢，不僅可以及時(shí)糾正調(diào)試人員的差錯(cuò)，還加深了對(duì)新設(shè)備的認(rèn)識(shí)，順利實(shí)現(xiàn)了168h試運(yùn)行后的平穩(wěn)交接。

2臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后，在華能國(guó)際電力股份公司的指導(dǎo)下，玉環(huán)電廠積極汲取我國(guó)電力管理的寶貴經(jīng)驗(yàn)，借鑒國(guó)際先進(jìn)的管理理念，規(guī)范“兩票三制”，推行靈活激勵(lì)機(jī)制，采取先進(jìn)的廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)和管理信息系統(tǒng)(MIS)，結(jié)合國(guó)際一流的發(fā)電機(jī)組，培養(yǎng)一流的管理與技術(shù)人才。2.2 機(jī)組調(diào)峰負(fù)荷下的高效率、環(huán)保、穩(wěn)定運(yùn)行

機(jī)組最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷為350MW，在500～1000MW的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，機(jī)組具有很高的熱效率，還可以20MW/min的變化率升降負(fù)荷，具有靈活而強(qiáng)大的調(diào)峰能力。機(jī)組投產(chǎn)后，正常自動(dòng)投入率均為100%，機(jī)組的負(fù)荷調(diào)度也均采用自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)方式，由浙江省調(diào)度中心根據(jù)電網(wǎng)需求遠(yuǎn)方靈活加減負(fù)荷。2.2.1 汽輪機(jī)各負(fù)荷下的高效運(yùn)行

玉環(huán)電廠汽輪發(fā)電機(jī)組采用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，在正常運(yùn)行中，各項(xiàng)主要指標(biāo)均居于我國(guó)首位。機(jī)組在TMCR工況下，機(jī)組的廠用電率為4.45%(含脫硫)，汽輪機(jī)熱耗率為7291.6kJ/(kW.h)。即使在8.04/10.08kPa高背壓的夏天，汽輪機(jī)的熱耗率也僅為7300kJ/(kW.h)，不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于華能石洞口二廠1、2號(hào)機(jī)的7647.6kJ(kW.h)和外高橋5、6號(hào)機(jī)的7420kJ/(kW.h)，也優(yōu)于上海電氣集團(tuán)的7316kJ/(kW.h)的保證值。機(jī)組在調(diào)閥全開時(shí)負(fù)荷可以達(dá)到1039MW，可以滿足短時(shí)調(diào)峰需求。汽輪機(jī)各工況下的主要參數(shù)見表2。

玉環(huán)電廠高加采用雙列布置，每一列配一個(gè)水側(cè)大旁路。當(dāng)任意一個(gè)高加出現(xiàn)異常時(shí)，須單側(cè)整列高加退出運(yùn)行。

5、6號(hào)低加則采用單列布置，各有單獨(dú)旁路。

7、8號(hào)低加分別設(shè)置在高、低凝汽器喉部。在機(jī)組啟動(dòng)過程中，高低加熱器在出力達(dá)到200MW以前即已經(jīng)正常投入，正常運(yùn)行時(shí)通過抽汽加熱凝水和給水，可提高機(jī)組循環(huán)熱效率。為了配合四缸四排汽的汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)，凝汽器采用雙背壓結(jié)構(gòu)，循環(huán)水分2路以串聯(lián)的方式先進(jìn)入低壓凝汽器，再進(jìn)入高壓凝汽器，水側(cè)內(nèi)、外圈可以在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)單側(cè)隔離。靈活的熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)給機(jī)組的在線運(yùn)行提供了更高的可靠性保障。在半年的運(yùn)行中，出現(xiàn)過高加水位計(jì)泄露、低加調(diào)門卡死等現(xiàn)象，通過加熱器解列的方式均得到了處理。由于海水的腐蝕性較強(qiáng)，凝汽器與循環(huán)水管道連接的金屬環(huán)膨脹節(jié)出現(xiàn)過多次泄漏，通過單側(cè)循環(huán)水隔離后，放盡該側(cè)凝汽器海水，即可堵住漏點(diǎn)。在缺陷處理過程中，機(jī)組的帶負(fù)荷能力基本沒有受到影響，機(jī)組的效率也基本上可得到保證。高加全切、5號(hào)低加切除、凝汽器單側(cè)隔離工況下的主要數(shù)據(jù)見表3。

2.2.2 鍋爐在各負(fù)荷下的高效運(yùn)行

玉環(huán)電廠是沿海港口電廠，鍋爐燃煤主要為神華煤和進(jìn)口的印尼煤，均為較高揮發(fā)分煤，低位發(fā)熱量也與設(shè)計(jì)煤種相近。煤的各項(xiàng)指標(biāo)與鍋爐設(shè)計(jì)煤種相近。正常運(yùn)行中，采用上5臺(tái)磨煤機(jī)即B、C、D、E、F磨運(yùn)行，A磨煤機(jī)備用的模式。根據(jù)煤種特性，磨煤機(jī)出口溫度一般維持在65～75℃，磨煤機(jī)出口分離器采用隨煤量而改變的變頻控制，煤粉細(xì)度R90正常在25%左右。在燃用這幾種煤種的情況下，鍋爐在各工況下運(yùn)行穩(wěn)定，BRL(鍋爐額定工況)下的平均鍋爐效率為93.74%，高于保證值93.65%，750MW和500MW下的鍋爐效率分別為94.10%和93.89%，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)鍋爐效率較高。NOx排放濃度為281mg/m3，優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，BMCR工況下，機(jī)組負(fù)荷可達(dá)1082MW，過熱蒸汽流量為2952t/h，高于保證值2950t/h。表4列出了燃用煤種和設(shè)計(jì)煤種的比較。表5列出了不同運(yùn)行方式下的滿負(fù)荷參數(shù)。

在750MW負(fù)荷下，CDEF四臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，可以維持運(yùn)行參數(shù)為：過熱蒸汽溫度為600.3℃，再熱蒸汽溫度為600.1℃，空預(yù)器進(jìn)口氧量為4.08%，排煙溫度為126.3℃，灰渣含碳量分別為0.20%、0.49%，鍋爐效率為94.09%。在500MW負(fù)荷下，CDEF4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，可以維持運(yùn)行參數(shù)為：過熱蒸汽溫度為600.0℃,再熱蒸汽溫度為598.2℃，空預(yù)器進(jìn)口氧量為5.54%，排煙溫度為122.3℃灰渣含碳量分別為0.69%、0.52%。該運(yùn)行工況下的鍋爐效率為93.56%。2.2.2 機(jī)組汽水品質(zhì)

對(duì)汽水品質(zhì)的高要求也是超超臨界機(jī)組的一個(gè)特點(diǎn)。

對(duì)于超超臨界直流鍋爐，運(yùn)行中沒有排污，運(yùn)行參數(shù)高，金屬材料余度不大，同時(shí)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)更為精密，汽水品質(zhì)不合格會(huì)造成受熱面腐蝕和汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢，既影響機(jī)組效率又影響設(shè)備安全，所以對(duì)于汽水品質(zhì)要求極為嚴(yán)格。玉環(huán)機(jī)組在正常運(yùn)行中，汽水品質(zhì)控制達(dá)到了要求，運(yùn)行良好。鍋爐BMCR時(shí)汽水品質(zhì)參數(shù)如表6所示。

三、結(jié)論

(1)玉環(huán)電廠超超臨界機(jī)組選型正確，設(shè)計(jì)新穎，技術(shù)先進(jìn)，大量采用了P92新材料，首次采用26.25MPa/600℃/600℃超超臨界參數(shù)，機(jī)組熱效率達(dá)45.4%，實(shí)際供電煤耗僅283.2g/(kW.h)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

(2)玉環(huán)電廠的設(shè)計(jì)方案中，不占良田，生產(chǎn)用水應(yīng)用海水淡化，在選用低硫低硝燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，同期安裝脫硫裝置，NOx的排放濃度僅為241.1mg/m3([O2]=6%,干態(tài))，此排放濃度亦遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13223第一時(shí)段的排放要求，在國(guó)際上也達(dá)到了先進(jìn)水平，證明了超超臨界技術(shù)的環(huán)保效益，也實(shí)踐了華能發(fā)展綠色公司的諾言。

(3)2臺(tái)機(jī)組半年多的生產(chǎn)運(yùn)行，積累了1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組的生產(chǎn)及管理經(jīng)驗(yàn)。在不斷探索、優(yōu)化的過程中，對(duì)超超臨界機(jī)組運(yùn)營(yíng)掌握程度在逐步加深，可以供國(guó)內(nèi)同行借鑒和參考。玉環(huán)電廠的成功建設(shè)與投產(chǎn)，也證明我國(guó)已經(jīng)初步掌握了制造、安裝、調(diào)試和管理運(yùn)行世界前沿的超超臨界機(jī)組技術(shù)。

四、參考文獻(xiàn)

[1]李虎，張峰.1000MW超超臨界機(jī)組2953t/h鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)及生產(chǎn)實(shí)踐[J].電力設(shè)備，2007,8(5):6-10.

