国内1000 MW超超临界二次再热锅炉技术比较与研究

能源结构的转型,节能降耗提高机组整体效率的超超临界二次再热技术在国内具有广阔的发展前景。介绍国内主要锅炉厂的二次再热技术,比较分析了各锅炉厂在1 000 MW二次再热机组设计中结构参数、汽温匹配、燃烧控制等方面的关键技术和控制方法,总结了二次再热技术的核心内容,提出了百万千瓦二次再热机组控制的主要建议,为机组实际运行控制提供指导。     

某电厂“上大压小”工程1000 MW超超临界锅炉简介

本文介绍了哈锅为某电厂"上大压小"工程建设2×1000 MW二次再热超超临界湿冷机组的设计方案,运行模式和技术特点。哈锅自2010年初将研发二次再热作为新产品开发的重点,至今已经完成,并达到采用二次再热进一步提高机组的热效率、满足机组低压缸最终排汽湿度的要求。本机组是目前阶段最具实施条件的大容量超超临界机组发展的主导方向。     

首个国产化二次再热百万kW机组开工

正5月18日,华电句容二期2台100万kW超超临界二次再热燃煤发电项目顺利浇筑第一方混凝土,标志着该工程正式开工建设.这是首个二次再热百万千瓦国产化试点项目.该项目规划建设两台百万kW超超临界、二次再热燃煤发电机组,采用最先进的火力发电技术和环保技术,突出"高效、节能、环保、洁净"设计理念,再热蒸汽参数在国电泰州百万机组的基础上提升至620℃,发电煤耗和机组效率等经济性指标将再上新台阶.该项目是中国华电集团"十三五"阶段重点打     

二次再热汽轮机关键技术分析及探讨

通过采用二次再热循环,提高主汽参数,汽轮机热耗将比目前超超临界一次再热机组降低3.6%,机组经济性大大提高。介绍了国际上二次再热机组的发展背景、目前成熟材料体系下汽轮机蒸汽参数的选择,以及汽轮机采用二次再热后带来的设计难点和关键技术,为我国自主开发高参数超超临界二次再热汽轮机提供了思路和启示。     

660MW超超临界二次再热汽轮机结构特点

为了进一步提高效率,节能减排,公司研制了超超临界高参数二次再热汽轮机组。文章主要介绍了公司660MW高参数二次再热汽轮机结构特点,着重阐述了机组技术继承性、安全可靠性、使用性,该机组也将成为国内首个660MW二次再热汽轮机组。     

超超临界二次再热空冷汽轮机的总体设计

文章介绍了1 000 MW超超临界二次再热空冷汽轮机的总体设计特点及设计中需要注意的问题。1 000 MW等级空冷二次再热机组总体设计方案是可行的,但由于受到末级湿度的限制,二次再热空冷机组的再热温度略低于湿冷机组,经济性收益略低于湿冷二次再热机组。     

二次再热超超临界机组回热和再热参数的同步优化

700℃二次再热超超临界机组是火电机组发展的热点之一,其回热和再热参数的选择对于提高机组效率具有重要意义。以回热抽汽压力和再热定位参数为优化变量,采用遗传算法与枚举法相结合的综合优化算法,建立了回热和再热参数同步优化的优化模型,并对700℃二次再热超超临界机组热力系统进行了优化。分析结果表明,得出的热力系统优化方案优于回热等焓升分配方案和再热单独优化方案,对工程设计具有参考价值。     

二次再热示范机组锅炉技术分析

二次再热作为我国"700℃"和美国"AD760"超超临界燃煤发电机组研发的关键技术,而大型机组是电力行业的发展方向。文中详细介绍了我国首个二次再热示范机组锅炉特点,包括总体布置、燃烧系统、点火稳燃系统、水冷壁、组合式高温受热面、再热蒸汽温度调节等系统,为掌握二次再热技术和类似机组建设提供借鉴。     

基于BEST系统超超临界1000 MW二次再热蒸汽机组的参数选取

为研究抽汽背压式汽轮机(BEST)系统超超临界1 000 MW二次再热蒸汽机组参数的选取,基于某电厂二期2×1 000 MW超超临界机组扩建项目,建立1 000 MW超超临界高效二次再热蒸汽机组的设计计算,使用EBSILON软件建立完整的热力系统模型,得出主蒸汽温度、再热蒸汽温度、主蒸汽压力、再热蒸汽压力和锅炉效率等参数对BEST系统的影响规律。研究结果表明：对于12级回热的BEST系统来说提高主蒸汽的温度比提高主蒸汽的压力更能提高系统的发电热效率;BEST系统最佳工况点的再热蒸汽压力是15.028 MPa/4.079 MPa;锅炉效率变化范围在85%～95%时,随着锅炉效率变化1%,系统发电热效率随之变化0.51%。     

