111000MW1000MW超超临界直接空冷机组超超临界直接空冷机组可行性与经济性探讨可行性与经济性探讨朱朱 军军西北电力设计院，西北电力设计院， 西安西安 7100327100322个人简介个人简介 朱军，男，陕西杨陵人，朱军，男，陕西杨陵人，1986年年7月毕业于月毕业于 西安交通大学电厂热能动力专业，多年从事西安交通大学电厂热能动力专业，多年从事 火力发电厂设计工作，参加、主持了华能沁火力发电厂设计工作，参加、主持了华能沁 北电厂（北电厂（600）超临界机组工程、）超临界机组工程、 华华电电邹邹县县电电厂厂四四期期（1000）超超超超临临界界机机组组工工程程等等数数十十个个大大型型火火力力发发电电厂厂的的设设计计工工作作。曾曾任任西西北北电电力力设设计计院院设设计计总总工工程程师师、副副总总工工程程师师。现现任任西西北北电电力力设设计计院院总总工工程程师师，高高级工程师级工程师(教授级教授级)。 tel: 02982593019 email: zhujunnwepdi.com3引 言n火力发电电源建设的发展趋势火力发电电源建设的发展趋势国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020)中中华华人人民民共共和和国国国国民民经经济济和和社社会会发发展展第第十十一一个个五五年年规规划划纲纲要要确确定定了了节节约约资资源源和和环环境境保保护护是是火火力力发发电电电电源源建建设设的的发发展展趋势。趋势。n中国资源特点中国资源特点“贫贫油油少少气气多多煤煤”一一次次能能源源结结构构，决决定定了了我我国国燃燃煤煤电电厂厂在在很很长长一一段段时时间间内内将将占占居居我我国国电电力力的的较较大大份份额额，而而缺缺水水的的资资源源状状况决定了节约水资源是燃煤电厂建设中十分重要的环节，况决定了节约水资源是燃煤电厂建设中十分重要的环节，4引 言n超超临界机组技术超超临界机组技术机组效率上又有着无可争议的优势机组效率上又有着无可争议的优势在国际上有着比较成熟的运行经验在国际上有着比较成熟的运行经验n大型空冷机组技术大型空冷机组技术火力发电厂颇为有效的一项节水技术火力发电厂颇为有效的一项节水技术n技术有效地融合技术有效地融合能能否否将将二二种种技技术术有有效效地地融融合合，形形成成超超超超临临界界空空冷冷机机组组，在在节节约用水的同时节约燃料，这是我们需要研究和考虑的问题约用水的同时节约燃料，这是我们需要研究和考虑的问题。5 1我国超超临界机组技术发展现状及趋势我国超超临界机组技术发展现状及趋势 1.1 国外超超临界机组的发展国外超超临界机组的发展 超超超超临临界界发发电电技技术术已已是是世世界界上上进进入入商商业业化化运运行行的的先先进进、成成熟熟的的发发电电技技术术之之一一，在在世世界界上上不不少少国国家家推广应用并取得了明显的节能和改善环境的效果。推广应用并取得了明显的节能和改善环境的效果。 超超临界技术正朝着更高参数发展。超超临界技术正朝着更高参数发展。主汽压力主汽压力3540 MPa，蒸汽温度将提高到蒸汽温度将提高到700 720 ，机组的供电效率将达到机组的供电效率将达到5055。61我国超超临界机组技术发展现状及趋势我国超超临界机组技术发展现状及趋势1.2 我国超超临界机组的发展我国超超临界机组的发展 国国内内有有数数台台超超临临界界机机组组已已经经投投入入商商业业运运行行，数数十十台超临界机组正在建设，并将投入商业运行。台超临界机组正在建设，并将投入商业运行。华华能能玉玉环环电电厂厂21000MW超超超超临临界界机机组组及及华华电电国国际际邹邹县县发发电电厂厂四四期期工工程程21000MW超超超超临临界界机机组组已经投入商业运行。