CN204419282U - 一种高温亚临界机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温亚临界机组，包括具有过热器和再热器的锅炉，具有高压缸和中压缸的汽轮机，主蒸汽管道及阀门，热再蒸汽管道及阀门和高、中压旁路、阀门，其特征在于，所述锅炉的过热器和再热器，所述汽轮机的高压缸和中压缸，所述主蒸汽管道及阀门，所述热再蒸汽管道及阀门和所述高、中压旁路、阀门的温度参数等级为570℃及以上，其中所述汽轮机置于汽机房运转层。

Description

一种高温亚临界机组

技术领域

本实用新型属于汽轮发电机组领域，具体涉及一种新型高温亚临界机组。

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℃、24MPa/538℃/566℃、24MPa～31MPa/600℃/600℃，超临界/超超临界机组由于其参数较高，因此其效率相对较高。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能耗的中型机组，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、汽轮机、给水加热器、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。

与此同时，我国的低阶煤储量丰富，占煤炭总储量的近一半，目前最有效 和清洁的利用方式是用于发电。由于循环流化床锅炉的煤种适应性强，排放低，性价比高，且技术上已日趋成熟，故在低阶煤的清洁利用方面具有显著的优势，现已得到较广泛的应用。目前，其主流单机容量为300MW等级，但现有循环流化床机组的效率普遍较低。目前，为适应节能减排的大形势，一些新建循环流化床项目已开始采用超临界参数，温度则提升至566℃，机组容量约350MW，效率有所提升但并不显著，性价比不高。这是由于当蒸汽压力提高后，虽然机组的热力循环效率升高，但由于该容量等级的汽轮机的汽缸内效率对叶片高度非常敏感，随着压力大幅升高，蒸汽比容大幅下降，汽轮机叶片大幅缩短而导致汽缸内效率下降，两者相抵所剩无几，得不偿失。因此，在这之前，世界上除前苏联外，鲜有小于450MW的汽轮机采用超临界参数。而我国从苏联进口的300MW超临界汽轮机，其效率比之我国从美国引进并国产化的300MW亚临界汽轮机差的太多。事实上，目前的350MW超临界机组相对于原亚临界机组的效率提升，主要得益于两个因素，一是其机组容量上升了50MW，二是主蒸汽和再热蒸汽均比一般亚临界机组升高了28℃。前一个因素使容积流量上升，叶片高度增加，而后一个因素即增加了比容及叶片高度，也提升了热力循环效率，但这两者均与采用超临界压力无关。

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、性价比具有显著优势的新型高温亚临界机组。

实用新型内容

鉴于上述目前火电厂亚临界机组改造的需求和现有改造技术的不足，以及循环流化床机组高效化的需求，本实用新型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新型高温亚临界机组。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高温亚临界机组，包括具有过热器和再热器的锅炉，具有高压缸和中压缸的汽轮机，主蒸汽管道及阀门，热再蒸汽管道及阀门和高、中压旁路、阀门等，其特征在于，所述锅炉的过热器和再热器，所述汽轮机的高压缸和中压缸，所述主蒸汽管道及阀门，所述热再蒸汽管道及阀门和所述高、中压旁路、阀门的压力参数等级为16MPa～21MPa、温度参数等级为570℃及以上，其中所述汽轮机置于汽机房运转层。

其中所述锅炉的过热器和再热器，所述汽轮机的高压缸和中压缸，所述主蒸汽管道及阀门，所述热再蒸汽管道及阀门和所述高、中压旁路阀可使用高温奥氏体钢、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570℃以上温度材料的牌号。

其中，所述高压缸和中压缸配置有相应容量的发电机。

其中，所述锅炉的型式为循环流化床锅炉型式，也可以是煤粉锅炉、循环流化床锅炉型式，或高炉煤气锅炉等型式。

其中，所述具有过热器和再热器的锅炉包含570℃及以上的材料制成的末级过热器和末级再热器。

其中，在本实用新型中，所述汽轮机的高压缸和中压缸可以采用合缸的形式，也可以是分缸形式，还可以包括至少一个低压缸，即低压缸可以是一个，也可以是两个或更多，因此对于汽轮机侧可以由以上几种情况分别组合成不同形式。此几种组合形式也可以与锅炉的煤粉锅炉型式和循环流化床锅炉以及高炉煤气锅炉等型式分别组合，形成更多的组合形式。此外，锅炉可以是汽包锅炉、也可以是直流锅炉。

