超超临界机组优化设计

超超临界机组优化设计（精选6篇）

篇1：超超临界机组优化设计

国产1000MW级超超临界机组间接空冷设计优化

蒋华

（中电神头发电有限公司，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.接空冷塔引起了业内各方的高度关注。超（特）大型冷却塔尽管在设计分析计算上不存在困难，但在一些系数的选取上由于受到国内规范的限制和目前国内规范制定时的试验数据均出自以往较小的冷却塔试验结果。鉴于以上情况，中电神头2×1000MW级间接空冷工程委托国内相关科研院所及设计单位进行了多方面的研究分析：数模计算，大量风洞试验，有限元分析和非线性分析等。在超（特）大型间接空冷塔结构以及工艺系统设计方面进行了优化。（目前，参考工程尚处于设计阶段，最终参数以设计院施工蓝图为准）

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

摘要：本文就中电神头2×1000MW级超超临界机组工程（参考工程）间接空冷超（特）大型间冷塔（塔高205米）的结构，以及间冷工艺系统方案的优化设计进行了简要阐述，总结了相关经验，提出了相关建议，给相似工程的设计提供参考和借鉴。关键词：1000MW级；超超临界；间接空冷；设计；优化

0.前言

目前，因超（特）大型冷却塔的设计多项内容突破了《工业循环冷却水设计规范》（GB/T 50102）、《火力发电厂水工设计规范》（DL/T 5339）和《构筑物抗震设计规范》（GB 50191），世界也尚未有1000MW级超超临界机组间接空冷实际建成投运的实际经验可循（世界上最高冷却塔为德国的Niederaussem 电厂1000MW机组湿冷塔，其塔高为200m,零米直径为152m），所以，国内电力建设单位能否建设超（特）大型间

1.1000MW级超（特）大型间接空冷塔结构优化

1.1超（特）大型间接空冷塔结构设计 1.1.1风荷载分布及风振系数的适用性 目前，国内有关冷却塔结构设计的规程规范有三本《工业循环冷却水设计规范》（GB/T 50102-2003）、《火力发电厂水工设计规范》（DL/T 5339-2006）和《构筑物抗震设计规范》（GB 50191-93）。在上述前两本规范中均对风振系数的取值限制塔高在165m以内。由于各国规范体系的不同其风荷载的取值方法有所不同，我国的风荷载标准是取10米高处10分钟的平均最大风速作设计荷载。而一些国家取3秒钟的平均风速例如英国、澳大利亚等；俄罗斯和东欧一些国家取2分钟的平均风速，更多的一些国家以所谓的瞬时风速为标准，美国比较特殊是以英里/小时为标准，也就是以单位里程内的平均风速为标准。由于规范体系的不同，各国的风荷载的计算也就不同。例如德国《冷却塔结构设计》（VGB-R610Ue）标准中就没有风振系数，也没有对塔高的限制。塔体外形尺寸的确定和风荷载的分布都是非常重要的。特别是需要考虑随着塔的高度增加，塔的特征频率将降低，会进到风频谱的更高能量部分。风荷载的作用可以分解为静态、动态和谐振分量。所有这些分量在实际应用时可以考虑为准静态的。通过对中电神头1000MW级机组205米高超（特）大型间接空冷塔线性与非线性有限元分析对比，得到如下三点结论：

1）当风载荷为9倍标准风压时，冷却塔开始进入弹塑性状态，当13倍标准风压时，冷却塔大部分区域进入弹塑性状态，且随着冷却塔风载荷的增加，存在明显的内力重新分配现象，并使冷却塔趋于均匀化。

整体有限元模型

标准风压下的弹塑性模型 0度

10倍风压下的弹塑性模型 0度

10倍风压下的弹塑性模型 180度

1E+0078E+0066E+0064E+0062E+0060-2E+006-4E+006-6E+006-8E+006012345弹塑性线弹性678

13倍风压下的弹塑性模型 0度

90度处支柱上端轴力随时间变化（横坐标：时间，纵坐标：轴力）

1E+0078E+0066E+0064E+0062E+0060-2E+006-4E+006-6E+006-8E+006012345678弹塑性线弹性

13倍风压下的弹塑性模型 180度 2）在8度地震作用下，冷却塔的大部分区域为线弹性，在支柱与壳体连接处的单元存在着应力集中现象，而进入弹塑性状态。对于8度地震区，用线弹性动力分析结果进行设计是可行的。

2.5E+0062E+0061.5E+0061E+006500,0000-500,000-1E+006-1.5E+006-2E+00601234567890度处支柱上端轴力随时间变化（横坐标：时间，纵坐标：轴力）

40,00030,00020,00010,0000-10,000-20,000-30,000-40,000012345678弹塑性线弹性

线弹性90度处支柱上端径向弯矩随时间变化（横坐标：时间，纵坐标：径向弯矩）3）仅考虑风载作用下冷却塔施工期稳定性分析，该冷却塔的施工期临界风载(或临界风速)远大于设计风速，有足够的安全储弹塑性

备，且一般情况下随塔高增加，临界载荷降低。

1.1.2抗震特性与稳定性及非线性问题 1.1.2.1在冷却塔的设计分析计算工作中，不论塔体的大小，其计算的力学模型均0度处支柱上端轴力随时间变化

（横坐标：时间，纵坐标：轴力）是相同的。只是塔的高度和直径超过了现行规范的适用范围，当塔的直径和高度的增加使得在以往小塔认为不重要的问题，对超（特）大型塔就变得尖锐起来了。例如：地震力对于小塔不重要，而对超（特）大型塔就相对重要了；由于塔的直径很大，地基的不均匀性更为突出；同样，塔直径加大后在外界荷载和各种外部作用下及砼的内在因素影响下，沿着塔筒圆周在子午向上的裂缝更容易产生，这种裂缝对塔体的动力特性和屈曲稳定性的影响很大；施工缺陷的影响、地震反应的时程分析、地基的不均匀性下沉及风振作用下的稳定性问题等等都是冷却塔变大后面对的新问题。

