第一篇：1000MW超超臨界直接空冷機組可行性與經(jīng)濟性探討

1000MW超超臨界直接空冷機組可行性與經(jīng)濟性探討

[摘要]論述了我國大容量超超臨界機組技術(shù)以及大容量直接空冷機組技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。通過對國內(nèi)大型汽輪機制造廠1000MW超超臨界汽輪機和600MW空冷汽輪機型式和特點的分析，提出了1000MW超超臨界空冷汽輪機可由1000MW超超臨界汽輪機的高中壓缸模塊及600MW二缸二排汽空冷汽輪機低壓缸模塊組合而成，并對其經(jīng)濟性進行了論述，同時提出了1000MW超超臨界空冷機組設(shè)計時應(yīng)考慮及需進一步研究的問題。

[關(guān)鍵詞]汽輪機，1000MW，超超臨界機組，空冷，可行性，經(jīng)濟性

0、引言

隨著《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》及《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》的確定和實施，電源建設(shè)將向節(jié)約資源和環(huán)境保護方向發(fā)展?；谶@種發(fā)展趨勢，結(jié)合中國“貧油少氣多煤”的一次能源結(jié)構(gòu)特點，決定了我國燃煤電廠在很長一段時間內(nèi)將占居我國電力的較大份額，而超臨界和超超臨界技術(shù)在機組效率上又有著無可爭議的優(yōu)勢，對于節(jié)約燃煤有著明顯的效果。我國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，而大型空冷機組技術(shù)又是火力發(fā)電廠頗為有效的一項節(jié)水技術(shù)。隨著大型超超臨界機組技術(shù)和大型空冷機組技術(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組，在節(jié)約用水的同時節(jié)約燃料，這是我們需要研究和考慮的問題。

1、我國超超臨界機組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

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、成熟和進入商業(yè)化運行的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，在世界上不少國家推廣應(yīng)用并取得了明顯的節(jié)能和改善環(huán)境的效果。目前一些國家已經(jīng)公布了發(fā)展下階段超超臨界機組的計劃，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℃，機組的供電效率將達到50%～55%。

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

2、我國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，空冷機組單機容量不斷增大。1978年，美國懷俄達克電廠360MW直接空冷機組投運；1987年，南非馬丁巴電廠6×665MW直接空冷機組投運；1988年，南非肯達爾電廠6×686MW間接空冷機組投運。在我國，已有一批300MW和600MW亞臨界直接空冷機組投入商業(yè)運行。2004年，中國電力工程顧問集團公司通過通遼電廠1x600MW空冷機組，組織東北電力設(shè)計院、西北電力設(shè)計院、華北電力設(shè)計院及哈爾濱空調(diào)器廠對空冷系統(tǒng)國產(chǎn)化進行了技術(shù)研究，并將研究成果成功地應(yīng)用于工程項目之中，通遼電廠將于2007年投入運行。華能銅川電廠

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

3、1000MW超超臨界直接空冷技術(shù)可行性探討

3.1、鍋爐

空冷汽輪機與濕冷汽輪機在進汽量要求上的差異，1000MW超超臨界空冷機組所配的鍋爐蒸發(fā)量比同容量超超臨界濕冷機組所配的鍋爐蒸發(fā)量略大，其他的技術(shù)要求如鍋爐型式、爐膛容積熱負荷、斷面熱負荷、燃燒器區(qū)域熱負荷、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組所配的鍋爐一樣。因此，超超臨界空冷機組所配的鍋爐在技術(shù)上是成熟和可行的。

3.2、汽輪機

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

東方汽輪機廠1000MW超超臨界濕冷汽輪機型式為單軸、一次中間再熱、四缸四排汽型式，高壓缸Ⅱ+8級，中壓缸2×6級，低壓缸2×2×6級，末級葉片1092.2mm。次末級葉片637mm。600MW空冷汽輪機為沖動式、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，中壓缸6級，低壓缸2x2x6級。末級葉片661mm(三缸四排汽)或863／762mm(二缸二排汽)。對于1000MW超超臨界空冷汽輪機，可選用1000MW超超臨界濕冷汽輪機的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機的低壓缸模塊進行組合，軸系穩(wěn)定性、通流面積及末級葉片等應(yīng)進行重新復(fù)核。

