CN105298564A - 用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组。目前还没有用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组。本发明包括凝汽器、凝结水泵、除氧器、给水泵、高压缸、中压缸、低压缸和主发电机，其特点是：还包括超超临界锅炉过热器、超超临界背压机、超超临界锅炉一次再热器、0号高压加热器、背压抽汽式透平、超超临界锅炉二次再热器和小发电机，三级高压加热器和0号高压加热器连接，0号高压加热器超超临界锅炉过热器连接，超超临界锅炉过热器和超超临界背压机连接，超超临界背压机通过管路分别和0号高压加热器、超超临界锅炉一次再热器和背压抽汽式透平连接。本发明可大幅度提高现有亚临界发电机组的能效水平。

Description

用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组

技术领域

本发明涉及一种二次再热超超临界机组，尤其是涉及一种用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，属于燃煤发电技术领域，主要应用于亚临界燃煤发电机组，尤其适用于服役年限超过20年的亚临界机组。

背景技术

现代火力发电厂发展的特点之一表现为高参数、大容量，我国从上世纪90年代开始大力发展亚临界机组，其中容量包含300MW等级和600MW等级，其数量占我国发电装机的大部分；2000年初期我国开始大力发展容量为600MW等级的超临界机组；从2006年开始，超超临界等级的机组开始在我国大规模发展，其中容量涉及600MW等级和1000MW等级；2015年世界首台660MW等级超超临界二次再热机组和首台1000MW等级超超临界二次再热机组相继在我国投产，实现了在更高技术上的产业升级。

目前一般的亚临界机组的系统结构如图1所示，目前亚临界机组其热力参数为16.7MPa/538℃/538℃，凝汽器1热井内的凝结水经由凝结水泵2进入四级低压加热器3，经除氧器4除氧后由给水泵5打入给水系统，经由三级高压加热器6进入锅炉，给水在锅炉内吸热后产生过热的主蒸汽经过锅炉过热器7后进入汽轮机高压缸8，高压缸8排汽进入锅炉再热器9再进行吸热产生再热蒸汽进入中压缸10做功，中压缸10排汽经由中低压联通管进入低压缸11做功，做完功后的蒸汽排入凝汽器1，经凝汽器1冷凝后的凝结水再由凝结水泵2打入凝结水系统，完成整个热力循环。

随着火力发电厂产业的不断升级，我国早期亚临界机组已投产近20年，甚至已超过20年，技术已明显落后，机组面临着能效水平下降、设备老化、运行安全可靠性下降等问题，如何对早期亚临界机组进行产业升级成为关注的问题。尤其是国家发改委、国家能源局和国家环保部三部委联合印发《关于印发煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）的通知》（发改能源[2014]2093号）（以下简称《行动计划》），其要求：到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗达到310g/kWh水平，其中60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗达到300g/kWh，《行动计划》对现役煤电机组的升级改造提出更为严格的要求，而能效水平较低的亚临界机组成为首要改造的对象，由于受机组参数的限制，采用常规的技术改造手段（如汽机通流改造等措施）很难大幅度提高机组能效水平，因此，寻找一种有效提高亚临界机组参数的改造方法成为新的思路。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，可以将现有亚临界燃煤发电机组升级改造为先进的超超临界二次再热机组，可以大幅度提高现有亚临界发电机组的能效水平，实现亚临界燃煤发电机组产业升级的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组包括凝汽器、凝结水泵、四级低压加热器、除氧器、给水泵、三级高压加热器、高压缸、中压缸、低压缸和主发电机，所述凝汽器通过管路和凝结水泵连接，所述凝结水泵通过管路和四级低压加热器连接，所述四级低压加热器通过管路和除氧器连接，所述除氧器通过管路和给水泵连接，所述给水泵通过管路和三级高压加热器连接，所述中压缸通过管路和低压缸连接，所述低压缸和凝汽器连接，所述主发电机和低压缸同轴连接，其结构特点在于：还包括超超临界锅炉过热器、超超临界锅炉省煤器、超超临界背压机、超超临界锅炉一次再热器、0号高压加热器、背压抽汽式透平、超超临界锅炉二次再热器和小发电机，所述三级高压加热器通过管路和0号高压加热器连接，所述0号高压加热器通过管路和超超临界锅炉省煤器连接，所述超超临界锅炉省煤器通过管路和超超临界锅炉过热器连接，所述超超临界锅炉过热器通过管路和超超临界背压机连接，所述超超临界背压机通过管路分别和0号高压加热器、超超临界锅炉一次再热器和背压抽汽式透平连接，所述超超临界锅炉一次再热器通过管路和高压缸连接，所述高压缸通过管路和超超临界锅炉二次再热器连接，所述超超临界锅炉二次再热器通过管路和中压缸连接，所述小发电机和超超临界背压机同轴连接。