1.1.2.2冷却塔结构尺寸的加大，非线性问题也将突显。因冷却塔的壁厚很薄，无论从静力还是从动力分析的角度来看，对超（特）大型冷却塔非线性问题是不能忽略的。传统设计中采用线性问题近似求解，在塔小时，相对误差不会很大，对于超（特）大型塔这种误差会变得不可忽视。从结构分析计算理论和设计规范上来看，各国规范标准中结构分析计算的理论是一样的，即在力学分析上没有太大的差别，只是材料的性能、构造要求、系数的选择、荷载的选用和计算工况等不一致。尤其风荷载的选用差距较大，这是各国规范体系不同造成的。但国内规范目前只提出了采用线性分析的方法，而国外规范提出了非线性分析的要求。例如德国《冷却塔结构设计》（VGB-R610Ue）规范中的3.3.3 节的标题是“非线性计算方法”，明确了有关材料的选用和计算原则性的要求。冷却塔薄壳结构存在的最大问题是其屈曲稳定问题比较突出，而屈曲稳定分析

计算又分为线性分析和非线性分析即分叉问题和极值问题。分叉问题采用求解特征值的方法属于线性问题，就目前的分析和计算手段来说没有什么问题，并且其求解的结果也十分稳定。但极值问题的分析和求解难度相对较大，主要涉及到非线性问题，非线性问题主要是求解有时不能收敛和材料关系的模型选取的合理性及对计算机性能的要求较高。但极值问题求解的结果更接近实际情况。目前，随着计算机技术、计算力学和有限元数值分析技术的发展，在国际上推出了许多商业通用有限元分析软件。例如比较知名的有ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、ADINA、SAP2000、ALGOR等，这些软件都可用来对冷却塔结构进行分析计算，并且都具有非线性分析功能。使得对特大型冷却塔采用非线性分析技术对其进行分析计算成为可能，这使得工程设计更为经济安全。随着分析计算理论的完善和手段的提高，可使设计的冷却塔面积与高度大大增加，设计效率也可大大提高。

1.2超（特）大型冷却塔结构型式 根据间接空冷系统自然通风冷却塔结构的不同，应用于实际工程的空冷塔的主要型式有：钢筋混凝土结构自然通风冷却塔和钢架镶板结构自然通风冷却塔两种型式。目前，国内外火电厂间接空冷系统采用的冷却塔以钢筋混凝土结构的自然通风冷却塔为主；国外有少数火电厂间接空冷系统采用钢架镶板结构自然通风冷却塔，国内目前尚无实际工程采用。钢架镶板结构自然通风冷却塔主体结构全部采用钢结构，可以进行工厂机械化制造、加工，现场焊接、组装，节省人力，但整体消耗金属、钢材数量较大、造价较高。与之相比，目前国内劳动力成本相对低廉，钢筋混凝土价格较低，钢筋混凝土结构的空冷塔投资省、造价低，其与常规火电湿冷机组水冷塔基本类似，设计技术及施工经验相对较为成熟丰富，且应用广泛、造价较低。因此，目前在国内钢筋混凝土结构的空冷塔更为适用，参考工程空冷塔结构推荐钢筋混凝土。

1.3超（特）大型冷却塔塔型优化 针对参考工程超（特）大型间冷塔，结合工程实际，从冷却塔的设计、基建、投资、安全等诸多方面考虑，按常规塔型（所谓常规塔型，在此主要是指壳底子午倾角、塔顶扩散倾角、喉部面积与壳底面积等的比例关系遵循通常相关规范要求）和非常规塔型（相比较常规塔型，对以上倾角、比例关系等数据进行了优化、创新）分别进行了深入研究，以钢筋混凝土常规塔型为基础、开发了钢筋混凝土小倾角塔型（非常规塔）。

1.3.1 常规钢筋混凝土冷却塔塔型 经静力、动力、稳定性计算，确定间冷塔的结构尺寸如下：

冷却塔高：200.01m； 冷却塔零米直径：178.18m； 冷却塔出口直径：102.45m； 进风口高度： 28.5m； 冷却塔喉部直径：98.32m 冷却塔喉部高度：170.0m X支柱对数：52对 X支柱尺寸：1.6×1.0m 最小壁厚：0.31m 最大壁厚：1.7m

通过1000MW级机组间冷塔的线性、非线性有限元分析表明，当9倍标准风压时，冷却塔开始进入弹塑性状态，当13倍标准风压时，冷却塔大部分区域进行弹塑性状态。该冷却塔的极限风压为13倍标准风压，且随着冷却塔风载荷的增加，存在明显的内力重新分配现象，并使冷却塔内力趋于均匀化。

地震动力分析采用时程分析法。分析表明支柱与壳体的连接处有应力集中，且在90度位置应力最大。在任何时刻，在8度地震作用下，冷却塔的大部分区域为线弹性，只是在支柱与塔筒的连接处局部，由于存在较强的应力集中而进入了弹塑性状态。

1.3.2 钢筋混凝土小倾角冷却塔塔型（非常规塔）

对参考工程而言，减小冷却塔零米直径，可以极大改善冷却塔地基条件。工程位于晋北山区，场地沟壑纵横，在挖山填沟开垦出的场地上建设。4号冷却塔范围内有两条冲沟，冷却塔布置在回填土上，最大回填土高度13.4m米，给地基处理带来难度。为了避开冲沟，需要将冷却塔底部直径尽可能减小。对常规塔型，规范要求冷却塔支柱倾角在16～20°，所以减小冷却塔零米直径，塔高随之增加，工程量不降反增。放开支柱倾角16～20°的约束，采用较小的倾角，发现不改变塔出口直径及喉部曲率的前提下，可以大幅度减小冷却塔零米直径，从而减小塔本体钢筋混凝土工程量。

