600MW及以上等级超超临界机组运行实绩评估分析
600MW 及以上等级超超临界机组
运行实绩评估分析
熊扬恒1
,谢诞梅1
,李晓磊1
,阚伟民2
,郑李坤
2
1.武汉大学动力机械学院,湖北武汉 430072
2.广东电网公司电力科学研究院,广东广州 510080
[摘 要] 总结了我国600MW 及以上等级超超临界机组的建设情况,总结表明我国已成为拥有
超超临界1000MW 机组最多的国家。对超超临界机组投运后的经济性及可靠性以及
存在的问题进行了分析讨论,提出了今后工作的一些建议。
[关 键 词] 超超临界;经济性;可靠性;建议[中图分类号] TK229.2
[文献标识码] A [文章编号] 1002 3364(2011)04 0001 04
[DO I 编号] 10.3969/.j issn .1002 3364.2011.04.001
ANALYSIS OF OPERAT I ON PERFOR MANCE ASS ESS M ENT FOR 600MW
AND ABOVE LEVEL ULTRA S UPERCR ITICAL UN ITS
X I ONG Y angheng 1
,X I E D anme i 1
,L I X iao le i 1
,KAN W ei m in 2
,Z HENG L i k un
2
1.C ollege of Po w er and M ec h an i ca lEng i neeri ng ,W uhan Un i vers i ty ,W uhan 430072,H ubei Prov i nce ,PRC
2.E lectric Po w er Sci en ce Research In stit u te under Guangdong Po w er Gri d C o m pany ,Gu angzhou 510080,Guangdong Provi nce ,PRC
Abstract :The constructi o n situati o n of 600MW and above lev le u ltra supercritical un its i n Ch i n a has been summ ar ized up,the econo m ic efficiency and reliab ility ,as w ell as prob le m s ex isi n g after putti n g sa i d un its i n to
opera ti o n be i n g analysed and d iscussed .K ey w ords :ulta supercr itica;l econo m ic e fficiency ;reliability ;reco mm endati o n 收稿日期: 2010 10 20
作者简介: 熊扬恒(1962 ),男,武汉大学动力与机械学院教授,主要从事电站深度节能与系统优化控制技术的教学与研究。E m ai:l 8721xyh @163.co m
超超临界燃煤发电技术经过几十年的发展,已经是世界上先进、成熟达到商业化规模应用的洁净煤发电技术,在不少国家推广应用,并取得了显著的节能和改善环境的效果。据统计,目前全世界已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有740余台,其中美国约有170台,日本和欧洲各约60台,俄罗斯及原东欧国家280余台,中国约180余台。截至2010年10月,我国已投运600MW 及以上等级超超临界机组超过60台,1000MW 等级超超临界机组28台。开展超
超临界机组运行实绩调研与评估,对于促进超超临界机组的设备制造、建设与调试、运行与管理,并为更高温度等级的先进超超临界机组研发提供经验。
1 投运情况
截至2010年10月,我国已投运的1000MW 机组统计见表1
[1 2]
。截至2009底,五大发电集团已投运
的超超临界机组统计见表2[1 2]
。
表1 我国已投运1000MW机组统计
序号项目地点投产时间(通过168h试运行)第1台第2台
1华能玉环电厂4 1000MW浙江台州市2006年11月28日
2006年12月30日2007年11月11日2007年11月24日
