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1、超超临界机组优化运行分析超超临界机组优化运行分析胡洪华 王智微 朱宝田 何 新 杨 东 （西安热工研究院有限公司， 西安 710032） Optimize Oaperation Analysis of ultra-super critical unit Hong Hua Wang Zhiwei Zhu Baotian He Xin Yang Dong Thermal Power Research Institute，Xian 摘 要：概要介绍了玉环电厂 1000MW 超超临界机组设备概况和特点；对超超临界机组优 化运行进 行了分析，指出了超超临界机组在运行方式和可控参数上优化运行的技术措施。对
2、提高超 超临界机 组的运行经济性具有指导意义。 关键词: 超超临界 优化运行 经济性 Abstract: The general information and features of 1000MW ultra-supercritical unit of Yuhuan Power Plant are illustrated. The operation optimization of ultra-supercritical unit is analyzed. The technical measures to optimize the operation modes and controlla
3、ble parameters of ultra-supercritical unit are presented, which provides useful information for raising economics of ultra-supercritical unit. Key words: ultra-supercritical, operation optimization, economics 1 概述 超超临界机组具有煤耗低、技术含量高、环保性能好等特点。如何进一步提高其运行经济 性是 电力行业面临的课题。随着我国超超临界机组的陆续在建和即将投运，为作好超超临界机 组的生
4、产 运行准备和进一步提高超超临界机组的运行经济性。本文在 863 课题超超临界燃煤发电技 术 （2002AA526010）子课题 5：超超临界机组电站设计与运行技术研究中的超超临界机组性 能在线监 测和优化运行指导软件研究和开发专题研究完成的基础上，介绍了浙江玉环电厂 1000MW 超超临界 机组主辅机设备的特点，对其优化运行进行了分析，并提出了提高其经济性的措施，对提 高即将投 入运行的超超临界机组的经济性具有指导意义。 2 玉环 1000MW 超超临界机组设备概况 超超临界机组一般指进汽压力高于 27MPa，或汽温高于 593的机组。华能玉环电厂 41000MW 机组是我国第一个超超临界示
5、范项目。 2.1 锅炉 锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司与日本三菱重工业株式会社 MHI 合作生产的超超临界 参数 变压运行垂直管圈水冷壁直流炉，单炉膛、一次中间再热、八角双火焰切圆燃烧方式、平衡通风、 固态排渣、全钢悬吊结构 型、露天布置燃煤锅炉。 2.2 汽轮机 汽轮机为单轴、四缸四排汽、1000MW，进汽参数为 26.25MPa，600/600，一次再热汽 轮机。 由上海汽轮机有限公司与 SIEMENS 公司联合设计制造。采用了 SIEMENS 公司在单轴容 量在 带格式的: 项目符号和编号 下端差（） 5.6 5.6 5.6 5.6 1000MW 等级“HMN”型模块最先进的技术1。 2
6、.3 主要辅机 2.3.1 给水泵 给水系统配置 250%汽动给水泵组和 125电动给水泵组。日本荏原公司提供 250%汽 动给水 泵和 125电动给水泵。 2.3.2 凝结水泵 凝结水泵选择 350容量方案，英国 Sulzer 公司供货。 2.3.3 循环水泵 每台机组设置 2 台 50容量的动叶可调循环水泵，每台循环水泵初步确定参数： Q=16.2m3/s， H=22m，N=5200kW。 2.3.4 凝汽器 凝汽器采用双背压、双壳体、单流程、表面冷却式。凝汽器的设计能在汽轮发电机保持在 TMCR 工况下的出力及循环水入口温度 20C，循环水温升 9，清洁系数 0.9 的条件下，凝汽器 平
7、均背压 为 4.9kPa。 2.3.5 加热器 每台机组配置 23 台 50%容量、卧式高压加热器。每台加热器均按双流程设计，由过热蒸 汽冷 却段、凝结段和疏水冷却段三个传热区段组成，为全焊接结构。 每台机组配置 4 台低压加热器和 1 台疏水冷却器，按双流程设计。 2.3.6 磨煤机 磨煤机采用原美国 CE 公司（现 ALST0M 公司）进口技术的 HP 磨煤机，分离器采用动 态型加 文丘里式煤粉分配器。 2.3.7 送风机和一次风机 送风机、一次风机各按 250容量配置，采用动叶可调轴流风机。上海鼓风机厂供货，德 国 TLT 公司作为技术支持方。 2.3.8 引风机 引风机按照 2100%
8、容量配置，静叶可调轴流风机。成都电力修造厂制造。 3 超超临界机组优化运行分析 机组的优化运行是在保证机组安全性前提下，根据机组和设备的性能，通过调整机组和设备的 运行方式及相关的热力参数，使得机组能在最佳工况下运行的方式。当以机组的供电煤耗 率为最小 时，寻求机组运行参数包括主蒸汽温度、主蒸汽压力、再热汽温度、排汽压力、给水温度、 排烟温 度、氧量等的最佳值。根据文献2研究的结论，玉环电厂 1000MW 机组超超临界机组可 以从下面几 个方面进行运行方式和运行参数的优化。 3.1 汽轮机 从下列几个方面对汽轮机运行进行优化。 1) 主蒸汽压力 SIEMENS 公司 1000MW 汽轮机能从