哈爾濱汽輪機廠1000MW超超臨界濕冷汽輪機型式為單軸、一次中間再熱、四缸四排汽型式，高壓缸11+9級，中壓缸2×7級，低壓缸2×2×6級，末級葉片1219.2mm，次末級葉片637mm。600MW空冷汽輪機為反動式、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，中壓缸6級，低壓缸2×2×6級，末級葉片620mm(三缸四排汽)或940mm(二缸二排汽)。對于1000MW超超臨界空冷汽輪機可選用1000MW超超臨界濕冷汽輪機的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機的低壓缸模塊進行組合，軸系穩(wěn)定性、通流面積及末級葉片等應(yīng)進行重新復(fù)核。

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

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

此外，超超臨界空冷汽輪機在材料選擇、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是一樣的。

通過以上分析，采用1000MW超超臨界濕冷汽輪機的高中壓缸模塊與600MW空冷汽輪機二缸二排汽的低壓缸模塊進行組合，可形成四缸四排汽的1000MW超超臨界空冷汽輪機。

3.3、空冷系統(tǒng)

超臨界機組空冷系統(tǒng)與亞臨界機組空冷系統(tǒng)的優(yōu)化、選擇和配置計算方法是相同的。對于1000MW超超臨界空冷機組，按照北方某電廠的氣象條件，計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排外高架平臺上，平臺高約50m。每臺機組空冷凝汽器由80-84個冷卻段組成，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)機和逆流換熱器風(fēng)機。而對于9列×9行和8列×10行的配置方式，需要進行環(huán)境風(fēng)影響和風(fēng)機群效應(yīng)等方面的研究。

3.4、給水系統(tǒng)配置

由于空冷機組對于氣象條件的敏感性，國內(nèi)外直接空冷機組大多采用電動給水泵。對于1000MW超超臨界空冷機組，由于給水壓力要求較高，給水流量也比較大，給水泵軸功率將達到40000kW左右，對給水泵的驅(qū)動形式應(yīng)進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。若選擇電動驅(qū)動方式，則在選擇單臺電動給水泵容量時，必須要考慮大容量電機及液力耦合器調(diào)節(jié)范圍的因素。當(dāng)采用汽動給水泵方案時。應(yīng)研究給水泵汽輪機循環(huán)冷卻水的冷卻方式，應(yīng)保證給水泵汽輪機有比較穩(wěn)定的背壓。

3.5、凝結(jié)水精處理系統(tǒng)

超超臨界機組汽水品質(zhì)要求比亞臨界機組高，因此，對于超超臨界機組，對凝結(jié)水進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。而對于1000MW超超臨界空冷機組，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，凝結(jié)水的溫度也較高，將對精處理系統(tǒng)中陰陽樹脂的運行產(chǎn)生不利的影響，因此在選擇夏季滿發(fā)背壓時應(yīng)考慮陰陽樹脂運行溫度的限制，同時在選擇凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)置時，應(yīng)充分考慮空冷機組的特點，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，我國建設(shè)的直接空冷電廠中，空冷凝汽器均布置于汽機房A排柱之外。其縱向長度與主廠房長度基本協(xié)調(diào)，如2×300MW機組主廠房長度為155m，空冷凝汽器為2×(28-32)段，占地約為155m×50m(長×寬)；2×600MW機組主廠房長度為170-195m，空冷凝汽器一般為2×56段，占地為181.5m×84m(長×寬)，2×300MW和2×600MW機組主廠房長度與空冷凝汽器的布置基本上是協(xié)調(diào)一致的。而對于2×1000MW機組，主廠房長度為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，同時處理好大寬度布置方式環(huán)境風(fēng)影響和風(fēng)機群效應(yīng)是應(yīng)該考慮的問題。

2在土建結(jié)構(gòu)方面，對于不同的布置形式，需要對空冷支架的結(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、軸壓比的特點和規(guī)律以及柱頂節(jié)點的選用原則等方面的問題進行進一步計算和實驗驗證。

3.7、排汽管道

若1000MW超超臨界空冷機組的排汽管道采用4根，每根管道的直徑將達到6000mm左右，管道在主廠房內(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)先進的計算方法以及實驗進行計算和驗證，這一方面也需要做進一步的工作。