本实用新型具有以下优点和效果：

1、本实用新型的高温亚临界机组，维持机组压力参数与传统的亚临界机组压力不变，但是提升机组的温度参数等级，锅炉侧在设计上只需对过热器、再热器增加相应的受热面积或作相应的调整，其他的如水冷壁、省煤器、汽包、燃烧系统、烟风系统、烟气净化系统等均可保留；汽轮机处只需在设计上改变高、中压缸，使之成为可以工作于570℃以上高温的高、中压缸，对汽轮机而言，由于材料价格在其总造价中比例较低，故高温亚临界汽缸价格相对传统的亚临界机组的变化不大；另外便是改变主蒸汽系统的管道、阀门，以及再热蒸汽系统的冷、热再蒸汽管道、阀门，高、低压旁路及阀门。其他的如给水系统(包括高压加热器、给水泵)、凝结水系统(包括低压加热器、除氧器等)、轴封系统等均可不变。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，性价比高，对于改造机组来说，实施本实用新型技术的总体改动量相对少。

2、本实用新型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。若主蒸汽/再热蒸汽温度采用600℃/600℃,则改造后的汽轮发电机的热耗可降至7500kj/kwh以下的水平，显著优于超临界机组。

3、本实用新型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、本实用新型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、本实用新型可用于今后新建300MW—600MW的循环流化床机组以及原有亚临界机组的改造，具有很高的性价比。对我国今后二氧化碳的减排以及大气污染的治理，低阶煤的高效清洁利用具有不可估量的价值和意义。

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

附图说明

图1A是本发明的煤粉锅炉型式的示意图。

图1B是本发明的煤粉锅炉型式的汽轮机的示意图。

图2A是本发明的循环流化床型式的示意图。

图2B是本发明的循环流化床型式的汽轮机的示意图。

图3A中的A向为高压缸和中压缸分缸，并且存在两个低压缸。

图3B中的A向为高压缸和中压缸分缸，并且只存在一个低压缸。

图3C中的A向为高压缸和中压缸合缸，并且存在两个低压缸。

图3D中的A向为高压缸和中压缸合缸，并且只存在一个低压缸。

图4为传统的亚临界机组与本发明高温亚临界机组热耗值对比图。

具体实施方式

如图1A，图1B和图2B所示，本实用新型提供了一种高温亚临界机组，包括具有过热器11和再热器12的锅炉1，具有高压缸21和中压缸22的汽轮机2，主蒸汽管道3及阀门，热再蒸汽管道4及阀门和高、中压旁路、阀门等，其特征在于，所述锅炉1的过热器11和再热器12，所述汽轮机2的高压缸21和中压缸22，所述主蒸汽管道3及阀门，所述热再蒸汽管道4及阀门和所述高、中压旁路、阀门的压力参数等级为16MPa～22.1MPa、温度参数等级均为570℃及以上，属于超超临界机组的额定温度或更高温度等级，其中所述汽轮机2置于汽机房运转层。

其中所述锅炉1的过热器11和再热器12，所述汽轮机2的高压缸21和中压缸22所述主蒸汽管道3及阀门，所述热再蒸汽管道4及阀门和所述高、中压旁路阀可使用高温奥氏体钢、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570℃及以上温度材料的牌号。

其中，所述高压缸21和中压缸22配置有相应容量的发电机，所述超超临界机组额定温度参数为570℃及以上。

其中，所述锅炉的型式为循环流化床锅炉型式，也可以是煤粉锅炉型式以及高炉煤气锅炉等型式分别组合，形成更多的组合形式。此外、锅炉可以是汽包锅炉、也可以是直流锅炉。

其中，在本实用新型中，所述汽轮机的高压缸21和中压缸22可以采用合缸24的形式，也可以是分缸形式，还可以包括至少一个低压缸23，即低压缸可以是一个，也可以是两个或更多，因此对于汽轮机侧可以由以上几种情况分别组合成不同形式。如图3A为高压缸21和中压缸22分缸，并且存在两个低压缸；图3B为为高压缸21和中压缸22分缸，并且只存在一个低压缸；图3C为高压缸21和中压缸22形成合缸24，并且存在两个低压缸；图3D为高压缸21和中压缸22形成合缸24，并且只存在一个低压缸。此几种组合形式也可以与锅炉的煤粉锅炉型式和循环流化床锅炉型式以及高炉煤气锅炉等型式分别组合，形成更多的组合形式。此外、锅炉可以是汽包锅炉、也可以是直流锅炉。

其中，针对现有的亚临界机组改造来说，所述具有过热器和再热器的锅炉可以是由在原有锅炉设备基础上加装570℃及以上的材料制成的末级过热器和末级再热器形成，也可以是对过热器和再热器的受热面以及其布置做全面调整。而对新建高温亚临界机组来说，所述具有过热器和再热器的锅炉则是直接包含了570℃及以上的材料制成的末级过热器和末级再热器。

