CN208295890U - 一种高参数燃煤电厂热力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高参数燃煤电厂热力系统。该热力系统包括凝汽器、凝结水泵、锅炉、汽轮机、回热系统以及连接组件，锅炉包括锅炉水冷壁、锅炉过热器受热面、锅炉一次再热器受热面以及锅炉二次再热器受热面；汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸；回热系统包括低压加热器、除氧器和高压加热器；回热系统与锅炉通过主给水管道连接；热力系统还设有一BEST机；组件包括主蒸汽管道、一次高温再热蒸汽管道、二次高温再热蒸汽管道、高温再热蒸汽联箱、管道接头、高温过热器出口段、一次高温再热器出口段以及二次高温再热器出口段。利用本实用新型的热力系统，在建设成本相对增加不多的条件下，发电煤耗能进一步降低。

Description

一种高参数燃煤电厂热力系统

技术领域

本实用新型涉及燃煤电厂设计领域，特别涉及一种高参数燃煤电厂热力系统。

背景技术

现有技术中最领先的火力发电技术发电煤耗仅每千瓦时256.8克，比当今世界最好水平还要低6克，比常规百万机组低14克，大气污染物排放浓度低于燃机排放限值。目前国内新建机组中，可以把参数(再热蒸汽温度)提高至620℃，上述温度参数达到了目前应用材料的极限。

对于超超临界机组，按照《大中型火力发电厂设计规范》，锅炉出口的主蒸汽温度为汽机进口蒸汽温度+5℃；再热蒸汽温度为汽机进口蒸汽温度+3℃；另外主管道在设计时，需要考虑5℃的裕量；而锅炉集箱设计时需要考虑12℃的偏差(含裕量)。目前已投运最高参数的二次再热锅炉出口的温度为605/623/623℃，集箱考虑12℃的偏差后，为617/635/635℃，接近并已超过了《锅炉安全技术监察规程》规定的集箱、管道用P92材质温度的上限。

随着温度的上升，P92材料的许用应力急剧降低。针对1000MW容量下，P92管道材料30 35MPa，600℃主蒸汽壁厚进行了计算，计算结果表明35MPa压力条件下，主蒸汽管道D0/Di＞1.7，该值大于处于《电厂动力管道设计规范》(GB50764-2012)中关于管道壁厚计算公式的适用条件的临界条件。

综合以上分析，在现有的P92材料条件下，选用的机组参数按31MPa/600/610/610℃或31MPa/600/620/620℃是可行的，但是也达到了P92材料的适用上限。所以，锅炉出口联箱和主蒸汽、再热蒸汽热段管道的材料是进一步提高机组参数的瓶颈因素。

因此，本领域急需开发新的适用于高参数的燃煤电厂的热力系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种机组效率高的高参数的燃煤电厂热力系统。

在本实用新型中，本实用新型提供了高参数燃煤电厂热力系统。所述热力系统包括凝汽器、凝结水泵、锅炉、汽轮机、回热系统以及连接组件，

所述锅炉包括锅炉水冷壁、锅炉过热器受热面、锅炉一次再热器受热面以及锅炉二次再热器受热面；

所述汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸；

所述回热系统包括低压加热器、除氧器和高压加热器；

所述回热系统与锅炉通过主给水管道连接；

所述热力系统还设有一BEST机；

其特征在于，所述组件包括主蒸汽管道、一次高温再热蒸汽管道、二次高温再热蒸汽管道、高温再热蒸汽联箱、管道接头、高温过热器出口段、一次高温再热器出口段以及二次高温再热器出口段。

