臻 境 ６００ＭＷ级超超临界机纽蓬汽参数优化 胡皓黄军军刘种 （中南电力设计院 湖北武汉４３００７１） 摘要对６００ＭＷ超超临界机组蒸汽参数的选择给出合理的建议，分析再热蒸汽温度提高后对主辅机选择、高温再热蒸 汽管道、机组热经济性、建设周期的影响，现阶段建议蒸汽参数选为２７ＭＰａ／６００￣Ｃ／６１０～６２０￣Ｃ￣合适。 关键词 ６００ＭＷ超超临界机组 蒸汽参数优化 中图分类号：ＴＭ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９０６４（２０１２）０４—０４９—０３ 前言 于研发阶段；③提高蒸汽参数，大幅度提高蒸汽参数（３５ＭＰａ／ 我国现在是火电装机容量最大的国家．也是二氧化碳排 ７００￣（］／７２００（］）．主要依赖于材料的变革和更新换代。材料的研 放最多的国家，因而大力发展清洁、高效、节能的超超临界机 发制造、高温部件现场挂炉试验和示范电厂的检验等还需要 组是我国火电发展的必然趋势 蒸汽参数往往是影响机组效 较长的时间 能的一个重要因素．如何选择超超临界机组的蒸汽参数．是 因此．针对目前即将实施的６００ＭＷ级超超Ｉ临界机组． 目前项目建设中需要探讨的一个问题 建议应在现有成熟材料的基础上．充分发挥材料的潜能。适 １ ６００ＭＷ级超超临界机组发展现状 当提高超超临界的蒸汽参数．并结合优化热力系统设计．进 在国内现已投产的６００ＭＷ级超超临界机组有４０多 一步提高机组热效率，降低煤耗及减少污染物的排放。 台，典型的机组参数见表１。汽轮机进口蒸汽参数均为 ２ ６００ＭＷ级超超临界机组蒸汽参数的选择 ２５ＭＰａ／６００／６００＂Ｃ。 ２．１ 主蒸汽参数的选择 表１ 典型６００ＭＷ级超超临界机组主机参数 （１）主蒸汽压力的选择。主蒸汽压力建议选定在２７ＭＰａ， 理由如下：①随着主汽压力的提高．主机设备和主汽、给水系 统制造成本相应增加。主汽压力采用２７ＭＰａ，汽机的设计、制 造及造价均不发生改变。如主汽压力升高至２８ＭＰａ。高压缸 通流部分需要全新设计。对锅炉而言，锅炉一次汽侧的受压 件材料等级不变．但其壁厚需要有所增加．不同主汽压力下 上世纪末和本世纪初。在欧洲、１３本等国家相继投运的 的机组热经济性比较见表３．可以看出随着制造成本的增 ６００ＭＷ级超超临界机组中，蒸汽参数有所提高，其中日本 加．现阶段将主汽压力提高至２８ＭＰａ收益基本与２７ＭＰａ持 Ｉｓｏｇｏ电厂的机组再热蒸汽温度达到６１０℃．１３本矶子电厂 平；②机组在３０％～９０％范围内为滑压运行，机组在滑压运行 机组再热蒸汽温度达到６２０℃。 状态下．主汽压力随着机组负荷的下降而下降．提高额定主 表２ 日本和欧洲部分６００ＭＷ级超超临界机组主机参数 蒸汽压力在实际运行中达不到预期的效果 （２）主蒸汽温度的选择。主汽温度维持在６００￣Ｃ，是基于 现有材料的许用温度的。当主汽压力在２５～２７ＭＰａ时。 如进一步提高主汽温度．Ｐ９２的许用应力大幅衰减。当管道 壁厚超过一定的壁厚时，因材料的不均匀性．Ｐ９２的许用应 力加速衰减．管道的壁厚过厚．