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1、中国电机工程学会火电分会空冷专委会第四届学术年会论文集 总结大型空冷电站建设经验 促进空冷机组迈向标准化的轨道 谢天恩 ( 北京国电华北电力工程有限公司北京1 0 0 0 1 1 ) 提要：本文是在总结亚临界空冷机组建设经验的基础上，结合超I 临界空冷电站的建设，提出了空冷机组标准化 的思路，并对空冷汽轮机功率的定义和背压的确定提出了设想，为新一轮空冷电站的建设提出建议。 关键词：改变思路空冷汽轮机标准化空冷汽轮机的背压 据不完全统计，截至2 0 0 6 年1 2 月底，我国已投产的6 0 0 M W 空冷机组共l l 台( 我公司设计 的8 台：大二2 台、托电4 台、上都2 台，西北院设计
2、的锦界l 台，山西院设计的武乡l 台，西南 院设计的达旗l 台) ，3 0 0 M W 空冷机组有1 0 多台( 漳山2 台、榆社2 台、霍州2 台、河津2 台、 古交2 台等) ，正在建设的6 0 0 M W 空冷机组近3 0 台。随着产业技术升级，超( 超) 临界空冷机 组的建设的任务已经摆到了我们面前。为了促进电站空冷事业的健康发展，总结第一批大型空冷 电站的建设经验，改变设计思路，改进优化方法，促使空冷机组朝着标准化方向发展。 众所周知，大型空冷汽轮机都是在成熟的、通过运行考验的湿冷汽轮机的基础上发展起来的， 采用成熟的母型机的高中压模块，优化低压模块，组合成适应空冷电站要求的空冷汽轮
3、机。从空 冷汽轮机的安全性、可靠性和经济性出发，第一批亚临界空冷机组是以基本不改变成熟的湿冷机 组的高、中压缸的结构的前提下，适当增大其通流能力( 2 - 2 5 ) 来满足机组的名义出力( 毛 出力) 在数值上与同容量的湿冷机组的出力( 净出力) 相同的要求。随着空冷电站的迅猛发展， 一些空冷电站要求汽机进一步加大主蒸汽的进汽量，这一思路被突破，造成锅炉容量一增再增， 从6 0 0 M W 增大到6 6 0 M W ，从6 6 0 M W 增大到7 2 0 M W ，牺牲了汽轮机高中压缸的安全性、可靠 性和经济性，汽机辅机配套的统一性也遭到了破坏。这种改变汽轮机通流能力做法带来的风险， 在一
4、些已投产的机组中有所表现。面对采用超( 超) 临界空冷机组之际，从机组的标准化系列化 出发，有必要改变空冷电站的建设思路。 1 新一轮空冷电站建设的思路 根据我国的具体睛况，新一轮空冷电站建设的思路是：在不改变( 成熟的、通过运行考验的) 原 型湿冷汽轮机进汽量的基础上，优化低压模块，利用原型机组的锅炉容量，满足电站对空冷机组的 要求。汽机铭牌功率的背压应根据汽机的额定流量及末级叶片的特性，并顾及凝结水精处理树脂 的耐温要求，通过优化确定，机组的铭牌出力略低于原型湿冷机组的铭牌出力。 由于空冷电站建设思路的改变，促进了空冷汽轮机的标准化、系列化，提高了空冷机组的安 6 中国电机工程学会火电分会
5、空冷专委会第四届学术年会论文集 全性、可靠性和经济性，汽机配套的辅机和辅助设备可与湿冷机组基本相同。由于建设思路的改 变，推动了空冷电站工程设计的规范化，也有利于降低工程造价。 2 空冷汽轮机的功率及背压的选择 2 1 空冷汽轮机功率的定义 参照行业标准D I _ d T 8 9 2 2 0 0 4 电站汽轮机技术条件，结合空冷汽轮机的特点，对大型凝汽式 空冷汽轮机的不同工况功率的定义如下： 2 1 1 额定功率或铭牌功率( T R L ) t u r b i n er a t e dp o w e ro rn a m e p l a t el o a d 是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数、规
