超超臨界二次再熱鍋爐技術(shù)研究進(jìn)展

王強(qiáng)

摘 要：超超臨界二次再熱技術(shù)作為煤炭清潔高效利用技術(shù)備受關(guān)注。本文介紹了二次再熱技術(shù)的原理，分析了二次再熱鍋爐關(guān)鍵技術(shù)，并簡(jiǎn)要介紹了全球二次再熱技術(shù)的應(yīng)用情況，中國(guó)二次再熱技術(shù)在機(jī)組容量及蒸汽參數(shù)等方面，處于世界領(lǐng)先地位。

關(guān)鍵詞：超超臨界鍋爐;二次再熱;技術(shù)改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.045

0 引言

我國(guó)一次能源呈現(xiàn)“富煤、貧油、少氣”的分布特點(diǎn)，煤炭處于我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，截止2016年末，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量16.5億千瓦，其中燃煤機(jī)組裝機(jī)容量9.5億千瓦，占總裝機(jī)容量的57.6%。到2017年末，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量17.8億千瓦，其中燃煤機(jī)組裝機(jī)容量10.2億千瓦，占總裝機(jī)容量的57.3%。雖然燃煤機(jī)組裝機(jī)容量占比略有下降，但是裝機(jī)容量依然增長(zhǎng)了7.4%。顯然，我國(guó)電力生產(chǎn)中煤電依然處于重要地位。因此，煤炭的清潔高效利用成為了主要發(fā)展趨勢(shì)，其中超超臨界二次再熱技術(shù)作為目前切實(shí)可行的煤高效利用及節(jié)能減排發(fā)電技術(shù)，成為目前的研究熱點(diǎn)。

1 二次再熱技術(shù)簡(jiǎn)介

二次再熱技術(shù)是在常規(guī)一次再熱基礎(chǔ)上，鍋爐增加了一級(jí)再熱系統(tǒng)，汽輪機(jī)增加了超高壓缸。蒸汽在超高壓缸中做功后進(jìn)入鍋爐進(jìn)行一次再熱，然后進(jìn)入高壓缸，在高壓缸中做功后進(jìn)入鍋爐進(jìn)行二次再熱。圖1為二次再熱的熱力系統(tǒng)圖。

圖2為二次再熱循環(huán)的T-S圖。如圖所示，二次再熱循環(huán)在原朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上又加入了一級(jí)高參數(shù)的循環(huán)，相當(dāng)于提高了循環(huán)的平均吸熱溫度，在平均放熱溫度不變的情況下，機(jī)組循環(huán)熱效率提高。文獻(xiàn)[1]中指出，二次再熱循環(huán)熱效率比一次再熱高1.5%-2%，CO2減排約3.6%。此外，與一次再熱機(jī)組相比，二次再熱技術(shù)還可以提高汽輪機(jī)低壓缸的排汽干度，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 二次再熱鍋爐關(guān)鍵技術(shù)

二次再熱機(jī)組的熱力系統(tǒng)決定了二次再熱鍋爐與常規(guī)的一次再熱鍋爐有很大的不同，目前世界上發(fā)展二次再熱技術(shù)鍋爐的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個(gè)方面。

2.1 蒸汽參數(shù)的合理選擇

對(duì)于二次再熱機(jī)組，蒸汽參數(shù)的合理選取有利于提高機(jī)組效率，保障機(jī)組的安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)主汽參數(shù)和再熱蒸汽參數(shù)的提高，可以在一定程度上提高機(jī)組的效率，但是由于材料的限制，蒸汽參數(shù)過(guò)高不利于機(jī)組安全運(yùn)行。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，主蒸汽壓力由早期的25MPa左右發(fā)展到30-33MPa，主汽溫度由早期的560℃左右發(fā)展到600℃左右，一次再熱蒸汽壓力通常選擇為約10MPa，二次再熱蒸汽壓力通常選擇為約3MPa，再熱溫度選擇為600℃與620℃之間。

2.2 二次再熱鍋爐受熱面布置

與一次再熱機(jī)組不同，二次再熱機(jī)組增加了一級(jí)再熱受熱面，在爐膛中多吸收一次熱量，這就導(dǎo)致二次再熱鍋爐受熱面的布置要比傳統(tǒng)一次再熱受熱面布置更復(fù)雜，鍋爐受熱面布置形式需要設(shè)計(jì)，鍋爐各受熱面的吸熱量需要重新分配。以某廠東鍋二次再熱鍋爐為例，過(guò)熱蒸汽吸熱占總吸熱量的72%左右，再熱蒸汽占總吸熱量的28%左右，其中一次再熱受熱面吸熱比例為16%左右，二次再熱受熱面吸熱比例為12%左右[2]。

2.3 溫度調(diào)節(jié)手段

與一次再熱鍋爐相比，由于二次再熱鍋爐增加了一級(jí)再熱器，鍋爐受熱面布置更為復(fù)雜，受熱面吸熱溫度增加，鍋爐氣溫控制的難度也進(jìn)一步增加，溫度調(diào)節(jié)手段的精準(zhǔn)度也有更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的溫度調(diào)節(jié)，國(guó)內(nèi)三大鍋爐廠采取了不同的手段，其中上海鍋爐廠采用煙氣擋板法和燃燒器的擺動(dòng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，哈爾濱鍋爐廠采用煙氣再循環(huán)與尾部雙煙道擋板進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，東方鍋爐廠采用前后墻對(duì)沖燃燒及尾部三煙道煙氣擋板進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)[3]。

3 二次再熱循環(huán)機(jī)組應(yīng)用情況

從1956年，世界上首臺(tái)二次再熱機(jī)組在西德投運(yùn)，二次再熱技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2015年，全世界至少有57臺(tái)二次再熱機(jī)組投運(yùn)，其中25臺(tái)在美國(guó)，11臺(tái)在德國(guó)，2臺(tái)在丹麥，13臺(tái)在日本，6臺(tái)在中國(guó)。表1為我國(guó)二次再熱機(jī)組應(yīng)用情況，由表可知，我國(guó)的二次再熱技術(shù)在蒸汽參數(shù)及機(jī)組容量方面處于世界領(lǐng)先水平。

4 結(jié)論

二次再熱技術(shù)比一次再熱的機(jī)組熱效率有所提高。由于增加了一級(jí)再熱器，鍋爐的結(jié)構(gòu)，運(yùn)行調(diào)整方式變得更為復(fù)雜。經(jīng)過(guò)多年的研究，我國(guó)已掌握了二次再熱技術(shù)，且在多個(gè)方面處于世界領(lǐng)先地位。

參考文獻(xiàn)：

[1]王月明，牟春華，姚明宇等. 二次再熱技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 熱力發(fā)電，2017，46（08）：1-10.

[2]何維.東方二次再熱鍋爐再熱面受熱匹配特性及影響因素研究[D].重慶大學(xué)，2015.

[3]郭馨.660MW超超臨界二次再熱鍋爐調(diào)溫策略研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.