[实用新型]一种新型汽轮发电机组

说明书

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，尤其是一种新型汽轮发电机组。

背景技术

汽轮发电机组作为火力发电的核心技术经历一百多年的发展历程，近年来，随着燃料价格的不断攀升和环保压力的增加，各发达国家开始竞相发展高效超临界汽轮发电机组。在通过不断提升机组运行参数以提高机组循环效率的同时，二次再热循环机组也再次成为设计下一代高效超超临界机组的主要技术方案之一。

目前，世界上效率最高的燃煤发电机组为丹麦的400MW二次再热超超临界机组，其蒸汽参数为29MPa/580℃/580℃/580℃。该机组循环效率高达47％，相比于一次再热超临界机组41~42％和一次再热超超临界机组44~45％的循环效率要更胜一筹。

但相对于传统的一次再热机组，以增加一次再热的31.1MPa/566℃/566℃/566℃的二次再热超临界机组和仅提高蒸汽温度的24.5MPa/600℃/600℃的一次再热超超临界机组相比，前者的循环效率比后者仅提高了0.5％。而相对于一次再热超(超)临界机组来说，二次再热超(超)临界机组的系统更复杂且造价显著增加。因此，1990年代以来，世界各国基本上都倾向于建造一次再热600℃等级的超超临界机组。

如图1所示为若采用现有技术的1000MW级塔式锅炉1与二次再热汽轮机组2的常规布置示意图，汽轮机组2中的高压缸21、中压一缸22、中压二缸23、两低压缸24五缸单轴布置在汽轮机房内。一般地，从锅炉1的过热器13出口到高压缸21之间主蒸汽管道31单根约160米长；此后高压缸21排汽通过单根约180米长的低温一次再热蒸汽管道32返回锅炉1；从一次再热器12出口至中压一缸22的高温一次再热蒸汽管道33的长度与低温一次再热蒸汽管道32大致相同，单根约190米；随后，从中压一缸22排汽返回锅炉1的低温二次再热蒸汽管道34单根约180米长；从二次再热器16出口至中压二缸23的高温二次再热蒸汽管道35的长度与低温二次再热蒸汽管道34大致相同，单根约190米长。其中主蒸汽管道31、高温一次再热管道33和高温二次再热管道35需要使用600℃等级的耐高温合金钢。根据不同的管道设计方案，主蒸汽管道和再热蒸汽管道还存在半容量管道和四分之一容量管道。因此，实际需要使用耐高温合金钢的高温高压管道长度会成倍增加。

如图2所示为若采用现有技术的1000MW级塔式锅炉1与双轴二次再热汽轮机组2的常规布置示意图，汽轮机组2由两个轴系分别自带发电机并列布置在常规汽机房内组成。汽轮机组2中的第一个轴系21由高压缸211、中压一缸212组成并自带一个发电机，第二轴系22由中压二缸221、两低压缸222组成并自带发电机。对于图2所示的二次再热双轴汽轮发电机组来说，其高温高压管道的布置情况与图1所示的单轴二次再热汽轮机组类似，其中主蒸汽管道31、高温一次再热管道33和高温二次再热管道35需要使用600℃等级的耐高温合金钢，且单根长度也均在160m左右。

当前，发电机组的单位造价随着机组效率的提高而不断增加。特别是二次再热机组尽管已属成熟技术，但锅炉需增加一级再热器、汽轮机需要增加一个中压缸外、另外还要增加一级再热蒸汽管道等，因此系统复杂、投资更高，与一次再热机组相比，其获得的效率收益的增值尚不能补偿投入的增加值。对于传统设计的二次再热机组来说，首先，再热蒸汽在锅炉与汽轮机房之间来回穿越，尤其是现代百万等级的超(超)临界大机组，锅炉越来越高，加上横隔在机、炉之间的除氧间和煤仓间等结构因素，单根蒸汽管道的平均长度就达160m~190m。一方面600℃等级的大直径及厚壁管道价格昂贵，另一方面是再热管道的系统阻力增加，降低了汽轮机的做功能力，而使二次再热系统的理论效益被部分吞噬。其次，二次再热系统大大的增加了系统存储的蒸汽量。这使得机组的调节惯性显著增加，从而加大了机组的控制难度。

上世纪90年代末，美、日、欧盟制定了下一代高效超超临界机组的发展计划。这些计划都是以镍基超级合金为基础材料的一次再热和二次再热机组。目前700℃等级的耐热镍基合金钢的价格为600℃等级的耐热合金钢的5倍以上，若将这种材料应用于二次再热2×1000MW超超临界机组，仅四大管道的投资就将超过25亿人民币，如果采用二次再热循环，锅炉、汽轮机和高温高压蒸汽管道使用镍基合金钢所增加的投资成本相对于目前的燃料价格，毫无投资收益可言。