生物质电厂主蒸汽管道优化研究
高文英，高丰顺
（国核电力规划设计研究院，北京100095）
及造价，完成主蒸汽管道材质优选.使用AFT软件对不同规格主蒸汽管道的阻力进行数值模 摘要：文中结合某生物质电厂主蒸汽管通设计工作，通过比校分析多种材料的力学特性拟，根据计算结果进行经济性分析，优化主蒸汽管道规格选取，减小管道阻力，降低热耗，压缩造价.
关键词：主蒸汽；阻力计算：经济性：优化
中图分类号：TK227 文献标志码：B 文章编号：1009-3230（2016）12-0055-04
MainSteamPiping OptimizationResearchinBiomassPowerPlant
GAO Wen -ying GAO Feng = shun
Abstract; In this article bined with a biomass power plant through analysis on the advantagesand disadvantages of diferent materals the main steam pipe material is sclected rcasonable. Themsin steam pipe resistance is calculated by AFT software. The economy of main steam pipe is analyzed. Then the specification of main steam piping is choosed optimised. It is show that thepipeline resistance and the heat loss could reduce at lower cost.
Key words:Main steam piping: Resistance calculation; Economy; Optimization
0引言
汽轮机汽轮机.汽机主要技术参数见表2.
表2 汽轮机主要参数序号 名称 单位 数值1 主蒸汽阀前主蒸气压力 MPs. 8.832 主蒸汽网前主蔓气额定温度 ℃ 5353 主蒸汽额定说量 vh 116（纯凝THA)4 额定功率 额定转速 MW 305 /min 000C
某生物质发电工程为1台30MW机组，锅炉形式为高温高压直燃生物质锅炉，单锅筒、单炉膛、平衡通风、室内布置（紧身封闭）、固态排渣、全钢构架、底部支撑结构型.锅炉主要技术参数见表1.
表1 锅炉主要参数
序号 名称 单位 数值锅炉最大连续蒸发量 过热藏汽压力 MPa vh 01 9.23 过热蒸汽温度 5404 始水盈度 210保护效率 % >89
1 主蒸汽管道设计参数选取
主蒸汽系统采用单元制.容量均按汽轮发电机组额定工况时的热平衡蒸汽量设计，按VWO 工况时的热平衡蒸汽量校核.设计压力及设计温度按照《电厂动力管道设计规范》《发电厂汽水管道应力计算技术规程》相关规定选取，具体设计参数见表3.
汽轮机形式为高温高压、单缸、单轴、凝汽式
主蒸汽管道从过热器出口联箱一侧引出，至汽
轮机前分为两支管，然后分别接人汽轮机主汽门.
表3 主蒸汽管道设计参数表
流量/h 设计压力 设计温度/C序号 管道名称 MPa(g)主蒸汽管道母管 130 9.2 5452 主蒸汽管道支管 65 9.2 545
2 主蒸汽管道材料选择
材料的高温蠕变强度必须满足由于管道热膨胀面 主汽管道长期工作在高温高压条件下，管道引起的热应力的要求.一般来说，适合于作为高温蒸汽管道的材料，其在工作温度下应保证较高的许用应力值.同时，还要求管道材料的热膨胀系数比较小且导热率较大，从而能够降低管道内的热应力水平.对于以上要求，同时考虑到运行可靠性和经济因素，使主汽管道材料的选择范围很小.
根据《电厂动力管道设计规范》附录A常用材料性能表A.0.1钢管材料许用应力表，推荐使用温度大于545℃有：112Cr2MoG、212Cr1MoVG、310C9Mo1VNbN （P91）、407Cr19Ni10 507Cr18Ni11Nb.
其中材料：407Cr19Ni10、507Cr18Ni11Nb主要用于蒸汽温度在600℃以上的超超临界机组.因为本工程主汽管道的设计温度仅为545℃，而 且材料407Cr19Ni10、507Cr18Ni11Nb价格昂贵，本工程主汽管道不推荐使用.
112Cr2MoG与212Cr1MoVG相比，在本工程主蒸汽设计温度点上许用应力低18MPa.如采用将导致管道壁厚增加，安装费用增加，降低经济性.
310Cr9Mo1VNbN（P91）ASME认证，技术成熟、来源广泛、应用最多，广泛适用于600℃以下的蒸汽管道.但由于市场价格约为212Cr1MoVG 的4-5倍，并存在采购，加工上的局限，故本工程最终推荐满足设计参数要求，经济性更好，更易采购加工的12Cr1MoVG作为主蒸汽管道材料.
3主蒸汽管道优化
3.1主蒸汽管道布置优化
主蒸汽管道布置和主厂房设备布置及建筑结构紧密结合.本工程节约主蒸汽管道用量的主要措施如下：
（1）主厂房横向布置于锅炉一侧，缩短汽轮机与锅炉过热器联箱出口之间距离，减少主蒸汽管道用量.
(2）取消锅炉房与汽机房之间的通道，进一步压缩主蒸汽管道长度.
走向，尽量减少弯头数目，避免管道因为布置不合 (3）依据主厂房规划，合理布置主蒸汽管道理面增加压降.