值得指出的是，现有亚临界机组温度参数等级为538℃，而570℃以下是现有超临界机组的温度参数等级。本实用新型采用温度参数等级是570℃及以上，这属于现有超超临界机组的温度参数等级材料以及未来更高温度参数等级的材料，例如国际上正在研究拟应用的700℃等级的超级镍基合金材料等，温度越高，本实用新型技术的利益也越大。

另外，本实用新型的高温亚临界机组，整个机组的压力是现有亚临界机组的压力参数等级16MPa～21MPa，目前亚临界机组典型压力参数为16.7MPa。

实施例一

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。

根据本实用新型的改进型的高温亚临界机组，锅炉侧，在原有锅炉设备，即原有非高温亚临界机组的锅炉设备，基础上加装由600℃等级超超临界发电机组材料制成的末级过热器111和末级再热器121；即可形成本实用新型所述的高温亚临界机组的具有过热器11和再热器12的锅炉1。汽机侧，将汽轮机2的高压缸21和 中压缸22合缸24更换为600℃等级的相应汽缸；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、阀门均更换为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℃。如图1所示，其中将所述汽轮机置于汽机房运转层，即汽轮机全部至于低位而非高低压缸分置的部分缸位于锅炉顶端的高低位布置。

对本实例的改造来说，锅炉侧，只需要在原有过热器、再热器基础上加装由600℃等级材料制成的末级过热器和末级再热器，而汽机侧，由于汽轮机依然置于汽机房运转层，因此只需将汽轮机更换为600℃等级的相应汽缸。同时，主蒸汽管道、阀门和热再蒸汽的管道、阀门，以及高、中压旁路、阀门均更换为600℃等级材料的相应设备。总体改动量相对少，易操作。

此外，由于更换600℃等级的汽缸，还可获得其它附加的收益，诸如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，因此，汽轮机内效率本身就可相对较大幅度提升。

根据同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4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。

实施例二

根据本实用新型新建一种高温亚临界机组，机组设计压力为18MPa，而将主蒸汽、再热蒸汽的设计温度值分别提升到600℃、620℃。锅炉侧，采用循环流化床锅炉1，末级过热器111是由600℃等级材料制成的，末级再热器121是由620℃等级材料制成的；汽机侧，汽轮机2的高、中压缸分别为600℃、620℃等级的相应汽缸；与此同时，锅炉1至汽轮机之间的主蒸汽的管道3、阀门以及高压旁路、阀门为600℃等级材料的相应设备；热再蒸汽的管道4、阀门以及中压旁路、阀门均为620℃等级材料的相应设备。如图2A所示，其中将所述汽轮机2置于汽机房运转层。

根据制造厂提供的热平衡图计算机组热耗值约为7450KJ/KWh。而传统的亚临界机组热耗值约7862KJ/KWh左右。由此可见，本实用新型的高温亚临界机组相对传统的亚临界机组，热耗值可大幅度提升。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。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 (11)

1.一种高温亚临界机组，包括具有过热器和再热器的锅炉，具有高压缸和中压缸的汽轮机，主蒸汽管道及阀门，热再蒸汽管道及阀门和高、中压旁路、阀门，其特征在于，所述锅炉的过热器和再热器，所述汽轮机的高压缸和中压缸，所述主蒸汽管道及阀门，所述热再蒸汽管道及阀门和所述高、中压旁路、阀门的压力参数等级为16MPa～21MPa、温度参数等级为570℃及以上，其中所述汽轮机置于汽机房运转层。

2.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述锅炉的过热器和再热器，所述汽轮机的高压缸和中压缸，所述主蒸汽管道及阀门，所述热再蒸汽管道及阀门和所述高、中压旁路、阀门可使用高温奥氏体钢、铁素体钢、马氏体钢或其它可承受更高温度的材料。

3.如权利要求2所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述其它可承受更高温度的材料为牌号可为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570℃以上温度材料的牌号。

4.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述高压缸和中压缸配置有相应容量的发电机。

5.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述锅炉的型式为循环流化床锅炉型式或高炉煤气锅炉型式。

6.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述锅炉的型式为煤粉锅炉型式。

7.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述具有过热器和再热器的锅炉由在原有锅炉设备基础上加装570℃及以上等级材料制成的末级过热器和末级再热器形成。

8.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述汽轮机的所述高压缸和所述中压缸为合缸形式。

9.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述汽轮机的所述高压缸和所述中压缸为分缸形式。

10.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述汽轮机还包括至少一个低压缸。

11.如权利要求1所述的高温亚临界机组，其特征在于，所述锅炉可以是汽包锅炉或是直流锅炉。