摘要：針對國電宿遷電廠二次再熱塔式鍋爐特點，研究660MW超超臨界二次再熱塔式鍋爐的再熱器調溫方式。通過分析二次再熱鍋爐再熱器溫度調節(jié)的難點，優(yōu)化二次再熱鍋爐的結構及受熱面設計，同時結合宿遷工程具有寬泛抽汽供熱的需求，分析供熱對再熱器調溫的影響。參考并對比國電泰州電廠二次再熱鍋爐的設計，提出適合工程實際的再熱器調溫方式。宿遷電廠在75%THA負荷以上運行時，通過燃燒器擺動及調節(jié)煙氣擋板，再熱蒸汽可達到額定汽溫。在50%THA～75%THA負荷運行時，輔助以煙氣再循環(huán)的調溫方式以保證再熱汽溫達到額定值。煙氣再循環(huán)采用抽取鍋爐省煤器后的煙氣。再熱器調溫方案的設計為同類型的二次再熱機組提供參考和借鑒。

　　關鍵詞：塔式鍋爐;抽汽;供熱;二次再熱;調溫方式;煙氣擋板;煙氣再循環(huán)

　　電力論文投稿刊物：《熱力發(fā)電》雜志由中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司聯(lián)組的西安熱工研究院有限公司與中國電機工程學會主辦，為國家熱能動力科學技術專業(yè)刊物，中國發(fā)電技術重要刊物，主要報道國內熱能動力科學技術的基礎研究和熱力發(fā)電(火力、核能、地熱及其它可再生能源發(fā)電)技術的開發(fā)利用，包括：化石燃料及其清潔燃燒、熱力設備及熱力系統(tǒng)、電站輔機、電站自動控制、電廠化學、電廠金屬材料、電力環(huán)境保護及綜合利用等。

　　0引言

　　近年來，超超臨界二次再熱鍋爐已成為國內重點發(fā)展的產品。二次再熱機組不但可使電站機組獲得較高的經濟性，而且具有較好的環(huán)保效果，是一種成熟、高效、低污染的燃煤發(fā)電技術[1]。國電宿遷電廠二期工程二次再熱機組采用31.0MPa/600℃/620℃/620℃的參數(shù)，機組的熱效率可提高約2%，煤耗可顯著降低。由于鍋爐增加一級再熱器，二次再熱鍋爐的再熱器蒸汽溫度控制調節(jié)相對復雜。國內已經有文獻對塔式鍋爐二次再熱汽溫的調節(jié)進行了研究[2-6]。

　　國電宿遷電廠二期的二次再熱機組要求對外供熱，寬泛的抽汽供熱對高參數(shù)、大容量機組的安全性、經濟性產生一定影響[7-9]，使得二次再熱鍋爐的再熱器溫度調節(jié)更趨復雜化。因此結合宿遷工程寬泛的抽汽供熱需求，分析研究抽汽供熱與二次再熱鍋爐再熱器受熱面的布置、基準點的關系，以及不同抽汽負荷對二次再熱溫度控制的影響，是工程設計的關鍵，是保證機組能夠可靠、高效運行的前提。本文旨在研究寬泛抽汽供熱需求下，高效寬負荷二次再熱鍋爐運行的再熱器調溫方案。

　　1機組條件

　　國電宿遷電廠二期為2×660MW的大容量、高參數(shù)的超超臨界二次再熱機組，鍋爐主要參數(shù)見表1。機組建成后替代原超高壓2×135MW機組對外供熱，供熱的熱負荷為：額定供熱壓力：1.5MPa額定供熱溫度：350℃額定供熱流量：156t/h單臺機組額定供汽量按156t/h考慮，全廠機組具備312t/h最大對外供汽能力。

　　2再熱蒸汽溫度控制難點

　　二次再熱機組相對一次再熱機組在系統(tǒng)結構與蒸汽參數(shù)上都發(fā)生了巨大的變化，因此對二次再熱機組汽溫系統(tǒng)的控制和調節(jié)提出更高的要求。尤其國電宿遷工程，機組的抽汽供熱使得再熱蒸汽流量變化較大，二次再熱鍋爐汽溫調節(jié)更具有復雜性。1)二次再熱增加了一套再熱系統(tǒng)。相比一次再熱鍋爐，各個熱力系統(tǒng)的蓄熱能力和比例發(fā)生較大的改變，各個子系統(tǒng)之間的耦合性更強[10]。因此二次再熱鍋爐各受熱面的設計和布置難度增加了，同時整個汽溫系統(tǒng)控制的難度增加，機組協(xié)調控制的更具復雜性。2)二次再熱機組的一次再熱與二次再熱汽溫達到或超過了620℃，減小了蒸汽溫度控制的裕度，為保證鍋爐受熱面材料的安全，蒸汽溫度的控制要求更高。3)一次再熱蒸汽和二次再熱蒸汽的流量隨供熱負荷的影響而變化，供熱負荷的變化影響鍋爐各個子系統(tǒng)的吸熱比例，增加了再熱蒸汽溫度調節(jié)控制的復雜性，且要求再熱蒸汽的溫度調節(jié)不能降低機組運行的熱經濟性。