2申能外高桥电厂三期2 1000MW上海浦东新区2008年3月26日2008年6月7日3华电邹县发电厂四期2 1000MW山东邹城市2006年12月4日2007年7月5日4国电泰州发电厂一期2 1000MW江苏泰州市2007年12月4日2008年3月31日5国投天津北疆电厂2 1000MW天津汉沽区2008年9月24日2009年11月14日6华能海门电厂一期2 1000MW广东汕头市2009年6月14日2009年9月27日7国电北仑电厂三期2 1000MW浙江宁波市2008年12月20日2009年6月2日8国华宁海电厂二期2 1000MW浙江宁波市2009年9月21日2009年10月14日9大唐潮州电厂二期2 1000MW广东潮州市3号机组4号机组
10华能金陵电厂二期1 1000MW南京市2010年1月2日
11中电投漕泾电厂2 1000MW上海市2010年1月12日2010年4月5日12神华绥中电厂三期2 1000MW辽宁绥中市2010年2月12日2010年5月18日13华润徐州彭城电厂三期2 1000MW江苏徐州市2010年6月22日2010年7月30日14粤电平海电厂一期2 1030MW广东惠州市2010年10月5日
表2 截至2009年底五大发电集团已投运的超超临界机组统计
公司名称
超超临界1000MW机组超超临界600MW机组
投产机组
/台
标煤耗率
/g (k W h)-1
厂用电率
/%
投产机组
/台
标煤耗率
/g (k W h)-1
厂用电率
/%
华能7296.164.56308.724.5大唐26301.76
华电2291.475304.03
国电6288.20
中电投14
我国已成为拥有超超临界1000MW等级机组最多的国家,除上述已投运的机组外,在建、拟建的600 MW及以上等级超超临界机组超过80台。
2 运行经济指标
表3、表4分别给出了超超临界1000MW机组、超超临界600MW机组的经济性统计[2 3],表5给出了先期投运的超超临界1000MW机组的主要经济性指标[2 3]。
根据2010年全国火电600MW级机组能效指标对标报告[3],表6给出了600MW及以上等级机组的能效统计,表7给出了超超临界1000MW机组供电煤耗达标机组及对应的过程指标,表8给出了超超临界600MW级机组供电煤耗达标机组及对应的过程指标,表9给出了2009年超超临界1000MW机组按供电煤耗由低到高排序前5名机组情况[4]。
表3 超超临界1000MW机组主要经济性指标
公司名称
供电煤耗/g (k W h)-1厂用电率/%
2009年1~12月2010年1~2月2009年1~12月2010年1~2月
华能295.18296.124.594.50大唐305.485.08华电294.50291.475.325.46国电289.20288.204.103.96中电投299.23
表4 超超临界600MW 机组主要经济性指标
公司名称供电煤耗/g (k W h)-1
厂用电率/%
2009年1~12月2010年1~2月
2009年1~12月2010年1~2月
华能311.94308.724.714.55大唐307.06301.684.604.16华电308.19306.905.415.61中电投
309.09
308.99
5.19
5.01
表5 典型超超临界1000MW 机组主要经济性指标
电厂供电煤耗/g (k W h )-1
厂用电率/%
2009年1~12月2010年1~2月
2009年1~12月
2010年1~2月
玉环电厂1号机组292.99292.964.604.27玉环电厂2号几组283.43293.884.374.12玉环电厂3号机组293.85299.004.595.15玉环电厂4号机组297.74288.664.784.04海门电厂1号机组306.50300.364.604.52海门电厂2号机组309.99297.304.714.67金陵电厂1号机组303.79302.224.724.79华电邹县电厂7号机组294.15290.925.275.13华电邹县电厂8号机组295.05291.775.375.64国电泰州电厂1号机组292.70291.773.994.08国电泰州电厂2号机组297.20297.204.334.02国电北仑电厂6号机组289.20280.504.083.81国电北仑电厂7号机组
294.90
285.80
4.03
3.91
表6 600MW 及以上等级机组的能效情况统计(2009年)
机组等级合计/台达标机组/台
供电煤耗/g (k W h)-1
前20%值前40%值平均值
超超临界1000MW 机组103290.57超超临界600MW 级机组42311.40超临界600MW 级机组10059303.12305.82312.12亚临界600MW 级机组(湿冷)7543314.30
315.85
322.24