660MW超超临界二次再热机组高效灵活塔式锅炉热偏差全过程管控实践

从工程建设的全过程论述了某工程项目660 MW超超临界二次再热锅炉受热面:水冷壁、高温过热器、高温再热器热偏差控制的方法与效果,分析比对塔式锅炉与П型锅炉结构差异对热偏差控制的影响,为超超临界二次再热机组的建设提供借鉴。在现有材料体系下,建议超超临界二次再热机组采用塔式锅炉,该炉型更有利于机组的长期安全可靠运行。     

高超超临界汽轮机开发的关键技术及实施路线

高性价比是新一代700℃高超超临界汽轮机(HUSC)发展的关键。论述了与提高性价比相关技术的发展状况,并对700℃高超超临界汽轮机的高温、高压、二次再热循环及热力系统优化等4大技术特征的性能得益进行分析。介绍了STP高超超临界汽轮机产品分两步发展的技术路线,首先开发配有620℃、大容量中压模块的1 260 MW机型以及35 MPa、660～1 350 MW的二次再热机型,可获取2%～5%的热耗得益;然后在此基础上,应用镍基合金再将温度提高到700℃等级,获取另外5%的热耗得益。高超超临界汽轮机是下一阶段实现节能减排目标最有发展前景的技术。     

1000MW二次再热火电机组管道热效率对系统热经济性的影响

以某1 000MW超超临界二次再热火电机组为研究对象,定量分析了系统管道的散热损失、厂用蒸汽系统损失及工质泄漏损失对单元机组热经济性的影响.结果表明:考虑全部损失时,管道热效率为97.394%,供电标准煤耗为271.935g/(kW·h).与无管道损失时相比,机组管道热效率降低2.606%,供电标准煤耗增加4.584g/(kW·h),说明在二次再热机组热经济性评价中应该考虑管道热效率.     

基于Dymola平台的超超临界二次再热机组切除高压加热器动态仿真

为了分析某660 MW超超临界二次再热燃煤机组快速响应动态特性,基于Modelica/Dymola平台建立了高精度二次再热机组动态仿真模型。为了验证模型的可靠性和精确性,将仿真结果与不同负荷下设计数据进行比较发现,模型在不同负荷下的静态误差均在±5%以内。针对目前灵活性运行对电网负荷快速响应要求,模拟机组在分别切除4个高压加热器后负荷的瞬态响应特性,并具体分析了切除1号高压加热器对汽轮机抽汽以及锅炉主要受热面烟气侧与蒸汽侧动态特性的影响,获得了切除高压加热器后汽轮机抽汽变化动态过程和发电功率快速响应情况,以及锅炉烟气侧与蒸汽侧的参数变化动态过程。模拟结果表明：切除4个高压加热器均可以有效增加机组瞬时电负荷,分别可以达到29.8,15.6,8和6 MW,快速发电功率增加持续时间达到1 100,100,130和250 s,说明切除高压加热器可以改善二次再热燃煤机组对电网自动发电控制(AGC)的快速响应特性。     

二次再热超临界供热机组热力系统经济性定量分析方法

针对二次再热超临界供热机组采用低压缸分缸抽汽供热的特点,利用等效热降理论,进行分析与数学推导,得出了该类型机组抽汽等效热降和抽汽效率的计算方法,形成该类型机组的经济性定量分析数学模型,从而将等效热降理论的应用范围拓展到二次再热供热机组。利用该模型,可以方便、迅速、准确地分析二次再热超临界供热机组热力系统的经济性。     

超超临界汽轮机固体颗粒侵蚀的研究

分析了超超临界汽轮机高压和再热第一级叶片固体颗粒侵蚀的原因，介绍了汽轮机部件固体颗粒侵蚀的试骚研究工作，给出了超超临界汽轮机防止固体颗粒侵蚀的措施。图4参5     

二次再热超临界机组热力系统的全方位线性分析法

建立了计算锅炉吸热量、汽轮机作功、凝汽器放热量的线性模型，并通过分析抽汽和各种附加汽水成分对热力系统质量及热量平衡的作用和影响，得出二次再热超临界机组质热平衡关系的快速建模方法及各种附加成分的线性分析方法，用线性方法实现了对二次再热超临界机组锅炉吸热量、汽轮机功率及凝汽器放热量的全面分析与计算。     

基于动态特性机理分析的带再热汽温状态观测器控制系统的研究

针对火电厂锅炉再热汽温具有大滞后、大惯性及动态特性随工况变化的特性,在对某超临界600MW机组再热器动态特性进行机理分析的基础上,提出了带再热汽温状态观测器的反馈控制系统设计和参数计算方法.仿真结果表明:与单回路控制策略相比,再热汽温控制系统采用状态变量反馈-前馈-PI相结合的控制策略时,具有较好的控制品质、较强的快速响应性及抗干扰能力.     