所述主蒸汽管道的材料为铁素体钢SAVE12AD，所述主蒸汽管道的直径为150-350mm，管壁厚度为50-120mm。

在另一优选例中，所述的主蒸汽管道的内径为305mm，管壁厚度为95mm。

所述主蒸汽管道的材料为铁素体钢G115，所述主蒸汽管道的直径为150-350mm，管壁厚度为50-120mm。

在另一优选例中，所述的主蒸汽管道的内径为305mm，管壁厚度为95mm。

所述主蒸汽管道的材料为铁镍基合金HR6W，所述主蒸汽管道的直径为150-350mm,管壁厚度厚度为35-90mm。。

在另一优选例中，所述的主蒸汽管道的内径为305mm，管壁厚度为75mm。

所述主蒸汽管道、一次再热蒸汽管道、以及二次再热蒸汽管道为1/4支管或1/2支管。

所述一次高温再热管道的材料为铁素体钢SAVE12AD，所述一次高温再热管道的直径为220-550mm，管壁厚度为35mm-85mm。

在另一优选例中，所述一次高温再热管道的内径为432mm，其管壁厚度为68mm。

所述一次高温再热管道的材料为铁素体钢G115，所述一次高温再热管道的直径为220-550mm，管壁厚度为35mm-85mm。

在另一优选例中，所述一次高温再热管道的内径为432mm，其管壁厚度为68mm。

所述一次高温再热管道的材料为铁镍基合金HR6W，所述一次高温再热管道的直径为220-550mm，管壁厚度为24-60mm。

在另一优选例中，所述一次高温再热管道的内径为432mm，其管壁厚度为48mm。

所述二次高温再热管道的材料为铁素体钢SAVE12AD，所述二次高温再热管道的直径为450-1100mm，管壁厚度为20-45mm。

在另一优选例中，所述二次高温再热管道的内径为889mm，其管壁厚度为36mm。

所述二次高温再热管道的材料为铁素体钢G115，所述二次高温再热管道的直径为450-1100mm，管壁厚度为20-45mm。

在另一优选例中，所述二次高温再热管道的内径为889mm，其管壁厚度为36mm。

所述二次高温再热管道的材料为铁镍基合金HR6W，所述二次高温再热管道的直径为450-1100mm，管壁厚度为15-35mm。

在另一优选例中，所述二次高温再热管道的内径为889mm，管壁厚度为26mm。

所述高温过热器出口段的材料为奥氏体钢Sanicro25，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为7-12mm。

所述高温过热器出口段的材料为NF709，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为7-15mm。

所述一次高温再热器出口段的材料为奥氏体钢Sanicro25，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为6-12mm。

所述一次高温再热器出口段的材料为NF709，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为6-12mm。

所述二次高温再热器出口段的材料为奥氏体钢Sanicro25，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为3-8mm。

所述二次高温再热器出口段的材料为NF709，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为3-8mm。

应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1为本实用新型的一种典型的高参数燃煤电厂热力系统结构图。

图中设备和管道名称：1－凝汽器；2－凝结水泵；3－低压加热器；4－除氧器；5－给水泵；6－高压加热器；7－主给水管道；8－锅炉水冷壁；9－主蒸汽管道；10－汽轮机超高压缸；11－汽轮机高压缸；12－汽轮机中压缸；13－汽轮机低压缸；14－BEST机(背压抽汽小机)；15－锅炉过热器受热面；16－锅炉一次再热器受热面；17－锅炉二次再热器受热面；18－一次冷再热蒸汽管道；19－一次热再热蒸汽管道；20－二次冷再热蒸汽管道；21－二次热再热蒸汽管道。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种高参数燃煤电厂热力系统。本实用新型考虑利用国内外最新研发的新材料，大管道材料包括G115、SAVE12AD、GH984G、HR6W等，受热面小管道材料包括Sanicro25、Incol 740H、C-HRA-3等；机组参数采用35MPa/610-615℃/630℃/630℃；以及热力系统(BEST机系统、12级回热系统、双除氧器系统)，提高机组参数，同时将发电煤耗再降低6g/kwh以上，发电效率接近50％，发电煤耗达到248g/kwh以下。在当前材料价格等可接受的条件下，机组参数及效率达到全新的高度。

术语

如本文所用，术语“超超临界机组”指火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的临界参数是：22.129MPa、374.15℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉；炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于25MPa被称为超超临界。