已经投入商业运行。7河南华能沁北电厂8华能玉环电厂9华电邹县电厂四期工程101我国超超临界机组技术发展现状及趋势我国超超临界机组技术发展现状及趋势 在在未未来来，超超（超超）临临界界机机组组将将和和其其他他发发电电技技术术如如循循环环流流化化床床锅锅炉炉技技术术、整整体体煤煤气气化化联联合合循循环环发发电电技技术术等等相相互互融融合合，形形成成更更为为节节约约资资源源和和环环保保的的整整体体发发电电技技术术，而而与与空空冷冷技技术术的的有有机机结结合合也也将将使使其其成成为为节节煤煤和和节节水水的的最最佳佳组组合合，并并成成为为缺缺水水地地区电厂建设和发展的一个方向。区电厂建设和发展的一个方向。112我国大容量直接空冷技术发展现状我国大容量直接空冷技术发展现状2.1 国外电站空冷系统的应用国外电站空冷系统的应用国外电站空冷系统的应用半个多世纪国外电站空冷系统的应用半个多世纪 1978年年美美国国怀怀俄俄达达克克电电厂厂360MW直直接接空空冷冷机机组组投投运运1987年年，南南非非马马丁丁巴巴电电厂厂6665MW直直接接空空冷冷机机组投运组投运1988年年，南南非非肯肯达达尔尔电电厂厂6686MW间间接接空空冷冷机机组投运组投运122我国大容量直接空冷技术发展现状我国大容量直接空冷技术发展现状南非马丁巴电厂南非马丁巴电厂6665MW直接空冷机组直接空冷机组132我国大容量直接空冷技术发展现状我国大容量直接空冷技术发展现状2.2 直接空冷机组情况直接空冷机组情况目目前前，我我国国北北方方的的缺缺水水地地区区大大容容量量机机组组基基本本上上采采用用空空冷冷机机组组，近近期期已已有有一一批批300MW和和600MW亚亚临临界界直直接接空空冷冷机机组组投投入入商商业业运运行行，这这些些电电厂厂的的空空冷冷汽汽轮轮机机均均由由我我国国自自行行设设计计和和制制造造，标标志志着着我我国国亚亚临界空冷汽轮机设计制造技术已经成熟。临界空冷汽轮机设计制造技术已经成熟。142我国大容量直接空冷技术发展现状我国大容量直接空冷技术发展现状2.3 空冷系统空冷系统2004年年，中中国国电电力力工工程程顾顾问问集集团团公公司司依依托托中中电电投投通通辽辽电电厂厂组组织织东东北北电电力力设设计计院院、西西北北电电力力设设计计院院、华华北北电电力力设设计计院院及及哈哈尔尔滨滨空空调调器器厂厂对对空空冷冷系系统统国国产产化化进进行行了了技技术术创创新新和和技技术术攻攻关关，取取得得了了可可喜喜的的科科研研成成果果，形形成成了了具具有有自自主主知知识识产产权权的的设设计计技技术术，并并将将科科研研成成果果成成功功地地应应用用于于工工程程项项目目之之中中，通通辽辽电电厂厂将将于于2006年年投投入入运运行行。华华能能铜铜川川电电厂厂2600MW机机组组也也采采用用国国产产化化直直接接空空冷冷技技术术进进行行建建设设。这这标标志志着着我我国国空空冷冷设设计计、制制造造、安安装装、调调试试和和运运行行水水平平即即将将迈迈上新的台阶。上新的台阶。152我国大容量直接空冷技术发展现状我国大容量直接空冷技术发展现状 就就目目前前已已经经投投运运的的空空冷冷机机组组型型式式而而言言，基基本本是是亚亚临临界界机机组组，随随着着超超临临界界机机组组设设计计、制制造造技技术术的的掌掌握握以以及及相相关关超超临临界界机机组组的的投投入入运运行行，超超临临界界技技术术与与空空冷冷技技术术的的结结合合已已成成为为现现实实，目目前前有有数数个个600MW超超临临界界空空冷冷机机组组电电厂也在设计和建设当中厂也在设计和建设当中。1631000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.1 锅炉锅炉汽轮机进汽量的差异汽轮机进汽量的差异, 锅炉蒸发量略大。