作为优选，本发明所述高压缸、中压缸和低压缸同轴布置。

作为优选，本发明所述超超临界背压机、背压抽汽式透平和小发电机同轴布置，称为前置机组，布置于前置机房内。

作为优选，本发明还包括前置泵，所述前置泵连接在除氧器和给水泵之间的管路上。

作为优选，本发明所述背压抽汽式透平的1～4级抽汽去三级高压加热器和除氧器。

作为优选，本发明所述低压缸的5～8级抽汽去四级低压加热器。

作为优选，本发明用亚临界燃煤发电机组进行改造时，锅炉本体部分的改造如下：将原亚临界锅炉拆除，新建一个超超临界锅炉，锅炉的选型是重点，对于超超临界锅炉，供选择的有π型炉和塔式炉，两种炉型各有优劣，针对改造情况，原来亚临界机组为π型炉，如果改造后选用π型炉，则原机组的大部分基桩可以回收利用，节约投资；但因为改造时机组要新增占地面积，考虑到空间布置问题，根据项目需要选择占地面积更小的塔式炉。

作为优选，本发明用亚临界燃煤发电机组进行改造时，汽轮发电机本体部分的改造如下：其中新增部分为超超临界背压机、汽门、背压抽汽式透平、油系统和轴封系统；需改造的部分为原机组高中压转子，高中、低压动叶，高中压外缸，高中、低压内缸，高中、低压隔板，端汽封，高压主汽管，高压阀门，中压主汽管，中压阀门，连通管和低压转子；原亚临界机组的通流重新设计，其高压缸配汽方式取消调节级，采用节流配汽；新增一台200MW等级的小发电机，并根据需要对原发电机进行相应消缺改造。

作为优选，本发明用亚临界燃煤发电机组进行改造时，辅机及工艺的改造如下：选用单设给水泵汽轮机及配套凝汽器的方案，将其布置于前置机房；新增4台全容量高压加热器布置于前置机房；对四大管道、疏水系统管道、旁路系统管道、抽汽系统管道、闭式水系统管道进行相应的改造；对锅炉的磨煤机、给煤机、各大风机进行增容或直接替换，对炉后环保设施进行超低排放改造或预留改造空间；核算输煤、除灰系统容量，进行相应的增容，核算精处理系统及制水系统容量，改造后水质要求要达到超超临界机组的要求。

作为优选，本发明用亚临界燃煤发电机组进行改造时，机组进入低压缸的流量需要核算，尽量维持机组低压部分系统不变，进入凝汽器的排汽量应变化不大，以维持冷却塔不动；虽然机组烟气量增加，但进行改造后煤耗大幅下降，烟气量增加幅度较小，同时机组进行低温省煤器及超低排放改造后，烟温降低，应核算烟囱流速在标准范围内；机组根据冷端设备、低压设备、烟囱设备维持不改造的要求核算最后的增容容量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计合理，布局科学，可以将现有亚临界燃煤发电机组升级改造为先进的超超临界二次再热机组，通过该改造可以大幅度提高现有亚临界发电机组的能效水平，实现亚临界燃煤发电机组的产业升级。