如本文所用，术语“发电标准煤耗”指将不同发热量的各种煤统一折算成发热量为29271千焦/千克的“标准煤”后算得的煤耗率。主要用于在燃用不同煤种的各个发电厂之间进行热经济性比较。

如本文所用，术语“铁素体钢”指碳钢中有三个基本相，即铁素体、奥氏体和渗碳体。含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大于27％的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。目前火电厂广泛应用的有P91/T91、P92/T92(适用温度620℃)、CB2、FB2等，以及新材料G115(中国钢研院)、SAVE12AD(日本新日铁)、MarBN(日本金属研究所)、改进型CB2，新材料的适用蒸汽温度约630℃。目前价格约8-15万/t。铁素体钢性能稳定，一般可以作为大管道材料以及汽轮机设备材料应用。

如本文所用，术语“奥氏体钢”指当钢中加入镍、锰、碳、氮等元素时，使奥氏体区域扩大。其中与γ－Fe无限互溶的元素镍或锰的含量较多时，可使奥氏体区域扩展到室温，因此在室温下钢组织仍以奥氏体单相存在。主要有目前常用的Super 304H、HR3C，以及新材料Sanicro 25(山特维克)，价格约10-30万/t不等。奥氏体钢耐温性能好，膨胀量较大，一般仅作为受热面材料。

如本文所用，术语“镍基合金”指镍基耐热合金，主要在氧化性介质条件下使用。抗高温氧化和含硫、钒等气体的腐蚀，其耐蚀性随铬含量的增加而增强。成分中基本不含铁元素，价格昂贵，约50 100万/t。主要有Inconel 617B、740H、C-HRA-1、C-HRA-3等。性能稳定，适用于700℃蒸汽等级的机组参数，可以作为未来机组的耐高温材料。

如本文所用，术语“铁镍基合金”指含镍量为20％-60％、铁元素含量约20％-30％的合金，主要有HR6W、GH984G等，适用于650℃蒸汽等级的机组参数，价格比较昂贵，约35 50万/t。

31MPa/600℃/610℃/610℃或31MPa/600℃/620℃/620℃参数的机组已经达到了目前所用P92等材料的上限，是适合现今的常规超超临界机组。目前建造的电站中，P92材料仍采用进口产品。

而受材料研究、加工制造工艺以及性价比的限制，700℃参数的超超临界燃煤发电机组是未来的发展方向，短期内尚无法实现。

而对于630℃等级的燃煤发电机组，目前国内制造厂已经进行了集箱等的研究。

本实用新型集成一种高参数的燃煤火电厂热力系统，其特征为

(1)参数等级：35MPa/610-615℃/630℃/630℃；(2)其大管道、汽轮机转子、气缸等采用铁素体钢新材料，包括G115、SAVE12AD、改进型CB2/CB2等；(3)锅炉高温受热面材料采用Super 304H、HR3C、Sancro25等；(4)再热器联箱及管接头用材量不多，可以采用G115、SAVE12AD等铁素体钢材料，也可以采用HR6W、GH984G材料；(5)采用两级的除氧器系统及十一级或十二级回热系统；(6)采用华东院专利技术BEST机组系统(背压抽汽式小机)；(7)水冷壁采用T92、T92或12Cr1MoVG、T23、T24材料；(8)配套采用烟气余热梯级利用系统；(9)汽轮机采用3个或2个低压缸，凝汽器采用低背压(低于4.0kPa)；(10)发电效率高于50％，发电煤耗低于248g/kwh。(11)主厂房采用常规或其他布置方式。(12)两台1000MW机组比常规二次再热机组价格高约8亿左右，投资在可接受范围内。

主要技术经济指标对比如下：

表1热经济性指标比较

项目	本实用新型2×1000MW	现有技术2×1000MW
			蒸汽参数	35MPa615/630/630℃	31MPa600/610/610℃
汽机热耗率(kJ/kW-h)	≤6800	7043
			锅炉效率(％)	≥94.7	94.65
发电效率(％)	≥50	47.82
			发电煤耗(g/kW-h)	≤248	256.8