经静力、动力、稳定性计算，确定小倾角冷却塔的结构尺寸如下：

冷却塔高：205m；

冷却塔零米直径：138.50m； 冷却塔出口直径：105m； 进风口高度：32.5m； 冷却塔喉部直径：101.00m 冷却塔喉部高度：155.606m X支柱对数：40对 X支柱尺寸：2.0×1.1m 最小壁厚：0.33m 最大壁厚：2.1m

1.3.3参考工程风洞试验、抗震研究及结构研究等成果如下：

1）非常规塔塔型抗风抗震性能满足规范要求。

2）基于其它工程刚性测压模型试验结果，采用风振响应一致耦合分析方法，得出B类场地单塔条件下该塔型冷却塔结构风振响应敏感部位出现在喉部迎风前缘；喉部断面典型节点风振系数的平均值为1.87；对于仅考虑单塔情况的初步设计，风振系数可按水工规范对于B类场地取1.9。

3）地震性能分析结果表明，小震作用下，该塔型冷却塔保持弹性，大震作用下，满足不倒塌的性能目标，并且有较大的安全余度；同时为确保延性仅发生在支柱中，建议对桩基采用能力保护设计，并注意强化柱端塑性铰区域的箍筋构造细节设计。

4）冷却塔在超越大震作用下产生由于局部破坏引起的倒塌，可能发生局部破坏的相对薄弱部位有X柱底端、X柱上端和塔筒喉部。引起冷却塔倒塌的水平双向峰值加速度在0.7g到1.1g之间，均高于冷却塔所对应的罕遇烈度（大震）的加速度峰值。

5）采用定常和非定常模型对单塔条件下塔筒内、外表面气动力荷载进行分析，给出了塔筒内、外表面以及空冷散热器封闭顶板风压分布系数、气动力系数的时间平均值和均方差值等气动力荷载参数，为塔筒结构

小倾角冷却塔数模分析包括：塔筒表面气动力荷载CFD计算模拟、静力荷载组合条件结构安全性检验和设计分析、动力荷载作用下结构安全性评定、冷却塔倒塌数值模拟分析等研究。

设计时风荷载的选取提供参考。

2.1000MW级超（特）大型间接空冷工艺系统配置优化

参考工程1000MW级超（特）大型SCAL间接空冷工艺系统划分为若干个子系统。系统工艺流程：主要由表面式凝汽器、空冷散热器、循环水泵、循环水补充水系统、散热器冲洗水系统以及空冷塔组成。凝汽器通常采用不锈钢管，循环冷却水为密闭的除盐水循环系统。

2.1 系统主要设计参数

设计气温：

13.5℃

传热系数48 W/m2·k

基管管径×壁厚（mm）：Φ25×1 翅片特征尺寸（mm）： 666×200 翅片厚度（mm）： 0.25 翅片间距（mm）： 3.8 2.4循环水系统

2.4.1 循环水泵给水方式优化

按照循环水泵出口水流方向的不同，循环水泵有两种给水方式：第一种给水方式：循环水泵出水管首先进入空冷散热器，而后再进入表面凝汽器；第二种给水方式：循环水泵出水管首先进入表面凝汽器，而后再进入空冷散热器。从理论上讲，两种给水方式均可行。通过对上述两种不同给水方式循环水系统的分析、计算，系统流量和阻力基本不发生变化，仅循环水泵耗功发生微小变化。以下是两种循环水泵布置的主要特点：第一种循环水泵布置方式：功耗稍小。系统中各管路、设备承受的静压力较小。设计背压：

11kPa 夏季设计气温：

30℃ 夏季设计背压：

28kPa 空冷散热器形式：

铝制六排管 散热器总散热面积：

约2161806m2 空冷塔座数：

1座 2.2表面式凝汽器

凝汽器采用表面式，单背压、双流程，冷却管材质为不锈钢。系统密闭运行，水质稳定，无污染，不结垢。优化后凝汽器设计数据如下：

循环水流量：88000m3/h 冷却面积：约60000m2 凝汽器本体的设计压力：0.5-0.6MPa 2.3 空冷散热器

空冷散热器采用FORGO第六代铝制6排管。该散热器的基管为圆管，尺寸为φ25.4mm，翅片为大翅片，基管和翅片通过胀接方式连接，材质均为纯铝，表面经特殊工艺防腐处理，运行中不需特殊防护。空冷散热器管束采用双流程设计。

主要设计参数如下：

冷却三角尺寸（mm）：～2800×2740×28750 冷却三角迎面风速(m/s)：～1.96 总迎风面积传23887 m2

第二种循环水泵布置方式：与第一种循环水泵布置方式相比，功耗稍大，且通过表面式凝汽器的压力较大。

/ ～126m

喉部高度/喉部直径：

～160m / 101m 出口高度/出口直径：

205m /～105m

3.结论

参考工程205米间接空冷塔作为世界第一大塔，完成了超（特）大型间接空冷塔的动力特性和稳定性研究成果的同时，委托国

对两种布置方式的计算结果，并结合以往大量工程实际经验，考虑到设备管路长期的水压及水锤影响，参考工程循环水泵布置按采用第一种方式作设计——循环水泵布置在热水管路上，向冷却塔空冷散热器方向出水。

2.4.2循环水泵优化：每台机组设置一座循环水泵房，循环水泵布置于塔区循环水泵房内。每台机组设4×25%国产的立式离心循环水泵并联运行。每台机组循环水量88000t/h，循环水主管道直径为DN3400，每台循环水泵的流量Q≈6.11m3/s，H≈25m，电动机铭牌功率N≈2000kW。考虑每台机组设一台间接空冷系统循环水泵变频装置，以降低循环水泵的能耗。2.5 空气输送系统（空冷塔）