　　3塔式鍋爐二次再熱的調溫方式

　　宿遷工程采用塔式鍋爐，根據(jù)塔式鍋爐的受熱面布置特點，塔式鍋爐再熱蒸汽常采用的汽溫調節(jié)方法主要有：擺動噴燃器、煙氣擋板、煙氣再循環(huán)，以及噴水減溫等。

　　3.1擺動燃燒器

　　擺動燃燒器調溫主要是改變火焰中心位置，使爐膛中火焰位置抬高或降低，從而改變熱量在爐膛、過熱器和再熱器之間的分配。燃燒器擺動可以控制由于負荷變化引起的爐膛出口煙溫變化，補償積灰對水冷壁吸熱變化的影響。具有調溫幅度大、調節(jié)靈敏、設備簡單的特點[11]。

　　3.2煙氣擋板調溫

　　塔式鍋爐尾部煙道分隔成兩個并聯(lián)的煙道，在主煙道中布置再熱器。調節(jié)煙氣擋板，可以改變流經兩個煙道的煙氣分配比例，從而調節(jié)一次再熱和二次再熱的汽溫。煙氣擋板作為平衡一次再熱和二次再熱的調節(jié)手段。煙氣擋板調溫結構簡單、操作方便，在調節(jié)再熱汽溫時對爐膛的燃燒工況影響較小，且調節(jié)幅度較大。其缺點是汽溫調節(jié)的延遲時間太大，擋板的開度與汽溫變化不成線性關系，調溫反應時間較長。

　　3.3煙氣再循環(huán)調溫

　　煙氣再循環(huán)是將一部分冷煙氣(通常是省煤器與空預器之間溫度為250℃～350℃的煙氣)通過再循環(huán)風機送入爐膛，改變輻射受熱面與對流受熱面的吸熱量比例，煙氣再循環(huán)的主要優(yōu)點是可以降低爐膛熱負荷，防止蒸發(fā)系統(tǒng)的膜態(tài)沸騰和抑制NOx的形成。主要缺點是要增加再循環(huán)風機，使廠用電及維護費用增加，還會使排煙熱損失有所增加，略微降低鍋爐熱效率。

　　3.4噴水減溫

　　再熱器調溫一般不宜采用噴水減溫作為正常的汽溫調節(jié)措施，因為噴入再熱器中的減溫水要變?yōu)橹袎赫羝�在汽輪機的中、低壓缸做功，增加了汽輪機中、低壓缸的發(fā)電份額，在機組相同的功率下減少了高壓缸的做功份額，這種調節(jié)方式降低了機組整體的循環(huán)熱效率。

　　4工程調溫方案的確定

　　4.1鍋爐受熱面布置及優(yōu)化

　　二次再熱機組由于擁有兩級再熱蒸汽，與一次再熱相比再熱蒸汽的做功能力增強，超超臨界二次再熱機組鍋爐的給水溫度、蒸汽吸熱比例等發(fā)生較大的變化，這對二次再熱鍋爐的設計提出挑戰(zhàn)。二次再熱鍋爐再熱器級數(shù)和再熱器吸熱量增加，再熱蒸汽吸收熱量所占比例也相應增加。常規(guī)660MW一次再熱鍋爐，省煤器和水冷壁的總吸熱為過熱器、再熱器總吸熱量的54%左右。

　　而二次再熱超超臨界鍋爐，省煤器和水冷壁的吸熱量僅為鍋爐蒸汽側總吸熱量的40%左右，二次再熱的輻射吸熱明顯減少[12]。水冷壁的吸熱主要為爐膛輻射換熱，過熱器、再熱器的吸熱主要為對流換熱。因此合理布置相應的輻射及對流受熱面來滿足各級受熱面吸熱量要求是一個難點。鍋爐輻射、對流受熱面吸熱與二次再熱汽水吸熱需求相匹配是解決二次再熱鍋爐再熱器溫度欠溫的關鍵。鍋爐設計上需從爐膛的尺寸和受熱面的優(yōu)化布置兩方面著手。

　　4.1.1減小爐膛尺寸

　　對于二次再熱鍋爐，鍋爐設計上需盡量提高屏底煙溫和增加對流受熱面的煙氣量，從而增加鍋爐的對流換熱量和換熱比例。減小爐膛尺寸、降低爐膛吸熱量能有效減少爐膛的輻射換熱。受煤質變換以及結焦的影響，爐膛斷面不能太小，做太大變動不現(xiàn)實。宿遷工程在設計優(yōu)化中爐膛高度減小3m，在充分燃盡的情況下選取相對合理的高度，防止爐膛結渣的同時使整個爐膛輻射吸熱相對減少，增加再熱器對流吸熱，使得鍋爐受熱面設計更符合二次再熱的吸熱比例要求。