锅炉蒸发量略大。锅锅炉炉型型式式、炉炉膛膛容容积积热热负负荷荷、断断面面热热负负荷荷、燃燃烧烧器器区区域域热热负负荷荷、燃燃烧烧器器布布置置、水水冷冷壁壁形形式式、受受热热面面布布置置形形式式、各各受受热热面面材材料料选选择择、锅锅炉炉启启动动系系统统的的配配置置以以及及锅锅炉炉控控制制系系统统等等选择与超超临界湿冷所配的锅炉是一致的。选择与超超临界湿冷所配的锅炉是一致的。1731000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.2 汽轮机汽轮机进进口口参参数数高高，使使其其高高中中压压缸缸具具备备湿湿冷冷1000MW超超超超临临界界汽汽轮轮机机高高中中压压缸缸的的基基本本特特性性。对对于于高高中中压压缸缸而而言言，通通过过近近几几年年超超超超临临界界机机组组技技术术的的引引进进、消消化化和和吸吸收收，其其设设计计和和制制造技术均已基本成熟。造技术均已基本成熟。排排汽汽背背压压高高且且随随环环境境温温度度变变化化幅幅度度大大，而而低低压压缸缸具具备备空空冷冷汽汽轮轮机机低低压压缸缸的的基基本本特特性性，可可采采用用多多个个600MW空空冷冷汽汽轮轮机低压缸模块组合而成。机低压缸模块组合而成。将将超超超超临临界界高高中中压压缸缸模模块块与与空空冷冷机机组组低低压压缸缸模模块块有有机机的的结结合合，对对于于通通流流面面积积、轴轴系系的的稳稳定定性性及及末末级级叶叶片片等等关关键键参参数数进行复核、计算和调整，在技术上满足相关规范的要求。进行复核、计算和调整，在技术上满足相关规范的要求。1831000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性东方汽轮机厂东方汽轮机厂1000MW超超临界湿冷汽轮机超超临界湿冷汽轮机用用1000MW超超超超临临界界湿湿冷冷汽汽轮轮机机的的高高中中压压缸缸模模块块与与600MW二缸二排汽空冷汽轮机的低压缸模块进行组合二缸二排汽空冷汽轮机的低压缸模块进行组合单轴、一次中间再热、四缸四排汽型式单轴、一次中间再热、四缸四排汽型式高高压压缸缸II8级级，中中压压缸缸26级级，低低压压缸缸226级级，末末级级叶叶片片762 mm。对对于于1000MW超超超超临临界界空空冷冷汽汽轮轮机机可可选轴系稳定性、通流面积及末级叶片等应进行重新复核。选轴系稳定性、通流面积及末级叶片等应进行重新复核。1931000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性哈尔滨汽轮机厂哈尔滨汽轮机厂1000MW超超临界湿冷汽轮机超超临界湿冷汽轮机用用1000MW超超超超临临界界湿湿冷冷汽汽轮轮机机的的高高中中压压缸缸模模块块与与600MW二缸二排汽空冷汽轮机的低压缸模块进行组合二缸二排汽空冷汽轮机的低压缸模块进行组合单轴、一次中间再热、四缸四排汽型式，单轴、一次中间再热、四缸四排汽型式，高高压压缸缸II9级级，中中压压缸缸27级级，低低压压缸缸226级级，末末级级叶叶片片940mm（二二缸缸二二排排汽汽）。对对于于轴轴系系稳稳定定性性、通通流流面积及末级叶片等进行重新复核。面积及末级叶片等进行重新复核。