國產600 MW超臨界燃煤機組擴容改造及經濟效益分析

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 蘭溪 321100）

國產600 MW超臨界燃煤機組擴容改造及經濟效益分析

徐書德，盧泓樾

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 蘭溪 321100）

針對國產600 MW超臨界燃煤機組投運后，因汽輪機通流部分效率低，導致電廠能耗高等問題，由ALSTOM公司負責汽輪機通流部分優化設計，電廠利用機組大修機會將汽輪機轉子高/中/低壓內缸全部換新，配合進行鍋爐、發電機、主變壓器等設備的改造，大幅度降低了機組能耗。機組熱力性能試驗表明優化措施合理可行，提高了機組的熱效率，經濟效益顯著，達到了節能降耗的目的。

超臨界燃煤機組；擴容改造；機組效率；節能；降耗

0 引言

電力工業是我國國民經濟的重要基礎產業，火力發電企業是為社會發展和經濟發展提供電力能源的企業，同時也是大量消耗一次能源和水資源的行業[1]。隨著近幾年我國和全球經濟、能源和環保形勢的發展，火力發電企業面臨的形勢也出現了新的變化。

電力工業是節能減排的重點領域之一，面對環境壓力，國家對節能減排的要求日益嚴格。隨著機組運行年份的增加，以及脫硫、脫硝等環保要求的提高，機組供電煤耗率下降的空間越來越小，因此，對投運年份較長的火電機組進行節能改造的要求已十分迫切。

按照機組能耗水平由低到高排序進行電量調度是發展趨勢，發電企業要想在日益激烈的市場競爭中保持良好的發展優勢，就必須采取有效措施，大幅度降低機組的供電煤耗。

近年來，隨著國際、國內煤炭價格上升，在銷售電價提升幅度不大的情況下，發電企業的利潤空間將越來越受到擠壓。尤其是隨著計劃電煤與市場煤價格的逐步接軌，火力發電企業將面臨更為嚴峻的經營壓力。

隨著我國電力改革的進一步深化，如何不斷降低發電成本、提高企業效益和機組運行的可靠性與經濟性已成為發電企業目前面臨的一個重大課題，而機組節能降耗是這個課題中的主要環節。蘭溪電廠國產600 MW超臨界燃煤機組的擴容改造是對機組節能降耗的有益探索。

1 擴容改造前的機組情況

1.1 設備簡介

蘭溪電廠國產600 MW超臨界燃煤機組汽輪機為東方汽輪機廠生產的超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸三缸、四排汽凝汽式汽輪機，型號為N600-24.2/566/566。鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的超臨界參數變壓運行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架加輕型金屬屋蓋、全懸吊結構Π型鍋爐，型號為B&W B-1903/ 25.4-M。發電機是東方電機股份有限公司引進日本HITACH（日立）公司技術制造的汽輪機直接拖動的隱極式、二極、三相同步發電機，型號為QFSN-600-2-22C。主變壓器由常州東芝變壓器有限公司制造，戶外、雙繞組、油浸單相強迫油導向循環風冷無載調壓變壓器，組合后的三相變壓器組聯接組別標號為YN，d11，高壓側中性點直接接地，型號為DFP-240000/500。

1.2 機組運行情況

機組于2006年12月投產，截至2013年3月業績良好，但也存在一些安全隱患，尤其在運行效率水平方面，發/供電煤耗率指標與同類型機組的先進水平相比，尚有一定的差距。

1.2.1 汽輪機運行情況

該汽輪發電機組的THA（設計熱耗率保證工況）為輸出端凈功率600 MW，該工況的機組熱耗率設計值為7 537 kJ/kWh。機組投產初期，按照美國機械工程師協會ASME PTC 6-1996《汽輪機性能驗收試驗規程》的要求，進行了嚴格的性能考核試驗，試驗結果如表1所示。

將試驗結果與設計值進行比較后可知：額定負荷工況的高壓缸效率為84.5%，比設計值86.3%偏低1.8%，影響整機效率約0.39%；試驗中壓缸效率為91.4%，比設計值92.5%偏低1.1%，影響整機效率約0.22%；試驗低壓缸效率為86.3%，比設計值 93.2%偏低 6.9%，影響整機效率約2.9%。綜合以上3項偏差，影響整機效率的總和為3.5%。由此可知，導致汽輪機實際運行性能偏離設計值的主要原因是汽輪機高/中/低壓缸通流效率偏低。