本实施方式包括：

(1)采用二次再热机组，参数等级：≥35MPa/610-615℃/630℃/630℃；

(2)或采用一次再热机组，参数等级为：≥35MPa/610-615℃/630℃；

(3)或采用二次再热机组，参数等级：≥35MPa/630℃/650℃/650℃；

(4)或采用二次再热机组，参数等级：≥35MPa/650℃/630℃/630℃；

(5)或采用一次再热机组，参数等级：≥35MPa/630℃/650℃；

(6)或采用一次再热机组，参数等级：≥35MPa/650℃/630℃；

(7)采用≥35MPa/610-615℃/630℃/630℃参数时，其主蒸汽和高温再热蒸汽管道采用G115、SAVE12AD等材料；

(8)采用≥35MPa/610-615℃/630℃/630℃参数时，其高温再热蒸汽联箱和管道接头采用HR6W、GH984G、G115、SAVE12AD等材料；

(9)给水温度采用330-340℃；

(10)机组容量为1000MW等级；

(11)或机组容量为1200-1350MW等级；

(12)或机组容量为600-660MW等级；

(13)高温过热器、高温再热器采用Super 304H+Sanicro25材料；

(14)或高温过热器、高温再热器采用Super 304H+Sanicro25+C-HRA-1材料；

(15)水冷壁采用T91、T92或T24等材料；

(16)机组采用超低背压(低于4.0kPa)，汽轮机低压缸采用三缸或两缸配置，提高效率；

(17)汽轮机仍采用CB2、FB2材料，或含3％Co的新型转子钢材料(优化的CB2、FB2材料)；

(18)或汽轮机采用MarBN等9Cr-3W-3Co系列钢；

(19)采用两级的除氧器系统及十一级或十二级回热系统；

(20)热力系统配套采用华东院专利技术BEST机组系统(背压抽汽式小机)；

(21)配套采用烟气余热梯级利用系统；

(22)主要经济指标：发电效率高于50％，发电煤耗低于248g/kwh。

(23)主厂房采用常规三列式、四列式布置或其他布置方式。

(24)主蒸汽、再热蒸汽管道全部采用1/4支管，在汽机入口合并为1/2支管；

(25)或主蒸汽、再热蒸汽管道在锅炉房合并为1/2支管，然后同汽轮机进口联通；

(26)汽轮机机组采用弹性基座；

(27)或者汽轮机采用刚性基座。

本实用新型的主要优点包括：

(a)利用本实用新型的热力系统，在建设成本相对增加不多的条件下，发电煤耗能进一步降低。另外，采用国产的材料，对国内燃煤发电机组的经济性、装备制造业的发展具备重要意义。

(b)本实用新型的机组参数高于现有的机组参数，即31MPa/600/620/620℃的机组参数，新机组参数以及新材料的应用，为机组参数的进一步提高创造了条件。

(c)本实用新型，对于一些新材料进行应用，目前超超临界机组的耐高温材料从2000年起一直应用P92、HR3C、Super304、TP347HFG等材料，本实用新型拟对新材料进行进一步的应用和验证。

(d)目前火电机组总体产能过剩，新材料、新参数的应用，也为火电机组的发展创造了条件。

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例

如图1所示，根据本实用新型的高参数燃煤电厂热力系统的一个实施例。该热力系统包括凝汽器1、凝结水泵2、锅炉、汽轮机、回热系统以及连接组件，所述锅炉包括锅炉水冷壁8、锅炉过热器受热面15、锅炉一次再热器受热面16以及锅炉二次再热器受热面17；所述汽轮机包括超高压缸10、高压缸11、中压缸12和低压缸13；所述回热系统包括低压加热器3、除氧器4和高压加热器6；所述回热系统与锅炉通过主给水管道7连接；所述热力系统还设有BEST机14；所述组件包括主蒸汽管道9、一次高温再热蒸汽管道、二次高温再热蒸汽管道、高温再热蒸汽联箱、管道接头、高温过热器出口段、一次高温再热器出口段以及二次高温再热器出口段。具体地，还包括给水泵5。蒸汽管道还包括一次冷再热蒸汽管道18、一次热再热蒸汽管道19、二次冷再热蒸汽管道20以及二次热再热蒸汽管道21。