内相关科研院所及设计单位进行的风洞试验及抗震振动台试验结果将进一步确保超（特）大型冷却塔结构的安全。优化后的1000MW级超（特）大型间接空冷塔结构及工艺系统是可行的，随着参考工程建设的推进，必将为推动我国空冷技术的快速发展起到积极的示范作用。

参 考 文 献

[1].《工业循环冷却水设计规范》（GB/T 50102-2003）、[2].《火力发电厂水工设计规范》（DL/T 5339-2006）[3].《构筑物抗震设计规范》（GB 50191-93）[4].《冷却塔结构设计》德国（VGB-R610Ue）

[5].丁尔谋.发电厂空冷技术[M] 北京：水利电力出版社，1992

[6].柴靖宇.1000MW超超临界机组空冷系统选型设计探讨 电力建设；2009,06；0062-04

[7].李润森,张昌斌 1000MW等级空冷机组可行性研究[J] 自然通风冷却塔的空气输送系统由空冷塔、百叶窗及其电动执行机构等组成。利

电力勘测设计，2008,2；43-50

[8].Study of a proposed 200m high natural draught cooling 用双曲线型自然通风冷却塔内外空气密度差形成的抽力满足散热器冷却所需要的空气量。一台机组配置一座冷却塔，空冷塔优化后主要尺寸为：

空冷散热器外围直径：

～150m 空冷塔零米直径：

138.5m 空冷塔总高：

205m 进风口高度/进风口处直径：～32.5m

tower at Power plant，Frimmersdort/Germany D.Busch，R.Harte，H.J.Niemann

作者简介：

蒋华（1975--），男，大学本科，工程师，长期从事火力发电厂生产技术管理，中电神头发电公司生产技术部副经理。

地址：山西朔州市平鲁区 邮编：036011 电话：0349-8153121

E-mail: jianghua204680@163.com

篇2：超超临界机组优化设计

中国 温州600/1000 MW超超临界机组技术交流2010年会

超超临界机组节能改造及运行优化方案探讨

徐宝福

华电国际电力股份有限公司邹县发电厂山东邹城273522；

摘要：本文介绍了邹县发电厂超超临界机组节能改造及运行优化方案，并对实施效果进行分析。关键词：真空提高系统；分离器改造；运行优化；效果分析

一 前言

华电国际电力股份有限公司邹县发电厂位于山东省邹城市唐村镇，是华电集团公司所属最大的电厂。

一、二期工程安装4台300MW机组(改造后出力为335MW)，分别于1985年～1989年投产。三期工程建设2台600MW机组，分别于1997年1月和11月投产。四期工程建设2台1000MW超超临界燃煤发电机组，分别于2006年12月和2007年7月投产。

两台超超临界燃煤发电机组三大主机由中国东方电气集团公司的三大主机制造公司东方锅炉(集团)股份有限公司、东方汽轮机有限公司和东方电机有限公司引进日立技术国内生产。电动给水泵、汽泵由日立公司制造，小汽轮机、高压旁路装置由德国西门子公司制造，励磁系统由瑞士ABB公司制造。机组投运后，针对实际运行过程中出现的问题，并围绕节能挖潜进行了部分设备技术改造，并从运行方式方面进行优化，提高机组的整体经济效益。

二 进行的主要节能技改项目介绍

2.1加装凝汽器真空提高系统

凝汽器真空提高系统属于热力发电厂节能技术领域，针对热力发电厂水环式真空泵抽气系统而设计的节能装置。它是通过外加智能制冷冷源系统，给真空泵提供远低于环境温度的工作水，大幅提高真空泵抽气能力，进而降低凝汽器不凝气体分压力这种方式来提高凝汽器换热效果，从而降低凝汽器水蒸汽凝结压力，也就是降低汽轮机背压，获得节能效果。

2.2凝汽器真空提高系统关键技术及创新成果包括：

2.2.1通过降低真空泵工作水温度的方式来提高凝汽器真空，获得节能效果。

不凝气体（主要是空气）是凝汽器主要传热热阻。减小凝汽器不凝气体分压力，是提高凝汽器真空的有效措施之一。减小不凝气体分压力目前来讲只有两种措施，一是提高汽轮机热力系统的严密性，减少不凝气体泄露；再是提高抽气系统真空泵的工作能力，及时将凝汽器内不凝气体抽除。

从水环式真空泵工作原理及性能可知，其抽气能力，和抽气压力所对应的饱和温度与工作水温度之间的差值，也就是工作水的温度有很大关系，工作水温度越低，抽气能力越大。凝汽器真空提高系统，通过供给真空泵7~15℃的工作水，使得真空泵抽气压力所对应的饱和温度与工作水之间的温差大大增加，极大地提升了真空泵工作能力和工作环境。

2.2.2建立冷端系统的统一冷源及协调控制系统

对于600MW及以上机组，抽气系统通常有多台水环式真空泵运转，因此存在真空泵启、停切换过程。因各种因素，不同真空泵之间的负荷、所需工作水量也有所区别。凝汽器真空提高系统，通过添加电控阀门，统一管理制冷机制出的冷水，做到根据真空泵实际运转情况，合理配比每台真空泵需冷水量。

2.2.3利用低品位热水、废蒸汽作为冷源制冷的动力源

篇3：超超临界机组优化设计

由于中国创新研制的超临界机组低加疏水系统操作简便、实用可靠, 大功率超临界机组系统备受关注。综合安全性能与经济性能方面考虑, 在低加回热系统中采用疏水泵, 通过载流疏水有利于达到混合式加热器的抽气热量, 能够有效提高超临界机组设置的热经济性能。在超临界状态下, 汽水呈现出一种单相流体的状态, 采用低加疏水泵不仅可以提高热经济效能, 还可以降低水泵的耗电量, 然而, 疏水泵设置问题及设置方向都会影响热经济性的差异, 因此, 需要专业人员通过精确的计算监测, 才能对低加热水器的疏水拟定系统提出多种优化方案以供企业选择。