　　4.1.2增加再熱器輻射受熱

　　鍋爐廠在受熱面的布置中將高溫再熱器的部分冷段受熱面提到低溫過熱器屏之后。作此變動可提高再熱器的輻射特性，當鍋爐燃燒器擺動時，火焰中心位置向上或向下移動改變爐膛吸熱量，使得屏底煙氣溫度發(fā)生變化，能有效調節(jié)再熱器汽溫。

　　4.2抽汽供熱對鍋爐再熱汽溫調節(jié)的影響

　　國電宿遷工程具有抽汽供熱需求，抽取點為一次低溫再熱器出口蒸汽。綜合考慮供熱、二次再熱調溫以及鍋爐寬負荷運行的需求，鍋爐受熱面設計基點為75%汽輪機熱耗率保證工況(turbineheat-acceptance,THA)負荷時，一次低溫再熱器出口抽汽100t/h的工況。盡管宿遷工程的二次再熱汽溫為620℃，比泰州工程高10℃，但在設計基準點下，宿遷工程再熱蒸汽吸熱比例相對下降，相比泰州工程再熱器吸熱比例降低2.4%。

　　可見，宿遷工程供熱抽汽后，一次再熱器和二次再熱器蒸汽流量降低，減少了對流受熱面的吸熱比例，有利于再熱蒸汽的汽溫調節(jié)，減少再熱器欠溫。此外，在不同的抽汽工況下，一次再熱蒸汽和二次再熱蒸汽的蒸汽量有較大變化，導致兩個煙道內再熱器的吸熱比例不斷發(fā)生變化，需要調節(jié)煙氣擋板來調節(jié)兩個煙道的煙氣量，進而調整吸熱量。煙氣擋板調節(jié)具有延遲性和非線性的特點，因此對一次再熱汽溫和二次再熱汽溫的精準控制提出更高的要求。

　　4.3再熱器調溫方案設計

　　在充分理解鍋爐設計理念以及研究抽汽供熱對鍋爐再熱器溫度控制影響的基礎上，提出宿遷工程的再熱器調溫方案為：以燃燒器擺動調節(jié)為主，煙氣擋板調節(jié)作為一次再熱和二次再熱平衡手段，低負荷下采用煙氣再循環(huán)方式調節(jié)，事故或緊急工況下考慮噴水減溫。在75%THA負荷以上，通過燃燒器擺動及擋板調溫可使兩次再熱蒸汽均達到額定再熱汽溫。由于宿遷工程抽汽量變化較大，一次和二次再熱蒸汽流量隨抽汽量的變化有較大的變動，為了能在各個抽汽工況下調節(jié)再熱汽溫，宿遷工程在50%THA～75%THA負荷輔助以煙氣再循環(huán)的調溫方式以保證再熱汽溫達到額定值。

　　4.4煙氣再循環(huán)方案設計

　　煙氣再循環(huán)能夠降低爐膛的輻射換熱量，改變鍋爐輻射與對流受熱面的吸熱量比例，達到調節(jié)汽溫的目的[13-15]。爐膛溫度隨再循環(huán)煙氣量增加而降低，使輻射吸熱量減少，但爐膛出口煙氣溫度變化不大。而對流受熱面的吸熱量卻隨煙氣量增加而增加。考慮二次再熱機組的目的主要是為了提高機組效率，引風機后抽取再循環(huán)煙氣的方案調節(jié)效果較差，且會嚴重影響機組效率。宿遷工程煙氣再循環(huán)采用方案一，抽取省煤器后煙氣的方式，省煤器后煙氣溫度300℃～380℃，熱量較高，對爐膛出口煙溫影響小，調節(jié)效果好;循環(huán)煙氣在鍋爐界限內部，不影響空預器出口煙溫，不影響鍋爐效率;但在除塵器上游，循環(huán)煙氣帶塵，再循環(huán)風機容易磨損，影響可用率;抽煙氣口負壓高于煙氣送入口，可能發(fā)生高溫煙氣回灌，燒毀煙道。

　　5結論

　　對于二次再熱鍋爐調溫方式，在鍋爐設計上降低爐膛高度以盡量較少爐膛的輻射換熱量，同時將部分再熱器受熱面布置在輻射換熱區(qū)，提高了燃燒器擺動的調節(jié)效果。寬泛的抽汽供熱對鍋爐調溫帶來一定影響，抽汽供熱使得再熱蒸汽流量減少，有利于再熱器受熱面的布置和溫度調節(jié)。宿遷工程的再熱器調溫方案設計為以燃燒器擺動調節(jié)為主，低負荷下采用煙氣再循環(huán)方式調節(jié)，煙氣擋板調節(jié)作為平衡手段，事故或緊急工況下考慮噴水減溫。由于抽汽工況變化大，為滿足低負荷各種抽汽工況下，鍋爐再熱器溫度不超溫，不欠溫，在50%THA～75%THA負荷輔助以煙氣再循環(huán)的調溫方式。煙氣再循環(huán)采用抽取鍋爐省煤器后的煙氣。

　　參考文獻：

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