6、定的额定功率的背压，补给水率0 及回热系统正常 投入条件下，扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等的功耗，供方能保证在寿命期内任何时间都能 安全连续地在额定功率因数、额定氢压( 氢冷发电机) 下发电机端输出的功率。此时主蒸汽流量 称为额定进汽量。( 注：此处“规定的背压”，对湿冷机组是1 1 8 k P a ( a ) ，空冷机组的背压与大气干 球温度及凝结水精处理树脂耐温限制相关，其背压由供需双方商定。此处“补水率为o ”，因为 3 补水率仅影响功率的0 5 左右，可在空冷系统优化中解决。) 2 1 2 最大连续功率( T M C R ) ( 发电机组) t u r b i n em a x i
7、m u mc o n t i n o u sr a t i n g ( T M C R ) ( e l e c t r i c a l g e n e r a t i o ns e t ) 是指在额定的主蒸汽及再热蒸汽参数下，主蒸汽流量为额定进汽量，规定的年加权平均背压， 补给水率为0 及回热系统正常投入，扣除非同轴励磁、润滑及密封油泵等的功耗，在额定功率因 数、额定氢压( 氢冷发电机) 下发电机端输出的功率。该功率为保证功率，并能在保证的寿命期 内安全连续运行。 2 1 。3 热耗率验收功率( T H A ) t u r b i n eh e a t = r a t ea c c e p t
8、 a n c ep o w e r 是指在额定主蒸汽及再热蒸汽参数下，主蒸汽流量与额定进汽量不相同，规定的年加权平均 背压，补给水率为0 及回热系统正常投入，扣除非同轴励磁润滑及密封油泵等的功耗，在额定功 率因数、额定氢压( 氢冷发电机) 下发电机端输出的功率，其值与额定功率相同，并且供方能保 证在寿命期内安全连续地运行。 该热耗率一般作为汽轮机验收保证值。 2 2 空冷汽轮机背压的选择 空冷机组的铭牌功率大小取决于空冷汽轮机的特性和空冷装置的容量。当汽机最大的进汽量 确定以后，重点在于优化末级叶片和低压缸的尾部结构。当汽机末级叶片确定之后，可根据末级叶 片的特性确定汽机在额定迸汽量条件下的满
9、发背压的最高限制值。 2 1 1 空冷汽轮机( T R L ) 背压的选择 空冷汽轮机的满发背压与大气的干球温度有关，与凝结水精处理树脂耐温的限制和汽机的末 级叶片的特性相关。 我国的电源结构是以燃煤机组为主，特别是北方某些地区电网缺乏调峰容量，峰谷差较大， 7 中国电机工程学会火电分会空冷专委会第四届学术年会论文集 夏季的峰谷差更大，因此要求空冷机组在高气温的夏季尽量多带负荷。但，对于空冷机组，若在 高气温时与湿冷机组同等条件要求满发额定功率，就必然造成空冷装置很庞大，投资增加很多， 而年利用率很低，从技术经济分析并不合理，在工程中应权衡二者的关系。 从凝结水精处理树脂耐温的限制条件看，阴树
10、脂耐温的额定温度为6 5 ，短期为6 7 ，阳树脂的 额定耐温为7 0 “ 1 2 。当汽机背压为3 3 k P a ( a ) 时，饱和汽温约为7 1 3 t 2 由于凝汽器的过冷度不同，直 接空冷的凝结水温约7 0 。C ，表面式凝汽器的凝结水温约为6 9 。C ，混合式凝汽器的凝结水温约为 7 0 5 “ 1 2 ；当汽机背压为3 5 k P a ( a ) 时，饱和汽温为7 2 6 5 ，三种凝汽器的凝结水温约为7 1 5 。C 、7 0 。C 和7 2o C 。在考虑机组的设计制造误差及老化等需要利用汽机最大的进汽量( V W O 流量) 时，汽机的 最高运行背压宜控制在3 5 k
11、P a ( a ) 左右。 空冷汽轮机的额定流量建议按V W O 流量扣除3 后确定。 因此，空冷汽轮机的铭牌功率，是以V W O 流量背压为3 5 k P a ( a ) 作为校核条件，以额定流量 发铭牌功率来确定T R L 的背压。当汽机T R L 的背压确定以后，机组在夏季的功率特性可根据地 区电网的情况及空冷机组的运行特点与主管部门商定，并通过空冷系统的优化来满足。如，直接 空冷系统的优化是寻求初始温差1 T D 、迎面风速W a l 与散热面积A 的最佳组合。如果要求多发电， 当空冷系统的规模足够大时，在不改变汽机V W O 进汽量的条件下，由于汽机T R L 的背压进一步 降低，机
