【解密】二次再热火电技术

背景:

随着中国工业化、城镇化加快发展,能源供应保障任务艰巨。一方面,第二产业特别是高耗能工业能源消耗比重过高,钢铁、有色、化工、建材4大高耗能行业用能占到全社会用能的40%左右。中国能源利用效率与世界先进水平尚有较大差距,即使与新兴经济体国家中的巴西、墨西哥等比较,每万元产值能耗也有几倍的差距。如果通过节能提效的手段,国内高耗能行业年节能将超过3亿吨标准煤,节能潜力巨大。另一方面,目前煤炭占中国一次能源生产总量比例仍高达78.6%,占一次能源消费量的72.8%。未来相当长时期内,煤炭仍将是中国的主要能源。实现煤炭的清洁化利用,成为中国建立构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系的关键环节。

【解密】二次再热火电技术

概念

二次再热技术代表当前世界领先发电技术,是目前提高火电机组热效率的有效途径。一般常规机组均采用蒸汽一次中间再热,是将汽轮机高压缸排汽送入锅炉再热器中再次加热,然后送回汽轮机中压缸和低压缸继续做功。再热技术通过提高蒸汽膨胀过程干度、焓值提高蒸汽的做功能力,增加第二次再热就是为此目的。采用二次再热的系统,蒸汽在超高压缸、高压缸做功后分别返回锅炉的一次再热器、二次再热器中再次加热,相比一次再热系统,二次再热系统锅炉因多了一级再热,增加了能量分配和调温的技术难度,汽轮机也增加一个超高压缸,多了一套主汽与调节汽门的协调控制。在两种技术流派中,目前全世界的火电机组仍以一次再热为主流,以往二次再热因造价与收益问题,经济性不高,未能广泛应用,随着二次再热机组技术不断成熟和造价下降,以及它的节能优势,也越来越受到发电企业的关注。

优点VS缺点

在相同主汽与再热蒸汽参数条件下,二次再热机组的热效率比一次再热机组提高1.5%~2% 左右,二氧化碳减排约3.6%;且目前技术成熟的铁素体合金材料和奥氏体合金材料能够满足二次再热超超临界机组的安全要求。但二次再热会使机组结构、调控和操作运行更加复杂,汽轮机需增加一级超高压缸和相应的控制机构,热力系统也更加复杂。二次再热机组相比一次再热机组过热蒸汽吸热比例相对减小,再热蒸汽吸热比例增大。二次再热汽温调节主要方法有烟气再循环、燃烧器摆角和烟气挡板调节,汽温的各种调节方法还有待运行实践和经验积累。尽管二次再热技术使得机组设备结构和系统更为复杂,但受700摄氏度等级金属材料的研制、加工制造工艺,特别是制造成本等因素制约,未来数年内难以建成示范电站,规模化建设更是遥遥无期的情况下,发展超超临界二次再热技术是提高燃煤发电机组热效率,降低能耗,减少温室气体与污染物排放,实现经济社会可持续发展切实可行的有效手段。

前景

根据超超临界机组未来的发展,参数必然进一步提高,采用二次再热,当主、再热蒸汽温度达到650摄氏度~720摄氏度、主汽压力超过30兆帕时,电站的效率将进一步提高,可以获得与IGCC和PFBC发电技术相媲美的优良经济性。

根据欧盟AD700计划、日本700摄氏度超超临界计划和美国AD760计划,未来十年左右有望建成参数达到40兆帕/700摄氏度/720摄氏度超超临界示范机组。我国于2010年成立了“国家700摄氏度超超临界燃煤发电技术创新联盟”,着力发展中国自己的700摄氏度超超临界燃煤发电技术(PRC700)。

历史VS现状

世界第一台超临界锅炉由西门子公司设计制造。而世界上首台二次再热机组是1956年西德投运的参数为34兆帕/610摄氏度/570摄氏度/570摄氏度,容量为88兆瓦的机组。