600MW 级俄(东欧)制机组105330.72600MW 级空冷机组
37
23
330.61
333.33
339.84
表7 超超临界1000MW 机组供电煤耗达标机组及对应的过程指标(2009年)
序号电厂
机组容量
/MW 供电煤耗/g (k W h)-1
负荷率
/%利用小时
/h 厂用电率
/%1申能上海外高桥三电厂8号1000281.8473.775664.054.162申能上海外高桥三电厂7号1000282.4976.905520.934.143
华能浙江玉环电厂
2号
1000
288.43
65.34
5285.88
4.37
表8 超超临界600MW 级机组供电煤耗达标机组及对应的过程指标(2009年)
序号电厂
机组容量
/MW 供电煤耗/g (k W h)-1
负荷率
/%利用小时
/h 厂用电率
/%1华能辽宁营口电厂3号600310.1580.3950554.782
华电安徽芜湖电厂
2号
660
310.65
66.25
3937
5.13
表9 1000MW机组按供电煤耗由低到高排序前5名机组一览表(2009年)
序号电厂机组机组容量
/MW
供电煤耗
/g (k W h)-1
1上海外高桥三电厂8号1000281.9
2上海外高桥三电厂7号1000282.5
3华能玉环电厂2号1000288.4
4国电北仑电厂6号1000289.2
5华能玉环电厂1号1000293.0
3 存在问题及分析
3.1 存在问题
(1)我国600MW及以上等级超超临界机组投运数量不断增加,机组经济指标在不断提升。
(2)在经济性不断改善的同时,我国600MW及以上等级超超临界机组的可用率不高,除少数机组外,大多数机组的经济性指标不高,很多不能达到设计值,有些机组的经济性指标严重偏离设计值。
(3)超超临界600MW等级机组经济性指标偏离设计值严重,从表6、表8及表10[3]、表11[3]看,超超临界600MW等级机组经济性指标甚至低于同容量等级超临界机组经济性指标,接近于亚临界600MW等级湿冷机组经济性指标。
(4)600MW及以上等级超超临界机组达标率不高,2009年参与对标的10台超超临界1000MW机组只有3台达标,参与对标的4台超超临界600MW机组只有2台达标;机组的负荷率不高,大部分机组负荷率低于75%。从这点看,超超临界1000MW机组相当于超临界600MW等级机组。
表10 超临界600MW级机组供电煤耗标杆先进机组及对应的过程指标(2009年)
序号电厂机组容量
/MW
供电煤耗
/g (kW h)-1
负荷率
/%
利用小时
/h
厂用电率
/%
1申能上海外高桥二电厂6号900301.8473.8354163.93 2华能上海石洞口二电厂2号600301.9076.0160063.59 3大唐浙江乌沙山电厂2号600301.9776.2257284.33 4大唐山东黄岛电厂6号660302.4978.0356944.53 5华能河南沁北电厂2号600302.6566.4247564.39 6大唐安徽洛河电厂6号600302.7071.7258274.40 7中电投淮南田集电厂2号630302.8774.5262914.53 8华电山东潍坊电厂4号670302.9265.2652474.54
表11 超临界600MW级机组供电煤耗标杆优良机组及对应的过程指标(2009年)
序号电厂机组容量
/MW
供电煤耗
/g (kW h)-1
负荷率
/%
利用小时
/h
厂用电率
/%
9申能上海外高桥二电厂5号900303.8472.4557004.22 10中电投淮南田集电厂1号630303.8795.1962914.53 11国华江苏太仓电厂8号630303.9883.1154664.72 12华能河南沁北电厂1号600303.9868.5751314.49 13华电福建可门电厂1号600304.3372.9054994.96 14大唐浙江乌沙山电厂1号600304.6275.0758144.54 15华电福建可门电厂2号600304.8078.5658725.30 16华润河南首阳山电厂1号600304.8173.9461274.38 17大唐福建宁德电厂4号600305.5085.2057784.36 18大唐广东潮州电厂2号600305.5367.0555224.57 19浙能安徽凤台电厂1号600305.6279.8767555.17 20华润江苏常熟电厂1号650305.8075.3553355.28
3.2 原因分析
(1)超超临界机组技术研发不足。我国自1993年开始研究超超临界发电技术,目前依然存在很多不足,如高温材料的基础研究薄弱,试验研究装置和技术落后,研究机构分散等。
