CN104421922A - 一种亚临界机组的改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚临界机组的改造方法，包括步骤a)，保持亚临界机组额定压力参数不变，改造及替换亚临界机组相关材料或设备，提升亚临界机组额定温度参数等级。具体地，在步骤a中，所述亚临界机组的额定温度参数等级提升为超超临界机组额定温度或者更高温度参数等级。本发明改造成本相对较低，可大幅提高亚临界机组效率，性价比高，具有显著优势。

Description

一种亚临界机组的改造方法

技术领域

本发明涉及一种亚临界机组的改造方法，具体地，涉及将传统的亚临界机组改造为高温亚临界机组的方法。

背景技术

随着材料技术的不断发展和世界能源的日益紧张，超临界机组/超超临界机组相对亚临界机组的优势也越来越得到体现，目前已发展成为国内外新建机组的首选。现有的亚临界、超临界、超超临界机组典型参数分别为16.7MPa/538℃/538℃、24.1MPa/538℃/566℃、27MPa～31MPa/600℃/600℃，超临界/超超临界机组由于其蒸汽参数较高，因此其热效率相对较高。而在我国，为了改善电力结构，近年也启动了“上大压小”工程，逐渐开始淘汰中小型高耗能机组，但亚临界发电机组容量占总电力装机容量比重依然较大，现存300MW/600MW等级亚临界机组总量约达3亿千瓦。鉴于其运行时间不长，且受电力供应和资金等条件限制，现阶段不可能关停这些相对较高耗能的中型机组，较理想的解决途径便是对现有300MW/600MW等级的亚临界机组进行技术改造以降低其能耗，减少污染物排放，同时又能满足电力生产的需求。

但目前，针对这类亚临界机组的改造，传统的方法多局限在机组原有参数等级的框架里进行一些设备或者系统的局部改造，改造的优势不明显，投资与节能收益的性价比不高。而事实上，随着材料技术的发展，现阶段，通过改造亚临界机组，提升其参数，已经不存在技术问题，一方面，这会明显提升机组效率，另一方面也会相应增大电站改造成本，例如，提升机组的压力参数，绝大部分设备和管道的壁厚要相应增加，或选用性能和价格更高一些的材料，包括诸如锅炉、汽机、加热器、给水泵、管阀等需承受高压的设备部件都需进行全面更换，改造面太广且成本巨大，并且温度不变情况下，仅单一地提高压力参数，虽然热力循环效率有所增加，但由于蒸汽容积流量大幅下降，汽轮机的内效率亦会明显下降，因此，对机组综合效率的提升也并不明显，如若同时提升压力、温度参数，改造成本又会进一步提升。因而，此类改造，虽无技术问题，但其改造性价比低。有鉴于此，本领域的技术人员致力于开发一种可大幅提高亚临界机组效率、改造范围适度、性价比具有显著优势的改造方法。

发明内容

鉴于上述目前火电厂亚临界机组改造的需求及现有改造技术的不足，本发明旨在提供一种可大幅提高亚临界机组效率、性价比具有显著优势的改造方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种亚临界机组的改造方法，包括步骤a)，保持亚临界机组额定压力参数不变，改造和替换亚临界机组相关管道和设备等来提升亚临界机组的额定温度参数等级。具体地，在步骤a中，所述亚临界机组的参数等级提升为超超临界机组的额定温度或者更高温度参数等级。

具体地，步骤a包括：

a1)改造亚临界机组锅炉的过热器、再热器及联箱等，使其温度参数等级可达到超超临界机组额定温度或者更高温度参数等级；

a2)改造亚临界机组汽轮机的高压缸、中压缸，使其温度参数等级可达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级；

a3)替换亚临界机组的主蒸汽管道及阀门，再蒸汽管道及阀门，高、中压旁路阀等，使其温度参数等级可达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级。

替换材料可以是目前常用于超超临界发电机组的高温奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢或其它可承受更高温度的材料，牌号可为P91、T91、P122、P92、E911、FN616、HCM12、HCM12A、EM12、HCM9M、SA-387Gr22/22L、SA-387Gr91、SA-387Gr911、SA-1017Gr122、HT9和HT91及其它可承受更高温度的材料。

所述超超临界机组额定温度参数可为超超临界机组的典型温度参数等级，如600℃。

本发明的所述方法还包括步骤：

b1)加强锅炉基础，将所述高压缸置于所述锅炉顶部，并配置相应容量的发电机。

或b2)加强锅炉基础，将所述高压缸和中压缸都置于所述锅炉顶部，并配置相应容量的发电机。

本发明具有以下优点和效果：

1、本发明通过保持机组额定压力参数不变，提升机组的额定温度参数等级，锅炉侧只需改变过热器、再热器（低温度参数的一级过热器、一级再热器仍可保留不变）；汽轮机处需改变高、中压缸；另外便是主蒸汽管道、阀门，热再蒸汽管道、阀门，高、中压旁路阀。总的来说，相对改动量少，此外，压力参数不变，管道的壁厚也可得到控制，因而总的改造面适度，性价比高。