3.2主蒸汽管道阻力计算
采用AFT软件进行阻力计算（THA工况作为阻力计算基准工况）
图1主蒸汽阻力计算建模图（注：图中PI、P2 3等表示管道编号）
如图1所示，在AFT-Arrow中对主蒸汽阻力计算建模.主蒸汽管道分别采用不同管径进行阻力计算.在保证锅炉过热器出口参数不变的情况下使用，通过主蒸汽压力-热耗修正曲线（如图2）计算热耗差值.
图2主蒸汽压力-热耗修正曲线
不同规格的主蒸汽管道阻力计算对比表
序号 管道名称 管径 管内最大流速（m/s) 压降/MPs 压降差值/MPa 全厂热耗值（k/kWb)钢护厂部分 4273 ×30 39方案- 汽机侧母管 4219×16 50.9 0.106 6 基准 9941汽机测支营 锅护厂部分 4273 ×30 Φ194 ×14 32 39方案二 汽机侧母管 4219 ×16 50.9 0.1746 0.068 9941.7汽机侧支管 Φ159 ×13 50.7锅炉厂部分 $219 ×16 50.9方案三 汽机侧母管 汽机侧支管 $219 ×16 Φ194×14 50.9 32 0.1520 0.0454 9941.55蜗护厂部分 Φ219 ×16 50.9方家四 汽机测母管 Φ219 ×16 50.9 0.2203 0.1137 9 942.1汽机则支管 Φ159 ×13 50.7
注：1.例护厂主满汽管道规格参考同类型机组锅炉厂一般供货管径：4273×30.
从以上计算结果可知，方案一压阻最小，单考虑管道阻力时为最佳方案.
年维修费用；S为系统费用.
年耗秸秆量，公式如下：
3.3主蒸汽管道经济比较
采用最小年费用法进行经济比较，公式如下：A =Px/×（1I)/(（11)-1)RS式中，P为初投资；/为年利率，本工程取用0.0633；n为经济生产年，本工程取用15年；R为
(2)
式中，q为汽机热耗率；n为锅炉效率，本工程取用89%；n，为管道效率，本工程取用98%.
秸秆收到基低位发热量：10500kJ/kg.
表5
不同规格的主慕汽管道经济性对比
序号 管道名称 管格 (k/kW-h) 全厂热耗值 管道总价 /元 投资金额差 元 年耗秆量 年耗桔杆 年耗秸杆成本成本/元 差价/元1 汽机侧母管 蜗炉厂部分 4273 ×30 4219 ×16 9941 79 588 基准 195388 50 800 799 基准汽机侧支管 Φ194 ×14蜗炉厂部分 Φ273 ×302 汽机侧母管 $219 ×16 9941.7 Z619 345 6 195401 50 804 376 3577汽机侧支管 锅炉厂部分 4219×16 Φ159 ×133 汽机侧母管 $219 ×16 9941.55 47548 OOCE- 195398 50803 610 2811汽机侧支管 Φ194 ×14锅护厂部分 Φ219 ×16汽机侧支管 汽机侧母管 219 ×16 9942.1 4092 -35496 195 409 50 806 421 5621$159 ×13
注：1.被秆价取260元/（含税）；2.12Cr1MoVG管道造价按去年12月份聊城钢材交易市场价格7500元/；3.支吊架、管件的初投资按管道初投资的20%考虑.
阻力.本工程将根据布置情况，最大程度利用弯管.
根据表3、表4在满足流速40~60m/s和压降的要求下，与管道规格方案2、3、4相比方案1在对不同管径规格主汽经济性分析后推荐管道规格为主蒸汽母管为：Φ219x16，支管规格为：Φ194×14.
多投资部分收回的年数分别是：1年、15年、9年.4结束语
（1）通过不同材料优缺点的分析，最终推荐满足设计参数要求，经济性更好，更易采购加工的12Cr1MoVG作为本工程主蒸汽管道材料.
3.4主蒸汽管道弯头管件优化
(2）对不同管道规格的主蒸汽管道采用用AFT软件进行阻力计算和热平衡计算，在对不同管径规格主汽经济性分析后推荐管道规格为主蒸汽母管为：Φ219x16，支管规格为：Φ194×14.
通过采用AFT-Arow软件对主蒸汽阻力计算建模.主蒸汽管道分别采用主蒸汽母管为：$219×16，支管规格为：Φ194×14时弯头弯曲半径的阻力如下.
（3）用AFT软件对不同弯曲半径的弯管进行阻力计算，选用r/d=3的弯管可以最大限度的减少管道阻力.本工程将根据布置情况，最大程度利用弯管.
表住蒸汽管道是力计算审头规格对计算结果影响对比表
r/d 用力银失△P/MPa1.5 0.106 6 0.10222 3 0.102 04 0.106 65 0.1100
参考文献
[1]GB50764-2012电厂动力管道说计规范[S].14-17.[2]国家能源局.DL/T5366-2014，发电厂汽水管道应力计算技术规程[S].7-8.
从上表可以看出，单从优化管道阻力损失而言，选用r/d=3的弯管可以最大限度的减少管道