(下转第8页)
温中压的水冷振动炉排炉,秸秆锅炉需增加投资费用(含控制系统费用)2100万元(国产设备)。如果秸秆单价为200元/,t按照年负荷利用5500h计算,则需要5.2~1.9年能够回收该部分设备成本(未考虑机组起动用蒸汽及辅助蒸汽减少带来的电厂燃煤或燃油的减少)。如果秸秆单价为250元/,t则只有当燃煤单价上涨超过700元/t时,才能在4~7年内回收设备成本。
表5列出了由于燃烧秸秆,机组全年CO2、SO2、NO x以及粉尘的减排量。
表5 环保效益分析
项目减排量/t 年-1
CO2116766.5
SO2597.8
NO x186.8
粉尘186.8
4 存在问题分析及建议
为了满足超超临界1000MW机组锅炉运行可靠性的要求,秸秆锅炉仍然保留汽轮机四段抽汽到给水泵汽轮机的管道作为备用,在秸秆锅炉及燃烧系统故障停运时,能够迅速投入汽轮机四段抽汽,保证给水泵汽轮机的正常运行。 超超临界1000MW机组可在30%~90%额定负荷范围内变压运行,变负荷速率为5%/m i n左右。秸秆锅炉的变负荷特性为:在50%~100%B MCR时,不低于 5%/m in;在50%B MCR负荷以下时,不低于 2%/m i n。生物质秸秆锅炉的设计和选型,必须考虑变负荷特性与超超临界机组相匹配的问题。
5 结 论
(1)超超临界1000MW机组给水泵汽轮机驱动汽源由汽轮机四段抽汽排汽改为秸秆锅炉供汽后,汽轮发电机组热效率提高了1.657%,热耗率降低了229.15kJ/(k W h),发电煤耗降低了8.49g/(k W
h)。
(2)高压秸秆锅炉消耗的秸秆量为21.8t/h,采用秸秆锅炉并不一定能够节约燃料费用,当标煤单价与秸秆价格的比值大于2.6时,才能保证燃料成本的经济性,如果标煤单价为600元/,t则电厂买入秸秆价格应不高于230元/t。
(3)采用秸秆锅炉驱动给水泵汽轮机全年C O2、SO2、NO x以及粉尘的减排量分别达到116766.5、597.8、186.8、186.8t。
(4)秸秆锅炉的设计、选型需要与超超临界机组的变负荷特性相匹配。
(上接第4页)
(2)引进技术消化吸收不足。对引进的国外先进的超超临界机组技术没有认真地消化吸收,在制造工艺、材料、加工质量监督、系统集成技术等方面存在很多不足。
(3)安装质量不高。一些机组存在设计缺陷,焊接工艺与质量难以保证,导致安装质量下降。
(4)缺乏运行管理经验。超超临界仿真机组较少,因此缺乏培训的系统性和规范性,导致对超超临界机组基本运行特性的掌握欠佳。
4 对策与建议
(1)慎重建设超超临界1000MW机组。现在在建、拟建的超超临界1000MW机组已经超过70台,还有更多的厂家将超超临界1000MW机组作为扩建、新建的首选,这也是加剧制造、设计、安装质量不高的原因之一。我国目前已投运的大量超超临界机组可靠性不高、负荷率不高、偏离设计值比较严重,因此建议慎重选择。此外,电源建设与电网建设的分离导致了源、网配合不同步,大容量机组的运行安全对大电网安全运行的影响不容忽视。事实上,我国目前投运的不少1000MW等级机组,从实际发电能力来看与超临界600MW机组相差不大。
(2)加大研发、完善力度。针对超超临界机组出现的共性问题,加大技术攻关力度,加强引进技术的消化吸收,集中力量攻克高温材料及其加工工艺技术、高温材料氧化与腐蚀控制技术以及运行管理技术。
(3)加大投运机组经济性指标的考核力度。对已投运超超临界机组的考核,不应仅仅针对电厂进行,要将制造单位、设计单位、安装单位等与电厂一起捆绑考核,并将其作为以后投标、承接任务的重要评价手段。
[参 考 文 献]
[1] 朱全利,熊扬恒.1000MW锅炉设备系统及运行[M].北
京:中国电力出版社,2010.
[2] 国家电力监管委员会,等.2009年电力企业节能减排情
况通报[R].2010.
[3] 中国电力企业联合会.全国火电600MW级机组能效指
标对标结果(2010)[R].2010.
[4] 中国电力企业联合会.2009年度全国火电600MW级机
组能效对标及竞赛资料[Z].2010.
[5] Y oshino ri T anaka,Y osh i nor iT a rutan,i et a.l Feature and O p
erati ng Expe rience of1000MW C lass Steam Turbi ne w ith
H i ghest Effi c i ency i n the W or l d[J].M itsub ishij uko g iho,
2002,39(3):132 135.