2031000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性上海汽轮机厂上海汽轮机厂1000MW超超临界湿冷汽轮机超超临界湿冷汽轮机1000MW超超 超超 临临 界界 湿湿 冷冷 汽汽 轮轮 机机 的的 高高 中中 压压 缸缸 模模 块块 与与600MW二缸二排汽空冷汽轮机的低压缸模块进行组合二缸二排汽空冷汽轮机的低压缸模块进行组合单轴、一次中间再热、四缸四排汽型式单轴、一次中间再热、四缸四排汽型式高高压压缸缸14级级，中中压压缸缸213级级，高高中中压压缸缸采采用用西西门门子子特特有有的的筒筒形形结结构构，各各缸缸之之间间采采用用单单轴轴承承支支撑撑，低低压压缸缸227级，末级叶片级，末级叶片665mm。轴系稳定性、通流面积及末级叶片等进行重新复核轴系稳定性、通流面积及末级叶片等进行重新复核2131000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性1000 MW超超临界汽轮机高、中压缸超超临界汽轮机高、中压缸 600MW两缸两排汽空冷低压缸两缸两排汽空冷低压缸 2231000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性末级叶片系列，末级叶片系列，东方汽轮机厂东方汽轮机厂863mm和和762mm；哈尔滨汽轮机厂哈尔滨汽轮机厂620mm、680mm、 780mm、940mm；上海汽轮机厂上海汽轮机厂910mm，720mm和和665mm。除除此此之之外外，超超超超临临界界空空冷冷汽汽轮轮机机在在材材料料选选择择、防防固固体体颗颗粒粒侵侵蚀蚀、防防止止蒸蒸汽汽激激振振等等方方面面采采用用的的原则和措施与超超临界湿冷汽轮机是一样的。原则和措施与超超临界湿冷汽轮机是一样的。2331000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.3 空冷系统空冷系统超超临临界界机机组组空空冷冷系系统统与与亚亚临临界界机机组组空空冷冷系系统统的的优优化化、选选择择和配置计算方法是相同的。和配置计算方法是相同的。散热面积散热面积 210240万万m2 冷却段数冷却段数 8084段段排列排列 12列列7行行 10列列8行行 9列列9行行 8列列10行行平台高度平台高度 50米。米。 9列列9行行和和8列列10行行需需要要进进行行环环境境风风影影响响及及风风机机群群效效应应等方面的研究。等方面的研究。2431000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.4 给水系统配置给水系统配置对于气象条件的敏感性对于气象条件的敏感性电动给水泵电动给水泵给给水水泵泵轴轴功功率率将将达达到到约约40000kW左左右右，必必须须要要考虑大容量电机及液力耦合器调节范围的因素。考虑大容量电机及液力耦合器调节范围的因素。汽动给水泵汽动给水泵给给水水泵泵汽汽轮轮机机循循环环冷冷却却水水的的冷冷却却方方式式，应应保保证证给给水泵汽轮机应有比较稳定的背压。水泵汽轮机应有比较稳定的背压。2531000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.5 凝结水精处理系统凝结水精处理系统超超超超临临界界机机组组汽汽水水品品质质要要求求高高，对对凝凝结结水水进进行行除除铁铁和和阴阴阳阳离子交换精处理。离子交换精处理。空空冷冷系系统统庞庞大大，汽汽水水空空间间较较大大，使使得得凝凝结结水水中中铁铁离离子子含含量量较高。较高。