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蒸汽参数

蒸汽参数

近代蒸汽动力发电厂均以水蒸气兰金循环为理论基础,因此蒸汽参数一般指循环的初始压力和初始温度,即汽轮机进口的蒸汽压力和温度。蒸汽参数关系到电厂的热经济性、安全可靠程度和总造价,它的确定还要涉及到一系列因素,因此为一定容量机组选定蒸汽参数是一个比较复杂的问题,需要经过全面技术经济分析和综合平衡才能最终确定。

在影响循环热效率的诸因素中,蒸汽膨胀终了的状态参数 (即背压) 受冷却介质温度的限制,因此提高循环效率主要依靠提高蒸汽的初压力和初温度。在初压力一定的条件下提高初温度,循环热效率总是提高的,但提高初温要受所能提供的金属材料性能的限制。在初温一定的条件下提高初压,压力范围内循环热效率也总是提高的,但随着初压的提高蒸汽膨胀终了的湿度也增大,为了防止叶片损伤,汽轮机的排汽湿度也有一定的技术条件限制,这就是说初压的提高也要受到限制。为了克服提高初压所受的限制,现代大型火电机组均采用蒸汽中间再热(见再热循环)。有的还采用了二次再热。这种根据外部条件,例如金属性能,选定一个参数,再考虑技术经济因素选定另一参数与之对应,称为参数的配合。显然,中间再热的压力和再热温度也属于参数的配合范畴。从水蒸气焓熵图(或温熵图)不难了解,参数配合是由水蒸气和蒸汽动力循环的性质决定的。

电厂的热经济性不仅与循环热效率有关,还与生产过程各设备的效率相关,其中汽轮机的效率又与蒸汽参数有较大关联。蒸汽参数高,特别是初压力高,入口蒸汽容积流量减小,汽轮机高压部分进汽的流动和泄漏损失增大,使汽轮机效率下降,特别是当汽轮机功率小蒸汽容积流量偏小时,效率下降愈甚,甚至超过因采用较高蒸汽参数带来的循环热效率提高的效益。所以较高的蒸汽参数总是与较大的机组功率联系在一起的,即促使蒸汽参数提高的诸因素中,机组容量的影响是最重要的因素之一。一般讲,机组容量配合适当的提高蒸汽参数对电厂热经济性的影响为::中参数(3.5 MPa、435℃)提高至高参数(9 MPa、535℃)可节约燃料12%~15%;进一步提高至超高参数并采用中间再热(13.5 MPa、535/535℃),可再节约燃料约8%;再提高至超临界参数并采用一次中间再热(约24 MPa、550/550℃),可再节约燃料约8%。由24 MPa、565/565℃提高到30 MPa、600/600℃,相对效率提高约4.5%。改为二次再热,即600/600/600℃时,还可提高2%。

提高蒸汽参数不仅要考虑热经济性的提高,还应考虑其综合的技术经济效益,这里面很重要的一项是应考虑到投资额。投资要以年费用方式计入电能成本,提高蒸汽参数多追加的投资应能使电能成本降低,否则在经济上就是不合算的。一般说,一个国家或地区冶金技术水平愈高、钢材(特别是耐热高合金钢)价格相对愈低,燃料价格愈高,愈趋向于采用更高的蒸汽参数,这也就是一些工业发达国家领先采用超临界参数乃至超超临界参数(USC)的理由。所谓超超临界参数,各国并无一定的界限划分。已往认为应在30 MPa以上,但日本将25 MPa、600℃机组也划入USC的范围。为与常规超临界24 MPa相区分,我们暂将>27 MPa的机组划入USC。影响蒸汽参数提高的另一制造质量,以及新型金属材料的成熟程度、机组的运行技术和管理水平。一般讲,采用更高参数和更大容量的机组需要一定的技术成熟期,在一定期限内其可用率可能相对较低,这些在考虑技术经济效益时也必须予以考虑。从环境保护角度看,机组效率越高,排出的温室气体CO2越少,因此提高参数对环境保护是有利的。

综合多项技术经济因素确定的汽轮机组各容量等级优先采用的蒸汽初始压力和初始温度的等级标准,它是火力发电设备标准化、系列化的重要组成部分。

蒸汽参数的选定涉及因素很多,这些因素也因时因地而异,所以必须通过全面的技术经济论证才能确定。对于不同国家,甚至不同生产厂家,由于具体条件不同(其中包括经验积累和习惯等),所采用的蒸汽参数系列也会有一定差异,下面给出国际电工委员会(IEC)推荐的蒸汽参数(表1)和中国火电厂采用的蒸汽参数系列 (表2) 作为示例。

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