1.2.2 鍋爐運行情況

鍋爐在BMCR（最大額定蒸發量）工況下設計額定參數為：主蒸汽流量1 903 t/h，主汽出口溫度571℃，壓力25.4 MPa；再熱器出口溫度569℃，出口壓力4.526 MPa，進口溫度324℃，進口壓力4.716 MPa，再熱汽流量1 551.3 t/h。

從機組最大出力時的運行情況來看，鍋爐實際蒸發量達到2 000 t/h，盡管該數值已經超過BMCR的設計流量（1 903 t/h），但鍋爐側大部分設備都能滿足機組最大出力的運行要求。

1.2.3 電氣系統運行情況

發電機的額定容量為667 MVA；額定有功出力為600 MW；功率因數0.9（滯后），額定定子電壓為22 kV，額定電流17 495 A。該發電機自機組調試開始，運行狀況良好。

主變壓器的額定容量為720 MVA，自機組調試開始，主變壓器運行狀況良好。

2007年機組投產性能驗收試驗時，發電機、主變壓器都經歷了最大出力試驗的驗證考核，說明發電機和主變壓器均有能力進行擴容改造。

表1 機組THA工況性能考核試驗結果

2 擴容改造的實施

蘭溪電廠國產600 MW超臨界燃煤機組擴容改造項目以汽輪機通流改造，配套鍋爐、發電機、主變壓器擴容改造為主。2014年3月22日，機組停機開始A級檢修，同時進行汽輪機通流改造及鍋爐、發電機、主變壓器的擴容改造。

2.1 汽輪機通流改造

汽輪機更換了高/中壓轉子、高/中壓內缸、低壓轉子、低壓內缸、高/中/低壓部分所有靜葉和通流部件，對低發對輪螺栓進行了擴孔更換。

汽輪機高中壓通流部分保留沖動式設計，采用新的高/中壓內缸后，增加了葉輪級數，從而使新的高壓通流級數增為10級；除第一級加寬之外，調節級后設置了一段混合區，確保汽流均勻進入第二級。改造后，中壓缸的級數不變。改造后的通流設計，根據速比要求，優化葉片的節圓直徑，增大了頂部與底部半徑的比值，葉片更長，效率更高，蒸汽速度也更低。動葉具有先進的葉型，采用整體圍帶，在葉片頂部能夠形成平滑的喇叭形流道，另外也易于在葉頂采用迷宮式汽封[2]。高/中壓通流設計根據汽輪機的運行條件進行優化，高壓和中壓的噴嘴比原有噴嘴大得多，可減少固體微粒沖蝕，采用整體式圍帶消除了鉚接圍帶可能發生的固體微粒沖蝕。高壓隔板采用具有三維型線的靜葉，帶整體加工的根部和頂部圍帶，圍帶被焊進隔板內外環[3]。中壓通流設計結合了先進的自帶圍帶的靜葉和裝在單獨圍帶中的二維型線靜葉，并與隔板內外環焊接在一起。

改造后的低壓缸采用阿爾斯通高性能反動式通流設計，末級葉片為RS37T（37英寸帶鰭葉片），由原來的7級更改為8級。由于反動式設計，改造后轉子采用焊接式空心轉子。除了低壓末級動葉，其它的葉片都采用具有整體圍帶的全三維設計，運行時緊密地靠在一起并形成剛性的一排葉片。除末兩級外的其它動葉被安裝在轉子周向的葉根槽里，葉根槽為成熟的雙T型設計，末兩級葉根采用軸向安裝的縱樹型。所有的靜葉和動葉（除了末兩級靜葉）采用12%～13%的鉻合金加工而成，具有極好的抗水蝕性。低壓缸末級動葉進汽邊外緣采用感應硬化處理，整個表面采用噴丸處理，進一步提高了其防水蝕、防應力開裂的特性和抗腐蝕疲勞強度。

2.2 鍋爐擴容改造

擴容改造后，鍋爐BMCR由原來的1 903 t/h增大到1 997.96 t/h，再熱汽流量由1 551.3 t/h增大到1 652.33 t/h。

鍋爐改造時，適當減小了低溫再熱器右側受熱面，以減少低溫再熱器左右側的溫度偏差。低溫再熱器的4個水平管組由管徑為Φ60 mm、壁厚為4.5 mm、材質為15CrMoG的鋼管組成，呈逆流順列布置，橫向節距112.5 mm，6管圈并繞，沿爐寬布置194片，每個管組的管片下端焊有上支承，架在位于相應前包墻和隔墻的下支承上，全部重量通過包墻管和隔墻管傳遞到上集箱。