管道的加工和制造工艺难度 加大，且管道刚度变大，对管道的布置、应力分析和设备的推 力力矩有较大影响．对机组的安全运行存在隐患 超超临界机组提高效率的研究方向主要体现在３个方 综上所述．对于目前即将实施的超超临界机组。主蒸汽 面：①优化热力系统，包括冷端优化、增加回热级数等；②采 的参数定在２７ＭＰＷ６００￣较为合适 用二次再热，热耗降低约１．６％．但电厂的投资增加６％～８％ ２．２高温再热蒸汽温度的选择 同时。由于采用了二次再热，系统复杂，设计难度加大，对材 基于现有成熟材料．再热蒸汽的温度可以选取６００～ 料的加工工艺要求更高．锅炉的受热面布置以及再热汽温的 ６２０￣（２。再热蒸汽温度选取６１０￣Ｃ时．６００℃选用的材料在锅炉 控制提出了新的要求 目前国内各主机厂的相关方案还都处 和汽机上都可以继续使用．汽轮机主要是对中压联合汽阀的 作者简介：胡皓（１９７３一），女，现从事火电设计工作。 ｎ１９Ｍｎ４矗 表３不同主蒸汽压力下的机组热经济性比较 注：机组年利用小时数按５５００ｈ，标煤价按１０５０Ｙｒ．／ｔ．运行２０年收益按费用现值比较法，贷款利率按７．０５％ 表４不同再热蒸汽温度下的机组热经济性比较 阀壳进行加厚和调整中压缸的通流部分：锅炉原６００￣Ｃ选用 问题。 的集箱和受热面的材质都可满足要求．主要是调整再热器受 热面的布置、增加耐高温材料的使用比例和对部分部件进行 加厚，主机设备的设计和制造都没有问题。 再热蒸汽温度提高至６２０℃后．原６ｏｏ℃选用的材料可 （２）对辅机设备的影响。将再热蒸汽的温度由６００￣Ｃ提高 至６２０℃后。对锅炉和汽机辅机选择影响不大．主要差别体现 在以下两个方面：①三段抽汽的温度会升高约２４℃左右，不 会引起高压加热器蒸汽冷却段和抽汽管道材质的变化。②再 热蒸汽温度由６００￣Ｃ提高至６２０￣Ｃ后．低压旁路阀的工作温 度也相应升高至６２０℃．超超临界机组的低压旁路阀一般选 用１７９２材料．允许使用温度为６５０￣Ｃ．现行材料完全可以满 足低旁阀的使用条件 （３）对高温再热蒸汽管道的影响。再热蒸汽温度由６００￣Ｃ 升高至６２０％］后．Ｐ９２材料的许用应力由６８．３４ＭＰａ下降到 ５１．６ＭＰａ．再热蒸汽管道壁厚需要加厚。再热蒸汽管道的耗材 约增加２０％左右。随着设计温度的提高和管道壁厚的加厚， 对汽轮机进口和锅炉出口处的力和力矩也相应增加．因此需 能无法在汽机上无法继续使用。因此．我们着重研究了再热 蒸汽温度提高至６２０￣Ｃ对主辅机设备、系统、机组热经济性等 的影响。 （１）对主机设备的影响。对汽轮机而言，再热蒸汽的温度 由６００￣Ｃ提高至６２０℃，需要考虑以下几个方面的问题：①蒸 汽比容变大，汽轮机中压缸的通流需要重新设计：②高温部 件材料的选择、焊接、热处理及加工工艺。根据我们对汽机厂 的调研．再热蒸汽温度升高至６２０℃后．汽轮机厂可以通过成 熟机型的模块上调整中压缸的通流．中压联合汽阀和转子的 材质升级为ＣＢ２／ＦＢ２等手段来保证再热蒸汽温度提高至 ６２０℃后汽轮机的运行可靠性 汽轮机再热蒸汽进汽温度由６０ｏ℃升高至６２０℃．锅炉 出口的再热蒸汽温度相应由６０３ｏＣ升至６２３℃．