第二篇：1000MW超超臨界直接空冷機(jī)組可行性與經(jīng)濟(jì)性探討

1000MW超超臨界直接空冷機(jī)組可行性與經(jīng)濟(jì)性探討

[摘要]論述了我國(guó)大容量超超臨界機(jī)組技術(shù)以及大容量直接空冷機(jī)組技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)國(guó)內(nèi)大型汽輪機(jī)制造廠1000MW超超臨界汽輪機(jī)和600MW空冷汽輪機(jī)型式和特點(diǎn)的分析，提出了1000MW超超臨界空冷汽輪機(jī)可由1000MW超超臨界汽輪機(jī)的高中壓缸模塊及600MW二缸二排汽空冷汽輪機(jī)低壓缸模塊組合而成，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了論述，同時(shí)提出了1000MW超超臨界空冷機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮及需進(jìn)一步研究的問題。

[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī)，1000MW，超超臨界機(jī)組，空冷，可行性，經(jīng)濟(jì)性

0、引言

隨著《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》及《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》的確定和實(shí)施，電源建設(shè)將向節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)方向發(fā)展?；谶@種發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合中國(guó)“貧油少氣多煤”的一次能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了我國(guó)燃煤電廠在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將占居我國(guó)電力的較大份額，而超臨界和超超臨界技術(shù)在機(jī)組效率上又有著無可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于節(jié)約燃煤有著明顯的效果。我國(guó)缺水的資源狀況決定了節(jié)約用水在燃煤電廠建設(shè)中的重要性，而大型空冷機(jī)組技術(shù)又是火力發(fā)電廠頗為有效的一項(xiàng)節(jié)水技術(shù)。隨著大型超超臨界機(jī)組技術(shù)和大型空冷機(jī)組技術(shù)的不斷發(fā)展，能否將2種技術(shù)有效地融合，形成超超臨界空冷機(jī)組，在節(jié)約用水的同時(shí)節(jié)約燃料，這是我們需要研究和考慮的問題。

1、我國(guó)超超臨界機(jī)組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

超(超)臨界發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已是世界上先進(jìn)、成熟和進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，在世界上不少國(guó)家推廣應(yīng)用并取得了明顯的節(jié)能和改善環(huán)境的效果。目前一些國(guó)家已經(jīng)公布了發(fā)展下階段超超臨界機(jī)組的計(jì)劃，主蒸汽壓力將提高到35～40MPa，主蒸汽溫度將提高到700t，再熱汽溫提高到720℃，機(jī)組的供電效率將達(dá)到50%～55%。

我國(guó)超(超)臨界機(jī)組起步較晚，但發(fā)展十分迅速。隨著華能沁北電廠超臨界機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的實(shí)踐，中國(guó)超臨界機(jī)組的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，目前，國(guó)內(nèi)有數(shù)十臺(tái)超臨界機(jī)組已經(jīng)或即將投入商業(yè)運(yùn)行。超臨界機(jī)組的建設(shè)模式又為國(guó)產(chǎn)超超臨界機(jī)組的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，目前華能玉環(huán)電廠2×1000MW超超臨界機(jī)組及華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠四期工程2×1000MW超超臨界機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行。這些電廠的成功運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)大容量超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和運(yùn)行進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

第三篇：1000MW超超臨界直接空冷機(jī)組可行性與經(jīng)濟(jì)性探討

1000MW超超臨界直接空冷機(jī)組可行性與經(jīng)濟(jì)性探討

[摘要]論述了我國(guó)大容量超超臨界機(jī)組技術(shù)以及大容量直接空冷機(jī)組技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。通過對(duì)國(guó)內(nèi)大型汽輪機(jī)制造廠1000MW超超臨界汽輪機(jī)和600MW空冷汽輪機(jī)型式和特點(diǎn)的分析，提出了1000MW超超臨界空冷汽輪機(jī)可由1000MW超超臨界汽輪機(jī)的高中壓缸模塊及600MW二缸二排汽空冷汽輪機(jī)低壓缸模塊組合而成，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了論述，同時(shí)提出了1000MW超超臨界空冷機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮及需進(jìn)一步研究的問題。

[關(guān)鍵詞]汽輪機(jī)，1000MW，超超臨界機(jī)組，空冷，可行性，經(jīng)濟(jì)性

0、引言

隨著《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》及《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》的確定和實(shí)施，電源建設(shè)將向節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)方向發(fā)展?；谶@種發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合中國(guó)“貧油少氣多煤”的一次能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了我國(guó)燃煤電廠在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將占居我國(guó)電力的較大份額，而超臨界和超超臨界技術(shù)在機(jī)組效率上又有著無可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于節(jié)約燃煤有著明顯的效果。我國(guó)缺水的資源狀況決定了節(jié)約用水在燃煤電廠建設(shè)中的重要性，而大型空冷機(jī)組技術(shù)又是火力發(fā)電廠頗為有效的一項(xiàng)節(jié)水技術(shù)。隨著大型超超臨界機(jī)組技術(shù)和大型空冷機(jī)組技術(shù)的不斷發(fā)展，能否將2種技術(shù)有效地融合，形成超超臨界空冷機(jī)組，在節(jié)約用水的同時(shí)節(jié)約燃料，這是我們需要研究和考慮的問題。

1、我國(guó)超超臨界機(jī)組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

超(超)臨界發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已是世界上先進(jìn)、成熟和進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，在世界上不少國(guó)家推廣應(yīng)用并取得了明顯的節(jié)能和改善環(huán)境的效果。目前一些國(guó)家已經(jīng)公布了發(fā)展下階段超超臨界機(jī)組的計(jì)劃，主蒸汽壓力將提高到35～40MPa，主蒸汽溫度將提高到700t，再熱汽溫提高到720℃，機(jī)組的供電效率將達(dá)到50%～55%。

我國(guó)超(超)臨界機(jī)組起步較晚，但發(fā)展十分迅速。隨著華能沁北電廠超臨界機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的實(shí)踐，中國(guó)超臨界機(jī)組的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，目前，國(guó)內(nèi)有數(shù)十臺(tái)超臨界機(jī)組已經(jīng)或即將投入商業(yè)運(yùn)行。超臨界機(jī)組的建設(shè)模式又為國(guó)產(chǎn)超超臨界機(jī)組的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，目前華能玉環(huán)電廠2×1000MW超超臨界機(jī)組及華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠四期工程2×1000MW超超臨界機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行。這些電廠的成功運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)大容量超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和運(yùn)行進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

2、我國(guó)大容量直接空冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

自1938年空冷技術(shù)首次在發(fā)電廠應(yīng)用以來，經(jīng)過60多年的發(fā)展，空冷技術(shù)日趨完善，空冷機(jī)組單機(jī)容量不斷增大。1978年，美國(guó)懷俄達(dá)克電廠360MW直接空冷機(jī)組投運(yùn)；1987年，南非馬丁巴電廠6×665MW直接空冷機(jī)組投運(yùn)；1988年，南非肯達(dá)爾電廠6×686MW間接空冷機(jī)組投運(yùn)。在我國(guó)，已有一批300MW和600MW亞臨界直接空冷機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。2004年，中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司通過通遼電廠1x600MW空冷機(jī)組，組織東北電力設(shè)計(jì)院、西北電力設(shè)計(jì)院、華北電力設(shè)計(jì)院及哈爾濱空調(diào)器廠對(duì)空冷系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行了技術(shù)研究，并將研究成果成功地應(yīng)用于工程項(xiàng)目之中，通遼電廠將于2007年投入運(yùn)行。華能銅川電廠