附图说明

图1是背景技术中亚临界燃煤发电机组的结构示意图。

图2是本发明实施例中用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组的左视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图2，本实施例中用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组包括凝汽器1、凝结水泵2、四级低压加热器3、除氧器4、给水泵5、三级高压加热器6、超超临界锅炉过热器22、超超临界锅炉省煤器23、高压缸8、中压缸10、低压缸11、超超临界背压机12、超超临界锅炉一次再热器13、0号高压加热器14、背压抽汽式透平15、超超临界锅炉二次再热器16、前置泵17、小发电机18和主发电机19。

本实施例中的凝汽器1通过管路和凝结水泵2连接，凝结水泵2通过管路和四级低压加热器3连接，四级低压加热器3通过管路和除氧器4连接，除氧器4通过管路和给水泵5连接，给水泵5通过管路和三级高压加热器6连接，中压缸10通过管路和低压缸11连接，低压缸11和凝汽器1连接，主发电机19和低压缸11同轴连接。前置泵17连接在除氧器4和给水泵5之间的管路上。

本实施例中的三级高压加热器6通过管路和0号高压加热器14连接，0号高压加热器14通过管路和超超临界锅炉省煤器23连接，超超临界锅炉省煤器23通过管路和超超临界锅炉过热器22连接，超超临界锅炉过热器22通过管路和超超临界背压机12连接，超超临界背压机12通过管路分别和0号高压加热器14、超超临界锅炉一次再热器13和背压抽汽式透平15连接，超超临界锅炉一次再热器13通过管路和高压缸8连接，高压缸8通过管路和超超临界锅炉二次再热器16连接，超超临界锅炉二次再热器16通过管路和中压缸10连接，小发电机18和超超临界背压机12同轴连接。

本实施例中的背压抽汽式透平15的1～4级抽汽去三级高压加热器6和除氧器4，低压缸11的5～8级抽汽去四级低压加热器3。

本实施例可以对现有的亚临界燃煤发电机组进行改造而得到二次再热超超临界机组，以600MW等级亚临界机组为例阐述改造方法。该600MW等级亚临界机组其锅炉为亚临界π型汽包炉，汽轮发电机组形式为中间再热、三缸四排汽凝汽式汽轮机，汽轮机高压缸8和中压缸10均为合缸形式，低压缸11为两个双流低压缸，型号为N630-16.7/538/538。给水回热系统由3台三级高压加热器6，4台四级低压加热器3和1台除氧器4组成，给水系统配置两台50%容量的汽动给水泵5。机组设计热耗为7887kJ/kWh，目前实际运行热耗在8160kJ/kWh水平，实际供电煤耗约323g/kWh。

具体改造部分如下。

锅炉本体部分：将原亚临界锅炉拆除，新建一个超超临界锅炉。锅炉的选型是重点，对于超超临界锅炉，可供选择的有π型炉和塔式炉，两种炉型各有有优劣，针对改造情况，原来亚临界机组为π型炉，如果改造后选用π型炉，则原机组的大部分基桩可以回收利用，节约投资；但因为改造时机组要新增占地面积，考虑到空间布置问题，可根据项目需要选择占地面积更小的塔式炉，本次改造案例按π型炉考虑。

汽轮发电机本体部分：其中新增部分为超超临界背压机12（包括汽门）、背压抽汽式透平15、相关的油系统、轴封系统等辅机设备；需改造的部分为原机组高中压转子，高中、低压动叶，高中压外缸，高中、低压内缸，高中、低压隔板，端汽封，高压主汽管，高压阀门，中压主汽管，中压阀门，连通管，低压转子。原亚临界机组的通流重新设计，其高压缸8配汽方式取消调节级，采用节流配汽。新增一台200MW等级的小发电机18，并根据需要对原发电机进行相应消缺改造。