(1)采用≥35MPa/610-615℃/630℃/630℃参数时，其主蒸汽和高温再热蒸汽管道采用G115、SAVE12AD等材料；采用G115时和SAVE12AD材料时(G115的许用应力高于SAVE12AD，计算时G115的许用应力按SAVE12AD计算)，主蒸汽1/2管道直径为305mm(ID)，管壁厚度为95mm；一次高温再热蒸汽1/2管道直径为432mm(ID)，管壁厚度为68mm；二次高温再热蒸汽1/2管道直径为889mm(ID)，管壁厚度为36mm；1000MW机组汽机热耗率约6800kJ/kwh。

采用≥35MPa/610-615℃/630℃/630℃参数时，其高温再热蒸汽联箱和管道接头采用HR6W、GH984G、G115、SAVE12AD等材料；采用HR6W时主蒸汽1/2管道直径为305mm(ID)，管壁厚度为75mm；一次高温再热蒸汽1/2管道直径为432mm(ID)，管壁厚度为48mm；二次高温再热蒸汽1/2管道直径为889mm(ID)，管壁厚度为26mm。

主蒸汽、再热蒸汽管道全部采用1/4支管，在汽机入口合并为1/2支管；

或主蒸汽、再热蒸汽管道在锅炉房合并为1/2支管，然后同汽轮机进口联通。

(2)受热面材料

采用≥35MPa/610-615℃/630℃/630℃参数时，其过热器、再热器高温段(高温过热器、再热器出口段)采用Sanicro25或NF709等材料。初步数据如下表所示：

表2各受热面初步数据表

利用本实用新型的热力系统，在建设成本相对增加不多的条件下，发电煤耗能进一步降低。

在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种高参数燃煤电厂热力系统，所述热力系统包括凝汽器、凝结水泵、锅炉、汽轮机、回热系统以及连接组件，

所述锅炉包括锅炉水冷壁、锅炉过热器受热面、锅炉一次再热器受热面以及锅炉二次再热器受热面；

所述汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸；

所述回热系统包括低压加热器、除氧器和高压加热器；

所述回热系统与锅炉通过主给水管道连接；

所述热力系统还设有一BEST机；

其特征在于，所述组件包括主蒸汽管道、一次高温再热蒸汽管道、二次高温再热蒸汽管道、高温再热蒸汽联箱、管道接头、高温过热器出口段、一次高温再热器出口段以及二次高温再热器出口段。

2.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述主蒸汽管道的材料为铁素体钢SAVE12AD或铁素体钢G115，所述主蒸汽管道的直径为150-350mm，管壁厚度为50-120mm。

3.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述主蒸汽管道的材料为铁镍基合金HR6W，所述主蒸汽管道的直径为150-350mm,管壁厚度厚度为35-90mm。

4.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述主蒸汽管道、一次再热蒸汽管道、以及二次再热蒸汽管道为1/4支管或1/2支管。

5.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述一次高温再热管道的材料为铁素体钢SAVE12AD或铁素体钢G115，所述一次高温再热管道的直径为220-550mm，管壁厚度为35mm-85mm。

6.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述一次高温再热管道的材料为铁镍基合金HR6W，所述一次高温再热管道的直径为220-550mm，管壁厚度为24-60mm。

7.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述二次高温再热管道的材料为铁素体钢SAVE12AD或铁素体钢G115，所述二次高温再热管道的直径为450-1100mm，管壁厚度为20-45mm。

8.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述二次高温再热管道的材料为铁镍基合金HR6W，所述二次高温再热管道的直径为450-1100mm，管壁厚度为15-35mm。

9.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述高温过热器出口段的材料为奥氏体钢Sanicro25，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为7-12mm。

10.如权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述一次高温再热器出口段的材料为奥氏体钢Sanicro25或者NF709，所述高温过热器出口段的直径为38-60mm，管壁厚度为6-12mm。