2x600MW機(jī)組等電廠也采用國(guó)產(chǎn)化直接空冷技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。這標(biāo)志著我國(guó)空冷汽輪機(jī)及空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行水平已經(jīng)邁上新的臺(tái)階。隨著超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的掌握以及超臨界機(jī)組的投入運(yùn)行，超臨界技術(shù)與空冷技術(shù)的結(jié)合已成為現(xiàn)實(shí)，目前也有數(shù)個(gè)600MW超臨界空冷機(jī)組電廠在設(shè)計(jì)和建設(shè)中。

3、1000MW超超臨界直接空冷技術(shù)可行性探討

3.1、鍋爐

空冷汽輪機(jī)與濕冷汽輪機(jī)在進(jìn)汽量要求上的差異，1000MW超超臨界空冷機(jī)組所配的鍋爐蒸發(fā)量比同容量超超臨界濕冷機(jī)組所配的鍋爐蒸發(fā)量略大，其他的技術(shù)要求如鍋爐型式、爐膛容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷、燃燒器布置、水冷壁形式、受熱面布置形式、各受熱面材料選擇、鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的配置以及鍋爐控制系統(tǒng)等均與超超臨界濕冷機(jī)組所配的鍋爐一樣。因此，超超臨界空冷機(jī)組所配的鍋爐在技術(shù)上是成熟和可行的。

3.2、汽輪機(jī)

1000MW超超臨界直接空冷機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備之一在于汽輪機(jī)，由于其具有進(jìn)口參數(shù)高、排汽背壓高且隨環(huán)境溫度變化幅度大等特點(diǎn)，使其高中壓缸具備濕冷1000MW超超臨界汽輪機(jī)高中壓缸的基本特性，而低壓缸具備空冷亞臨界汽輪機(jī)低壓缸的基本特性，可采用多個(gè)600MW空冷汽輪機(jī)低壓缸模塊組合而成。對(duì)于高中壓缸，通過近幾年超超臨界機(jī)組技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收，其設(shè)計(jì)和制造技術(shù)均已基本成熟。對(duì)于600MW空冷機(jī)組低壓缸，目前國(guó)產(chǎn)空冷機(jī)組已經(jīng)投入運(yùn)行，其設(shè)計(jì)和制造技術(shù)也已經(jīng)成熟。而超超臨界空冷汽輪機(jī)的主要問題在于將超超臨界高中壓缸模塊與空冷機(jī)組低壓缸模塊有機(jī)地結(jié)合，對(duì)于通流面積、軸系的穩(wěn)定性及末級(jí)葉片等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行復(fù)核、計(jì)算和調(diào)整，在技術(shù)上應(yīng)該可以滿足相關(guān)規(guī)范的要求。現(xiàn)就目前國(guó)內(nèi)1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)和600MW亞臨界空冷汽輪機(jī)的特點(diǎn)及組合進(jìn)行介紹和分析。

東方汽輪機(jī)廠1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)型式為單軸、一次中間再熱、四缸四排汽型式，高壓缸Ⅱ+8級(jí)，中壓缸2×6級(jí)，低壓缸2×2×6級(jí)，末級(jí)葉片1092.2mm。次末級(jí)葉片637mm。600MW空冷汽輪機(jī)為沖動(dòng)式、單軸、一次中間再熱、高中壓合缸，三缸四排汽形式或二缸二排汽，高壓缸8級(jí)，中壓缸6級(jí)，低壓缸2x2x6級(jí)。末級(jí)葉片661mm(三缸四排汽)或863／762mm(二缸二排汽)。對(duì)于1000MW超超臨界空冷汽輪機(jī)，可選用1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機(jī)的低壓缸模塊進(jìn)行組合，軸系穩(wěn)定性、通流面積及末級(jí)葉片等應(yīng)進(jìn)行重新復(fù)核。

哈爾濱汽輪機(jī)廠1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)型式為單軸、一次中間再熱、四缸四排汽型式，高壓缸11+9級(jí)，中壓缸2×7級(jí)，低壓缸2×2×6級(jí)，末級(jí)葉片1219.2mm，次末級(jí)葉片637mm。600MW空冷汽輪機(jī)為反動(dòng)式、單軸、一次中間再熱、高中壓合缸，三缸四排汽形式或二缸二排汽，高壓缸Ⅱ+8級(jí)，中壓缸6級(jí)，低壓缸2×2×6級(jí)，末級(jí)葉片620mm(三缸四排汽)或940mm(二缸二排汽)。對(duì)于1000MW超超臨界空冷汽輪機(jī)可選用1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機(jī)的低壓缸模塊進(jìn)行組合，軸系穩(wěn)定性、通流面積及末級(jí)葉片等應(yīng)進(jìn)行重新復(fù)核。

上海汽輪機(jī)廠1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)型式為單軸、一次中間再熱、四缸四排汽型式，高壓缸14級(jí)，中壓缸2x13級(jí)，低壓缸2x2x6級(jí)，高中壓缸采用筒形結(jié)構(gòu)，各缸之間采用單軸承支撐，末級(jí)葉片1146mm，次末級(jí)葉片633.9mm。600MW空冷汽輪機(jī)為單軸、一次中間再熱、高中壓合缸。三缸四排汽型式或二缸二排汽，高壓缸1+9級(jí)，中壓缸6級(jí)，低壓缸2×2×7級(jí)，末級(jí)葉片665mm。對(duì)于1000MW超超臨界空冷汽輪機(jī)，可選用1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機(jī)的低壓缸模塊進(jìn)行組合，軸系穩(wěn)定性、通流面積及末級(jí)葉片等應(yīng)進(jìn)行重新復(fù)核。

對(duì)于600MW及1000MW空冷汽輪機(jī)，根據(jù)不同的機(jī)組容量、排汽數(shù)量及設(shè)計(jì)背壓，各制造廠均有不同的末級(jí)葉片系列，東方汽輪機(jī)廠末級(jí)葉片系列主要有863mm和762mm；哈爾濱汽輪機(jī)廠末級(jí)葉片系列主要有620mm、680mm、780Him和940nlm；上海汽輪機(jī)廠末級(jí)葉片系列主要有910mm、720mm和665mm。

此外，超超臨界空冷汽輪機(jī)在材料選擇、防固體顆粒侵蝕、防止蒸汽激振等方面采用的原則和措施與超超臨界濕冷汽輪機(jī)是一樣的。

通過以上分析，采用1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)的高中壓缸模塊與600MW空冷汽輪機(jī)二缸二排汽的低壓缸模塊進(jìn)行組合，可形成四缸四排汽的1000MW超超臨界空冷汽輪機(jī)。

3.3、空冷系統(tǒng)

超臨界機(jī)組空冷系統(tǒng)與亞臨界機(jī)組空冷系統(tǒng)的優(yōu)化、選擇和配置計(jì)算方法是相同的。對(duì)于1000MW超超臨界空冷機(jī)組，按照北方某電廠的氣象條件，計(jì)算出空冷凝汽器的散熱面積約為210萬-240萬m?？绽淠鞑贾迷谥鲝S房A排外高架平臺(tái)上，平臺(tái)高約50m。每臺(tái)機(jī)組空冷凝汽器由80-84個(gè)冷卻段組成，可排成10列×8行或9列×9行或12列×7行或8列×10行，每列管束設(shè)有順流換熱器風(fēng)機(jī)和逆流換熱器風(fēng)機(jī)。而對(duì)于9列×9行和8列×10行的配置方式，需要進(jìn)行環(huán)境風(fēng)影響和風(fēng)機(jī)群效應(yīng)等方面的研究。

3.4、給水系統(tǒng)配置

由于空冷機(jī)組對(duì)于氣象條件的敏感性，國(guó)內(nèi)外直接空冷機(jī)組大多采用電動(dòng)給水泵。對(duì)于1000MW超超臨界空冷機(jī)組，由于給水壓力要求較高，給水流量也比較大，給水泵軸功率將達(dá)到40000kW左右，對(duì)給水泵的驅(qū)動(dòng)形式應(yīng)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。若選擇電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，則在選擇單臺(tái)電動(dòng)給水泵容量時(shí)，必須要考慮大容量電機(jī)及液力耦合器調(diào)節(jié)范圍的因素。當(dāng)采用汽動(dòng)給水泵方案時(shí)。應(yīng)研究給水泵汽輪機(jī)循環(huán)冷卻水的冷卻方式，應(yīng)保證給水泵汽輪機(jī)有比較穩(wěn)定的背壓。