2、本发明大幅提升了机组的温度参数，一方面，可显著提升机组循环热效率；另外一方面，在机组容量一定的情况下，压力不变，温度的提升，使得蒸汽比容增大，汽轮机的内效率也会相应提升。

3、本发明因提升机组温度参数而改变高、中压缸，在相同改造成本的同时，还可获得目前先进的汽轮机内缸进汽方式、通流部分、叶型优化等技术的收益。对于600MW等级的高、中压缸的内效率，可提升至92%、94%以上。

4、本发明不改变机组压力参数，机组的控制方式、运行方式也均未发生变化，对机组运行人员来说，其操作理念也基本无变化。

5、本发明还包括加强锅炉基础，将所述的亚临界机组的高压缸设置在所述锅炉的顶上，以缩短所述主蒸汽管道、冷再蒸汽管道的长度；进一步地，还可以将所述的亚临界机组的高压缸、中压缸都设置在所述锅炉的顶上，以缩短所述主蒸汽管道、冷再蒸汽管道及热再蒸汽管道的长度。这不仅可大大减少管道材料的改造成本，还可降低管道的压降，进一步提升机组经济性。

6、本发明可在不增加机组燃料消耗的前提下利用效率的大幅提升相应提高机组的发电出力，不仅节能且增加收益。

以下对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为同一制造厂商提供的同等容量下超临界/超超临界机组热耗值。

图2为本发明实施例2的示意图。

图3本发明实施例3采用分缸的示意图

图4本发明实施例3采用合缸的示意图。

具体实施方式

本发明揭露了一种亚临界机组的改造方法，包括步骤a)，保持亚临界机组额定压力参数不变，改造及替换亚临界机组相关材料或设备来提升亚临界机组的额定温度参数等级。具体地，在步骤a中，所述亚临界机组额定温度参数等级提升为超超临界机组额定温度或更高温度的参数等级。

具体地，步骤a包括：

a1)改造亚临界机组的锅炉1的过热器11和再热器12，使其温度参数等级可达到超超临界机组额定温度或更高温度的参数等级；

a2)改造亚临界机组的汽轮机2的高压缸21和中压缸22，使其温度参数等级可达到超超临界机组额定温度或更高温度的参数等级；

a3)替换亚临界机组的主蒸汽管道3及相应阀门和热再蒸汽管道4及相应阀门，高、低压旁路阀等，使其温度参数等级可达到超超临界机组额定温度或更高温度的参数等级；

替换材料可以是目前常用于超超临界发电机组的高温奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢或其它可承受更高温度的材料，牌号可为P91、T91、P122、P92、E911、FN616、HCM12、HCM12A、EM12、HCM9M、SA-387Gr22/22L、SA-387Gr91、SA-387Gr911、SA-1017Gr122、HT9和HT91及其它可承受更高温度的材料。

所述超超临界机组的温度参数等级可为其典型参数等级，如600-620℃。

本发明还包括加强锅炉基础，将所述高压缸21置于所述锅炉顶部，也可将所述高压缸21和所述中压缸22都置于所述锅炉顶部。

实施例1

以某亚临界机组为例，其原主蒸汽参数设计值为16.7MPa/538℃，再热蒸汽温度设计值也为538℃，热耗设计值为7862KJ/KWh。

利用本发明的亚临界机组改造方法，锅炉侧，在原有锅炉1设备基础上改装由600℃等级材料制成的过热器11和再热器12；汽机侧，将汽轮机2高、中压缸21和22改造为600℃等级的汽缸；与此同时，将锅炉1至汽轮机2之间的主蒸汽的管道3、阀门和热再蒸汽的管道4、阀门以及高、中压旁路阀均更换为600℃等级材料的相应设备。机组设计压力不变，保持在16.7MPa，而将主蒸汽、再热蒸汽的设计温度值都提升到600℃。

根据同一制造厂商提供的同等容量机组下的超超临界机组滑压运行时（600℃温度不变下）不同压力的热耗值以及超临界机组（23.96MPa/538℃/566℃）的热耗设计值7602KJ/KWh，如图1所示。利用插值法，容易获得改造后的高温亚临界机组（蒸汽参数16.7MPa/600℃/600℃）的机组热耗值约为7492KJ/KWh。由此可见，通过本发明，将传统的亚临界机组改造成高温亚临界机组，可使其热耗值由原7862KJ/KWh降低到7492KJ/KWh，并且该热耗水平明显优于同一厂商的超临界机组，仅次于目前的超超临界机组。

实施例2

以某亚临界机组为例，其主蒸汽参数设计值为16.7MPa/538℃，再热蒸汽温度设计值也为538℃℃，热耗设计值为7862KJ/KWh。

利用本发明的亚临界机组改造方法，在其现有锅炉1设备上，对锅炉改装由600℃等级材料制成的过热器11和再热器12，同时将现有汽轮机2的高、中压缸21和22，锅炉至汽轮机之间的主蒸汽的管道3、阀门和热再蒸汽的管道4、阀门以及高、中压旁路阀的材料均改造及更换为600℃等级，机组设计压力不变，保持在16.7MPa，而将主蒸汽、再热蒸汽的设计温度值都提升到600℃。

