1. 引言

当前，在“碳中和，碳达峰”的背景之下，电力行业正在迅速发展，火电机组在政策及多方面因素下面临着许多挑战。大容量、高参数、低排放、高效率逐渐成为火电机组的主流。当前超超临界发电技术在我国电力产业迭代更新、拉近和先进资本主义国家技术与装备差距的过程中起到重要作用，与此同时超超临界发电技术也是推进洁净煤发电技术的便捷途径。因此，大力发展节约能源、环境友好的超超临界火电机组是大势所趋。

目前，国内外众多学者和专家以及科研机构基于热力系统的热力性能、参数优化以及系统的优化改造进行了一系列研究。Lauer等人[1]对德国四种不同种类燃煤电厂展开仿真分析研究，探讨了减少最低载荷和提升载荷转化比例的严格限制影响因素，经过EBSION仿真操控应用软件建立仿真模型评测，指出合适的集中热能保存在于提升宽载荷运行工作综合水平的高效模式。张思瑞[2]以某国内生产1000 MW超临界二次再热处理设备机组为实践应用案例，使用EBSILON Professional对设备机组展开了仿真，指出了二次再热处理双机回热系统的概念与方案，并与原始机组和外置蒸汽冷却器机组对比。张微微等人[3]应用模块功能化建立仿真模型模式，在EASY5仿真应用平台成立了火电厂设备机组中各主要组成构件的仿真功能应用模块库，从而对设备机组实时动态特征展开仿真，获取了设备机组瞬态反应特征。黄喜军[4]借用APROS应用平台分析研究控制阀门部件特征，针对变有效面积的汽轮机高压调门，指出用椭圆运算处理方程式对其建立仿真模型。Simon Hogg等[5]分析研究了美国某亚临界汽轮机通流改造完善，设计方案中对照运算研究分析了全周进汽和部分进汽对设备机组热量消耗比例的作用影响，分析研究最终结果说明亚临界设备机组仅有载荷比例90%及其以上、全周进汽时候的热量消耗比例领先于部分配汽，并且列出了热量消耗比例改变分布作用曲线。索中举[6]以西门子某无调节控制级全周进汽超临界1000 MW汽轮设备机组为目标对象，分析研究凝结作用水节流一次调节控制频率优化完善控制管理的项目工程使用。此外，国内研究还对热力系统节能及余热高效利用开展相关研究[7]-[10]。

本文选取某1000 MW一次再热超超临界机组为分析对象，基于热力系统仿真模拟，开展了大型火电机组高中参数供热综合性能研究。

2. 大型火电机组及供热系统方案介绍

本文研究对象为某1000 MW超超临界一次再热机组。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产加工的N1000-25/600/600型超临界、一次中间再热处理、四缸、四排汽、单轴、凝汽式汽轮机，发电机组配置了2台50%容量的汽动给水泵，1台30%容量的公用电泵，给水回热系统由3台高压加热器、1台除氧器、4台低压加热器构成；锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-2980/26.15-YM2型超超临界、中间一次再热、变压运行直流炉；发电机为哈尔滨电机有限责任公司生产的QFSN-1000-2型水–氢–氢冷却静态励磁式发电机。主要设计参数如下表1所示。

Table 1. Rated parameters of the 1000 MW unit

表1. 1000 MW机组额定参数

该机组的回热系统包含8级抽汽，包含3级高压加热作用处理器设备、4级低压加热器设备和1级除氧器设备，其各级抽汽系数如表2所示。

Table 2. Extraction steam parameters

表2. 抽汽参数

3. 系统仿真模型建立

以Ebsilon为仿真模型建立平台，参考机组在VWO工况下的热平衡图，在软件中选用与机组设备相对应的热力系统基本元件，根据热力系统的基本建模流程，按照热力系统的汽水循环过程连接每一个基本元件，建立大型火电机组的热力系统仿真模型，如下图1所示。