3.5、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

超超臨界機(jī)組汽水品質(zhì)要求比亞臨界機(jī)組高，因此，對(duì)于超超臨界機(jī)組，對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除鐵和陰陽離子交換精處理是保證其汽水晶質(zhì)的重要手段。而對(duì)于1000MW超超臨界空冷機(jī)組，由于空冷系統(tǒng)龐大，汽水空間較大，使凝結(jié)水中鐵離子含量較高。另外，空冷系統(tǒng)背壓的變化范圍較大，特別是夏季，氣溫較高時(shí)，凝結(jié)水的溫度也較高，將對(duì)精處理系統(tǒng)中陰陽樹脂的運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響，因此在選擇夏季滿發(fā)背壓時(shí)應(yīng)考慮陰陽樹脂運(yùn)行溫度的限制，同時(shí)在選擇凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，應(yīng)充分考慮空冷機(jī)組的特點(diǎn)，采用陰陽分床或粉末樹脂覆蓋過濾器精處理系統(tǒng)等方式，確保凝結(jié)水精處理系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為鍋爐提供合格的凝結(jié)水。

3.6、空冷裝置的布置協(xié)調(diào)及土建結(jié)構(gòu)問題

目前，我國(guó)建設(shè)的直接空冷電廠中，空冷凝汽器均布置于汽機(jī)房A排柱之外。其縱向長(zhǎng)度與主廠房長(zhǎng)度基本協(xié)調(diào)，如2×300MW機(jī)組主廠房長(zhǎng)度為155m，空冷凝汽器為2×(28-32)段，占地約為155m×50m(長(zhǎng)×寬)；2×600MW機(jī)組主廠房長(zhǎng)度為170-195m，空冷凝汽器一般為2×56段，占地為181.5m×84m(長(zhǎng)×寬)，2×300MW和2×600MW機(jī)組主廠房長(zhǎng)度與空冷凝汽器的布置基本上是協(xié)調(diào)一致的。而對(duì)于2×1000MW機(jī)組，主廠房長(zhǎng)度為185-210m，空冷凝汽器占地為283m×82m(12列×7行)或220m×108m(9列X9行)或245m×96m(10列×8行)或195m×120m(8列×10行)，如何協(xié)調(diào)好主廠房與空冷凝汽器之間的布置問題，同時(shí)處理好大寬度布置方式環(huán)境風(fēng)影響和風(fēng)機(jī)群效應(yīng)是應(yīng)該考慮的問題。

2在土建結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于不同的布置形式，需要對(duì)空冷支架的結(jié)構(gòu)形式及在不同荷載下的受力、振型、結(jié)構(gòu)頻率、變形、軸壓比的特點(diǎn)和規(guī)律以及柱頂節(jié)點(diǎn)的選用原則等方面的問題進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3.7、排汽管道

若1000MW超超臨界空冷機(jī)組的排汽管道采用4根，每根管道的直徑將達(dá)到6000mm左右，管道在主廠房?jī)?nèi)外如何布置以及如何將蒸汽均勻分配給空冷凝汽器是需要考慮的問題。若將4根排汽管道合并為2根，其直徑將達(dá)到約8000mm，管道的加固形式、管道在不同的布置形式和不同荷載組合下的應(yīng)力分布狀況以及管道內(nèi)流體特性狀況等問題，均需通過科學(xué)先進(jìn)的計(jì)算方法以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證，這一方面也需要做進(jìn)一步的工作。

4、1000MW超超臨界直接空冷機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

當(dāng)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)背壓為15kPa時(shí)，亞臨界空冷機(jī)組的熱耗率約為8065kJ／(kW·h)。超臨界空冷機(jī)組的熱耗率約為7760kJ／(kW·h)，超超臨界空冷機(jī)組的熱耗率比亞臨界空冷機(jī)組的熱耗值低約6%，熱耗率應(yīng)在7560-7600kJ／(kW·h)。表1為空冷機(jī)組熱耗率比較。

若鍋爐效率按93%、管道效率98%、年利用小時(shí)數(shù)按5500h、標(biāo)煤價(jià)格按照350元／t計(jì)算，對(duì)于2×1000MW超超臨界空冷機(jī)組和3×660MW超臨界空冷機(jī)組，其發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗分別計(jì)算如表2所示。

經(jīng)過對(duì)同容量超超臨界空冷機(jī)組與超臨界空冷機(jī)組投資估算進(jìn)行比較，2×1000MW超超臨界空冷機(jī)組投資比3×660MW超臨界空冷機(jī)組的投資高31000萬元。雖然2×1000MW超超臨界空冷機(jī)組投資比3×660MW超臨界空冷機(jī)組的投資高，但年標(biāo)準(zhǔn)煤耗低，在同樣的評(píng)價(jià)因素及一定的標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格下，2×1000MW超超臨界空冷機(jī)組含稅上網(wǎng)電價(jià)有可能比3×660MW超臨界空冷機(jī)組的含稅上網(wǎng)電價(jià)低。經(jīng)測(cè)算，某電廠的2×1000MW超超臨界空冷機(jī)組含稅上網(wǎng)電價(jià)比3×660MW超臨界空冷機(jī)組的含稅上網(wǎng)電價(jià)低約4元／(MW·h)。

5、結(jié)論及建議

(1)我國(guó)1000MW超超臨界機(jī)組技術(shù)和600MW亞臨界二缸二排汽空冷機(jī)組技術(shù)已經(jīng)基本成熟，1000MW超超臨界機(jī)組已投入運(yùn)行，600MW超臨界二缸二排汽空冷機(jī)組已設(shè)計(jì)完成。采用1000MW超超臨界濕冷汽輪機(jī)的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機(jī)的低壓缸模塊進(jìn)行組合形成四缸四排汽的1000MW超超臨界空冷機(jī)組，在技術(shù)上是可行的。

(2)將超超臨界技術(shù)與空冷技術(shù)有效地結(jié)合成為超超臨界空冷機(jī)組，在技術(shù)上是可行的，并有較好的節(jié)煤節(jié)水效果，但應(yīng)注意由于其具有進(jìn)口參數(shù)高、排汽背壓高且隨環(huán)境溫度變化幅度大等特點(diǎn)，汽輪機(jī)本體通流面積、低壓缸末級(jí)葉片及排汽面積的選擇、軸系穩(wěn)定性的計(jì)算以及與其相關(guān)的外部系統(tǒng)的配置和選擇應(yīng)進(jìn)行深入的分析、研究和計(jì)算?？绽湎到y(tǒng)空氣動(dòng)力特性、汽輪機(jī)排汽管道的應(yīng)力狀況、排汽管道內(nèi)蒸汽的動(dòng)力特性、不同布置形式下的環(huán)境風(fēng)影響和風(fēng)機(jī)群效應(yīng)、空冷支架的結(jié)構(gòu)形式及在不同荷載下的受力、振型、頻率、變形、軸壓比的特點(diǎn)和規(guī)律以及柱頂節(jié)點(diǎn)的選用原則等方面的問題有待于進(jìn)一步計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

(3)1000MW超超臨界空冷機(jī)組比1000MW超臨界空冷機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗低7g／(kW·h)。2臺(tái)1000MW超超臨界空冷機(jī)組比超臨界空冷機(jī)組年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約80000t(年利用小時(shí)數(shù)按5500h)，投資高約31000萬元(2005年價(jià)格水平)。在同樣的評(píng)價(jià)因素下以及一定的標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格下，2×1000MW超超臨界空冷機(jī)組含稅上網(wǎng)電價(jià)有可能比3×660MW超臨界空冷機(jī)組的含稅上網(wǎng)電價(jià)低。

(4)空冷機(jī)組具有良好的節(jié)水效果，在缺水的地區(qū)采用空冷機(jī)組是一種較好的技術(shù)方案。至于是選用亞臨界空冷、超臨界空冷還是選用超超臨界空冷機(jī)組，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)情況、煤價(jià)水平、工程造價(jià)水平、電價(jià)水平以及環(huán)保要求等諸多因素進(jìn)行科學(xué)地評(píng)價(jià)后確定。

第四篇：2015.01.27國(guó)產(chǎn)1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組間接空冷設(shè)計(jì)優(yōu)化

國(guó)產(chǎn)1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組間接空冷設(shè)計(jì)優(yōu)化

