350MW超临界供热机组四大管道优化

350MW超临界供热机组四大管道优化

张忠峰 张晨雨 杨海涛 丛佩录 魏博涛

华能洛阳热电有限责任公司 河南省 471000

摘要：四大管道是电厂热力系统的重要组成部分，管道材料的机械特性、高温性能以及布置方式，将直接影响电厂的初始投资以及机组运行的经济性、可靠性。从四大管道系统参数、管道材料、规格和布置方式的选取等方面进行优化，可有效缩短四大管道长度，降低主汽系统、再热系统管道压降。350MW超临界供热机组主蒸汽系统压降可控制在4%以内，再热器系统总压降可控制在6.5%以内，有效降低热耗率，节约运行成本，提高能源利用率。

关键词：超临界；供热机组；四大管道；优化设计；降低管道压降；节约成本。

引言：

华能洛阳热电有限责任公司设计初期，将四大管道优化设计作为一项重要的节能降耗专题来做，从系统参数、管道材料、规格和布置方式的选取等方面入手，有效缩短四大管道长度，降低主汽系统、再热系统管道压降。实际使用中主蒸汽系统压降3.447%、再热器系统总压降5.856%，较好的完成了既定的控制目标，热耗率和标准煤耗有效降低，两台机组每年可节约成本约100余万元。

1 项目概况

华能洛阳热电工程设计安装2×350MW超临界燃煤供热发电机组，三大主机型号：锅炉采用哈尔滨锅炉厂HG-1163/25.4-PM1产品，汽轮机采用东方汽轮机厂CC350/272.9-24.2/1.1/0.4/566/566产品，发电机采用东方电机厂QFSN-350-2-20产品。四大管道设计随主设计同步进行，设计分界在锅炉各集箱接口。管道设计在设计院完成，管道施工安装进行工厂化配置，减少现场施工量，提高安装可靠性。

2 优化项目

2.1设计参数的确定

四大管道设计参数严格按《电厂动力管道设计规范》GB50764-2012的相关规定确定。

2.1.1主蒸汽、再热蒸汽管道。

2.1.1.1 主蒸汽管道设计压力及设计温度

超临界机组及以下机组，主蒸汽管道的设计压力应取用锅炉最大连续蒸发量时过热器出口的额定工作压力。取值为25.4 MPa(g)。主蒸汽系统管道的设计温度为锅炉过热器出口额定主蒸汽温度加锅炉正常运行时允许温度正偏差，加上管道温损5℃，即为576℃。

2.1.1.2 再热热段蒸汽管道设计压力及设计温度

热再热蒸汽管道系统的设计压力为汽轮机调节汽门全开工况热平衡中高压缸排汽压力的1.15倍，取值为6.5688MPa(g)。

热再热蒸汽管道系统的设计温度为锅炉再热器出口额定再热蒸汽温度加锅炉正常运行时的允许温度正偏差，即为574℃。

2.1.1.3 再热冷段蒸汽管道设计压力及设计温度

冷再热蒸汽系统管道的设计压力机组VWO工况热平衡图中汽轮机高压缸排汽压力的1.15倍，取值为6.5688MPa(g)。根据规程：冷再热蒸汽管道的系统的设计温度为VWO工况热平衡图中汽轮机高压缸排汽参数等熵求取在管道设计压力下相应的温度。对于再热冷段蒸汽管道的设计温度，根据《电厂动力管道设计规范》（GB50764-2012）规定，等熵求取高压缸排汽参数在设计压力下的相应温度，为370.5℃。

2.1.2高压给水管道设计压力及设计温度

主给水泵出口至关断阀的高压给水管道，设计压力取泵在额定转速特性曲线最高点对应的压力与泵进水侧压力之和；主给水泵出口关断阀后到省煤器进口的高压给水管道，设计压力取泵在额定转速及设计流量下泵提升压力的1.1倍与进水侧压力之和。高压给水管道设计温度取高压加热器后高压给水的最高工作温度。

