五原电厂2_600MW空冷机组工程的机组选型

󰀁五原电厂2󰀁600MW空冷机组工程的机组选型范󰀁飞,刘万珍(内蒙古电力勘测设计院,内蒙古呼和浩特󰀁010020)󰀁󰀁中图分类号:TM623.4(226)󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁文章编号:1007󰀁6921(2006)09󰀁0097󰀁03󰀁󰀁五原电厂2󰀁600MW空冷机组位于内蒙古自治区巴彦淖尔市五原县。本期工程建设2台600MW燃煤空冷机组。本报告对五原电厂2󰀁600MW空冷机组工程的机组选型进行专题论证。自80年代初我国引进300MW和600MW亚临界机组技术以来20多年的时间里,300~600MW亚临界机组已成为我国火力发电的主力机组。在我国一次能源构成中煤炭是主要能源,在相当长的时间内燃煤火力发电仍将在我国发电领域占主导地位。提高发电效率、降低污染、节约资源是今后火电机组的发展方向。提高蒸汽参数、发展大容量机组是提高机组热效率的主要手段。从近年来世界各国机组参数的发展情况来看,机组参数已由亚临界参数18.0MPa、540󰀁发展到超超临界参数25.0MPa、540󰀁~566󰀁。其可靠性与亚临界机组基本相当,技术成熟。因此,从我国国情出发,发展超临界燃煤机组有利于提高机组热效率。降低发电煤耗,且大幅度减少二氧化碳和二氧化氮的排放,提高环保水平,同时有利于提高我国电站设备的设计和制造水平,是提高我国火电机组技术水平、实现火电机组技术优化升级最有效又现实的措施,也是我国火力发电机组发展的必然趋势。国家发展改革委员会在2005年12月23日发布的󰀁产业结构调整指导目录(2005年本)󰀁中已明确指出󰀁电力行业鼓励发展单机60万kW及以上超临界、超临界机组电站建设󰀁。1󰀁超临界机组的发展1.1󰀁超临界机组概述水的临界点压力为22.129Ma,在低于临界压力状态下,水被定压加热到饱和温度后,开始产生蒸汽,随着吸热量的增加水和蒸汽的温度不会提高,而只是产生更多的蒸汽,直至水全部汽化后,蒸汽的温度才会继续上升。既水在亚临界状态下存在一个定温汽化的过程。在压力大于临界点压力状态下,水被加热到某一温度后就立即全部汽化,不存在上述的定温汽化过程。根据水的这一物理特性,我们以临界压力为界限,按照机组参数划分亚临界机组和超临界机组。在发电循环中,蒸汽参数是决定机组的热经济性的重要参数。同时,提高汽轮机的效率对提高机组热经济性起决定性的作用,约占其中85%~90%的份额。燃煤火电机组的热力系统是按朗肯循环进行的,提高蒸汽的初参数(蒸汽压力和温度)采用再热系统和增加再热次数都能提高循环的热效率。在一定范围内,新蒸汽温度或再热蒸汽温度每提高10󰀁,机组的热耗就可下降0.5%~0.3%。如果增加再热次数,例如采用二次再热,在同样蒸汽参数下热耗可较采用一次再热下降。常规亚临界循环的典型参数为16.7MPa/538/538󰀁,发电效率的为38%~39%。当汽机进口蒸汽参数超过水临界状态点的参数,统称为超临界机组。在70~80年代,一般超临界循环典型的多数为24.1MPa、538/538󰀁,或24.1MPa、538/566󰀁,对应的发电效率约为41%~42%。1.2󰀁国际发展超临界机组的历程大容量、高参数是提高火电机组经济性最为有效的措施,超临界机组的发展至今已有40多年的历史。90年代以来,以环保及节约能源为目标,世界超临界机组又进入了新一轮的发展时期。世界上超临界机组实际应用可划分为三个阶段:1.2.1󰀁第一阶段(50~70年代)的发展以美国GE和西屋公司为核心,当时的起点是超超临界参数。以西屋公司为例:1959年首台制造的325MW超超临界机组的进汽压力为34.5MPa,进汽温度达到649󰀁。该机组目前仍以33MPa,607󰀁/566󰀁/566󰀁参数在运行,是目前世界上运行时间最长的超超临界机组。由于电厂可靠性的问题,经历了初期超超临界参数后,从60年代后期开始至70年代,美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数:压力24.1MPa,温度538(C/566󰀁。直至80年代,美国超临界机组的参数始终稳定在这个水平。这个时期,美国超临界机组总数达到159台。1.2.2󰀁第二阶段为从80年代起的超临界机组优化及新技术发展阶段,该阶段仍以美国GE,西屋(WH)公司为中心。从70年代起,美国GE及西屋公司分别将超临界技术转让给日本(GE向东芝、日󰀁97󰀁试验研究󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁内蒙古科技与经济2006年第9期KEJIYUJINGJI

