火电厂再热和蒸汽管道系统设计探讨

摘 要：主蒸汽管道和再热热管道是电厂系统的重要组成部分，管道布置及材料的机械特性、高温特性将直接影响电厂机组投资的经济性及运行的可靠性。文章主要就超临界机组再热蒸汽系统管径设计中优化措施进行了分析，主要从再热蒸汽管道的设计参数选取、材料选择、再热蒸汽管道的设计管径的确定等方面进行论述，以供大家参考。

关键词：再热蒸汽；管径；优化设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

在火电厂设计中，再热蒸汽系统的压降是一项重要的性能考核指标。合理选择再热蒸汽管道规格，能够在满足再热蒸汽系统压降的同时，降低工程造价、保证电厂良好的经济性能。因而在工程设计中对再热蒸汽管道进行优化设计就显得非常必要和重要。以超临界机组工程为例，对再热蒸汽系统管道规格进行优化，选择安全可行的、经济性好的管道规格，为工程下一阶段工作的深入开展打下基础。

一、再热和蒸汽管道的设计参数及材料选择

1.1 设计参数的选取

根据 DL/T5054- 1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》（以下简称“管规”） 以及汽轮机厂提供的热平衡图计算求得再热蒸汽系统的设计参数、介质流量等详见表 1，相关参数按 VWO工况取值。

1.2 再热蒸汽管道材料的选择

根据中国电力工程顾问集团公司文件《关于印发火力发电厂超临界机组四大管道设计专题研讨会议纪要的通知（2008 年10 月印发）》规定，超临界机组高温再热蒸汽管道采用 ASME A335P91 材料。汽轮机采用东方电气集团设备，其高压缸排汽允许跳闸温度为 410℃。因此，可采用最高允许使用温度为427℃的 A672B70CL32电熔焊接碳钢管。

表1 再热蒸汽系统管道设计参数表

二、再热和蒸汽管道的管径优化

2.1 设计规范对再热蒸汽管道压降的规定

《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）规定：冷段再热蒸汽管道、再热器、热段再热蒸汽管道额定工况下的压力降，宜分别为汽轮机额定工况下高压缸排汽压力的1.5% 2.0%~5%、3.5%~3.0%。

《大中型火力发电厂设计规范》中对亚临界及以下参数机组和超临界参数机组的再热系统的压降做出了不同的规定；对于超临界参数机组，再热蒸汽系统总压降宜在汽轮机额定功率工况下高压缸排汽压力的7%~9%范围内确定，其中冷再热蒸汽管道、再热器、热再热蒸汽管道的压力降宜分别为汽轮机额定功率工况下高压缸排汽压力的1.3%~1.7%、3.5%~4.5%、2.2%~2.8%。

2.2 设计规范对再热蒸汽管道流速的规定

根据“管规”，高温再热蒸汽管道的推荐流速为50m/s~65m/s，低温再热蒸汽管道的推荐流速为30 m/s~45m/s。

2.3 再热蒸汽管道的管径选择

根据上述规范，在管道布置已经确定的情况下，分别对低温再热蒸汽管道和高温再热蒸汽管道计算了三组数据，其结果如表2和表3：

表2 低温再热蒸汽管道规格比选数据表

表3 高温再热蒸汽管道规格比选数据表

从表2和表3可以看出，对于低温再热蒸汽管道，只有第二组管道规格合适，介质流速和管道压降均在规范要求的范围之内，若将管道规格选择的比第二组管道规格大一档，则介质流速过低，不在推荐流速范围之内；若将管道规格选择的比第二组管道规格小一档，则管道压降太大，不在推荐的压降范围之内。对于高温再热蒸汽管道，第一组和第二组管道规格均合适，需要再次进行比较，比较结果见表4。

表 4 不同规格高温再热蒸汽管径对再热系统的影响

由表4可知，高温再热蒸汽系统管道采用第一种规格的管径较第二种规格的管径，管材重量略有增加，两台机初投资需增加 143×104元。将初投资分摊到电厂20a经济寿命期中去，年固定费用率取15.24%，年固定费用为 22×104元。

根据汽轮机厂提供的再热蒸汽系统压降与汽轮机热耗变化率的关系曲线（见图1），第一种方案较第二种方案的再热蒸汽系统压降降低 0.71%，汽轮机热耗降低0.06%即4.24 kJ/ （kW·h）（按年平均热耗 7072kJ/（kW h）计），发电标煤耗降低 0.156 g/（kW·h），供热标煤耗降低0.89g/GJ，按年发电量 35 108kW h，标煤价950元/t，每年可以节约标煤558.8 t，节省运行费用约53×104元。

图1 再热压损对热耗的修正曲线

综合可知，第一方案比第二方案年费用减少（53-22）×104= 31×104元，再热蒸汽系统管道推荐采用第一种方案的管径规格。

三、结语

总之，主蒸汽管道和再热热段管道的经济性和运行的稳定性是电厂投资和生产的重要标准，因此它的优化得到了火电厂企业的重视。在本工程设计中，对再热蒸汽管道进行优化设计非常必要，随着材料和技术的不断发展，火电厂再热和蒸汽管道的布置和材料选择也将会越来越优化，这也是应当一直不断探索的领域。

参考文献

[1]《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）

[2]《大中型火力发电厂设计规范》(GB50660-2011)