蔣華

（中電神頭發(fā)電有限公司，山西省朔州市 036011）

Domestic 1000MW ultra-supercritical units indirect air cooling design

optimization

Jianghua

(CPI SHENTOU POWER CO., LTD.Shuozhou City, Shanxi Province 036011)

ABSTRACT： In this paper, an indirect air-cooled super(especially)the CPI SHENTOU 2 × 1000MW ultra-supercritical unit project(reference works)Large Cold Tower(205 meters high tower)of the structure, as well as inter-cooling process optimization design system solutions are briefly elaborated, summed up the experience, put forward relevant proposals to design a similar project to provide reference.接空冷塔引起了業(yè)內(nèi)各方的高度關(guān)注。超（特）大型冷卻塔盡管在設(shè)計(jì)分析計(jì)算上不存在困難，但在一些系數(shù)的選取上由于受到國(guó)內(nèi)規(guī)范的限制和目前國(guó)內(nèi)規(guī)范制定時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均出自以往較小的冷卻塔試驗(yàn)結(jié)果。鑒于以上情況，中電神頭2×1000MW級(jí)間接空冷工程委托國(guó)內(nèi)相關(guān)科研院所及設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了多方面的研究分析：數(shù)模計(jì)算，大量風(fēng)洞試驗(yàn)，有限元分析和非線性分析等。在超（特）大型間接空冷塔結(jié)構(gòu)以及工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了優(yōu)化。（目前，參考工程尚處于設(shè)計(jì)階段，最終參數(shù)以設(shè)計(jì)院施工藍(lán)圖為準(zhǔn)）

KEY WORD: 1000MW level;ultra-supercritical;indirect air cooling;design;optimization

摘要：本文就中電神頭2×1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組工程（參考工程）間接空冷超（特）大型間冷塔（塔高205米）的結(jié)構(gòu)，以及間冷工藝系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提出了相關(guān)建議，給相似工程的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。關(guān)鍵詞：1000MW級(jí)；超超臨界；間接空冷；設(shè)計(jì)；優(yōu)化

0.前言

目前，因超（特）大型冷卻塔的設(shè)計(jì)多項(xiàng)內(nèi)容突破了《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50102）、《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5339）和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50191），世界也尚未有1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組間接空冷實(shí)際建成投運(yùn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可循（世界上最高冷卻塔為德國(guó)的Niederaussem 電廠1000MW機(jī)組濕冷塔，其塔高為200m,零米直徑為152m），所以，國(guó)內(nèi)電力建設(shè)單位能否建設(shè)超（特）大型間

1.1000MW級(jí)超（特）大型間接空冷塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.1超（特）大型間接空冷塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.1.1風(fēng)荷載分布及風(fēng)振系數(shù)的適用性 目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)程規(guī)范有三本《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50102-2003）、《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5339-2006）和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50191-93）。在上述前兩本規(guī)范中均對(duì)風(fēng)振系數(shù)的取值限制塔高在165m以內(nèi)。由于各國(guó)規(guī)范體系的不同其風(fēng)荷載的取值方法有所不同，我國(guó)的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)是取10米高處10分鐘的平均最大風(fēng)速作設(shè)計(jì)荷載。而一些國(guó)家取3秒鐘的平均風(fēng)速例如英國(guó)、澳大利亞等；俄羅斯和東歐一些國(guó)家取2分鐘的平均風(fēng)速，更多的一些國(guó)家以所謂的瞬時(shí)風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)比較特殊是以英里/小時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，也就是以單位里程內(nèi)的平均風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)。由于規(guī)范體系的不同，各國(guó)的風(fēng)荷載的計(jì)算也就不同。例如德國(guó)《冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（VGB-R610Ue）標(biāo)準(zhǔn)中就沒有風(fēng)振系數(shù)，也沒有對(duì)塔高的限制。塔體外形尺寸的確定和風(fēng)荷載的分布都是非常重要的。特別是需要考慮隨著塔的高度增加，塔的特征頻率將降低，會(huì)進(jìn)到風(fēng)頻譜的更高能量部分。風(fēng)荷載的作用可以分解為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和諧振分量。所有這些分量在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以考慮為準(zhǔn)靜態(tài)的。通過對(duì)中電神頭1000MW級(jí)機(jī)組205米高超（特）大型間接空冷塔線性與非線性有限元分析對(duì)比，得到如下三點(diǎn)結(jié)論：

1）當(dāng)風(fēng)載荷為9倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時(shí)，冷卻塔開始進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，當(dāng)13倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時(shí)，冷卻塔大部分區(qū)域進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，且隨著冷卻塔風(fēng)載荷的增加，存在明顯的內(nèi)力重新分配現(xiàn)象，并使冷卻塔趨于均勻化。

整體有限元模型

標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓下的彈塑性模型 0度

10倍風(fēng)壓下的彈塑性模型 0度

10倍風(fēng)壓下的彈塑性模型 180度

1E+0078E+0066E+0064E+0062E+0060-2E+006-4E+006-6E+006-8E+006012345彈塑性線彈性678

13倍風(fēng)壓下的彈塑性模型 0度

90度處支柱上端軸力隨時(shí)間變化（橫坐標(biāo)：時(shí)間，縱坐標(biāo)：軸力）

1E+0078E+0066E+0064E+0062E+0060-2E+006-4E+006-6E+006-8E+006012345678彈塑性線彈性

13倍風(fēng)壓下的彈塑性模型 180度 2）在8度地震作用下，冷卻塔的大部分區(qū)域?yàn)榫€彈性，在支柱與殼體連接處的單元存在著應(yīng)力集中現(xiàn)象，而進(jìn)入彈塑性狀態(tài)。對(duì)于8度地震區(qū)，用線彈性動(dòng)力分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)是可行的。

2.5E+0062E+0061.5E+0061E+006500,0000-500,000-1E+006-1.5E+006-2E+00601234567890度處支柱上端軸力隨時(shí)間變化（橫坐標(biāo)：時(shí)間，縱坐標(biāo)：軸力）

40,00030,00020,00010,0000-10,000-20,000-30,000-40,000012345678彈塑性線彈性

線彈性90度處支柱上端徑向彎矩隨時(shí)間變化（橫坐標(biāo)：時(shí)間，縱坐標(biāo)：徑向彎矩）3）僅考慮風(fēng)載作用下冷卻塔施工期穩(wěn)定性分析，該冷卻塔的施工期臨界風(fēng)載(或臨界風(fēng)速)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)風(fēng)速，有足夠的安全儲(chǔ)彈塑性

備，且一般情況下隨塔高增加，臨界載荷降低。

1.1.2抗震特性與穩(wěn)定性及非線性問題 1.1.2.1在冷卻塔的設(shè)計(jì)分析計(jì)算工作中，不論塔體的大小，其計(jì)算的力學(xué)模型均0度處支柱上端軸力隨時(shí)間變化

（橫坐標(biāo)：時(shí)間，縱坐標(biāo)：軸力）是相同的。只是塔的高度和直徑超過了現(xiàn)行規(guī)范的適用范圍，當(dāng)塔的直徑和高度的增加使得在以往小塔認(rèn)為不重要的問題，對(duì)超（特）大型塔就變得尖銳起來了。例如：地震力對(duì)于小塔不重要，而對(duì)超（特）大型塔就相對(duì)重要了；由于塔的直徑很大，地基的不均勻性更為突出；同樣，塔直徑加大后在外界荷載和各種外部作用下及砼的內(nèi)在因素影響下，沿著塔筒圓周在子午向上的裂縫更容易產(chǎn)生，這種裂縫對(duì)塔體的動(dòng)力特性和屈曲穩(wěn)定性的影響很大；施工缺陷的影響、地震反應(yīng)的時(shí)程分析、地基的不均勻性下沉及風(fēng)振作用下的穩(wěn)定性問題等等都是冷卻塔變大后面對(duì)的新問題。