4、1000MW超超臨界直接空冷機組經(jīng)濟性

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

若鍋爐效率按93%、管道效率98%、年利用小時數(shù)按5500h、標(biāo)煤價格按照350元／t計算，對于2×1000MW超超臨界空冷機組和3×660MW超臨界空冷機組，其發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗分別計算如表2所示。

經(jīng)過對同容量超超臨界空冷機組與超臨界空冷機組投資估算進行比較，2×1000MW超超臨界空冷機組投資比3×660MW超臨界空冷機組的投資高31000萬元。雖然2×1000MW超超臨界空冷機組投資比3×660MW超臨界空冷機組的投資高，但年標(biāo)準(zhǔn)煤耗低，在同樣的評價因素及一定的標(biāo)準(zhǔn)煤價格下，2×1000MW超超臨界空冷機組含稅上網(wǎng)電價有可能比3×660MW超臨界空冷機組的含稅上網(wǎng)電價低。經(jīng)測算，某電廠的2×1000MW超超臨界空冷機組含稅上網(wǎng)電價比3×660MW超臨界空冷機組的含稅上網(wǎng)電價低約4元／(MW·h)。

5、結(jié)論及建議

(1)我國1000MW超超臨界機組技術(shù)和600MW亞臨界二缸二排汽空冷機組技術(shù)已經(jīng)基本成熟，1000MW超超臨界機組已投入運行，600MW超臨界二缸二排汽空冷機組已設(shè)計完成。采用1000MW超超臨界濕冷汽輪機的高中壓缸模塊與600MW二缸二排汽空冷汽輪機的低壓缸模塊進行組合形成四缸四排汽的1000MW超超臨界空冷機組，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，汽輪機本體通流面積、低壓缸末級葉片及排汽面積的選擇、軸系穩(wěn)定性的計算以及與其相關(guān)的外部系統(tǒng)的配置和選擇應(yīng)進行深入的分析、研究和計算?？绽湎到y(tǒng)空氣動力特性、汽輪機排汽管道的應(yīng)力狀況、排汽管道內(nèi)蒸汽的動力特性、不同布置形式下的環(huán)境風(fēng)影響和風(fēng)機群效應(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、軸壓比的特點和規(guī)律以及柱頂節(jié)點的選用原則等方面的問題有待于進一步計算和實驗驗證。

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

(4)空冷機組具有良好的節(jié)水效果，在缺水的地區(qū)采用空冷機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組，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)情況、煤價水平、工程造價水平、電價水平以及環(huán)保要求等諸多因素進行科學(xué)地評價后確定。

第二篇：1000MW超超臨界直接空冷機組可行性與經(jīng)濟性探討

1000MW超超臨界直接空冷機組可行性與經(jīng)濟性探討

[摘要]論述了我國大容量超超臨界機組技術(shù)以及大容量直接空冷機組技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。通過對國內(nèi)大型汽輪機制造廠1000MW超超臨界汽輪機和600MW空冷汽輪機型式和特點的分析，提出了1000MW超超臨界空冷汽輪機可由1000MW超超臨界汽輪機的高中壓缸模塊及600MW二缸二排汽空冷汽輪機低壓缸模塊組合而成，并對其經(jīng)濟性進行了論述，同時提出了1000MW超超臨界空冷機組設(shè)計時應(yīng)考慮及需進一步研究的問題。

[關(guān)鍵詞]汽輪機，1000MW，超超臨界機組，空冷，可行性，經(jīng)濟性

0、引言

隨著《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》及《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》的確定和實施，電源建設(shè)將向節(jié)約資源和環(huán)境保護方向發(fā)展。基于這種發(fā)展趨勢，結(jié)合中國“貧油少氣多煤”的一次能源結(jié)構(gòu)特點，決定了我國燃煤電廠在很長一段時間內(nèi)將占居我國電力的較大份額，而超臨界和超超臨界技術(shù)在機組效率上又有著無可爭議的優(yōu)勢，對于節(jié)約燃煤有著明顯的效果。我國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，而大型空冷機組技術(shù)又是火力發(fā)電廠頗為有效的一項節(jié)水技術(shù)。隨著大型超超臨界機組技術(shù)和大型空冷機組技術(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組，在節(jié)約用水的同時節(jié)約燃料，這是我們需要研究和考慮的問題。