辅机及工艺系统改造部分：本方案选用单设给水泵汽轮机及配套凝汽器的方案，将其布置于前置机房；新增4台全容量高加布置于前置机房；对四大管道、疏水系统管道、旁路系统管道、抽汽系统管道、闭式水系统管道等进行相应的改造；对锅炉的磨煤机、给煤机、各大风机进行增容或直接替换，对炉后环保设施（脱硫、脱硝、除尘）进行超低排放改造或预留改造空间。核算输煤、除灰系统容量，进行相应的增容，核算精处理系统及制水系统容量，改造后水质要求要达到超超临界机组的要求。

电气热工部分：需要增加一套小发电机18的出线，增加发电机的主变、启备变、高压厂变及电缆等，由于机组采用两个发电机，需要对控制系统进行相应改造，根据改造需要增加相应的热工测点。

土建部分：主要包括新建的前置机房基础，以及由于增容所带来的原主厂房结构的加强。

其他说明部分：机组进入低压缸11的流量需要核算，尽量维持机组低压部分系统不变，进入凝汽器1的排汽量应变化不大，以维持冷却塔不动；虽然机组烟气量增加，但进行改造后煤耗大幅下降，烟气量增加幅度较小，同时机组进行低温省煤器及超低排放改造后，烟温降低，应核算烟囱流速在标准范围内。机组根据冷端设备、低压设备、烟囱等设备尽量维持不改造的要求核算最后的增容容量。

本改造案例以最大节省投资为原则，冷端设备、低压设备、烟囱、原发电机及出线等不做大规模改造，一次再热和二次再热分别取566℃和538℃，以降低原机组的改造费用，经过核算改造后机组参数为31MPa/600℃/566℃/538℃，机组额定容量可到830MW，THA工况下热耗率为7320kJ/kWh。

经过本方法改造后的机组热力循环见图2，其系统形式为新增一台超超临界锅炉（原亚临界锅炉拆除）和一台超超临界背压机12，超超临界锅炉内产生的主蒸汽经过超超临界锅炉过热器22进入超超临界背压机12做功，排汽分为三部分，第一部分进入0号高压加热器14加热最终给水；第二部分进入背压抽汽式透平15（简称BEST透平）取代原1、2、3号高压加热器抽汽及除氧器抽汽，BEST透平的作用是解决土建及布置问题，0号高压加热器14随背压抽汽式透平15机组一起布置，并且背压抽汽式透平15热效率高，其分流部分流量，使得进入原亚临界机组的流量不致于增加很大；第三部分通过超超临界锅炉一次再热器13后进入原亚临界机组高压缸8，高压缸8排汽通过超超临界锅炉二次再热器16生成二次再热蒸汽进入中压缸10做功，中压缸10排汽经过联通管进入低压缸11，低压缸11排汽在凝汽器1内冷凝，冷凝后的凝结水经过凝结水泵2进入凝结水系统，完成整个循环。

新增的超超临界背压机12、背压抽汽式透平15和小发电机18同轴布置，称为高压轴21，与原亚临界汽轮机串接且分轴布置在前置机房；更换3台全容量新的三级高压加热器6与0号高压加热器14一起布置在前置机房内，减少原汽轮机主厂房荷载。高压缸8、中压缸10和低压缸11同轴布置，称为低压轴20。给水泵5根据场地情况单独布置，并设置单独凝汽器，或者可以和前置机组同轴布置，如图2的虚线框内所示。

通过上述改造能够产生如下效果。

1）通过计算600MW等级亚临界机组改造为800MW等级超超临界机组前后机组性能参数及指标对比情况见表1。由表1可知，通过改造机组供电标煤耗可降至约283g/kWh，比原设计值310g/kWh降低27g/kWh，相比目前实际运行煤耗值323g/kWh，改造后可降低机组供电煤耗约40g/kWh，能效水平大大提高。