二次再热技术从20世纪50年代至70年代得到迅速的发展,美国、德国、日本、丹麦等欧美国家生产制造了大量二次再热机组。受当时金属材料性能设计、制造水平和机组容量的限制,二次再热机组的参数经历了“高—低—高”的过程。从80年代开始,二次再热技术逐渐提高了经济性、可靠性和灵活性,成为技术成熟的超超临界技术。

美国

起步早,50年代制造了12.5万千瓦和32.5万千瓦的高参数二次再热机组,为当时世界上参数最高、容量最大的机组,到1973年共计投产25台。由于蒸汽参数选取过高,超越了当时的材料性能水平,因影响了运行可靠性而将参数降低运行,继而以发展亚临界参数机组为主。

日本

60年代引进了美国60万千瓦超临界机组,经过2~3年实现了引进技术到自主技术的转换,再经历3~5年时间实现了60万千瓦向100万千瓦过渡。到1976年投产二次再热机组共11台。1989年投运的川越电厂二次再热机组代表了当时的先进水平。

欧洲

德国发展最早,但容量小、机组结构复杂、运行困难、可用率不高,没有得发展。丹麦1998年投运的诺加兰德电厂41.1万千瓦二次再热机组,以海水直接冷却,净热效高达47%~49%,仍处于当今世界火电机组的最好水平。

1998年以后国外没有新投运的二次再热机组,分析其主要原因是

二次再热机组系统、设备和运行控制复杂性较高。

在燃煤价格相对稳定的条件下,二次再热机组造价较高,缺乏技术经济优势。

目前,国内除安源电厂外,还有华能莱芜电厂、国电泰州电厂各有2台超超临界100万千瓦二次再热机组在建。泰州电厂3号机组已于2015年8月4日冲转定速3000转,将进行并网试运行阶段,华能莱芜电厂的机组随后也将进入试运阶段。

二次再热的十项全能

 1、二次再热机组动态响应分析、汽温调节和协调控制策略研究

二次再热锅炉炉烟循环系统,采用直接烟气循环,通过优化设计,每台锅炉减少了2台烟气-烟气再热器GGH,每台锅炉可节省投资约1656万元,降低厂用电率约0.1276个百分点。优化设计烟道除尘器,烟气抽出口加装分离档板,降低再循环炉烟的粉尘浓度,减小风机磨损量。一、二次再热汽温影响因素多且二次再热机组流程加长导致二次再热汽温惯性更大,相对响应时间较长,在控制对象的动态特性设计上,需更多地采用变参数、变定值技术。

2、二次再热机组启动参数及启动控制研究

 二次再热机组采用高、中、低压三级串联旁路,启动系统及操作、汽轮机的启动过程均较为复杂。二次再热机组极热态启动较常规一次再热机组更为特殊,由于极热态时,特别是事故跳机后恢复时,高压缸与中压缸的金属温度达580摄氏度以上,但由于二次再热锅炉吸热比的变化,造成极热态启动过程中只见汽压上升,最需升高的再热汽温却反而不见上升,无法达到汽轮机冲转所需的蒸汽温度。研究组提出极热态启动时将锅炉转干态运行,从接带20%负荷提前至汽机冲转前的非常规方案。通过多次极热态成功启动的实践,证明该方案切实可靠,解决了二次再热机组极热态启动的难题。

3、二次再热机组热力系统优化及调整研究

对高、中、低压旁路阀前的管道疏水进行优化,各取消一个疏水点,最大限度的减少机组运行时的泄露点,降低机组热耗,共可减少高温高压气动疏水阀4个,降低设备投资近20万。主蒸汽系统中,与常规超超临界机组不同,一、二次高温再热系统采用“2-2”的布置方式,降低管道加工焊接及焊缝检测难度,更好地保证主蒸汽、再热蒸汽管道长期安全稳定运行,与“2-1-2”布置型式相比,节约投资378万元。6大管道数量由常规的4根增加到9根,经优化设计,管道布置紧凑短捷,较大的节省管道用量,降低初投资,降低了管道阻力,提高了经济性。