1、我國超超臨界機組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

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、成熟和進入商業(yè)化運行的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一，在世界上不少國家推廣應(yīng)用并取得了明顯的節(jié)能和改善環(huán)境的效果。目前一些國家已經(jīng)公布了發(fā)展下階段超超臨界機組的計劃，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℃，機組的供電效率將達到50%～55%。

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

第三篇：2015.01.27國產(chǎn)1000MW級超超臨界機組間接空冷設(shè)計優(yōu)化

國產(chǎn)1000MW級超超臨界機組間接空冷設(shè)計優(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)計分析計算上不存在困難，但在一些系數(shù)的選取上由于受到國內(nèi)規(guī)范的限制和目前國內(nèi)規(guī)范制定時的試驗數(shù)據(jù)均出自以往較小的冷卻塔試驗結(jié)果。鑒于以上情況，中電神頭2×1000MW級間接空冷工程委托國內(nèi)相關(guān)科研院所及設(shè)計單位進行了多方面的研究分析：數(shù)模計算，大量風(fēng)洞試驗，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)計方面進行了優(yōu)化。（目前，參考工程尚處于設(shè)計階段，最終參數(shù)以設(shè)計院施工藍圖為準(zhǔn)）

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

摘要：本文就中電神頭2×1000MW級超超臨界機組工程（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)計進行了簡要闡述，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗，提出了相關(guān)建議，給相似工程的設(shè)計提供參考和借鑒。關(guān)鍵詞：1000MW級；超超臨界；間接空冷；設(shè)計；優(yōu)化

0.前言

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

1.1000MW級超（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 1.1.1風(fēng)荷載分布及風(fēng)振系數(shù)的適用性 目前，國內(nèi)有關(guān)冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)程規(guī)范有三本《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50102-2003）、《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》（DL/T 5339-2006）和《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50191-93）。在上述前兩本規(guī)范中均對風(fēng)振系數(shù)的取值限制塔高在165m以內(nèi)。由于各國規(guī)范體系的不同其風(fēng)荷載的取值方法有所不同，我國的風(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)計荷載。而一些國家取3秒鐘的平均風(fēng)速例如英國、澳大利亞等；俄羅斯和東歐一些國家取2分鐘的平均風(fēng)速，更多的一些國家以所謂的瞬時風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)，美國比較特殊是以英里/小時為標(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，各國的風(fēng)荷載的計算也就不同。例如德國《冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計》（VGB-R610Ue）標(biāo)準(zhǔn)中就沒有風(fēng)振系數(shù)，也沒有對塔高的限制。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，會進到風(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)、動態(tài)和諧振分量。所有這些分量在實際應(yīng)用時可以考慮為準(zhǔn)靜態(tài)的。通過對中電神頭1000MW級機組205米高超（特）大型間接空冷塔線性與非線性有限元分析對比，得到如下三點結(jié)論：

1）當(dāng)風(fēng)載荷為9倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時，冷卻塔開始進入彈塑性狀態(tài)，當(dāng)13倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時，冷卻塔大部分區(qū)域進入彈塑性狀態(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間變化（橫坐標(biāo)：時間，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)域為線彈性，在支柱與殼體連接處的單元存在著應(yīng)力集中現(xiàn)象，而進入彈塑性狀態(tài)。對于8度地震區(qū)，用線彈性動力分析結(jié)果進行設(shè)計是可行的。

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間變化（橫坐標(biāo)：時間，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間變化（橫坐標(biāo)：時間，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)遠大于設(shè)計風(fēng)速，有足夠的安全儲彈塑性

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)計分析計算工作中，不論塔體的大小，其計算的力學(xué)模型均0度處支柱上端軸力隨時間變化