󰀁收稿日期:2005-12-12立,WH向三菱)和欧洲。从80年代起,GE和西屋公司对已投运的机组进行了大规模的优化及改造,美国国内常规超临界机组的可靠性问题得到彻底解决,到1985年,美国超临界机组的运行可靠性已达到亚临界相同的水平。通过改造实践,形成了一批经过验证的新设计方法、新结构,大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。与此同时,GE及WH又将这些新的先进技术与日本日立、东芝、三菱等公司联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。超临界机组的市场从80年代起转移到了欧洲及日本。1.2.3󰀁第三阶段为90年代新一轮超(超)临界参数(超高温、超超临界压力)的发展阶段。随着常规超临界技术的成熟,在环保及提高经济性目标的驱动下,从90年代开始,以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、前ABB)为中心,世界又进入了新一轮超(超)临界汽轮机的发展阶段。在保证机组高可靠性、高可用率条件下采用更高温度、更高压力是目前发展阶段的主要特点。1.3󰀁超临界机组的可靠性美国和德国等国家早期开发的超临界机组投运初期曾出现一系列问题,导致超超临界机组的可靠性较低,影响了超临界和超超临界技术的进一步发展。后来,美国爱迪生电气研究所(EEI)通过对大型火电机组运行状况的专门调查、统计和分析,发现超临界机组和超超临界机组运行中出现的问题并不是主要由于采用超临界或超超临界参数引起,而是因为的蒸汽参数的选择超出了当时的金属材料技术水平,过分依赖并大量使用了奥氏体钢。此外,大多数超临界锅炉按正压燃烧而不是负压燃烧设计和运行。为此,在以后的超临界机组的设计中选用了与金属材料技术水平相称的相对较低的压力和温度,从而使超临界机组的可靠性达到了亚临界机组的相同水平,而其经济性则高于亚临界机组。与此同时,美国、日本和欧洲各国开展了适应更高蒸汽参数的新型铁素体钢和改进奥氏体耐热钢的开发和研究,并取得了成功。在日本,450MW以上的机组均采用超临界参数,并采用美国成熟的技术,事故较少,因而并没有超临界机组可靠性比亚临界机组低的评价。德国大电厂技术协会(VGB)1978~1987年对大容量超临界和亚临界机组的统计结果表明,亚临界和超临界机组的可用率基本相同,且与机组的容量和参数无关。由此可见,现代燃煤电厂采用超临界参数机组不会降低其可用率。近十余年来,超临界技术在日本和欧洲得到迅速发展。日本、欧洲和美国等己掌握了超临界机组的技术,并已批量生产、投运,取得了良好的运行业绩,具有良好的可靠性、经济性和灵活性,表明超临界技术己代表了当代火力发电技术的国际先进水平和发展潮流,因而极大地增强了各国发展更先进的超临界技术的信心。1.4󰀁超临界机组的经济性根据不同国家,不同厂商的测算,采用超临界参数的机组比亚临界参数的机组其净热耗率约可下降1.7%~2.5%。超临界机组的经济性能主要体现在汽轮机的热耗率值,热耗率越低机组的经济效益越高。机组的参数越高,其热耗率值也越低。此外汽机热耗率与汽轮机的通流设计,叶片线型及末级叶片长度,回热级数等因素也有关,但决定汽机热耗率的主要因素是汽机进汽的初参数。不同国家及制造商提出了影响热耗率变化范围,其数值不太一样,例如:日本三菱公司认为压力从亚临界提高到超临界,相对热耗率可降低1.7%,日立公司认为相对热耗率可降低1.9%,前苏联认为相对热耗率可降低2.1%,德国、美国认为相对热耗率可降低2.0%,三菱、CE公司提出主汽温度或再热汽温度每提高一个等级,热耗率可降低0.8%。2󰀁超临界与亚临界技术经济比较2.1󰀁初投资比较国内超临界机组最常见的主机参数为24.2MPa、566/566󰀁和24.2MPa、538/566󰀁两种,其各系统及设备与亚临界没有差别;由于主蒸汽压力等级的提高引起给水泵和高压加热器水侧设计压力提高、主汽、热再热汽、高旁、给水等管道壁厚增加。