9、T-MCR 负荷到与锅炉相一致的最低负荷的范围内稳 定运 行，采用带补汽调节阀的定滑运行方式。在保持主调节门全开，补汽调节阀尚未开启的 全周进汽 运行方式下，机组在不同负荷时，主汽压力在不同的负荷下设定的滑压曲线见图 1。 2) 主蒸汽温度、再热蒸汽温度 主蒸汽温度、再热蒸汽温度属于第一类运行参数，只有其数值为设计值时，机组的运行经 济性 带格式的: 项目符号和编号 带格式的: 项目符号和编号 最好。因此，可以认为这些参数的基准值为制造厂提供的设计值。玉环电厂 1000MW 机 组主蒸汽温 度、再热蒸汽温度在 100%TMCR-25%TMCR 下应该维持在 6003。 3) 凝汽器背压的优化
10、玉环电厂 21000MW 机组配置 4 台 50容量的动叶可调循环水泵，采用一机两泵单元制 供水方 案，因此，可以根据潮位、水温、机组负荷的变化情况自动对水泵叶片角度进行调节，以 降低循泵 的能耗。其中循环水泵最佳运行模型为4： 主汽压力与负荷关系曲线 0 5 10 15 20 25 30 200 400 600 800 1000 1200 负荷(MW) 主汽压力(MPa) 主汽压力 图 1 补汽调节阀尚未开启的全周进汽运行方式下主汽压力的设定曲线 Wf W J W f N W t p f N p W f N W t p f N p w i Bk w Bk Ak Ak = + ( , ) (
11、, , ) ( , ) ( , , ) ( , ) 2 1 （1） T N 对应循环水量变化引起的背压变化后机组功率变化量； p N 动叶角度变化引起的循环水泵功率变化量； ( , ) Ak f N P 、( , ) Bk f N P 汽轮机高、低压侧排汽缸微增出力与机组负荷和背压关 系； ( , , ) w2 f N W t 、( , , ) w1 f N W t 高、低压侧凝汽器热力试验特性； ( , ) i f W J 动叶角度变化时，循环水量与耗功关系； PAk，PBk 高、低压侧凝汽器背压。 4) 加热器端差 根据 SIEMENS 公司提供的热平衡图，表 1 给出了加热器端差的设计值
12、，实际加热器出口 端差 应该通过现场机组精心的调整试验得到。 表 1 加热器设计端差 编号 #1 高 #2 高 #3 高 #4 低 #3 低 #2 低 #1 低 疏水加热器 上端差（） -1.7 0 0 2.8 2.8 2.8 2.8 5.6 3.2 锅炉在实际运行中如何充分发挥超超临界机组的技术优势，需要对超超临界锅炉的实际运行进 行优 化。根据国外超超临界锅炉的优化运行经验和某电厂超临界锅炉的优化运行软件开发经验， 可以认 为玉环电厂超超临界锅炉可以从锅炉效率、污染物排放等几个方面进行运行优化。 1) 锅炉效率 提高锅炉效率的方法很多，影响锅炉效率的因素也很多。如何通过运行优化试验和优化软
13、 件对 超超临界锅炉燃烧效率的提高提供方法或依据是锅炉运行优化的关键和核心。 根据国外超超临界锅炉的优化运行经验和某电厂超临界机组运行优化软件的应用，玉环电 厂超 超临界锅炉效率应注意研究煤质变化带来的影响。由于我国电厂用煤的来源和煤质多变， 需要电厂 适时得到入炉煤的煤质资料。当入炉煤的煤质资料确定后，才能较为准确可靠地计算标准 燃煤量、 煤/水比等控制参数。同时针对实际运行的锅炉和煤质，通过运行优化试验确定最佳地燃煤 细度、炉 膛出口氧量、燃烧器运行方式等，为锅炉地经济运行提供基础数据。 如九州电力松浦发电厂 1 号超临界机组（700MW）采用了日本三菱技术生产的超临界锅 炉，由 于 MR
14、S 磨降低了粗煤粉含量的效果，实现了低过量空气系数运行（在额定负荷下为 1015） ， 不完全燃烧损失减小，锅炉效率可达到 91.6（设计值 89.2） 。三隅发电厂（NO.1） 1000MW 超 超临界燃煤锅炉采用了日本三菱技术，通过采用 APM 燃烧器和 MRSII 磨煤机，减少了 未燃碳损 失，实现了低过量空气率运行，锅炉效率达到 91.83%（保证值为 89.21%） 。 考虑我国电厂用煤的来源和煤质多变的特点，对不同的燃料可能存在不同的最佳锅炉效率。 因 此，当玉环电厂超超临界锅炉投入运行后需要一定的时间对锅炉的运行优化进行研究，使 锅炉运行 效率最佳。 2) 污染物排放 三菱公司超
15、超临界锅炉采用 PM 低 NOx 燃烧器和 MACT（炉内脱氮系统） ，配以 MRS 磨 煤机， 其 PM 低 NOx 燃烧器已有 222 台锅炉的业绩。 PM 燃烧器是利用燃烧器内形成的两股浓度不同的煤粉气流，生成了浓、淡两种火焰，可 抑制 炉膛中 NOx 的生成。MACT 是与 PM 燃烧器一体化的炉内脱硝方法，利用上二次风 （OFA）保证炉 膛内有充分的空间进行 NOx 还原，同时在炉膛上部设置了附加空气喷口，以使 NOx 进一 步降低并 保证飞灰可燃物的燃尽度。 在主燃烧器的燃烧区维持空气煤比例在理论燃烧空气比以下，使燃烧缓慢进行，在抑制NOx 发生的同时生成还原性碳氢化合物。燃烧器上方设置的 OFA 供给追加的空气来使生成的 碳氢化合物 氧化，在上部空间把生成 NOx 还原掉。NOx 还原区之后气流中残留的飞灰可燃物由 AA 喷口供给的 空气进行完全燃烧，来实现高水平的低 NOx 燃烧。 显然，主燃烧区域和炉膛出口的过量空气系数可以通过总风量、OFA 和 AA 的比例进行 调节。 从已有的资料看，对烟煤和次烟煤可以通