（橫坐標(biāo)：時間，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為不重要的問題，對超（特）大型塔就變得尖銳起來了。例如：地震力對于小塔不重要，而對超（特）大型塔就相對重要了；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，這種裂縫對塔體的動力特性和屈曲穩(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力分析的角度來看，對超（特）大型冷卻塔非線性問題是不能忽略的。傳統(tǒng)設(shè)計中采用線性問題近似求解，在塔小時，相對誤差不會很大，對于超（特）大型塔這種誤差會變得不可忽視。從結(jié)構(gòu)分析計算理論和設(shè)計規(guī)范上來看，各國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中結(jié)構(gòu)分析計算的理論是一樣的，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、荷載的選用和計算工況等不一致。尤其風(fēng)荷載的選用差距較大，這是各國規(guī)范體系不同造成的。但國內(nèi)規(guī)范目前只提出了采用線性分析的方法，而國外規(guī)范提出了非線性分析的要求。例如德國《冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計》（VGB-R610Ue）規(guī)范中的3.3.3 節(jié)的標(biāo)題是“非線性計算方法”，明確了有關(guān)材料的選用和計算原則性的要求。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較大，主要涉及到非線性問題，非線性問題主要是求解有時不能收斂和材料關(guān)系的模型選取的合理性及對計算機性能的要求較高。但極值問題求解的結(jié)果更接近實際情況。目前，隨著計算機技術(shù)、計算力學(xué)和有限元數(shù)值分析技術(shù)的發(fā)展，在國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冷卻塔結(jié)構(gòu)進行分析計算，并且都具有非線性分析功能。使得對特大型冷卻塔采用非線性分析技術(shù)對其進行分析計算成為可能，這使得工程設(shè)計更為經(jīng)濟安全。隨著分析計算理論的完善和手段的提高，可使設(shè)計的冷卻塔面積與高度大大增加，設(shè)計效率也可大大提高。

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，國內(nèi)目前尚無實際工程采用。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)，可以進行工廠機械化制造、加工，現(xiàn)場焊接、組裝，節(jié)省人力，但整體消耗金屬、鋼材數(shù)量較大、造價較高。與之相比，目前國內(nèi)勞動力成本相對低廉，鋼筋混凝土價格較低，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的空冷塔投資省、造價低，其與常規(guī)火電濕冷機組水冷塔基本類似，設(shè)計技術(shù)及施工經(jīng)驗相對較為成熟豐富，且應(yīng)用廣泛、造價較低。因此，目前在國內(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 針對參考工程超（特）大型間冷塔，結(jié)合工程實際，從冷卻塔的設(shè)計、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，對以上傾角、比例關(guān)系等數(shù)據(jù)進行了優(yōu)化、創(chuàng)新）分別進行了深入研究，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、動力、穩(wěn)定性計算，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支柱對數(shù)：52對 X支柱尺寸：1.6×1.0m 最小壁厚：0.31m 最大壁厚：1.7m

通過1000MW級機組間冷塔的線性、非線性有限元分析表明，當(dāng)9倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時，冷卻塔開始進入彈塑性狀態(tài)，當(dāng)13倍標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓時，冷卻塔大部分區(qū)域進行彈塑性狀態(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。

地震動力分析采用時程分析法。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。在任何時刻，在8度地震作用下，冷卻塔的大部分區(qū)域為線彈性，只是在支柱與塔筒的連接處局部，由于存在較強的應(yīng)力集中而進入了彈塑性狀態(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)，場地溝壑縱橫，在挖山填溝開墾出的場地上建設(shè)。4號冷卻塔范圍內(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、動力、穩(wěn)定性計算，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支柱對數(shù)：40對 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、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壓模型試驗結(jié)果，采用風(fēng)振響應(yīng)一致耦合分析方法，得出B類場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)點風(fēng)振系數(shù)的平均值為1.87；對于僅考慮單塔情況的初步設(shè)計，風(fēng)振系數(shù)可按水工規(guī)范對于B類場地取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；同時為確保延性僅發(fā)生在支柱中，建議對樁基采用能力保護設(shè)計，并注意強化柱端塑性鉸區(qū)域的箍筋構(gòu)造細節(jié)設(shè)計。

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單塔條件下塔筒內(nèi)、外表面氣動力荷載進行分析，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)、氣動力系數(shù)的時間平均值和均方差值等氣動力荷載參數(shù)，為塔筒結(jié)構(gòu)

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

設(shè)計時風(fēng)荷載的選取提供參考。

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

參考工程1000MW級超（特）大型SCAL間接空冷工藝系統(tǒng)劃分為若干個子系統(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)計參數(shù)

設(shè)計氣溫：

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)水泵出水管首先進入空冷散熱器，而后再進入表面凝汽器；第二種給水方式：循環(huán)水泵出水管首先進入表面凝汽器，而后再進入空冷散熱器。從理論上講，兩種給水方式均可行。通過對上述兩種不同給水方式循環(huán)水系統(tǒng)的分析、計算，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：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)計背壓：