主蒸汽参数的提高带来超临界机组的发电热效率提高,发电标煤耗降低,根据从汽机厂寻来的热平衡图计算,从亚临界机组到超临界机组,发电热效率由40.1%提高到41.6%、发电标煤耗由0.307kg/kW󰀁h降低至0.296kg/kW󰀁h。在机组参数提高、发电量不变的情况下,汽轮机的进汽、排汽量减少,在设计背压均为15kPa,汽轮机VWO工况的进汽量由亚临界机组2070t/h减少为超临界的2012.77t/h、排汽量由1267.78t/h减少为1175.66t/h。排汽量的减少会引起空冷凝汽器散热面积的减少,经初步估算散热面积将减少7.3%。参照󰀁火电送电变电限额设计参考造价指标󰀁(2004年水平),2X600MW超临界机组与亚临界机组的单位造价的差值为136元/kW。总的初投资差异为16320万元,超临界空冷机组由于空冷凝汽器散热面积的减小而减少的初投资为2250万元。所以2X600MW超临界空冷机组比亚临界空冷机组的初投资的增加为16320-2250=14070万元。初投资方面,亚临界机组有一定优势。2.2󰀁煤炭资源和价格本工程燃用神华集团海勃湾矿业有限责任公司所属煤矿的烟煤,神华集团海勃湾矿业有限责任公司已承诺为本项目提供燃煤,采用火车运输,经包兰铁路和电厂专用线进入电厂。󰀁98󰀁内蒙古科技与经济2006年第9期KEJIYUJINGJI󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁试验研究乌海市素有󰀁塞外煤城󰀁和󰀁乌金之海󰀁的美誉,是一座资源原材料型工业城市。乌海市煤炭资源丰富,是内蒙古自治区目前主要焦煤产地,也是国家20个大型焦煤基地之一。经过40多年的开发与建设,乌海市煤炭工业形成了以海勃湾矿业有限责任公司、乌达矿业有限责任公司两家国有重点煤矿为主,地方和乡镇煤矿为辅的格局。2.2.1󰀁海勃湾矿区。海勃湾矿业有限责任公司所辖海勃湾矿区位于卓子山煤田西翼,南北长约57km,东西宽2~23km,平均宽为6.5km,面积约372.3km2。到目前为止,海勃湾矿区煤炭保有能利用储量32.4亿t。根据沈阳煤矿设计院为海勃湾矿区编制的矿区总体发展规划,矿区生产规模一期达到600万t/年,二期达到1000万t/年。达到矿区生产规模的时间视市场情况和资金落实情况而定。目前矿区生产布局以四个矿井即老石旦煤矿、平沟煤矿、公乌素煤矿、公乌素露天矿为主力,逐步开发骆驼山矿区。2.2.2󰀁乌达矿区。乌达矿区位于乌达煤田,南北长16km,东西宽10km,面积约为200km2。到目前为止,乌达矿区煤炭保有能利用储量3.36亿t,可开采储量为2.63亿t。乌达矿业有限责任公司现有设计生产能力为420万t,2005年后原煤产量将突破500万t。其中已开采的矿区有苏海图矿、五虎山矿、黄白茨矿和露天矿。2.2.3󰀁乌海地方煤矿。乌海地方煤矿由乌海市煤炭工业管理局管理,据乌海市煤炭工业管理局提供的资料,地方煤矿占用储量2.5亿t。地方煤矿年生产能力440万t,由于以销定产,2002年地方煤矿实际产量为437万t。根据已取得的供煤和运输协议文件,本工程铁路运输到厂折合到标煤价为185元/t。2.3󰀁技术经济分析综合考虑煤价、发电标煤耗、厂用电率、初投资几方面的因素分别对亚临界和超临界机组进行财务评价指标分析。依据原国家计委、建设部计投资(1993)530号文印发的󰀁建设项目经济评价方法与参数󰀁,根据费用与效益对应的原则,在保证资本金内部收益率为8%的条件下,标煤价从200~400元、每隔50元对采用亚临界和超临界机组两个方案的上网电价进行了测算,下表所列为计算结果。标煤价(元/t)200250300350400上网电价亚临界258.5277.9297.31316.71336.11(元/MW󰀁h)超临界259.79278.5297.22315.92334.63󰀁󰀁根据计算结果绘制出上网电价随标煤价变化的曲线如下图。从图中可以看出,标煤价达到293元/t时两条线相交;也就是说亚临界和超临界机组的临界标煤价为293元/t。本工程燃用煤的折合标煤价低于293元/t,从目前看采用超临界机组的在综合经济性上低于压临界机组;但随着国际性的能源紧张,煤的价格总体上呈现上涨趋势。当标煤价高于293元/t以后,超临界机组的综合经济性将高于亚临界机组。