1.1.2.2冷卻塔結(jié)構(gòu)尺寸的加大，非線性問題也將突顯。因冷卻塔的壁厚很薄，無論從靜力還是從動(dòng)力分析的角度來看，對(duì)超（特）大型冷卻塔非線性問題是不能忽略的。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用線性問題近似求解，在塔小時(shí)，相對(duì)誤差不會(huì)很大，對(duì)于超（特）大型塔這種誤差會(huì)變得不可忽視。從結(jié)構(gòu)分析計(jì)算理論和設(shè)計(jì)規(guī)范上來看，各國(guó)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的理論是一樣的，即在力學(xué)分析上沒有太大的差別，只是材料的性能、構(gòu)造要求、系數(shù)的選擇、荷載的選用和計(jì)算工況等不一致。尤其風(fēng)荷載的選用差距較大，這是各國(guó)規(guī)范體系不同造成的。但國(guó)內(nèi)規(guī)范目前只提出了采用線性分析的方法，而國(guó)外規(guī)范提出了非線性分析的要求。例如德國(guó)《冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（VGB-R610Ue）規(guī)范中的3.3.3 節(jié)的標(biāo)題是“非線性計(jì)算方法”，明確了有關(guān)材料的選用和計(jì)算原則性的要求。冷卻塔薄殼結(jié)構(gòu)存在的最大問題是其屈曲穩(wěn)定問題比較突出，而屈曲穩(wěn)定分析

計(jì)算又分為線性分析和非線性分析即分叉問題和極值問題。分叉問題采用求解特征值的方法屬于線性問題，就目前的分析和計(jì)算手段來說沒有什么問題，并且其求解的結(jié)果也十分穩(wěn)定。但極值問題的分析和求解難度相對(duì)較大，主要涉及到非線性問題，非線性問題主要是求解有時(shí)不能收斂和材料關(guān)系的模型選取的合理性及對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求較高。但極值問題求解的結(jié)果更接近實(shí)際情況。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算力學(xué)和有限元數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)際上推出了許多商業(yè)通用有限元分析軟件。例如比較知名的有ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、ADINA、SAP2000、ALGOR等，這些軟件都可用來對(duì)冷卻塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算，并且都具有非線性分析功能。使得對(duì)特大型冷卻塔采用非線性分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算成為可能，這使得工程設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)安全。隨著分析計(jì)算理論的完善和手段的提高，可使設(shè)計(jì)的冷卻塔面積與高度大大增加，設(shè)計(jì)效率也可大大提高。

1.2超（特）大型冷卻塔結(jié)構(gòu)型式 根據(jù)間接空冷系統(tǒng)自然通風(fēng)冷卻塔結(jié)構(gòu)的不同，應(yīng)用于實(shí)際工程的空冷塔的主要型式有：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)冷卻塔和鋼架鑲板結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)冷卻塔兩種型式。目前，國(guó)內(nèi)外火電廠間接空冷系統(tǒng)采用的冷卻塔以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自然通風(fēng)冷卻塔為主；國(guó)外有少數(shù)火電廠間接空冷系統(tǒng)采用鋼架鑲板結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)冷卻塔，國(guó)內(nèi)目前尚無實(shí)際工程采用。鋼架鑲板結(jié)構(gòu)自然通風(fēng)冷卻塔主體結(jié)構(gòu)全部采用鋼結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行工廠機(jī)械化制造、加工，現(xiàn)場(chǎng)焊接、組裝，節(jié)省人力，但整體消耗金屬、鋼材數(shù)量較大、造價(jià)較高。與之相比，目前國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本相對(duì)低廉，鋼筋混凝土價(jià)格較低，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空冷塔投資省、造價(jià)低，其與常規(guī)火電濕冷機(jī)組水冷塔基本類似，設(shè)計(jì)技術(shù)及施工經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較為成熟豐富，且應(yīng)用廣泛、造價(jià)較低。因此，目前在國(guó)內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空冷塔更為適用，參考工程空冷塔結(jié)構(gòu)推薦鋼筋混凝土。

1.3超（特）大型冷卻塔塔型優(yōu)化 針對(duì)參考工程超（特）大型間冷塔，結(jié)合工程實(shí)際，從冷卻塔的設(shè)計(jì)、基建、投資、安全等諸多方面考慮，按常規(guī)塔型（所謂常規(guī)塔型，在此主要是指殼底子午傾角、塔頂擴(kuò)散傾角、喉部面積與殼底面積等的比例關(guān)系遵循通常相關(guān)規(guī)范要求）和非常規(guī)塔型（相比較常規(guī)塔型，對(duì)以上傾角、比例關(guān)系等數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化、創(chuàng)新）分別進(jìn)行了深入研究，以鋼筋混凝土常規(guī)塔型為基礎(chǔ)、開發(fā)了鋼筋混凝土小傾角塔型（非常規(guī)塔）。

1.3.1 常規(guī)鋼筋混凝土冷卻塔塔型 經(jīng)靜力、動(dòng)力、穩(wěn)定性計(jì)算，確定間冷塔的結(jié)構(gòu)尺寸如下：

冷卻塔高：200.01m； 冷卻塔零米直徑：178.18m； 冷卻塔出口直徑：102.45m； 進(jìn)風(fēng)口高度： 28.5m； 冷卻塔喉部直徑：98.32m 冷卻塔喉部高度：170.0m X支柱對(duì)數(shù)：52對(duì) X支柱尺寸：1.6×1.0m 最小壁厚：0.31m 最大壁厚：1.7m

通過1000MW級(jí)機(jī)組間冷塔的線性、非線性有限元分析表明，當(dāng)9倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時(shí)，冷卻塔開始進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，當(dāng)13倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時(shí)，冷卻塔大部分區(qū)域進(jìn)行彈塑性狀態(tài)。該冷卻塔的極限風(fēng)壓為13倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓，且隨著冷卻塔風(fēng)載荷的增加，存在明顯的內(nèi)力重新分配現(xiàn)象，并使冷卻塔內(nèi)力趨于均勻化。

地震動(dòng)力分析采用時(shí)程分析法。分析表明支柱與殼體的連接處有應(yīng)力集中，且在90度位置應(yīng)力最大。在任何時(shí)刻，在8度地震作用下，冷卻塔的大部分區(qū)域?yàn)榫€彈性，只是在支柱與塔筒的連接處局部，由于存在較強(qiáng)的應(yīng)力集中而進(jìn)入了彈塑性狀態(tài)。

1.3.2 鋼筋混凝土小傾角冷卻塔塔型（非常規(guī)塔）

對(duì)參考工程而言，減小冷卻塔零米直徑，可以極大改善冷卻塔地基條件。工程位于晉北山區(qū)，場(chǎng)地溝壑縱橫，在挖山填溝開墾出的場(chǎng)地上建設(shè)。4號(hào)冷卻塔范圍內(nèi)有兩條沖溝，冷卻塔布置在回填土上，最大回填土高度13.4m米，給地基處理帶來難度。為了避開沖溝，需要將冷卻塔底部直徑盡可能減小。對(duì)常規(guī)塔型，規(guī)范要求冷卻塔支柱傾角在16～20°，所以減小冷卻塔零米直徑，塔高隨之增加，工程量不降反增。放開支柱傾角16～20°的約束，采用較小的傾角，發(fā)現(xiàn)不改變塔出口直徑及喉部曲率的前提下，可以大幅度減小冷卻塔零米直徑，從而減小塔本體鋼筋混凝土工程量。

經(jīng)靜力、動(dòng)力、穩(wěn)定性計(jì)算，確定小傾角冷卻塔的結(jié)構(gòu)尺寸如下：

冷卻塔高：205m；

冷卻塔零米直徑：138.50m； 冷卻塔出口直徑：105m； 進(jìn)風(fēng)口高度：32.5m； 冷卻塔喉部直徑：101.00m 冷卻塔喉部高度：155.606m X支柱對(duì)數(shù)：40對(duì) X支柱尺寸：2.0×1.1m 最小壁厚：0.33m 最大壁厚：2.1m

1.3.3參考工程風(fēng)洞試驗(yàn)、抗震研究及結(jié)構(gòu)研究等成果如下：

1）非常規(guī)塔塔型抗風(fēng)抗震性能滿足規(guī)范要求。

2）基于其它工程剛性測(cè)壓模型試驗(yàn)結(jié)果，采用風(fēng)振響應(yīng)一致耦合分析方法，得出B類場(chǎng)地單塔條件下該塔型冷卻塔結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)敏感部位出現(xiàn)在喉部迎風(fēng)前緣；喉部斷面典型節(jié)點(diǎn)風(fēng)振系數(shù)的平均值為1.87；對(duì)于僅考慮單塔情況的初步設(shè)計(jì)，風(fēng)振系數(shù)可按水工規(guī)范對(duì)于B類場(chǎng)地取1.9。