11kPa 夏季設(shè)計氣溫：

30℃ 夏季設(shè)計背壓：

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)密閉運行，水質(zhì)穩(wěn)定，無污染，不結(jié)垢。優(yōu)化后凝汽器設(shè)計數(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，運行中不需特殊防護。空冷散熱器管束采用雙流程設(shè)計。

主要設(shè)計參數(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力特性和穩(wěn)定性研究成果的同時，委托國

對兩種布置方式的計算結(jié)果，并結(jié)合以往大量工程實際經(jīng)驗，考慮到設(shè)備管路長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——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：每臺機組設(shè)置一座循環(huán)水泵房，循環(huán)水泵布置于塔區(qū)循環(huán)水泵房內(nèi)。每臺機組設(shè)4×25%國產(chǎn)的立式離心循環(huán)水泵并聯(lián)運行。每臺機組循環(huán)水量88000t/h，循環(huán)水主管道直徑為DN3400，每臺循環(huán)水泵的流量Q≈6.11m3/s，H≈25m，電動機銘牌功率N≈2000kW?？紤]每臺機組設(shè)一臺間接空冷系統(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)計單位進行的風(fēng)洞試驗及抗震振動臺試驗結(jié)果將進一步確保超（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，必將為推動我國空冷技術(shù)的快速發(fā)展起到積極的示范作用。

參 考 文 獻

[1].《工業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50102-2003）、[2].《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》（DL/T 5339-2006）[3].《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50191-93）[4].《冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計》德國（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超超臨界機組空冷系統(tǒng)選型設(shè)計探討 電力建設(shè)；2009,06；0062-04

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

電力勘測設(shè)計，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。一臺機組配置一座冷卻塔，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 進風(fēng)口高度/進風(fēng)口處直徑：～32.5m

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

作者簡介：

蔣華（1975--），男，大學(xué)本科，工程師，長期從事火力發(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

第四篇：1000MW超超臨界機組的先進設(shè)計與經(jīng)濟運行分析

1000MW超超臨界機組的先進設(shè)計與經(jīng)濟運行分析

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)電機組，在全國首次采用國際先進的超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)，是國家“863計劃”中引進超超臨界機組制造技術(shù)的依托工程，也是我國“十五”重點建設(shè)項目。經(jīng)過精心安裝與調(diào)試，1、2號機組已經(jīng)于2006年提前實現(xiàn)雙投，運行半年來，設(shè)備穩(wěn)定，機組各項指標(biāo)達到設(shè)計要求。經(jīng)測算，額定負荷下的鍋爐效率為93.88%，汽輪機熱耗為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)，機組熱效率高達45.4%，達到國際先進水平，二氧化硫排放濃度為17.6mg/m3，優(yōu)于發(fā)達國家排放控制指標(biāo)。

3、4號機組也將力爭于2007年投產(chǎn)。

一、1000MW機組特點

玉環(huán)電廠超超臨界機組主要設(shè)計參數(shù)見表1。

1.1 汽輪機特點

機組汽輪機由上海電氣集團聯(lián)合西門子公司設(shè)計，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個最大功率可達到1100MW等級的HMN型積木塊組合：1個單流圓筒型H30高壓缸，1個雙流M30中壓缸，2個N30雙流低壓缸。汽輪機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，也縮短了軸向的長度，使軸總長度僅為29m。整個高壓缸靜子件和整個中壓缸靜子件由它們的貓爪支承在汽缸前后的2個軸承座上。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支承面均采用低摩擦合金，具有良好的摩擦性能，不需要潤滑，有利于機組順暢膨脹。盤車裝置采用液壓電動機，采用頂軸油驅(qū)動，安裝在機頭位置，位于1號軸承座內(nèi)。1.1.1 高壓缸的特點

高壓缸采用雙層缸設(shè)計。外缸為桶形設(shè)計，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)對稱結(jié)構(gòu)，避免了不理想的材料集中，使得機組在啟動停機或快速變負荷時缸體的溫度梯度很小，可將熱應(yīng)力保持在一個很低的水平。高壓缸為單流程設(shè)計，葉片級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

