清洁燃煤发电技术的发展有两个主要方向:一是提高机组参数,二是采用二次再热技术。
《超超临界二次再热燃煤发电机组设计与运行》作者在总结国电泰州电厂二期二次再热机组研发、设计和建设经验的基础上,对近年来的研究成果和设计心得加以提炼,围绕二次再热的技术难点和热点问题,对二次再热燃煤发电技术进行了全面阐述。主要内容包括超超临界二次再热技术的发展历史、主机参数匹配、锅炉和汽轮机的选型设计、耐热钢材料特性及应用、热力系统设计、主要辅机选型、主厂房布置设计和二次再热机组运行等。
《超超临界二次再热燃煤发电机组设计与运行》适合从事燃煤发电技术研究、工程设计、机组运行等工作的技术人员阅读使用,对电力工程投资单位、设计单位、运行单位和相关建设单位也有很好的参考和借鉴价值。
中国富煤、缺油、少气的能源结构特点,决定了以煤电为主的电力结构在很长一段时期内难以根本改变,发展先进、清洁的火力发电技术对中国电力工业的健康发展具有重要意义。目前,世界范围内清洁燃煤发电技术发展的主要方向其一是提高机组参数,其二是采用二次再热技术。
进入21世纪以来,中国在役火电机组参数快速从亚临界提升到超临界和超超临界。2006年,科技部863重大科技项目的依托工程——中国首台1000MW超超临界一次再热机组在华能玉环电厂投产。该科技项目于2007年获国家科技进步一等奖,标志着中国火力发电已进入超超临界时代。截至2016年1月底,国内已建成投产的600~620℃温度等级1000MW超超临界一次再热机组已达到86台,为中国大幅降低平均发电煤耗起到了重要作用,并使中国超超临界发电技术水平跨入国际先进行列。然而,受更高参数耐热材料开发的限制,目前很难再进一步大幅提高机组的参数。
面对节能减排和环境保护的巨大压力,开发更高效的二次再热发电技术对中国电力工业实现可持续发展的目标具有重要的现实意义。在此背景下,国家科技部立项了众多有关超超临界二次再热发电技术的国家科技支撑计划,开展了一系列技术攻关.并依托国电泰州电厂二期工程进行工程建设。作为国家能源局二次再热示范工程的泰州电厂二期工程已于2016年1月成功投运,其技术指标达到当今世界燃煤火电机组的最好水平,我国也借此实现了火力发电领域的追赶和超越。我国目前投运和在建的二次再热发电机组与国外最先进的二次再热机组相比,无论是机组容量、机组参数,还是机组效率都有了进一步的提高,其技术达到国际领先水平。
笔者有幸参加了1000MW-次再热超超临界技术的国家科技部863课题和依托项目华能玉环电厂的设计和建设,并主持了后续一些超超临界机组的设计;同时也是国内第一批研究、开发、设计超超临界二次再热工程项目的技术人员,全过程参与了国家科技部相关国家科技支撑计划和依托工程国电泰州电厂二期的研发、设计和建设,积累了较多的经验。在技术研究和工程设计之余,笔者静下心来对这些年的研究成果和设计心得加以整理和总结,历经近一年,终于完成本书的编写工作。
本书的内容覆盖国内外超超临界二次再热技术的发展历史、主机参数匹配、锅炉和汽轮机的选型设计、耐热材料特性及应用、热力系统设计、主要配套辅机选型、主厂房布置设计和二次再热机组的运行等方面,有针对性地紧扣二次再热的技术难点和热点问题,对二次再热燃煤发电技术进行了全面的阐述。其中,叶勇健完成了本书第一~三章和第五章第一、二节,以及第七章第四~六节的撰写,并对全书进行了统稿;林磊完成了本书第四、六章和第五章第三节、第七章第一~三节的撰写;朱佳琪完成了本书第八、九章的撰写。
本书在编写过程中,得到了电力规划设计总院副院长孙锐和华东电力设计院有限公司总工程师陈仁杰两位国家勘察设计大师的悉心指导,书中引用了华东电力设计院有限公司、上海电气集团、东方电气集团、哈尔滨电气集团、西安热工研究院和国电泰州电厂等单位的研究和实践成果,在此一并深表敬意和感谢!