夏夏季季气气温温较较高高，凝凝结结水水的的温温度度也也较较高高，将将对对精精处处理理系系统统中中阴树脂的运行将产生不利的影响阴树脂的运行将产生不利的影响精处理系统的选择精处理系统的选择按照阴树脂最高运行温度设置汽轮机最高运行背压按照阴树脂最高运行温度设置汽轮机最高运行背压2631000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.6 空冷装置的布置协调问题及土建结构问题空冷装置的布置协调问题及土建结构问题空冷凝汽器纵向长度与主厂房长度的协调，空冷凝汽器纵向长度与主厂房长度的协调，2300MW主主 厂厂 房房 长长 度度 约约 为为 155m， 空空 冷冷 凝凝 汽汽 器器 占占 地地 为为155（L）m50（W）；）；2600MW主主 厂厂 房房 长长 度度 约约 为为 170-195m， 空空 冷冷 凝凝 汽汽 器器 占占 地地 为为181.5（L）84（W）m2300MW和和2600MW机机组组主主厂厂房房长长度度与与空空冷冷凝凝汽汽器器的的布布置置基基本本上是协调一致的。上是协调一致的。21000MW主主厂厂房房长长度度约约为为185210m，而而空空冷冷凝凝汽汽器器占占地地为为283（L）82m（W）（12列列7行行）或或220（L）108（W）m（ 9列列 9行行 ） 或或 245（ L） 96（ W） m（ 10列列 8行行 ） 或或 195（ L） 120（ W） m（8列列10行），行），协调好主厂房与空冷凝汽器之间的布置协调好主厂房与空冷凝汽器之间的布置2731000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.6 空冷装置的布置协调问题及土建结构问题空冷装置的布置协调问题及土建结构问题 在土建结构方面，对于不同在土建结构方面，对于不同 的布置形式，需要对空冷支的布置形式，需要对空冷支 架的结构形式及在不同荷载架的结构形式及在不同荷载 下的受力、振型、结构频率、下的受力、振型、结构频率、 变形、轴压比的特点和规律变形、轴压比的特点和规律 以及柱顶节点的选用原则等以及柱顶节点的选用原则等 方面的问题进行进一步计算和实验验证。方面的问题进行进一步计算和实验验证。2831000MW超超临界直接空冷技术可行性超超临界直接空冷技术可行性3.7 排汽管道排汽管道排汽管道，排汽管道，每根管道的直径每根管道的直径6000mm左右，蒸汽的均匀流动特左右，蒸汽的均匀流动特性需要研究。性需要研究。排汽管道排汽管道每每根根管管道道直直径径约约8000mm，管管道道的的加加固固形形式式、管管道道在在不不同同的的布布置置形形式式和和不不同同荷荷载载组组合合下下的的应应力力分分布布状状况况以以及及管管道道内流体特性状况等问题需要计算和验证。内流体特性状况等问题需要计算和验证。2941000MW超超临界直接空冷经济性超超临界直接空冷经济性4.1 汽轮机热耗汽轮机热耗 当当汽汽轮轮机机设设计计背背压压为为15kPa时时，不不同同型型式式空空冷冷机机组组热热耗耗值值如下如下：亚临界空冷界空冷超超临界空冷界空冷超超超超临界空冷界空冷热耗耗 KJ/kWhKJ/kWh806580657760776075807580比率比率0 0-3.7%-3.7%-6%-6%3041000MW超超临界直接空冷经济性超超临界直接空冷经济性4.2 发电标准煤耗发电标准煤耗 若若锅锅炉炉效效率率按按93，管管道道效效率率98，年年利利用用小小时时数数按按5500小小时时，标标煤煤 价价 格格 按按 照照 350元元 计计 算算 ， 对对 于于 21000MW超超 超超 临临 界界 空空 冷冷 机机 组组 和和3660MW超临界空冷机组，其发电标准煤耗分别计算如下超临界空冷机组，其发电标准煤耗分别计算如下：2 21000MW1000MW超超超超临界空冷机界空冷机组3 3660MW660MW超超临界空冷机界空冷机组3 3660MW660MW亚临界空冷机界空冷机组发电标准煤耗准煤耗（g/Kwhg/Kwh）283.8283.8290.5290.5302302年年标煤耗（万吨）煤耗（万吨）312312320320332332年年标煤耗差（万吨）煤耗差（万吨）8 80 01212年年节约标煤煤费用（万元）用（万元）150015000 0435043503141000MW超超临界直接空冷经济性超超临界直接空冷经济性4.3 同容量投资比较同容量投资比较 21000MW超超临界空冷机超超临界空冷机 组投资比组投资比3660MW超临界空冷超临界空冷 机组的投资高机组的投资高31000万元。