12、组的铭牌功率还可以增大。 2 2 2 热耗考核功率( T H A ) 背压的选择 根据空冷电厂的“典型年气温小时分布”，根据初步优化的空冷方案中汽机的背压随气温的变 化规律，求得汽机的年加权平均背压，作为空冷汽轮机热耗考核工况( T H A ) 的背压。汽机最大 连续功率工况( T M C R ) 及汽机阀门全开工况( V W O ) 的背压可近似等于T H A 的背压。 2 2 3 空冷汽轮机的最低运行背压 从节约能源，保护环境和可持续发展的战略出发，应充分利用空冷电厂所在地的气温低且持 续时间长的特点，使空冷汽轮机的最低运行背压尽可能的低，以提高空冷电站的运行经济性。目 前，单排管空冷凝汽
13、器的直接空冷最低运行背压一般控制在9l f f a ( a ) 左右，间接空冷机组最低运行 背压一般控制在6 k P a ( a ) 左右。空冷汽轮机的阻塞背压应小于汽轮机的最低运行背压。 2 3 空冷汽轮机铭牌功率的标定 根据2 2 条的第1 项，当T R L 的背压确定以后，汽机的铭牌功率就基本确定了。不同电厂的 气象条件及经济因素等所优化的T H A 的背压是不同的，空冷系统和空冷装置的规模也不尽相同， 因此，在V W O 流量不变的条件下，由于T H A 的背压不同，机组年加权平均热耗是不相同的，年 加权平均发电煤耗和供电煤耗也不相同。但汽轮机的铭牌出力是基本相同的，这有利于空冷机组
14、的标准化和系列化，机组的安全性可靠性得到了保证。 例如，某空冷电厂采用G W 的高背压湿冷6 6 0 M W 原型机组的直流锅炉容量( B M C R ) 为 2 1 3 0 t h ，其T M C R 流量为2 1 3 0 1 0 3 = 2 0 6 7 t h 。根据空冷机组末级叶片的特性，当采用电动给水泵 时，汽机背压为2 8 k P a ，汽机的( 毛) 功率为6 4 5 M W ，对应功率下的B M C R 流量的背压为3 5 5 k P a ， 8 中国电机工程学会火电分会空冷专委会第四届学术年会论文集 机组的铭牌功率可标定为6 4 5 M W 6 6 0 M W ；当采用汽动给水
15、泵时，汽机背压为2 8 k P a ，汽机的( 净) 功率为6 2 1 M W 。对应功率下的B M C R 流量的背压为3 5 k P a , 机组的铭牌功率可标定为 6 2 l M w 侮6 0 M w 。上述两种情况的校核条件是在B M C R 流量的情况下，汽机背压约为3 5 k P a 。如 果电厂考虑多发电，当采用合理的空冷系统后，进一步降低汽机的背压，汽机的铭牌功率还可以增 大，如采用汽动给水泵时为6 3 8 M w ，6 6 0 M w 等。 由于思路的改变，对汽机低压模块整体性能的要求提高了。面对超( 超) 临界空冷机组的市场 需求，有必要总结已投产空冷机组存在的不足之处，进
16、一步优化低压模块的结构，提高低压缸变工 况的安全性和经济性。例如对空冷汽轮机的末级和次末级叶片的安全性、可靠性及其变工况特性 计算的准确性，对汽机各种工况计算数据的准确性，特别是各段抽汽参数的准确性，低压缸各级 动静叶片汽封的有效性，低压缸端汽封的严密性，汽机的设计制造误差等，都提出了较高的要求。 2 4 非标准化湿冷型容量的空冷汽轮机铭牌功率的标定 遵循的原则：不改变原机组的锅炉容量。为了控制凝结水温度和防止夏季高气温条件下发生 汽机跳闸现象，将V W O 流量在额定功率时的最高运行背压降低至3 5 k P a 。 2 4 1 对目前生产的亚临界3 0 0 M W 和6 0 0 M W 空冷机组应根据投产后的改进情况，按市场化优 胜劣汰的规律，凡安全可靠性及经济性较差的机组将被淘汰。对可靠性、经济性优良的空冷机组， 可根据锅炉的B M C R 流量，并根据发电机的容量，按照新的建设思路确定机组的铭牌功率。3 0 0 M W 和6 0 0 M W 机组的铭牌功率