此外，通过加强锅炉基础，将高压缸21放在锅炉1顶上，并配置相应容量的发电机。从锅炉过热器出来的主蒸汽直接进入锅炉顶上的高压缸做功，高压缸的排汽即冷再蒸汽进入锅炉再热器进一步吸热，吸热后的热再蒸汽再进入布置在常规汽轮发电机运行层的中压缸继续做功。如图2所示，其中A点的汽轮机包括高压缸21，B点的汽轮机包括中压缸22和低压缸23。

该实施方式除了具备实施方式一的一切优点外，还极大缩短了主蒸汽管道及冷再蒸汽管道，不仅减少了高昂的合金管道材料成本，并降低了主蒸汽管道和冷再蒸汽管道的压力和散热损失，提高了机组经济性。通过该实施方式，将传统的亚临界机组改造成高温亚临界机组，可使其热耗值由原7862KJ/KWh降低到7492KJ/KWh，同时，由于进一步将高压缸放在了锅炉顶上，可降低主蒸汽管道和冷再蒸汽管道的压力和散热损失，折算成热耗，可进一步降低到7474KJ/KWh。

实施例3

以某亚临界机组为例，其主蒸汽参数设计值为16.7MPa/538℃，再热蒸汽温度设计值也为538℃，热耗设计值为7862KJ/KWh。

利用本发明的亚临界机组改造方法，在其现有锅炉1设备上，对锅炉1改装由600℃等级超超临界发电机组材料制成的过热器11和再热器12，同时将现有汽轮机2的高、中压缸21和22，锅炉至汽轮机之间的主蒸汽的管道3、阀门和热再热蒸汽的管道4、阀门以及高、中压旁路阀均改造及更换为600℃等级，机组设计压力不变，保持在16.7MPa，而将主蒸汽、再热蒸汽的设计温度值都提升到600℃。

此外，通过加强锅炉基础，将高压缸21和中压缸22都放在锅炉顶1上，并配置相应容量的发电机。从锅炉过热器出来的主蒸汽直接进入锅炉顶上的高压缸做功，高压缸的排汽即冷再蒸汽进入锅炉再热器进一步吸热，吸热后的热再蒸汽再进入锅炉顶上的中压缸继续做功。然后中压缸的排汽再进入布置在常规汽机层的低压缸做功。高、中压缸结构型式根据不同容量等级可为分缸或合缸，分别如图3、图4所示，其中A点的汽轮机包括高压缸21和中压缸22，B点的汽轮机包括低压缸23。

该实施方式除了具备实施方式1的一切优点外，还极大缩短了主蒸汽管道、冷再蒸汽管道、热再蒸汽管道，不仅减少了高昂的合金管道材料成本，并降低了主蒸汽、再热蒸汽管道的压力和散热损失，折算成热耗，可进一步降低到7464KJ/KWh。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种亚临界机组的改造方法，包括以下步骤：

a)保持亚临界机组额定压力参数不变，改造和替换亚临界机组相关材料或设备，提升亚临界机组额定温度参数等级。

2.如权利项1所述的亚临界机组的改造方法，其中，在步骤a中，提升所述亚临界机组额定温度参数等级为超超临界机组额定温度或者更高温度参数等级。

3.如权利项2所述的亚临界机组的改造方法，其中，步骤a包括：

a1)改造亚临界机组锅炉的过热器、再热器及联箱，使其温度参数等级达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级；

a2)改造亚临界机组汽轮机的高压缸、中压缸，使其温度参数等级达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级；

a3)替换亚临界机组的主蒸汽管道及阀门，再蒸汽管道及阀门，高、中压旁路阀，使其温度参数等级达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级。

4.如权利项3所述的亚临界机组改造方法，其中，所述方法还包括步骤：

b1)加强锅炉基础，将所述高压缸置于所述锅炉顶部，并配置相应容量的发电机。

5.如权利项3所述的亚临界机组改造方法，其中，所述方法还包括步骤：

b2)加强锅炉基础，将所述高压缸和中压缸都置于所述锅炉顶部，并配置相应容量的发电机。

6.如权利项3所述的亚临界机组改造方法，其中，所述改造的过热器、再热器、高压缸、中压缸，替换的主蒸汽管道及阀门、热再蒸汽管道及阀门，高、中压旁路阀，其材料是高温奥氏体钢、铁素体钢或马氏体钢，牌号为P91、T91、P122、P92、E911、FN616、HCM12、HCM12A、EM12、HCM9M、SA-387Gr22/22L、SA-387Gr91、SA-387Gr911、SA-1017Gr122、HT9或HT91。

7.如权利项3所述的亚临界机组改造方法，其中，所述超超临界机组额定温度参数为其典型温度参数等级，即600℃-620℃。