中壓缸采用雙流程和雙層缸設(shè)計。中壓高溫進汽僅局限于內(nèi)缸的進汽部分，中壓缸進汽第一級除了與高壓缸一樣采用了低反動度葉片級（約20%的反動度）和切向進汽的第一級斜置靜葉結(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)計得較小。同時，外缸中的壓力也降低了內(nèi)缸法蘭的負荷，因為內(nèi)缸只需要承受壓差。1.1.3 低壓缸的特點

低壓缸采用2個雙流設(shè)計。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，以保證機組膨脹時的動靜間隙。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。所采用的末級葉片為自由葉片，長1146mm，是目前世界上已定型并批量生產(chǎn)的最長的全速汽輪機葉片。該葉片1997年在丹麥電廠投運，至今運行已有10年。玉環(huán)1000MW汽輪機的大修間隔可達到96000h(約12年)。1.1.4 補汽閥的應(yīng)用

全周進汽不存在其他機型調(diào)節(jié)級強度和進汽不均誘發(fā)汽輪機激振問題。玉環(huán)機組所采用的補汽閥技術(shù)，從主汽門后引出一路蒸汽經(jīng)過補汽閥進入高壓缸的第5級后，形成全周進汽定-滑-定運行模式，使機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)，進一步提高了機組效率。玉環(huán)電廠汽輪機全周進汽加補汽閥的設(shè)計同時解決了正?；瑝赫{(diào)峰負荷高效率、第1級葉片的安全性和部分進汽對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加汽隙激振3個技術(shù)問題。正常調(diào)峰及額定負荷運行時，補汽閥為全關(guān)狀態(tài)。補汽閥全開流量是額定工況的108%，即補汽閥流量為8%，可使額定工況以及所有小于額定工況時的熱耗下降23kJ/(kW.h)，而一旦開始補汽，機組的經(jīng)濟性將隨補汽量的增加而下降。1.2 鍋爐特點

華能玉環(huán)電廠為哈爾濱鍋爐廠引進日本三菱技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運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、機組的經(jīng)濟、環(huán)保、穩(wěn)定運行 1、2號機組2006年實現(xiàn)雙投并運行半年多來，推行華能精細管理思路，機組運行穩(wěn)定，自動控制良好，機組效率較高。根據(jù)我國權(quán)威專業(yè)研究機構(gòu)對機組運行半年后的性能指標(biāo)現(xiàn)場測試，各項技術(shù)性能指標(biāo)均達到或優(yōu)于設(shè)計值。

2.1 實行精細管理，推行管理革命

玉環(huán)電廠作為華能集團的標(biāo)桿電廠，以270人定員編制，管理、運營國際一流的4×1000MW超超臨界機組，努力實踐技術(shù)水平最高，經(jīng)濟效益最好，單位kW用人最少，國內(nèi)最好，國際優(yōu)秀的“四最一優(yōu)”建設(shè)目標(biāo)。

玉環(huán)電廠將4臺機組的集控集中布置在汽輪機廠房外的固定端，以營造舒適的工作環(huán)境，集控室四周為環(huán)形海景下班幕墻，舉目遠眺，美麗的樂清灣盡收眼底。每臺機組配備集控運行人員5人，4臺機組穩(wěn)定運行時既可相互調(diào)配，處理事故時又可相互支援。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。在廠級生產(chǎn)管理上，燃料和脫硫運行維護工作承包給華能長興電廠，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)部對口統(tǒng)一管理。運行部配正、副主任各1名，機、爐、電、化、安專工各1名。最簡約的人員定制，創(chuàng)造出了最大的工作效率。

分部試運階段，在調(diào)試的指揮下，運行全面接管分散控制系統(tǒng)(DCS)操作和現(xiàn)場巡檢，不僅可以及時糾正調(diào)試人員的差錯，還加深了對新設(shè)備的認識，順利實現(xiàn)了168h試運行后的平穩(wěn)交接。

2臺機組轉(zhuǎn)入商業(yè)運營后，在華能國際電力股份公司的指導(dǎo)下，玉環(huán)電廠積極汲取我國電力管理的寶貴經(jīng)驗，借鑒國際先進的管理理念，規(guī)范“兩票三制”，推行靈活激勵機制，采取先進的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)和管理信息系統(tǒng)(MIS)，結(jié)合國際一流的發(fā)電機組，培養(yǎng)一流的管理與技術(shù)人才。2.2 機組調(diào)峰負荷下的高效率、環(huán)保、穩(wěn)定運行