4、超厚壁合金钢、异种钢焊接工艺研究

二次再热机组的锅炉末级过热器出口集箱4道160毫米的P92马氏体钢焊口,是目前国内最大壁厚焊口。施工技术及施工难度非常高,需要不间断连续施焊。课题组完成了德国伯合乐MTS 616、英国曼彻特CHROMET 92、法国液化空气的CROMOCORD 92等3种P92焊接材料重新评估,后两种焊材新纳入推荐范围,提出了3种焊接材料优化焊接工艺参数,经过84小时的连续施焊,最终焊接成功,焊口经超声波、硬度、金相检验,均符合规程规定标准。

5、二次再热机组环保排放优化研究

采用烟气协同治理技术,配置烟气脱硝装置+低低温省煤器+低低温电除尘器+高效除尘的湿法烟气脱硫装置。烟气通过低低温省煤器降温,极大提升了电除尘效率,余热回收利用,优化除尘吸收塔设计,大幅提高了脱硫系统的除尘效率。

6、二次再热机组有关参数监测及测点布置研究

立足二次再热机组投运后的安全性、经济性和可靠性运行的要求,对锅炉厂原有的测点设计进行了全面优化布置,经过优化以后的壁温测点总数由原锅炉厂的2800点,增加到优化后的3114点,达到了布置合理、必要,为运行调整和防止超温建立了完整的监控数据网。

7、提高系统效率研究

针对烟气再循环优化运行技术、凝结水参与一次调频技术和汽轮机辅助系统节能技术的应用进行了理论论证和方案设计,提出了可以有效降低烟气再循环率的优化运行方式,对机组投运后的运行优化提供直接的指导;证明凝结水参与一次调频技术是二次再热机组有效的、经济的调频手段;指出了二次再热机组改善凝汽器性能的途径和方法,提出了提高机组运行真空度的措施;采用西安热工研究院节能一体化研究成果“增设一套水环式真空泵+罗茨真空泵组”节电技术;提出了提高真空泵冷却器换热性能的运行措施;提出了提高汽动引风机冷端系统运行性能等各项技术措施。

8、全负荷脱硝和实现超低排放研究

脱硝采用低氮燃烧+SCR+SCR型空预器的整体技术路线,氮氧化物均可以满足超低排放要求。2号机组按超低排放设计,采用低低温电除尘+脱硫优化+高效烟道除雾器等手段,在原第2、3层喷淋层间增加1.5米吸收塔高度,设置合金托盘,喷嘴采用原装进口高效单向双头喷嘴,增加二级水平烟道除雾器,预计在进口烟尘每标立方20毫克时可以实现每标立方5毫克烟尘排放。

9、腐蚀防治问题研究

锅炉吹管过程,须设法提高过热汽温。由于电厂过热蒸汽管径较小,在现有管道结构条件下,吹管时出口流速达到音速,流量再无法增加,导致1号锅炉过热器系统吹洗初期吹管系数小于1,经研究,将两个临时门和超高压旁路门同时打开,改变结构条件,实现了吹管系数大于1。锅炉吹管采用三阶段、降压法吹管,经过一次再热器系统吹洗、二次再热器系统吹洗、高旁吹洗、中旁吹洗。吹管实验效果良好,靶板检验合格,清洁度检查合格。

10、仿真机开发研究

二次再热超超临界机组锅炉模型要能适应对流受热面级数增加、布置更复杂的要求,汽机模型要能有效反映超高压缸多一级再热器、汽水流程增加等因素引起动、静态响应特性发生较大变化的趋势,为试运行当中的控制方式以及调节方式的优先顺序开展合理性研究。实现了二次再热超超临界机组冷态启、停机、各种变负荷工况、常见事故设置和模拟功能,满足了运行人员学习和培训要求。

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目前评论:3   其中:访客  3   博主  0

    • avatar 爆实惠 0

      大家伙啊,动力强劲

      • avatar 别摸我那里 0

        评论” />

        • avatar 发到付 2

          应该不错的