2）改造后机组容量增加到830MW，固定资产得到增值，且通过改造设备得到更新，机组得到延寿。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，包括凝汽器、凝结水泵、四级低压加热器、除氧器、给水泵、三级高压加热器、高压缸、中压缸、低压缸和主发电机，所述凝汽器通过管路和凝结水泵连接，所述凝结水泵通过管路和四级低压加热器连接，所述四级低压加热器通过管路和除氧器连接，所述除氧器通过管路和给水泵连接，所述给水泵通过管路和三级高压加热器连接，所述中压缸通过管路和低压缸连接，所述低压缸和凝汽器连接，所述主发电机和低压缸同轴连接，其特征在于：还包括超超临界锅炉过热器、超超临界锅炉省煤器、超超临界背压机、超超临界锅炉一次再热器、0号高压加热器、背压抽汽式透平、超超临界锅炉二次再热器和小发电机，所述三级高压加热器通过管路和0号高压加热器连接，所述0号高压加热器通过管路和超超临界锅炉省煤器连接，所述超超临界锅炉省煤器通过管路和超超临界锅炉过热器连接，所述超超临界锅炉过热器通过管路和超超临界背压机连接，所述超超临界背压机通过管路分别和0号高压加热器、超超临界锅炉一次再热器和背压抽汽式透平连接，所述超超临界锅炉一次再热器通过管路和高压缸连接，所述高压缸通过管路和超超临界锅炉二次再热器连接，所述超超临界锅炉二次再热器通过管路和中压缸连接，所述小发电机和超超临界背压机同轴连接。

2.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：所述高压缸、中压缸和低压缸同轴布置。

3.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：所述超超临界背压机、背压抽汽式透平和小发电机同轴布置，称为前置机组，布置于前置机房内。

4.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：还包括前置泵，所述前置泵连接在除氧器和给水泵之间的管路上。

5.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：所述背压抽汽式透平的1～4级抽汽去三级高压加热器和除氧器。

6.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：所述低压缸的5～8级抽汽去四级低压加热器。

7.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：用亚临界燃煤发电机组进行改造时，锅炉本体部分的改造如下：将原亚临界锅炉拆除，新建一个超超临界锅炉，锅炉的选型是重点，对于超超临界锅炉，供选择的有π型炉和塔式炉，两种炉型各有优劣，针对改造情况，原来亚临界机组为π型炉，如果改造后选用π型炉，则原机组的大部分基桩可以回收利用，节约投资；但因为改造时机组要新增占地面积，考虑到空间布置问题，根据项目需要选择占地面积更小的塔式炉。

8.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：用亚临界燃煤发电机组进行改造时，汽轮发电机本体部分的改造如下：其中新增部分为超超临界背压机、汽门、背压抽汽式透平、油系统和轴封系统；需改造的部分为原机组高中压转子，高中、低压动叶，高中压外缸，高中、低压内缸，高中、低压隔板，端汽封，高压主汽管，高压阀门，中压主汽管，中压阀门，连通管和低压转子；原亚临界机组的通流重新设计，其高压缸配汽方式取消调节级，采用节流配汽；新增一台200MW等级的小发电机，并根据需要对原发电机进行相应消缺改造。

9.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：用亚临界燃煤发电机组进行改造时，辅机及工艺的改造如下：选用单设给水泵汽轮机及配套凝汽器的方案，将其布置于前置机房；新增4台全容量高压加热器布置于前置机房；对四大管道、疏水系统管道、旁路系统管道、抽汽系统管道、闭式水系统管道进行相应的改造；对锅炉的磨煤机、给煤机、各大风机进行增容或直接替换，对炉后环保设施进行超低排放改造或预留改造空间；核算输煤、除灰系统容量，进行相应的增容，核算精处理系统及制水系统容量，改造后水质要求要达到超超临界机组的要求。

10.根据权利要求1所述的用亚临界燃煤发电机组改造的二次再热超超临界机组，其特征在于：用亚临界燃煤发电机组进行改造时，机组进入低压缸的流量需要核算，尽量维持机组低压部分系统不变，进入凝汽器的排汽量应变化不大，以维持冷却塔不动；虽然机组烟气量增加，但进行改造后煤耗大幅下降，烟气量增加幅度较小，同时机组进行低温省煤器及超低排放改造后，烟温降低，应核算烟囱流速在标准范围内；机组根据冷端设备、低压设备、烟囱设备维持不改造的要求核算最后的增容容量。