1 低加疏水系统的技术条件分析

以300 MW超超临界机组设置为例, 对低压加热器疏水系统的主要技术条件进行分析研究, 分别对生产设备中的锅炉与汽轮机进行测量标准:

a) 拟定采用东方锅炉厂生产的锅炉设备, 机组运行过程中保持平衡通风系统及严密封闭系统, 采用全钢构造, 主要适用于变压直流锅炉, 固态排渣、全悬吊结构型, 封闭式燃烧;在高温300 ℃下, 蒸汽主要出口的最大压力为26.25 MPa (a) , 产生的蒸发量高约2018 t/h;b) 拟定采用上海汽轮机厂有限责任公司生产的汽轮机, 技术构造主要为凝汽式, 单轴运行、四缸四排汽设置, 一次运行中间再热系统;在高温300 ℃下, 汽轮机主蒸汽的主要进口压力为26.25 MPa (a) , VWO汽轮机的主蒸汽流量为2 018 t/h。低压加热器系统可以在不同的出口位置设置疏水泵, 采用不同的疏水方式, 其经济效益也存在不同差异, 对比分析不同技术条件下的低压加热器, 采用较为可靠的方式设置超临界机组[1]。

2 低加疏水系统的设计方案分析

对于超超临界机组低加疏水系统的设计方案分析, 以下采用国产N300-16.7/537/537机组为例进行分析, 机组低加疏水系统如下图1所示。

在整个机组低加疏水系统中, 加热器都安装了内置式疏水冷却管道, 但是由于疏水调节阀的水流疏通能力极易受疏水汽化影响, 疏水系统不能够正常运作, 只能通过紧急疏水系统排放到凝汽器中, 使得冷源能量出现损失, 所以为了优化低加疏水系统, 加装一台疏水泵, 将通过紧急疏水系统排放到凝汽器中的疏水回流到加热器中, 降低能量损耗[2]。在低加疏水系统机组中, 8号低压加热器的工作压力比较小, 大大增加了疏水泵发生汽蚀的概率, 而且7号低压加热器是双体结构, 占据的空间也比较小, 所以本文设计了两种方案对低加疏水系统进行优化。

a) 方案1。将疏水泵安装在5号低压加热器的疏水出口端, 优化系统如下图2所示;

b) 方案2。将疏水泵安装在6号低压加热器的疏水出口端, 优化系统如下图3所示。

3 低加疏水系统的经济性能分析

安装了疏水泵之后, 可以大大减少能量损失, 下面用等效焓降法对安装疏水泵的低加疏水系统机组的经济性能作出详细分析。第j级安装疏水泵的低压加热器机组, 其经济性能提高的数值等于未安装疏水泵的低压加热器经济性能降低的数值。为了更好地做比较, 先研究没有安装疏水泵的低压加热器机组的经济性能。

3.1 未安装疏水泵的系统经济性能分析

在未安装疏水泵时, 各级疏水自动地流入凝汽器中, 从而改变了疏水热量利用率。在没有疏水的冷却过程中, 由于j+1级低压加热器中有多余的热量汇入, 所以j+1级得到了一定的热量值, 而且得到的这些热量不会再流入下一级低压加热器中, 从而使系统热量值发生变化。

3.2 安装疏水泵的系统经济性能分析

安装疏水泵后, 疏水泵就会将低压加热器中的疏水转入到主凝结水中, 克服了疏水因逐级自流而降低热经济性能的难题。主凝结水与疏水在进行混合之后, 主凝结水焓值的增加量为a, 而所含热能Q1不会输送到下一能级, 所以损失的能量为Q1η1。而疏水逐级流到凝汽器中后所吸收的热量为Q2, 所以损失的能量为Q2η2, 因此, 低压加热器在未安装疏水泵装置时, 蒸汽的等效热降值为下式:

式 (1) 中, △N为安装疏水泵后的等效热降的增加值, k J;Qj为第j级热量, k J;ηj为汽轮机第j级的内效率, %。

考虑到疏水泵的耗电情况, 低压加热器机组在不同负荷状态下的两种方案的热经济性能的计算结果如表1所示。

从上表的数据比较可以看出, 选用第二种方案的低压加热疏水系统机组的热经济性能要高于第一种方案, 但是5号低压加热器安装疏水泵之后的热性能要高于6号低压加热器安装疏水泵的热性能。

4 结语

综合考虑低加疏水系统的几种设计方案, 改进型热网疏水在处理热耗问题下会产生较高的经济效益, 不仅节约了能耗问题, 而且具有较好的安全性能。改进创新传统模式下的低压加热器, 对疏水泵的材料设置及安装运行位置进行严密调整, 并且在疏水泵出口位置安装一个再循环管路及调节阀等, 从而解决了疏水泵在运行过程中高温引起的汽蚀问题, 节能效果明显优于传统设备。在超临界机组实际运行过程中, 要确保低压加热器能够自动调节机组的关停操作, 投入备用疏水泵, 为疏水泵发生故障提供备用装置, 及时排查机组故障的起始点, 并采取相应方案对其进行优化措施。

摘要：由于低压加热器疏水系统在不同疏水方式下会产生不同程度的效益差异, 因此, 应该综合考虑工程投资与系统运营的最优化发展。主要对低加疏水系统的性能进行优化研究, 对超临界机组进行创新改革, 提出热网疏水系统, 以供生产设备所需。

关键词：超临界机组设置,低加疏水系统,优化技术,经济性能

参考文献

[1]王为明, 刘悦, 孙健秋.350 MW超临界供热机组热网加热器疏水系统分析[J].吉林电力, 2011, 16 (39) :29-31.