Figure 1. Simulation model of unit Ebsilon of thermal system

图1. 机组热力系统Ebsilon仿真模型

4. 机组参数对机组性能的影响分析

主蒸汽有效温度对供热系统参考标准煤耗比例的作用影响分布作用曲线具体如下图2所示。在不同运行标准工况下，伴随着主蒸汽有效温度的提高，标准煤耗率逐渐下降。这是因为，在一定载荷下，当主蒸汽有效温度增高、主蒸汽比热容加大的时候，引发主蒸汽流量降低，蒸汽比容加大，使汽轮机内部损失降低。另一方面，提升主蒸汽有效温度可以降低低压缸排汽有效湿度，提升汽轮机的工作效率以减少参考标准煤耗比例。容易得知，主蒸汽的有效温度改变在不同满足下对参考标准煤耗比例的作用影响有较大差异，伴随着载荷的加大，主蒸汽有效温度的改变会对参考标准煤耗比例导致逐步加大的作用影响，因此提升主蒸汽有效温度更有助于设备机组在高载荷下热适用性的提升。

主蒸汽压力对热力系统参考标准煤耗比例的作用影响分布作用曲线，如下图3所示。在不同载荷下，参考标准煤耗比例伴随着主蒸汽压力的持续加大呈提高趋向。这是由于，主蒸汽压力的加大使高压缸进汽比容减少，造成高压缸内部损失加大。主蒸汽压力的加大还容易导致低压缸排汽有效湿度增长，湿蒸汽损失加大，造成汽轮机工作效率降低，进而参考标准煤耗比例增长。

不同运行标准工况载荷下，主蒸汽压力的改变对参考标准煤耗比例的作用影响有较大差异。在100.0%THA运行标准工况下，主蒸汽压力对参考标准煤耗比例的作用影响最大，而部分运行标准工况下主蒸汽压力对参考标准煤耗比例则起不到太大影响，可以得出在高负荷情况下，提高主蒸汽压力更有利于机组热经济性的提高。

再热处理蒸汽有效温度对热力系统参考标准煤耗比例的作用影响分布作用曲线，如下图4所示。不同载荷下，伴随着一次再热处理有效温度的增长，系统参考标准煤耗比例逐步降低。这是由于再热处理有效温度的增高引发低压缸排汽干度增长，使汽轮机工作效率增长，进而导致标准煤耗比例降低。

Figure 2. Effect of main steam temperature on standard coal consumption rate under different working conditions

图2. 不同工况下主蒸汽温度对标准煤耗率的影响

Figure 3. Effect of main steam pressure on standard coal consumption rate under different working conditions

图3. 不同工况下主蒸汽压力对标准煤耗率的影响

图5展示了主蒸汽压力的变化对系统标准煤耗率造成的影响。在不同工况的负荷下，系统的标准煤耗率随主蒸汽压力的持续增加呈现上升趋势。这是由于，主蒸汽压力的升高导致高压缸的进汽比容降低，造成高压缸内部损失加大。主蒸汽压力的升高还容易导致低压缸的排汽湿度升高，湿蒸汽的损失上升，从而造成汽轮机工作效率降低，使得标准煤耗率增长。机组不同工况下运行时，主蒸汽压力的改变对标准煤耗率的作用影响有较大的差异。可以看出在100%THA工况下运行时，主蒸汽压力对煤耗率的影响作用最大，而其他部分工况下运行时主蒸汽压力对标准煤耗率则起不到太大影响，可以得出在高负荷情况下，提高主蒸汽压力更有利于机组热经济性的提高。

Figure 4. Effect of reheat steam temperature on standard coal consumption rate under different working conditions

图4. 不同工况下再热蒸汽温度对标准煤耗率的影响

Figure 5. Effect of main steam pressure on standard coal consumption rate under different working conditions

图5. 不同工况下主蒸汽压力对标准煤耗率的影响

5. 结论

本文对某1000 MW超超临界机组高中参数供热方案性能进行数值仿真，并分析了不同参数对机组性能的影响，获得的结论如下：

(1) 提升主蒸汽有效温度和再热处理蒸汽有效温度，能够提升热力系统的供热能耗。

(2) 提升主蒸汽有效温度的收益高于再热处理蒸汽有效温度提升带来的收益。

(3) 提升主蒸汽压力更有助于供热机组热耗、煤耗的降低，能够有效提高大型超超临界机组的供热能效。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。

参考文献