Modeling,numerical optimization,and irreversibility reduction of a triple-pressure reheat combined cycle

The main methods for improving the efficiency of the combined cycle are: increasing the inlet temperature of the gas turbine (TIT), reducing the irreversibility of the heat recovery steam generator (HRSG), and optimization. In this paper, modeling and optimization of the triple-pressure reheat combined cycle as well as irreversibility reduction of its HRSG are considered. Constraints were set on the minimum temperature difference for pinch points (PP_m), the temperature difference for superheat approach, the steam turbine inlet temperature and pressure, the stack temperature, and the dryness fraction at steam turbine outlet. The triple-pressure reheat combined cycle was optimized at 41 different maximum values of TIT using two different methods; the direct search and the variable metric. A feasible technique to reduce the irreversibility of the HRSG of the combined cycle was introduced. The optimized and the reduced-irreversibility triple-pressure reheat combined cycles were compared with the regularly designed triple-pressure reheat combined cycle, which is the typical design for a commercial combined cycle. The effects of varying the TIT on the performance of all cycles were presented and discussed. The results indicate that the optimized triple-pressure reheat combined cycle is up to 1.7% higher in efficiency than the reduced-irreversibility triple-pressure reheat combined cycle, which is 1.9–2.1% higher in efficiency than the regularly designed triple-pressure reheat combined cycle when all cycles are compared at the same values of TIT and PP_m. The optimized and reduced-irreversibility combined cycles were compared with the most efficient commercially available combined cycle at the same value of TIT.     

Enhancing the efficiency and power of the triple-pressure reheat combined cycle by means of gas reheat, gas recuperation, and reduction of the irreversibility in the heat recovery steam generator

The main methods for improving the efficiency or power of the combined cycle are: increasing the inlet temperature of the gas turbine (TIT), inlet air-cooling, applying gas reheat, steam or water injection into the gas turbine (GT), and reducing the irreversibility of the heat recovery steam generator (HRSG). In this paper, gas reheat with recuperation was applied to the regular triple-pressure steam-reheat combined cycle (the Regular cycle) by replacing the GT unit with a recuperated gas-reheat GT unit (requires two gas turbines, gas recuperator, and two combustion chambers). The Regular cycle with gas-reheat and gas-recuperation (the Regular Gas Reheat cycle) was modeled including detailed modeling of the combustion and GT cooling processes and a feasible technique to reduce the irreversibility of its HRSG was introduced. The Regular Gas Reheat cycle and the Regular Gas Reheat cycle with reduced-irreversibility HRSG (the Reduced Irreversibility cycle) were compared with the Regular cycle, which is the typical design for a commercial combined cycle. The effects of varying the TIT on the performances of all cycles were presented and discussed. The results indicate that the Reduced Irreversibility cycle is 1.9–2.15 percentage points higher in efficiency and 3.5% higher in the total specific work than the Regular Gas Reheat cycle, which is 3.3–3.6 percentage points higher in efficiency and 22–26% higher in the total specific work than the Regular cycle. The Regular Gas Reheat and Reduced Irreversibility cycles are 1.18 and 3.16 percentage points; respectively, higher in efficiency than the most efficient commercially-available combined cycle at the same value of TIT. Economic analysis was performed and showed that applying gas reheat with recuperation to the Regular cycle could result in an annual saving of 10.2 to 11.2 million US dollars for a 339 MW to 348 MW generating unit using the Regular cycle and that reducing the irreversibility of the HRSG of the Regular Gas Reheat cycle could result in an additional annual saving of 11.8 million US dollars for a 439 MW generating unit using the Regular Gas Reheat cycle.     

BEST系统与常规系统的对比研究

为研究BEST系统和常规热力系统的区别,基于某超超临界1 000 MW二次再热机组的设计计算,使用EBSILON软件建立完整热力系统模型,然后从焓升分配,回热级数选择,再热压力优化,小汽轮机效率的影响等几个方面对比两种系统的异同点,并从热力学角度对其加以解释和说明。结果显示BEST系统的焓升分配更为均匀,回热级数选择需要考虑给水泵功率需求,最佳再热压力相对于常规系统压力更高,对小汽轮机效率的敏感性只有常规系统的一半。