篇4：超超临界机组优化设计

【摘要】为使超超临界机组烟气脱硫电气供配电系统设计贯彻执行国家技术经济政策，做到保障人身安全、供电可靠、技术先进和经济合理，对目前超超临界火力发电机组脱硫系统的电气接线形式进行技术经济比较，确定合理的电气接线方案。

【关键词】超超临界；电气接线；技术经济；比较

引言

火力发电厂采用超超临界技术是提高汽轮发电机组经济性的有效手段，与同容量亚临界和常规超临界火电机组比较，超超临界机组效率明显提高[1]。脱硫厂用电系统是脱硫的重要组成部分，而且随着环保要求、电厂本身对辅助系统运行可靠要求的提高，脱硫系统必须稳定、可靠运行。新上火力发电机组脱硫系统均与主体同步设计、同时施工和同时投运（“三同时”），因此安全、可靠地向脱硫设备供电是脱硫电气系统的首要任务，合理的电气主接线，对保证脱硫系统安全稳定运行、节省投资起重要作用。

1、脱硫负荷特性分析

宁夏电厂地处西北，计划建设规模为2×1000MW超超临界燃煤间冷机组，并预留扩建2×1000MW机组的条件；该工程是西北电网规划建设的“西电东送”的重点电源点，工程建设可将西北地区优质丰富的煤炭资源转变为电源，变输煤为输电，将能源优势转化为经济优势，符合国家能源产业政策，对促进西北煤炭资源开发、全国能源资源优化配置、偏远地区经济开发和促进民族安定团结将起到重要作用。

此工程采用石灰石-石膏湿法脱硫，按本期两台锅炉BMCR锅炉最大蒸发量工况下全烟气脱硫，脱硫系统可用率≥98%。脱硫工程与主厂房工程同步建设，SO2吸收系统采用单元配置。吸收塔采用逆流喷淋塔，每台炉采用双塔串联配置。脱硫系统不设置旁路烟道。增压风机与引风机合并设置，不设置GGH。

1.1电气主接线设计原则

厂用电系统是脱硫的重要组成部分，合理的电气主接线对于保证脱硫系统安全稳定运行、方便操作和维护、节省投资起重要作用。随着工艺系统改进、电气设备制造水平提高，为厂用电系统接线的优化提供了条件。通过对不同的脱硫中、低压电气主接线方案进行技术经济比较，确定最适合本工程电气主接线方案。

衡量电气主接线是否合理，主要采用以下设计原则：

a）可靠性。保证对重要负荷供电可靠，并满足对电力质量的要求；尽量避免发电厂厂用电全停的可能；设备检修时对系统供电影响最小；

b）灵活性。运行检修方便；

c）经济性。接线力求简单，以节省设备；限制短路水平，降低设备造价；二次接线尽量简洁；设备占用空间小；电能损耗小。

1.2脱硫负荷分类及供电要求

厂用电系统主要设计输入条件就是工艺等各专业负荷供电要求及相应负荷特性等。在整理和分析该工程厂用负荷后，发现厂用负荷有以下一些特性：

a）从工艺流程合理性角度出发，将引风机和增压风机合并设置，并将脱硝一并考虑在内；

b）吸收塔采用逆流喷淋塔，每台炉采用双塔串联配置，循环泵和吸收塔搅拌器、石膏排出泵、氧化风机等设备成倍增加；

c）脱硫工艺系统、SO2吸收系统采用单元配置。

可以看出，工程由于优化工艺系统及脱硫效率要求较高等相关因素，厂用负荷也随之发生变化，工程中压电动机和SO2吸收系统负荷较多。下面分别按机组启动及运行时的厂用负荷分析。

根据工艺、热控等专业厂用电提资，脱硫常用厂用负荷特性如下表1。

2、脱硫电气主接线

2.1主要设计依据

a）DL/T5196-2004《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》[2]第10.1.4条：脱硫中压负荷可设脱硫中压母线段供电，也可直接接于中压厂用工作母线段。当设脱硫中压母线段时，每炉宜设1段，并设置备用电源。每台炉宜设1段脱硫低压母线。10.1.3条：脱硫低压工作电源应单设脱硫低压工作变压器供电，附录条文解释如下：每台炉宜设1段脱硫低压母线；每台炉宜设1段脱硫低压母线包括设2个半段的情况。大量脱硫工程的低压供电采用以下三种方式：（a）每两台炉设两台互为备用的脱硫低压变，每台低压变引接1段脱硫低压母线；（b）每台炉设两台互为备用的脱硫低压变，每台低压变下引接半段脱硫低压母线；（c）每台炉设一台脱硫低压变，由此引接的脱硫低压母线以刀开关分为2个半段，其备用电源从其它地方引接；

b）DL/T1340-2014《火力发电厂分散控制系统故障应急处理导则》[3]中A4.7条：厂用电系统不同母线段，应分配在不同的控制器中；

c）工艺等专业厂用电提资，脱硫系统主要由石灰石浆液供给系统、烟气系统、吸收塔系统、石膏脱水系统、工艺水及冷却水系统、浆液疏排系统、脱硫废水处理系统等负荷组成。

2.2电气主接线方案描述

2.2.1方案一

两套脱硫系统共设两台低压工作变压器，互为备用，为所有脱硫低压负荷供电；低压PC采用单母线分段，设380V/220V脱硫A、B段，由两台低压干式变低压侧供电。380V/220V脱硫A、B段之间分别设联络开关。脱硫单元负荷分别接于脱硫A、B段，公用负荷分别接于各段。MCC均采用双回路供电，两路电源互相闭锁。脱硫系统不另设6kV脱硫段，脱硫所需6kV电源均从主体引接。

此方案特点：低压厂用接线形式简单清晰，变压器数量少，根据负荷统计但单台变压器容量较大，需选择大容量的PC进线开关及水平母排，短路电流水平较高。

2.2.2方案二

每套脱硫系统各设两台低压工作变压器，互为备用。每套脱硫系统的低压PC采用单母线分段，设380V/220V脱硫A、B段。四台低压干式变成对设置，380V/220V脱硫A、B段之间分别设联络开关。脱硫系统不另设6kV脱硫段，脱硫负荷所需6kV电源均从主体引接。