对锅炉需要 要进一步优化再热蒸汽管道的布置和支吊架的合理设置确 保设备接口处的力和力矩在厂家许可的范围之内。 （４）对项目建设周期的影响。如采用２７ＭＰｄ６００／６１０℃， 与２７ＭＰｄ６００／６００￣Ｃ机型相比．没有材料的变化。主机设备的 供货周期没有差别，项目的建设周期也没有变化；如采用 ２７ＭＰａ／６００／６２０￣Ｃ．与２７ＭＰａ／６００／６００￣Ｃ机型相比，汽轮机的高 是考虑五个方面的问题：①布置更多的受热面来解决吸热的 问题；②高再受热面、高再出１：３集箱和管道材质选择；③再热 器温度偏差的控制方式；④高再出口段管内高温氧化的控制 温部件需要使用ＣＢ２材质 主机的供货周期相比２７ＭＰｄ ６００／６００￣Ｃ可能会增加３至５个月左右 措施；⑤高温部件加工工艺的优化和改良。根据上锅、东锅、 哈锅的反馈．再热蒸汽温度升高至６２３℃．锅炉厂在不改变 现行选材的基础上，增加再热器受热面的布置、提高耐高温 材料的比例、优化调节手段减少再热器出口的偏差来保证再 （５）对热经济性的影响。高温再热蒸汽温度从６０ｏ℃提高 至６１０￣Ｃ和６２０℃．汽轮机的热耗有所降低，初始投资要增 加 可以按费用现值法和年值法进行比较。见表４。从表４可 以看出．再热蒸汽温度从６００ｏＣ升高至６１０￣Ｃ后，每年收益为 热蒸汽温度提高后锅炉的可靠性．锅炉的设计和制造都没有 （下转第６３页） ２０１２．Ｎ０．４．囝 １５李Ｉ 面一般不小于４．Ｏｍ２．高度可以低于１．８ｍ．由于围岩移近量 小．巷道变形小．故多采用金属支架或木棚支护。但是必须加 强木支架折损情况及金属支架变形程度的检查．防止巷道片 帮冒顶 作业面的运输与回风巷采用Ｕ型金属支架支护，可 有效改善巷道维护状况，确保巷道断面完好。同时还能简化 采煤工作面端头支护和超前支护工艺．为工作面快速推进和 大地降低了作业强度 蜕 （２）有效降低回采成本。由于各主采煤层均属极薄煤层， 造成绝大部分回采巷道为半煤岩巷．甚至存在岩多于煤的破 压地段．无法利用现有的高效掘进设备。放炮也不能一次全 断面爆破．吨煤火工品消耗量较大，回采成本高。应用这项回 采技术．有效减少了全岩破压、长距反眼找煤等低效掘进进 尺，降低采面综合回采成本。 （３）有效提高回采效率。煤层赋存情况较为复杂。尤其是 煤层在走向与倾向上的次级褶曲均极为发育．且煤层厚度变 化快．呈串珠状赋存。造成布置采面的切眼及联络眼非常频 繁，也无法正规的长壁的采面，对回采效率影响很大。应用这 实现安全高效回采提供有效的保障。 （２）￣ｌＪ强密柱支护。在进行斜坡短壁推采过程中，为了防 止上部采空区窜矸．靠上部采空区必须留设３￣５ｍ的煤柱。 并必须严格煤壁的走向密柱及背帮工作。每推采５～ｌＯｍ后 与上部采空区贯通１个通风观测口。 ３ 回采技术的应用效果 “冲水溜煤”的回采方式是武陵矿井通过摸索总结．得出 的一套非常适合矿井实际的回采技术．通过在后续生产中的 实际应用推广．不仅有效地提高资源利用率．也解决了矿井 生产过程中存在的诸多难题。 （１）有效降低劳动强度。根据矿井历年开采揭露证实，３ 项回采技术，降低了万吨掘进率，提高了资源回收率，也就提 高了矿井煤炭资源的回采效率。 ４结论 对于武陵矿井来说．通过多年的煤炭回采实践．对矿井 的极薄煤层回采形成了一套较有特色的“冲水溜煤”回采技 术．并有效结合各种综合保障技术措施．取得了良好的经济 效益。且大大提高了矿井的煤炭资源利用率，具有一定的推 广应用价值 层主采煤层的均厚在０．７ｍ以下，属极薄煤层。使得人员进入 或在工作面内作业以及设备移动都十分困难．工作面内的工 作条件差。劳动强度大。应用这项回采技术，仅溜煤一项就极 （上接第５０页） １６５．８万元，每台机，降低ＣＯ２排放约４０７２ｔ／ａ；再热蒸汽温度 技术上讲是可行的．主机设备的设计和制造不存在技术问 题，对锅炉、汽机辅机的选择没有较大的影响。 （２）再热蒸汽温度从６００￣Ｃ升高至６１０￣Ｃ后。每年收益为 升高至６２０￣Ｃ后。每年收益为１１０～２２４万元／每台机．降低 ＣＯ２排放约８２０１ｔ／ａ。 ３ 结论 （１）对于即将实施的６００ＭＷ级超超临界机组，建议主 １６５．８万元／每台机，降低ＣＯ２排放约４０７２ｔ／ａ；再热蒸汽温度 升高至６２０￣Ｃ后。每年收益为１１０～２２４万元／每台机．降低 ＣＯ２排放约８２０１ｔ／ａ。 蒸汽的参数定在２７ＭＰａ／６００￣Ｃ 再热蒸汽参数６１０～６２０￣Ｃ从 （上接第５３页） 高、宽的ｌＯ倍和８倍。力学边界采用底边固定，左右侧面Ｙ 方向固定。顶面施加力，结合某工程实际，取 ｏ＇ｙｙ＝１８．４ＭＰａ、（ｒｚｚ＝９．３ＭＰａ。 提高支护效果的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。 ３结论 ＝９．３ＭＰａ、 对相同地质条件，不同形状断面进行数值模拟．可以真 实地反映巷道的变形规律以及应力应变变化状态．所得数据 可有效指导巷道的支护设计。通过对巷道形状的优化．达到 从模型结果来看：两种断面形状中受力较好的为直拱 型．较差的为矩形断面而综合效果最好的也是直拱形。矩形 是拱形的１．０５倍：断面周长为１．０８倍．因本次模拟底面不支 节省支护材料和提高支护效果的目的．对煤矿节省成本。提 高经济效益。具有重要应用价值。 参考文献 １ 康红普。王金华．煤巷锚杆支护理论与成套技术．北京：煤炭工业出 版社．２００７ 护。实际巷道断面支护周长为１．１２倍：从最大主应力的分布 范围来看．矩形断面引起的应力集中范围比拱形断面要大的 多。矩形塑性区范围是拱形的１．１７倍：垂直位移分别为２．３２ 倍，水平位移为１．２６倍。巷道支护周长影响着支护效果和材 料的消耗，在锚杆锚索数量相同的情况下，长度越小，表明支 护密度越大、支护效果就越好、材料消耗也越小．材料的消耗 ２侯朝炯，郭励生．勾攀峰．煤巷锚杆支护．徐州：中国矿业大学出版 社．１９９９ 主要体现在网和Ｈ钢带上。拱形最小，从支护效果来看．直 拱形比矩形好 在六道湾煤矿＋５３０ｍ水平回采巷选用直墙半圆拱形巷 道，与原设计相比在不增￣ｎ－ｒ：程量的前提下，起到节约成本、 ３杨壮．韩磊．新集刘庄矿１１０２工作面巷道断面形状优化设计．山东 煤炭科技，２００７（４） ２０１２．Ｎ０．４．●氐