3）地震性能分析結(jié)果表明，小震作用下，該塔型冷卻塔保持彈性，大震作用下，滿足不倒塌的性能目標(biāo)，并且有較大的安全余度；同時(shí)為確保延性僅發(fā)生在支柱中，建議對(duì)樁基采用能力保護(hù)設(shè)計(jì)，并注意強(qiáng)化柱端塑性鉸區(qū)域的箍筋構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

4）冷卻塔在超越大震作用下產(chǎn)生由于局部破壞引起的倒塌，可能發(fā)生局部破壞的相對(duì)薄弱部位有X柱底端、X柱上端和塔筒喉部。引起冷卻塔倒塌的水平雙向峰值加速度在0.7g到1.1g之間，均高于冷卻塔所對(duì)應(yīng)的罕遇烈度（大震）的加速度峰值。

5）采用定常和非定常模型對(duì)單塔條件下塔筒內(nèi)、外表面氣動(dòng)力荷載進(jìn)行分析，給出了塔筒內(nèi)、外表面以及空冷散熱器封閉頂板風(fēng)壓分布系數(shù)、氣動(dòng)力系數(shù)的時(shí)間平均值和均方差值等氣動(dòng)力荷載參數(shù)，為塔筒結(jié)構(gòu)

小傾角冷卻塔數(shù)模分析包括：塔筒表面氣動(dòng)力荷載CFD計(jì)算模擬、靜力荷載組合條件結(jié)構(gòu)安全性檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)分析、動(dòng)力荷載作用下結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定、冷卻塔倒塌數(shù)值模擬分析等研究。

設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載的選取提供參考。

2.1000MW級(jí)超（特）大型間接空冷工藝系統(tǒng)配置優(yōu)化

參考工程1000MW級(jí)超（特）大型SCAL間接空冷工藝系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)工藝流程：主要由表面式凝汽器、空冷散熱器、循環(huán)水泵、循環(huán)水補(bǔ)充水系統(tǒng)、散熱器沖洗水系統(tǒng)以及空冷塔組成。凝汽器通常采用不銹鋼管，循環(huán)冷卻水為密閉的除鹽水循環(huán)系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)氣溫：

13.5℃

傳熱系數(shù)48 W/m2·k

基管管徑×壁厚（mm）：Φ25×1 翅片特征尺寸（mm）： 666×200 翅片厚度（mm）： 0.25 翅片間距（mm）： 3.8 2.4循環(huán)水系統(tǒng)

2.4.1 循環(huán)水泵給水方式優(yōu)化

按照循環(huán)水泵出口水流方向的不同，循環(huán)水泵有兩種給水方式：第一種給水方式：循環(huán)水泵出水管首先進(jìn)入空冷散熱器，而后再進(jìn)入表面凝汽器；第二種給水方式：循環(huán)水泵出水管首先進(jìn)入表面凝汽器，而后再進(jìn)入空冷散熱器。從理論上講，兩種給水方式均可行。通過對(duì)上述兩種不同給水方式循環(huán)水系統(tǒng)的分析、計(jì)算，系統(tǒng)流量和阻力基本不發(fā)生變化，僅循環(huán)水泵耗功發(fā)生微小變化。以下是兩種循環(huán)水泵布置的主要特點(diǎn)：第一種循環(huán)水泵布置方式：功耗稍小。系統(tǒng)中各管路、設(shè)備承受的靜壓力較小。設(shè)計(jì)背壓：

11kPa 夏季設(shè)計(jì)氣溫：

30℃ 夏季設(shè)計(jì)背壓：

28kPa 空冷散熱器形式：

鋁制六排管 散熱器總散熱面積：

約2161806m2 空冷塔座數(shù)：

1座 2.2表面式凝汽器

凝汽器采用表面式，單背壓、雙流程，冷卻管材質(zhì)為不銹鋼。系統(tǒng)密閉運(yùn)行，水質(zhì)穩(wěn)定，無污染，不結(jié)垢。優(yōu)化后凝汽器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：

循環(huán)水流量：88000m3/h 冷卻面積：約60000m2 凝汽器本體的設(shè)計(jì)壓力：0.5-0.6MPa 2.3 空冷散熱器

空冷散熱器采用FORGO第六代鋁制6排管。該散熱器的基管為圓管，尺寸為φ25.4mm，翅片為大翅片，基管和翅片通過脹接方式連接，材質(zhì)均為純鋁，表面經(jīng)特殊工藝防腐處理，運(yùn)行中不需特殊防護(hù)。空冷散熱器管束采用雙流程設(shè)計(jì)。

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

冷卻三角尺寸（mm）：～2800×2740×28750 冷卻三角迎面風(fēng)速(m/s)：～1.96 總迎風(fēng)面積傳23887 m2

第二種循環(huán)水泵布置方式：與第一種循環(huán)水泵布置方式相比，功耗稍大，且通過表面式凝汽器的壓力較大。

/ ～126m

喉部高度/喉部直徑：

～160m / 101m 出口高度/出口直徑：

205m /～105m

3.結(jié)論

參考工程205米間接空冷塔作為世界第一大塔，完成了超（特）大型間接空冷塔的動(dòng)力特性和穩(wěn)定性研究成果的同時(shí)，委托國(guó)

對(duì)兩種布置方式的計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合以往大量工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，考慮到設(shè)備管路長(zhǎng)期的水壓及水錘影響，參考工程循環(huán)水泵布置按采用第一種方式作設(shè)計(jì)——循環(huán)水泵布置在熱水管路上，向冷卻塔空冷散熱器方向出水。

2.4.2循環(huán)水泵優(yōu)化：每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座循環(huán)水泵房，循環(huán)水泵布置于塔區(qū)循環(huán)水泵房?jī)?nèi)。每臺(tái)機(jī)組設(shè)4×25%國(guó)產(chǎn)的立式離心循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行。每臺(tái)機(jī)組循環(huán)水量88000t/h，循環(huán)水主管道直徑為DN3400，每臺(tái)循環(huán)水泵的流量Q≈6.11m3/s，H≈25m，電動(dòng)機(jī)銘牌功率N≈2000kW?？紤]每臺(tái)機(jī)組設(shè)一臺(tái)間接空冷系統(tǒng)循環(huán)水泵變頻裝置，以降低循環(huán)水泵的能耗。2.5 空氣輸送系統(tǒng)（空冷塔）

內(nèi)相關(guān)科研院所及設(shè)計(jì)單位進(jìn)行的風(fēng)洞試驗(yàn)及抗震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果將進(jìn)一步確保超（特）大型冷卻塔結(jié)構(gòu)的安全。優(yōu)化后的1000MW級(jí)超（特）大型間接空冷塔結(jié)構(gòu)及工藝系統(tǒng)是可行的，隨著參考工程建設(shè)的推進(jìn)，必將為推動(dòng)我國(guó)空冷技術(shù)的快速發(fā)展起到積極的示范作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1].《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50102-2003）、[2].《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5339-2006）[3].《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50191-93）[4].《冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》德國(guó)（VGB-R610Ue）

[5].丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M] 北京：水利電力出版社，1992

[6].柴靖宇.1000MW超超臨界機(jī)組空冷系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)探討 電力建設(shè)；2009,06；0062-04

[7].李潤(rùn)森,張昌斌 1000MW等級(jí)空冷機(jī)組可行性研究[J] 自然通風(fēng)冷卻塔的空氣輸送系統(tǒng)由空冷塔、百葉窗及其電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。利

電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2008,2；43-50

[8].Study of a proposed 200m high natural draught cooling 用雙曲線型自然通風(fēng)冷卻塔內(nèi)外空氣密度差形成的抽力滿足散熱器冷卻所需要的空氣量。一臺(tái)機(jī)組配置一座冷卻塔，空冷塔優(yōu)化后主要尺寸為：

空冷散熱器外圍直徑：

～150m 空冷塔零米直徑：

138.5m 空冷塔總高：

205m 進(jìn)風(fēng)口高度/進(jìn)風(fēng)口處直徑：～32.5m

tower at Power plant，F(xiàn)rimmersdort/Germany D.Busch，R.Harte，H.J.Niemann

作者簡(jiǎn)介：

蔣華（1975--），男，大學(xué)本科，工程師，長(zhǎng)期從事火力發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)管理，中電神頭發(fā)電公司生產(chǎn)技術(shù)部副經(jīng)理。

地址：山西朔州市平魯區(qū) 郵編：036011 電話：0349-8153121

E-mail: jianghua204680@163.com

第五篇：浙江玉環(huán)電廠首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組運(yùn)行成功

浙江玉環(huán)電廠首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組運(yùn)行成功

? 我成功掌握超超臨界火力發(fā)電技術(shù) 為產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)條件