此方案特点：低压厂用接线形式较方案一复杂，变压器数量成倍增加但单台变压器容量减少，短路电流水平降低，供电可靠性更高、对单元性负荷供电更有利。

2.2.3方案三

每套脱硫系统各设两台低压工作变压器，互为备用。每套脱硫系统的低压PC采用单母线分段，设380V/220V脱硫A、B段。四台低压干式变成对设置，380V/220V脱硫A、B段之间分别设联络开关。脱硫系统设两段6kV脱硫段，之间设置联络开关；脱硫6kV段电源从主体引接。

此方案特点：低压厂用接线形式同方案二。由于设6kV脱硫段，较方案二增加脱硫6kV开关柜、减少6kV馈线电缆，但脱硫6kV段的进线需选择较大截面的电缆，且单根进线电缆路径也比较长。

方案一、二、三电气主接线图如图1～图3。

3、技术经济比较

3.1方案一和方案二设备投资比较

脱硫系统均不设6kV脱硫段，低压电气主接线方案设备投资经济比较见表2。

由表2可知，方案一接线能满足脱硫供电可靠性要求，接线简单、清晰，投资少。方案二接线可靠性更高，接线单元性增强，但投资略高。

由于方案二的单元性更强，更有利于厂用电系统不同母线段分配在不同控制器中，便于减少故障面，增强电厂分散控制系统故障应急处理能力；由于保安MCC段采用三进线，相比方案一（双进线）可靠性更高；此方案中单体变压器容量减小，短路水平降低，但数量增多导致投资较方案一略高（约高36万元）。工程由于采用双塔串联布置比一般的采用单塔布置工艺设备负荷多，采用方案一单台变压器计算容量已达到2500kVA，如负荷增加或考虑湿电负荷，变压器容量还将进一步增大到3200kVA，而一般电厂单台变压器选择均不超过2500kVA，因此综合考虑各种因素，推荐方案二。

3.2方案三和方案二设备投资经济比较

脱硫系统设或不设6kV脱硫段接线方案设备投资经济比较见表3。

由表3可知，方案二因脱硫6kV柜与主体中压柜一同考虑，6kV柜投资相应降低，但动力电缆和控制电缆费用增加。方案三脱硫系统设6kV脱硫段，6kV柜数量增加，馈线电缆减少；综合比较6kV柜和电缆费用，从投资方面考虑方案二比方案三约省79.36万元，因此推荐方案二。另外从表3可知，由于方案二脱硫区不设中压段，主体至脱硫区的6kV电缆对总投资影响较大，比较方案二和方案三的总投资差价，当方案二中主体至脱硫区的6kV电缆长度在489.8m时方案二和方案三总价基本能持平。因此当主体至脱硫区距离较远时（暂估以500m为界），此时应综合各因素并经技术经济比较后选择适宜的电气主接线。

4、结语

针对超超临界火电厂脱硫工艺特性和电厂实际情况，脱硫中压电气主接线推荐采用脱硫不设中压段，脱硫所有中压负荷均直接从主体引接。低压每套脱硫系统各设两台互为备用的脱硫低压工作变压器，即推荐方案二。

参考文献

[1]熊立红.超超临界机组烟气净化设备及系统[M].北京：化学工业出版社，2009.01.

[2]国家电力公司华东电力设计院.DL/T50153-2002火力发电厂厂用电设计设计规定[S].北京：中国电力出版社，2002.

[3]电力规划设计总院.DL/T5455-2012火力发电厂热工电源及气源系统设计技术规程[S].北京：中国计划出版社，2012.

作者简介

篇5：超超临界机组优化设计

摘 要：根据现今全球超超临界机组中百万千瓦级的动态发展情况，分析已有的机组参数。超超临界锅炉用耐高温材料与其参数是紧密联系在一起的，研究并开发应用超超临界锅炉的高效性能、方便加工和经济性新型材料，是未来发展的主要方向。

关键词：超超临界锅炉；高温材料；选择及应用

在国民经济稳定持续增长的大背景中，人们不断的增加电力需求和国家实施节能减排的政策，建设容量大、效率快、参数高及节能好的机组是我国电力的发展趋势。提高锅炉的蒸汽压力、温度以及其他参数都能有效提高发电厂的发电效率，其中温度的影响效果最明显。现今国际上超超临界机组的参数为初压力24.1-31MPa，其主蒸汽/再热蒸汽的温度是580℃-600℃/580℃-610℃，用USC作表示。而其使用金属材料的耐高压、耐高温与焊接问题是如何提高蒸汽参数这个问题中所存在的首要技术难题。高温材料的选择

开发具有更好耐高温性的耐热钢是发展高效超超临界火力发电机组的关键技术，让他们适用在更高的温度范围。现今全球在管道及锅炉的用钢发展可大致分为两方向：

（1）发展铁素体耐热钢，马氏体、贝氏体及珠光体耐热钢都被统称作铁素体耐热钢；

（2）发展奥氏体耐热钢。全球先进国家所研制推广以及普通采用新的耐热钢种有三大类：a.新型细晶强韧化铁素体耐热钢；b.新型细晶奥氏体耐热钢；c.高铬镍奥氏体钢。高温材料的应用

在过热器以及再热器的用钢方面，不仅需要满足蠕变的强度，还必须满足蒸汽侧抗氧化的性能以及向火侧抗腐蚀与冲刷的性能。所有的铁素体钢几乎不能用在蒸汽温度高于565℃的过热器或者再热器中，这里使用奥氏体钢在需要耐高温的部件上。这里对几种高温材料进行详细描述。

