燃煤机组的工艺流程简单来说,就是加热液态的水,使之变成蒸汽,再由蒸汽推动蒸汽轮机带动发电机旋转切割磁场,从而产生电流,如图1-1及彩图1所示。
图1-1 发电站生产过程和主要设备示意图
根据主蒸汽压力和温度的不同,燃煤机组又分为亚临界、超临界和超超临界机组。
我们知道,水的临界点参数: p =22.12MPa, t =374.12℃。
亚临界火电机组的蒸汽参数: p =16~19MPa, t =538℃/538℃或 t =540℃/540℃。
当蒸汽参数超过水临界点的参数时,称为超临界机组。根据GB/T 28558—2012《超临界及超超临界机组参数系列》的规定,超临界机组的蒸汽压力为24~26MPa,其典型参数: p =24.2MPa、571℃/569℃;我国正在建造的600MW超临界机组的参数为25.4MPa、538℃/566℃,以及 p =25.4MPa、566℃/566℃。
超超临界机组实际上是在超临界机组参数的基础上,进一步提高蒸汽压力和温度。我国把主蒸汽压力在26.15~27.46MPa、主蒸汽/再热蒸汽温度为605℃/603℃的机组定义为超超临界机组。
国产亚临界、超临界和超超临界机组的基本参数见表1-1和表1-2。
表1-1 国产部分亚临界机组的基本参数
表1-2 国产部分超临界和超超临界机组的基本参数
下面对电厂的几个主要系统进行说明。在此之前,为了方便看图先将阀门和管件在系统图上的图形符号列在表1-3中。
表1-3 阀门和管件在系统图上的图形符号
发电站的管道作为热力系统各个设备(锅炉、热轮机及辅助设备等)之间的连接管道,是发电站热力系统必不可少的重要组成部分。管道工作的可靠性,对电厂的安全运行影响很大。随着高参数、大容量再热机组的发展,现代大型燃煤电站的管道总长可达数万米,总重量可达几百吨甚至千吨以上。例如600MW机组仅主蒸汽、再热蒸汽和主给水管道就重达650t,其中昂贵的高级耐热合金钢占有相当大的比例,这些合金钢必须具有强度高、耐高温腐蚀、耐汽侧氧化,以及有良好的焊接性能和加工性能。
我国目前电站管道设计遵循的标准为DL/T 5054《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(简称《管规》)。该规定是根据我国实际情况,参照国外有关规程,如美国B31.1规程制定的。
在《管规》中规定:主蒸汽管道的设计压力,取锅炉过热器出口的额定工作压力或锅炉最大连续蒸发量下的工作压力。当锅炉和汽轮机经允许超压5%运行时,应加上5%的超压值。主蒸汽管道的设计温度,取锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差5℃。主蒸汽管道配套的阀门也是按这个设计温度和压力进行选型的。
为实现发电站的安全经济运行,不仅要求管道系统布置设计合理、安全可靠,还要求汽水管道中的介质流速在允许范围内。若选择的介质流速过大,则管径过小,虽然钢材消耗及投资减少,但管内介质流动阻力增大,运行费用增加,且使阀门密封面磨损加剧,甚至产生气蚀,使阀门密封面失效,管道产生振动。为此,《管规》中推荐了允许介质流速的范围,以核算管径。汽水管道介质允许的流速见表1-4。
表1-4 汽水管道介质的允许流速
综上所述,主蒸汽管道的设计压力、设计温度和汽水管道介质流速的规定,就构成了电站阀门的选型参数。其中设计压力和设计温度是选择阀门阀体材料和压力等级的依据,通常按美国ASME B16.34—2013中规定的温度压力表进行(Class系列)。国家能源局在2014年6月颁发了NB/T 47044—2014(代替JB/T 3595—2002)电站阀门标准(PN系列),该标准也纳入了ASME B16.34—2013中的部分材料,为阀门设计和选型提供了指南。
介质流速的规定是选择阀门的公称尺寸的依据。需要特别指出的是:阀门的公称尺寸要兼顾管道的尺寸,特别是对接焊连接的阀门。燃煤电站工艺流程及主要阀门布置图如彩图2所示。