希望本书付梓后能与广大电力工作者分享并探讨有关二次再热发电技术的研究成果和经验,为电力工程投资方、设计方、运行方和相关建设单位提供参考和借鉴。对书中的疏漏和不足之处,恳请广大读者和同仁批评指正。
叶勇健,硕士研究生,教授级高级工程师,国家注册一级建造师。现任华东电力设计院有限公司副总工程师,中国电力工程顾问集团专家。主持及参与多项国家重大工程、示范工程的设计,荣获多项全国优秀工程设计金奖和电力行业优秀设计一等奖。作为主要负责人承担国家科技支撑计划项目、国家重点研发计划、国家能源局能源应用技术研究项目的研究工作,参与多项国家标准和电力行业标准的编制。在国内核心期刊上发表20多篇论文,被授予多项国家发明专利,并主编国家出版基金项目三部火力发电厂热机专业的设计手册。
林磊,工学学士,教授级高级工程师,全国管路附件标准化技术委员会委员、电力规划设计协会动力管道技术委员会委员、电力行业电站阀门标准化技术委员会委员,国家质检总局压力管道设计鉴定评审员。现任华东电力设计院有限公司发电分公司总工程师,长期从事电厂热机专业的设计工作,先后参与多项大型电厂工程的设计工作并多次获奖,参与国家科技支撑计划项目、国家能源局能源应用技术研究项目的研究工作,并参与多项国家标准和电力行业标准的编制工作,被授予30余项国家发明专利,具有丰富的设计经验和工程业绩。
朱佳琪,硕士研究生,高级工程师,国家注册一级建造师。主要从事火力发电厂设计工作,担任国电泰州电厂二期百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电示范项目的设计总工程师,并作为主要负责人先后承担国家科技支撑计划《二次再热机组热力系统优化与集成》课题和国家重点研发计划《高效、灵活二次再热发电技术》课题的研究工作。
前言
第一章 二次再热火电技术发展综述
第一节 超超临界火电技术的发展历史及展望
第二节 二次再热火电技术的发展历史
第三节 国外典型二次再热机组
第二章 机组初参数
第一节 二次再热机组热力循环原理
第二节 主蒸汽和再热蒸汽压力的选择
第三节 蒸汽温度的选择
第四节 两种主机参数的综合比较
第三章 锅炉设计特点
第一节 炉型选择
第二节 一次再热锅炉和二次再热锅炉的异同
第三节 受热面设计
第四节 再热蒸汽的温度调节
第四章 汽轮机设计特点
第一节 二次再热汽轮机的总体设计
第二节 上海汽轮机厂二次再热汽轮机
第三节 东方汽轮机厂二次再热汽轮机
第四节 哈尔滨汽轮机厂二次再热汽轮机
第五章 耐热钢材料特性
第一节 火电用耐热钢的性能要求和种类
第二节 锅炉和主蒸汽、再热蒸汽管道主要材料
第三节 汽轮机主要材料
第六章 主要汽水系统设计
第一节 热力系统概述
第二节 主蒸汽和再热蒸汽系统
第三节 汽轮机旁路系统
第七章 主要辅机设备及相关系统
第一节 给水泵
第二节 给水泵汽轮机
第三节 高压加热器
第四节 烟风系统三大风机
第五节 中速磨煤机
第六节 烟气污染物协同治理系统及设备
第八章 主厂房布置设计
第一节 二次再热机组主厂房布置设计的特点
第二节 主厂房布置主要设计方案
第三节 典型的1000MW二次再热机组主厂房布置设计方案
第四节 典型的660MW二次再热机组主厂房布置设计方案
第九章 二次再热机组运行
第一节 二次再热汽温调节与控制
第二节 二次再热机组汽轮机十级回热系统
第三节 汽轮机三级旁路系统
第四节 机组启停
第五节 机组运行调整
第六节 机组事故处理
第七节 中国首个百万千瓦二次再热机组项目运行情况