2.1 T91/P91

T91具有良好的力学性能，其结构及性能具有较好的稳定性，焊接与工艺性能优良，具备较高的持久与抗氧化性。和TP304H作对比，T91的导热系数相对较高、热膨胀系数相对更低、持久强度中的等强温度相对较好以及等应力温度相对更高，并分别到达625℃及607℃。T91和T9钢作对比，T91的持久强度是600℃，是T9钢的三倍，同时还继承了T9钢优秀的抗高温腐蚀性能。

T91使用的最高温度是650℃，最佳温度是585℃-625℃，该钢经常使用在制造不超过650℃壁温的过热器、再热器以及屏式过热器等的重要组成部分，也可以代替亚临界锅炉中过热器与再热器的TP304H以及TP347H，也能使用在压力容器与核电的高温受压部件中。P91通常使用在制造不超过600℃壁温的过热器、再热器集箱以及主蒸汽管道中，它应用在超临界机组中的优越性十分显明。

2.2 T92/P92

T92/P92是新型9%Cr马氏体热强钢，比奥氏体的热膨胀系数与导热系数更加优异。T92具有优良的强韧性、焊接与加工性能；抗蒸汽的氧化性能基本与T91相同；通过焊接试验，证明了T92的抗裂性较好，止裂在预热温度100℃；650℃的持续强度满足多种要求。和T122作对比，T92在性能方面略占优势，但价格却相对高昂。高W含量可能会因为长期运行发生蠕变脆化，将P92使用在厚壁部件的时候，会有IV型裂纹的趋向，因此，这些都需要更多的时间来进行评估。

因为T92/P92的性能优良，能代替TP304H与TP347H在电站锅炉的过热器以及再热器中的应用，能通过改善其运行的性能从而减少甚至避免异种钢接头，其实际意义非常重大。如果使用在亚临界锅炉中，可代替T91与TP347H厚壁管。P92通常使用在苛刻的蒸汽条件下，主要使用在集箱与蒸汽管道上。P92是已有的锅炉最高温度区以及超临界压力锅炉管子的使用钢，该钢势必会广泛应用在主蒸汽和再热蒸汽管道上。

2.3 Super304H

因为氮所具备的固溶强化作用，所以Super304H比18Cr-8Ni型不锈钢的强度水平高，而且其塑性和TP347H相差无几；十万小时的650℃持久强度的外推数值为128MPa。Super304H具有良好的焊接性，结构稳定性好，并且抗蒸汽的氧化性和抗高温的腐蚀性能良好。在650℃的高温中该钢许用应力高于TP304H的90%，高于TP347H的48%，高于TP347HFG的21%，并且略微高于HR3C的5%。仅从抗氧化性或者抗腐蚀性来看，Super304H和TP347HFG相近，但其综合性价比略微占有优势。

Super304H℃使用的最高温度是700℃，通常使用在超超临界机组锅炉中的过热器与再热器上。因为其性能优异，不管是从其可靠性以及经济性来看，它都属于以后超超临界机组锅炉中的过热器与再热器非常重要的首选材料。

2.4 HR3C

HR3C是结合TP310H以及TP310Cb的特征并加以改善的25Cr-20Ni型的奥氏体耐热钢，它的公称成分是0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N。因为在HR3C中加进了许多的Cr，Ni以及相对较多的Nb以及N，它的抗张强度比常规不锈钢18Cr-8Ni高，它的许用应力与持久强度也比TP310以及常规不锈钢18Cr-8Ni高，抗高温的腐蚀性能也明显比18Cr-8Ni和19Cr-11Ni优异，而且其抗蒸汽的氧化性能也非常的优秀，炸接的接头也同样满足规范要求。

在临界压力参数的条件下，HR3C通常使用在制造循环流和大型发电锅炉温度不超700℃的过热器、再热器、屏式过热器和各种耐高压，耐高温或者抗硫、抗氯等环境腐蚀的管件。结束语

超超临界机组发电是一个有前途的清洁煤发电技术，因为超超临界的蒸汽参数条件，使机组中一些关键部件性能具有更高的要求，合理的进行选材确保机组的安全性与可靠性。新钢种还处在应用的起步阶段，需要不断的进行探究和归纳其在运用中显现的问题，从而推动其稳定发展以及运行。

参考文献

篇6：超超临界机组优化设计

[摘要]论述了我国大容量超超临界机组技术以及大容量直接空冷机组技术的现状和发展趋势。通过对国内大型汽轮机制造厂1000MW超超临界汽轮机和600MW空冷汽轮机型式和特点的分析，提出了1000MW超超临界空冷汽轮机可由1000MW超超临界汽轮机的高中压缸模块及600MW二缸二排汽空冷汽轮机低压缸模块组合而成，并对其经济性进行了论述，同时提出了1000MW超超临界空冷机组设计时应考虑及需进一步研究的问题。

[关键词]汽轮机，1000MW，超超临界机组，空冷，可行性，经济性

0、引言

随着《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》及《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》的确定和实施，电源建设将向节约资源和环境保护方向发展。基于这种发展趋势，结合中国“贫油少气多煤”的一次能源结构特点，决定了我国燃煤电厂在很长一段时间内将占居我国电力的较大份额，而超临界和超超临界技术在机组效率上又有着无可争议的优势，对于节约燃煤有着明显的效果。我国缺水的资源状况决定了节约用水在燃煤电厂建设中的重要性，而大型空冷机组技术又是火力发电厂颇为有效的一项节水技术。随着大型超超临界机组技术和大型空冷机组技术的不断发展，能否将2种技术有效地融合，形成超超临界空冷机组，在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。

1、我国超超临界机组技术发展现状及趋势

超(超)临界发电技术经过几十年的发展，目前已是世界上先进、成熟和进入商业化运行的洁净煤发电技术之一，在世界上不少国家推广应用并取得了明显的节能和改善环境的效果。目前一些国家已经公布了发展下阶段超超临界机组的计划，主蒸汽压力将提高到35～40MPa，主蒸汽温度将提高到700t，再热汽温提高到720℃，机组的供电效率将达到50%～55%。