摘要：综述介绍当前了国内外百万等级大型超超临界机组在宽负荷范围内小汽机的接入方式与汽源选择，回热系统最佳加热器数量的选择问题以及二次再热机组的研究现状与发展趋势。首先对目前百万等级机组的发展及低负荷下运行情况进行了简单介绍，然后总结了目前不同机组小汽机形式和回热系统加热器运行的研究情况，最后结合二次再热讨论小汽机运行情况，并指出目前研究的不足和发展方向。
关键词：宽负荷；小汽机；回热系统；二次再热
引言
节能降耗是促进节约型社会建设、发展循环经济、实现经济社会全面发展的必然条件。高参数、大容量是火电机组发展趋势，提高百万机组热力系统的热经济性已成为研究重点。
随着机组容量不断扩大，二次再热技术逐渐受到关注。目前国内并没有二次再热机组，对于二次再热技术的研究也仅处于起步阶段，主要集中于二次再热系统设计与参数的确定[1,2]。
欧盟从1998年启动了长达17年的700℃级超超临界参数的开发项目——“AD700计划”(THERMIE PROGRKAM)。整个项目将供电效率提高到55%(深海水冷却)或52%(内陆电厂)，并使厂房结构更加紧凑，降低投资成本。二次再热的研究基本都是基于700℃级超超临界技术的研究[3,4]。
一、国外研究现状
上世纪50 年代到70 年代，美国、德国、日本等发达国家相继投建了多台二次再热发电机组。据不完全统计，全世界至少有52 台二次再热超（超）临界机组投入运行。近十几年来新投建的机组没有采用二次再热技术，而目前为开发先进蒸汽参数的超超临界机组，二次再热发电技术重新开始得到重视。
Y. Ust 等[6]以最大净功率和最大热效率为目标对一次和二次再热的朗肯循环进行热力系统优化，讨论锅炉蒸汽温度及压力对电厂净功率与热效率的影响。结果表明一次再热和二次再热的最优再热压力都受锅炉蒸汽温度及压力影响。该研究还发现电厂净功率输出和热效率随着一次再热压力增大而减小；而二次再热压力存在最优值使得系统热效率最高，该最优值随一次再热压力的增大而升高。
Sven Kjaer 等[7]针对超超临界二次再热机组存在的中压缸抽汽过热度过高引起的㶲损失过大的问题，提出“Master Cycle”改进型二次再热循环过程。改进型循环核心部件是设置一台小型独立汽轮机（T-turbine），小汽机汽源为冷一次再热蒸汽，抽汽和排汽加引入加热器从而代替中压缸抽汽来加热给水，不仅解决了中压缸抽汽过热度过大而导致㶲损失过大的问题，也取消了中压缸抽汽，使系统设备更加简单。
文献[8]中指出蒸汽参数提高到700/720 ℃时，一次再热机组回热系统增加了一个混合式低压加热器，并配置一台凝结水泵与该混合式加热器连接，取消了与省煤器连接的高加的蒸冷器；二次再热机组的回热系统在一次再热的基础上除氧器与三号高价互换，改为两级高压加热器，六级低加，在排汽压力为5KPa的假设下，二次再热机组发电效率相比于一次再热机组提高0.89%。经济性分析表明，二次再热机组投资增加3000万美元。
Katarzyna Stepczynska 等在文献[9-10]中设计了主蒸汽温度700/720℃的900MW超超临界一次/二次再热机组。计算分析了一、二次再热配置下，不同热力系统形式的机组效率，过热度利用程度并进行了热力经济学分析，给出了不同参数下推荐的系统配置方式及参数选择。
文献[9]中给出了900MW传统一次再热回热系统机组中，不同工况下小汽机EM、CT、EBPT、BPT、MC五种驱动方式，并对各自优缺点进行了分析对比。在额定工况下，基于MC循环的小汽机驱动方式机组循环效率最高达47.49%，比效率最低的EM驱动高约0.34%。在75%和50%工况下，BPT驱动方式效率最高，达47%和46.02%。主要原因是背压式驱动方式小汽机汽源为热再热蒸汽，在低负荷下也有较高的进口蒸汽参数，而对于EM和CT影响较小，EBPT和MC驱动方式则有明显的降低。文献[10]指出二次再热技术的应用使机组效率提高了1.1%。
二、国内研究现状
国内关于二次再热的研究还处于起步阶段，国内关于二次再热的研究主要是在国外的研究基础上，结合国内具体环境和条件对我国发展超超临界二次再热技术进行讨论。在二次再热机组的设计过程中，小汽机接入方式和汽源选择参照国外“AD700计划”中的MC循环设计机组，取消中压缸抽汽，由小汽机抽汽和排汽替代，进一步提高了机组热经济性。
文献[11-13]指出了目前国内关于二次再热机组的研究方法。以热力平衡计算和等效焓降为基础，提出了适用于不同凝汽式机组的通用计算模型，为二次再热技术的计算奠定了基础。同时在前有热力系统分的基础上，引入矩阵思想，构建二次再热的矩阵方程进一步完善了二次再热的计算。