万元。 4.4 含税上网电价含税上网电价 21000MW超超超超临临界界空空冷冷机机组组含含税税上上网网电电价价有有可可能比能比3660MW超临界空冷机组的含税上网电价低。超临界空冷机组的含税上网电价低。325结论及建议结论及建议5.1 技术可行性技术可行性 我我 国国 1000MW超超 超超 临临 界界 机机 组组 技技 术术 和和600MW亚亚临临界界二二缸缸二二排排汽汽空空冷冷机机组组技技术术已已经经基基本本成成熟熟，1000MW超超超超临临界界机机组组已已经经投投入入运运行行，600MW超超临临界界二二缸缸二二排排汽汽空空冷冷机机组组以以设设计计完完毕毕。采采用用1000MW超超超超临临界界湿湿冷冷汽汽轮轮机机的的高高中中压压缸缸模模块块与与600MW二二缸缸二二排排汽汽空空冷冷汽汽轮轮机机的的低低压压缸缸模模块块进进行行组组合合形形成成四四缸缸四四排排汽汽的的1000MW超超超超临临界界空空冷冷机机组组，在在技技术术上上是是可可行行的。的。335结论及建议结论及建议5.2 技术关注点技术关注点 超超超超临临界界空空冷冷机机组组具具有有进进口口参参数数高高，排排汽汽背背压压高高且且随随环环境境温度变化幅度大等特点，需关注：温度变化幅度大等特点，需关注：n汽轮机本体（通流面积、轴系稳定性等）汽轮机本体（通流面积、轴系稳定性等）n外部系统的配置和选择（给水泵、精处理等）外部系统的配置和选择（给水泵、精处理等）n空空冷冷系系统统（空空气气动动力力特特性性、汽汽轮轮机机排排汽汽管管道道的的应应力力状状况况、排排汽汽管管道道内内蒸蒸汽汽的的动动力力特特性性、不不同同布布置置形形式式下下的的环环境境风风影影响响和和风机群效应等）风机群效应等）n空冷支架结构（形式、受力、振型、频率、变形、轴压比等）空冷支架结构（形式、受力、振型、频率、变形、轴压比等）345结论及建议结论及建议5.3 经济性经济性n1000MW超超超超临临界界空空冷冷机机组组比比1000MW超超临临界界空空冷冷机机组组发发电电标标准准煤煤耗耗低低7g/kWh。二二台台1000MW超超超超临临界界空空冷冷机机组组比比超超临临界界空空冷冷机机组组年年节节约约标标准准煤煤约约80000 吨（年利用小时数按吨（年利用小时数按5500小时），小时），n投资高约投资高约31000万元（万元（2005年价格水平）。年价格水平）。n在在同同样样的的评评价价因因素素下下以以及及一一定定的的标标准准煤煤价价格格下下，21000MW超超超超临临界界空空冷冷机机组组含含税税上上网网电电价价有有可可能比能比3660MW超临界空冷机组的含税上网电价低。超临界空冷机组的含税上网电价低。355结论及建议结论及建议5.4 机组型式选择机组型式选择 在在缺缺水水的的地地区区采采用用空空冷冷机机组组是是一一种种较较好好的的技技术术方方案案，至至于于是是选选用用亚亚临临界界空空冷冷、超超临临界界空空冷冷还还是是选选用用超超超超临临界界空空冷冷机机组组，应应结结合合当当地地的的煤煤价价水水平平、工工程程造造价价水水平平、电电价价水水平平以以及及环环保保要要求求等等诸诸多因素进行科学地评价后确定。多因素进行科学地评价后确定。3636汇报到此结束汇报到此结束谢谢各位专家谢谢各位专家