鍋爐擴容并減少再熱器管組后，進入空預器的煙溫比原設計提高8～11℃，因此適當增加了省煤器受熱面積。省煤器水平管組由Φ51×7 mm的SA210C鋼管組成，管組橫向節距112.5 mm，2圈并繞，沿爐寬布置194片。

鍋爐擴容后，因蒸發量增加，故更換了過熱器出口安全閥，以滿足鍋爐排放量增加的需要。經核算，不需要改造再熱器安全閥。

鍋爐的熱一次風道母管截面由原來的2 m× 2.2 m增加至2.5 m×2.2 m，以滿足磨煤機出口溫度提高及擴容改造后燃煤量增加的需要。

2.3 電氣系統擴容改造

擴容改建中更換了全部發電機定子槽楔，采用高換熱性能氫冷器，同時將發電機的額定氫氣壓力由0.414 MPa提高至0.45 MPa，以提高發電機內的冷卻能力。主變壓器也采用了高效冷卻器，以提高其冷卻能力。

3 改造的效益

機組改造后，按照ASME規程進行了嚴格的熱耗考核試驗，結果顯示100%THA工況下，汽輪機高/中/低壓缸效率分別為88.63%，90.98%，90.70%，熱耗為7 628.41 kJ/kWh；75%THA工況下，汽輪機高/中/低壓缸效率分別為 85.67%，91.11%，89.45%，熱耗為7 804.24 kJ/kWh。

3.1 節能減排經濟收益

機組通流改造后，600 MW負荷下供電煤耗可下降6.7 g/kWh。根據發電企業一般的計算方法，按負荷600 MW、利用小時數5 500 h、廠用電率5%計算，單臺機組年節約標煤21 004 t；按目前蘭溪電廠年平均標煤價800元/t計，單機年收益為1 680萬元；折算減少二氧化硫排放22.1 t，減少氮氧化物排放29.1 t（按脫硝改造完成后的排放計算），具有較好的節能降耗減排效果。

3.2 增容提效收益

按單臺機組增容提效改造投資13 000萬元，增容量60 MW計算，單位容量投資為 2 166.7元/kW，遠低于目前新擴建火力機組的單位投資水平（3 000～4 000元/kW），投資收益明顯，并且達到節能降耗的目的。單機可多發電33 000萬kWh/年，單位邊際收益按0.118元/kWh計算，可增加發電利潤3 894萬元/年。

合計2項，每臺機組總收益5 574萬元/年，可以在2.33年左右回收成本，實現了發電設備資產增值，同時具有較好的節能減排效益，符合國家產業政策。

綜上所述，蘭溪電廠國產600 MW超臨界機組應用汽輪機通流改造技術，對汽輪機高/中/低壓缸通流實施節能降耗和增容改造，各項性能數據均達到設計值，機組供電煤耗下降約6.7 g/kWh，節能減排效果顯著，達到了預期目標。

[1]馮玲.超臨界600 MW汽輪機通流經濟性優化[J].東方汽輪機，2012，7（2）:15-21.

[2]熊大健.600 MW超臨界汽輪機通流部分改造及降耗分析[J].電力與能源.2013.34（5）:508-513.

[3]曾榮鵬.國產300 MW沖動式汽輪機通流改造[J].華電技術，2012，34（10）:39-42.

（本文編輯：徐 晗）

Capacity Expansion of Home-made 600 MW Supercritical Coal-fired Units and Analysis of Economic Benefits

XU Shude，LU Hongyue
（Zhejiang Zheneng Lanxi Electric Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China）

Energy consumption of power plant is high due to low efficiency of flow passage of steam turbine after the operation of home-made 600 MW supercritical coal-fired units.By optimum design of flow passage with ALSTOM and replacement of high，medium and low-pressure inner cylinders during units overhaul in power plant as well as transformation of boilers，generators and main transformers，energy consumption of units is significantly reduced.Thermal performance test of the units shows that the optimization measures are reasonable and feasible in improving thermal performance of units;the economical efficiency is remarkable and the goal of energy saving and consumption reduction is achieved.

supercritical coal-fired units；capacity expansion；units efficiency；energy saving；consumption reduction

TK268+.3

B

1007-1881（2015）02-0033-04

2014-09-23

徐書德（1971），男，工程師，從事火電廠管理工作。