文献[14-15]设计了1350MW负荷的两种二次再热热力系统，回热系统采用四高五低一除氧的结构。背压式热力系统一、二次再热流向小，便于锅炉受热面的布置。额定工况下背压式热力系统热耗高于常规系统，且随负荷的降低，差异增大。文献[15]分析了不同再热压力对机组经济性的影响，在一定的压力范围内提高一次再热压力同时降低二次再热压力有益于提高全厂效率，适当提高锅炉给水温度也可以提高机组热经济性。
文献[16-17]设计了基于MC循环的1000MW、700℃超超临界燃煤发电机组热力系统三高六低一除氧结构，确定了相关的热力参数，同时设计了基于常规热力系统结构的对比系统，并用㶲分析方法计算全厂㶲效率达46.37%，比常规系统全厂㶲效率提高0.86%。其中小汽机抽汽和排汽代替中压缸抽汽所对应的加热器的㶲损，㶲系数低于常规系统，5、6号㶲效率高于常规系统12.27%和9.35%。文献[17]指出700℃超超临界机组常规系统的煤耗为265.21g/KWh，比常规系统100%THA设计工况低22.11g/KWh，汽耗低0.40g/KWh。700℃超超临界MC系统的全厂热效率为47.12%，比常规系统高0.74%，热耗比常规系统低109.41KJ/KWh，发电标准煤耗降低4.15g/KWh，但汽耗稍高0.1023g/KWh。并利用变工况模型对700℃超超临界机组常规系统主要运行参数和加热器切除工况进行了变工况仿真，700℃超超临界机组常规系统各级低压加热器和高压加热器对煤耗的影响相对小于常规系统。
三、低负荷下机组热经济性以及回热系统研究现状
我国运行的1000MW超超临界机组均为汽动给水泵的运行方式，小汽机都为凝汽式机组，在低负荷运行状态下，进入小汽机的蒸汽流量不足有可能不能满足给水泵功率的要求，同时由于小汽机进口流量的改变导致低压缸入口流量的改变，引起低压缸末级叶片温度过高，影响机组运行的安全性。
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影响机组低负荷运行热经济性的主要因素有：系统设计、设备状况、运行环境（背压）、运行方式以及运行人员的技术水平等因素。为了满足机组在更宽负荷内的经济性要求，目前国内电厂大部分都是在现有机组的基础上通过改善运行环境、运行方式、设备运行情况和控制方法等运行条件来提高低负荷运行的热经济性。
文献[15]基于单耗理论分析，得到了1000MW机组不同负荷下火电机组的热耗分布和回热加热器的降耗效应，提出了低压缸抽汽口后移和增设九级回热加热器两种优化方案。结果表明额定负荷增设九级回热加热器与原始设计相比发电煤耗节约0.86g/KWh，70%THA和50%THA负荷下，节能均达到0.8g/KWh，从经济角度（一年可回收成本）和安全角度（低价侧抽汽压力低，投入率高）验证了九级回热设计的合理性和可行性。
四、结论与展望
国内关于二次再热系统的研究内容较少，多数为在现有热力系统计算方法的基础上对二次再热的计算方法进行完善和拓展。二次再热系统的设计的研究大都基于国外提出的MC循环系统，采用背压式小汽机驱动，小汽机抽汽和排汽均引入加热器，避免了中压缸抽汽，降低加热器的温差，降低了再热与给水回热系统的关联性，可分别考虑两个系统对经济型的影响，同时合理增加回热系统加热器的数量。
目前国内外很多文章中二次再热技术的研究都是基于700℃计划研究的，其中小汽机的接入方式和汽源选择以及回热系统的确定是目前研究的一个热点。在国外现有设计机组的基础上，可以通过改变小汽机的汽源选出小汽机最优方案。用热量分析法或者㶲分析方法分析回热系统加热器的影响寻找最优方案。
提高1000MW一次再热机组在低负荷下的热经济性也是当前的研究重点。首先考虑小汽机的选择，改变传统凝汽式小汽机为背压式可以提高低负荷下机组的热经济性，结合二次再热技术中提出的MC循环，可以针对具体机组综合选出最优的小汽机的形式和汽源。其次考虑回热系统加热器的级数，分析找出不同加热器级数对机组热经济性的影响。最后把小汽机和回热系统综合起来考虑机组的热经济性，找出1000MW机组的最优选择，同时结合二次再热在1000MW机组中的应用进行分析计算。
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论文作者:毛伦毅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：机组论文; 汽机论文; 系统论文; 加热器论文; 热力论文; 负荷论文; 超临界论文; 《电力设备》2018年第19期论文;