新華網(wǎng)北京６月１１日電（記者黃全權(quán)、樊曦）記者１１日從此間獲悉，國(guó)內(nèi)首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界機(jī)組，經(jīng)過半年的成功運(yùn)行，主要技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

運(yùn)行指標(biāo)測(cè)試結(jié)果表明，我國(guó)已經(jīng)成功掌握先進(jìn)的超超臨界火力發(fā)電技術(shù)，并為百萬千瓦超超臨界機(jī)組產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了條件。[詳細(xì)]

張國(guó)寶：首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界機(jī)組成功運(yùn)行使我電力裝備制造水平登上新臺(tái)階

中國(guó)工業(yè)報(bào)訊：6月11日，國(guó)內(nèi)首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組成功運(yùn)行暨性能指標(biāo)新聞發(fā)布會(huì)在京舉行。經(jīng)西安熱工研究院考核測(cè)試認(rèn)定，由中國(guó)華能集團(tuán)下屬浙江玉環(huán)電廠運(yùn)營(yíng)的國(guó)內(nèi)首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組，在運(yùn)行半年后，機(jī)組運(yùn)行成功，主要性能指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

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國(guó)家發(fā)改委副主任張國(guó)寶指出，首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界機(jī)組的成功運(yùn)行，不僅使我國(guó)電力裝備制造水平上了一個(gè)新的臺(tái)階，為國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組的建設(shè)、運(yùn)行、管理積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，也是貫徹國(guó)家結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的重要實(shí)踐，在節(jié)煤、節(jié)水、節(jié)材、減少占地和環(huán)境保護(hù)方面起到了積極的示范作用。

設(shè)備運(yùn)行正常各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)

據(jù)了解，機(jī)組各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值。其中，機(jī)組熱效率高達(dá)45.4%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；二氧化硫排放濃度每立方米 17.6毫克，優(yōu)于發(fā)達(dá)國(guó)家排放控制指標(biāo)。中國(guó)華能集團(tuán)公司副總經(jīng)理烏若思指出，該機(jī)組的成功運(yùn)行，標(biāo)志著中國(guó)電力工業(yè)已發(fā)展到一個(gè)新水平，對(duì)于加快電力工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有積極的促進(jìn)作用。

另據(jù)華能玉環(huán)電廠廠長(zhǎng)李建民介紹，根據(jù)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組運(yùn)行半年來的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)顯示，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定可靠，RB試驗(yàn)、甩50％和 100％負(fù)荷試驗(yàn)均一次成功。此外，在該機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試及試驗(yàn)期間，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了鍋爐冷態(tài)無油點(diǎn)火，節(jié)約燃油近萬噸。機(jī)組投產(chǎn)后，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在機(jī)組?；?、冷態(tài)啟動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了零油耗。機(jī)組在高效、節(jié)能、環(huán)保等方面的指標(biāo)優(yōu)良，顯示了設(shè)備制造、施工工藝和機(jī)組調(diào)試都達(dá)到高水平。

帶動(dòng)國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)發(fā)展

據(jù)了解，華能玉環(huán)電廠百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組的鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三大主機(jī)，分別由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司、上海汽輪機(jī)有限公司和上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司制造完成。為配合項(xiàng)目的完成，三家企業(yè)在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，完成了一百多個(gè)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，解決了設(shè)計(jì)、制造工藝、材料和監(jiān)測(cè)試驗(yàn)等許多設(shè)計(jì)制造的難題，設(shè)計(jì)制造水平達(dá)到國(guó)內(nèi)新的高度，為百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了條件。目前，國(guó)內(nèi)制造廠家已擁有34臺(tái)（套）百萬千瓦超超臨界機(jī)組的訂單。

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哈爾濱鍋爐廠董事長(zhǎng)、總經(jīng)理韓建偉說：“華能玉環(huán)電廠工程是國(guó)家重點(diǎn)工程，為保障工程順利實(shí)施，哈鍋不斷改進(jìn)創(chuàng)新工藝方法，使生產(chǎn)效率不斷提高。此外，企業(yè)還采用技術(shù)引進(jìn)、聯(lián)合設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)制造的方式，創(chuàng)出多項(xiàng)全國(guó)之最，最終在鍋爐效率方面實(shí)現(xiàn)了性能達(dá)標(biāo)。百萬千瓦超超臨界鍋爐的制造成功，標(biāo)志著哈鍋技術(shù)引進(jìn)、消化吸收和開發(fā)的成功，也標(biāo)志著企業(yè)技術(shù)裝備水平和制造能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！?/p>

上海電氣電站設(shè)備集團(tuán)總裁鄭建華介紹，為順利完成華能玉環(huán)項(xiàng)目，企業(yè)結(jié)合國(guó)家863計(jì)劃與上海市科教興市項(xiàng)目，設(shè)立了26個(gè)子課題進(jìn)行專項(xiàng)攻關(guān)研究。截至目前，這26個(gè)專項(xiàng)研究課題已全部完成并成功應(yīng)用于玉環(huán)工程。不僅如此，企業(yè)還獲得了13項(xiàng)新技術(shù)成果、12項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，另有29項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)正在積極申辦中。他認(rèn)為，借助項(xiàng)目并通過引進(jìn)、消化、再創(chuàng)新，企業(yè)已經(jīng)完全具備了百萬千瓦超超臨界機(jī)組的自主開發(fā)能力。

對(duì)此，中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)副會(huì)長(zhǎng)蔡惟慈特別強(qiáng)調(diào)，正是有了像華能玉環(huán)電廠這樣的用戶企業(yè)支持，中國(guó)的電力裝備制造業(yè)才得以迅速發(fā)展。用戶的信任是對(duì)國(guó)家提出的振興裝備制造業(yè)的最有力支持。

張國(guó)寶指出，華能玉環(huán)首套國(guó)產(chǎn)百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組的成功運(yùn)行，體現(xiàn)了中國(guó)裝備制造業(yè)的技術(shù)積累和潛在實(shí)力。他相信，在各方的努力下，中國(guó)的電力工業(yè)以電力設(shè)備制造業(yè)一定能登上一個(gè)新臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：超超臨界火電機(jī)組

在常規(guī)火電設(shè)備方面，國(guó)內(nèi)正在從30萬千瓦、60萬千瓦亞臨界機(jī)組向超臨界、超超臨界的60萬千瓦和100萬千瓦機(jī)組過渡。所謂超臨界機(jī)組是指主蒸汽壓力大于水的臨界壓力22.12兆帕的機(jī)組，而亞臨界機(jī)組通常指出口壓力在15.7～19.6兆帕的機(jī)組。

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習(xí)慣上，又將超臨界機(jī)組分為兩個(gè)層次：一是常規(guī)超臨界參數(shù)機(jī)組，其主蒸汽壓力一般為24兆帕左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為 540～560℃；二是超超臨界機(jī)組，其主蒸汽壓力為25～35兆帕及以上，主蒸汽和再熱蒸汽溫度一般580℃以上。在超臨界與超超臨界狀態(tài)，水由液態(tài)直接成為汽態(tài)，即由濕蒸汽直接成為過熱蒸汽、飽和蒸汽，熱效率較高，因此超超臨界機(jī)組具有煤耗低、環(huán)保性能好、技術(shù)含量高的特點(diǎn)，機(jī)組熱效率能夠達(dá)到45% 左右。節(jié)煤是超超臨界技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，它比國(guó)內(nèi)現(xiàn)有最先進(jìn)的超臨界機(jī)組的熱效率提高2%到3%。以熱效率提高1%計(jì)算，對(duì)一臺(tái)30萬千瓦的火電機(jī)組來說，一年就可以節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤。超超臨界機(jī)組發(fā)展的方向是在保持其可用率、可靠性、運(yùn)行靈活性和機(jī)組壽命等的同時(shí)，進(jìn)一步提高蒸汽參數(shù)，從而獲得更高的效率和環(huán)保性能。[詳細(xì)] 葉蘇注:盡管是值得慶賀的事情, 但是火電還是很污染的, 再怎樣說溫室氣體排放也很厲害,多建設(shè)風(fēng)電太陽能還有潮汐發(fā)電才是更環(huán)保的途徑,水電因?yàn)榉N種原因還是要謹(jǐn)慎.