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

玉環(huán)電廠汽輪發(fā)電機組采用多項先進技術(shù)和設(shè)計理念，在正常運行中，各項主要指標(biāo)均居于我國首位。機組在TMCR工況下，機組的廠用電率為4.45%(含脫硫)，汽輪機熱耗率為7291.6kJ/(kW.h)。即使在8.04/10.08kPa高背壓的夏天，汽輪機的熱耗率也僅為7300kJ/(kW.h)，不但遠遠低于華能石洞口二廠1、2號機的7647.6kJ(kW.h)和外高橋5、6號機的7420kJ/(kW.h)，也優(yōu)于上海電氣集團的7316kJ/(kW.h)的保證值。機組在調(diào)閥全開時負荷可以達到1039MW，可以滿足短時調(diào)峰需求。汽輪機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，每一列配一個水側(cè)大旁路。當(dāng)任意一個高加出現(xiàn)異常時，須單側(cè)整列高加退出運行。

5、6號低加則采用單列布置，各有單獨旁路。

7、8號低加分別設(shè)置在高、低凝汽器喉部。在機組啟動過程中，高低加熱器在出力達到200MW以前即已經(jīng)正常投入，正常運行時通過抽汽加熱凝水和給水，可提高機組循環(huán)熱效率。為了配合四缸四排汽的汽輪機結(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)的方式先進入低壓凝汽器，再進入高壓凝汽器，水側(cè)內(nèi)、外圈可以在運行中實現(xiàn)單側(cè)隔離。靈活的熱力系統(tǒng)設(shè)計給機組的在線運行提供了更高的可靠性保障。在半年的運行中，出現(xiàn)過高加水位計泄露、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，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。在缺陷處理過程中，機組的帶負荷能力基本沒有受到影響，機組的效率也基本上可得到保證。高加全切、5號低加切除、凝汽器單側(cè)隔離工況下的主要數(shù)據(jù)見表3。

2.2.2 鍋爐在各負荷下的高效運行

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)計煤種相近。煤的各項指標(biāo)與鍋爐設(shè)計煤種相近。正常運行中，采用上5臺磨煤機即B、C、D、E、F磨運行，A磨煤機備用的模式。根據(jù)煤種特性，磨煤機出口溫度一般維持在65～75℃，磨煤機出口分離器采用隨煤量而改變的變頻控制，煤粉細度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%，低負荷運行時鍋爐效率較高。NOx排放濃度為281mg/m3，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，BMCR工況下，機組負荷可達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)計煤種的比較。表5列出了不同運行方式下的滿負荷參數(shù)。

在750MW負荷下，CDEF四臺磨煤機運行，可以維持運行參數(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負荷下，CDEF4臺磨煤機運行，可以維持運行參數(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%。該運行工況下的鍋爐效率為93.56%。2.2.2 機組汽水品質(zhì)

對汽水品質(zhì)的高要求也是超超臨界機組的一個特點。

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

三、結(jié)論

(1)玉環(huán)電廠超超臨界機組選型正確，設(shè)計新穎，技術(shù)先進，大量采用了P92新材料，首次采用26.25MPa/600℃/600℃超超臨界參數(shù)，機組熱效率達45.4%，實際供電煤耗僅283.2g/(kW.h)，達到了國際先進水平。

(2)玉環(huán)電廠的設(shè)計方案中，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))，此排放濃度亦遠遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB13223第一時段的排放要求，在國際上也達到了先進水平，證明了超超臨界技術(shù)的環(huán)保效益，也實踐了華能發(fā)展綠色公司的諾言。

(3)2臺機組半年多的生產(chǎn)運行，積累了1000MW級超超臨界機組的生產(chǎn)及管理經(jīng)驗。在不斷探索、優(yōu)化的過程中，對超超臨界機組運營掌握程度在逐步加深，可以供國內(nèi)同行借鑒和參考。玉環(huán)電廠的成功建設(shè)與投產(chǎn)，也證明我國已經(jīng)初步掌握了制造、安裝、調(diào)試和管理運行世界前沿的超超臨界機組技術(shù)。

四、參考文獻

[1]李虎，張峰.1000MW超超臨界機組2953t/h鍋爐設(shè)計特點及生產(chǎn)實踐[J].電力設(shè)備，2007,8(5):6-10.