2.2管道材料选择

根据2.1中各系统设计参数，主蒸汽管道、再热(热段)蒸汽管道的主管采用ASTM A335 P91无缝钢管(内径管)，再热(冷段) 蒸汽管道的主管采用ASTM A672B70CL32的焊接钢管。高压给水管道采用15NiCuMoNb -6-4(WB36)无缝钢管。

2.2.1主蒸汽和高温再热管道

目前对于超临界机组，主汽、热段一般选用P91材料，对于超超临界机组，一般选用P92材料。对于主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道，可供选择的材料主要有P91、P92、P122、E911，这四种材料在管道价格上也存在较大的差异，相同的重量条件下各管道价格比见表2.2。

在相同蒸汽参数下，P92与P122许用应力接近，但P122与P92在相同重量下的管道价格增加50%；而E911许用应力比P92低，且管道价格增加58%；由此可见P92的经济性明显优于P122及E911。

2.2.2低温再热蒸汽管道

低温再热蒸汽管道推荐采用最高允许使用温度为427高的A672B70CL32电熔焊接钢管, 不涉及新材料的应用。

2.2.3高压给水管道

对于高压给水管道，水温度仍维持在300°C左右，因此高压给水管道推荐目前国内外普遍采用的15NiCuMoNb5－6－4无缝钢管，亦不涉及新材料的应用。

从对主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道的水力计算发现在所选用的管径下，无论是在VWO、THA、TMCR哪个工况下，锅炉过热器出口至汽轮机进口的主蒸汽管道压降，不考虑裕量的情况下，都在汽轮机对应工况进汽压力的4%以下；低温再热蒸汽管道的压降都在汽轮机对应工况下高压缸排汽压力的1.03%以下；高温再热蒸汽管道的压降都在汽轮机对应工况下高压缸排汽压力的1.90%以下。而锅炉再热器压降为0.18MPa，这样保证整个再热系统的压降在6.5%以下，能够保证该机组有较低的热耗，从而降低发电成本。

3 经济性

经过以上优化项目后，主蒸汽、再热蒸汽系统管道压降经济性分析如下：

通过对主汽、再热系统管道布置优化以及尽可能采用弯管，在VWO工况下，主蒸汽系统由《大火规》规定的5%下降到4%，再热系统由《大火规》规定的8%下降到6.5%。实际运行数据见附表3.1 主蒸汽、再热系统管道压降.

3.1主蒸汽系统

通过计算可以得知在VWO工况下，主蒸汽系统压降减少至4%，机组热耗降低约1.38kJ/kW·h，标煤耗减少约0.047g/kW·h。

两台机组每年耗标煤所节约的费用：

2×（0.047×350×5500×850×1000）/1000000＝15.38（万元）

式中，机组功率按350MW取值；年设备利用小时数按5500小时取值；标煤价格暂按760元/吨取值。

主汽系统压降优化，两台机组每年多收入15.38万元。

3.2再热蒸汽系统

通过计算可以得知在VWO工况下，再热系统部分压降由8%减少至6.5%，机组热耗降低约6.3kJ/kW·h，标煤耗减少约0.238g/kW·h。

两台机组每年耗标煤所节约的费用：

2×（0.238×350×5500×850×1000）/1000000＝77.89（万元）

式中，机组功率按350MW取值；年设备利用小时数按5500小时取值；标煤价格暂按760元/吨取值。

再热系统压降优化两台机组每年节约运行费用77.89万元。

通过前面的经济分析可以看出，两台机组主汽，再热系统压降优化后，两台机组每年节约运行费用93.27万元。

结束语

通过对350MW超临界机组四大管道系统参数、管道材料、规格和布置方式的优化，可有效降低主蒸汽、再热系统管道运行压降，节约运行成本。

参考文献：

GB50764-2012《电厂动力管道设计规范》

FA11591C-J-02-05河南电力勘测设计研究院《四大管道优化专题报告》

TPRI/TH-RA-008-2016华能洛阳热电有限责任公司《1号机组性能考核试验报告》