二次再热燃煤机组技术分析研究 能源学专业

1、1绪论1.1课题背景及意义我国能源储备一般是煤炭资源，因此导致国内火力发电的电力制造具备显著的现实作用。因为一次能源的数目持续减少，在全球以及国内对此类发电厂的C02污染排放有严苛的要求，持续改良关注较高参数的超临界机组的现实经济性和减少污染排放就变成国内电力产业后续的重要潮流。 本文依照东锅二次再热锅炉的特点，对此类独特的炉型和显著传热特点、各级受热面的搭配特点、调温模式和受热匹配特点的作用开展分析，上述分析对此类锅炉的使用和制造有显著作用和现实意义。1.2国外二次再热燃煤机组技术的研究现状从国外的热力发电机组可以看出，二次再热机组的运行在20世纪左右投入运行，最近几年来新建立的二次再热燃煤

2、机组很少;在机组参数上，大多在560和25MPa左右;所以二次再热机组适合用在主蒸汽的压力在高于27MPa的超临界热力发电机组。然而因为在中国对与二次再热的研发及其投入运行很晚，且机组各个参数等和外国存在很大差异。1.3国内二次再热燃煤机组技术的研究现状我国对于二次再热燃煤发电科技的分析需要得到有关人员的关注，我国主要动力厂、主要电力设计机构以及学校研究中心逐渐开始对上述课题开展深入的探究，东方锅炉厂股份有限公司对于高参数二次再热锅炉的研究非常重视，现在己经研究出的锅炉设计有660MW, 1000MW等，并且研究的冷态及模拟调温通过了国家级评审。在研发的时候锅炉使用型布置类型，前后墙对冲燃烧来

3、完成挡板对热的汽温、一次以及二次再热汽温开展全面合理的调整11。2二次再热机组锅炉炉型及传热特性2.1东锅二次再热机组炉型特性2.1.1炉型一:型炉，尾部三烟道平行烟气挡板调节再热汽温使用，单炉膛，固态排渣，水冷壁主要使用螺旋盘绕提高加垂直管屏的构造，保证均衡空气流通，使用钢材构造、基本上是悬吊构造。尾部烟道利用包墙划分成各个块，然后在上面都会设置一次以及二次低温再热器管组以及低温过热器。再热汽温利用尾部三烟道平行烟气挡板开展相应的调整2。图2.1锅炉纵剖面布置示意图2.1.2炉型二:型炉，尾部双烟道，使用烟气再循环+烟气挡板调节再热汽温 使用型划分，单炉膛，固态排放，前后墙对冲燃烧，水冷壁使

4、用螺旋盘绕提升以及垂直管的构造，尾部带有两个烟道，保持良好的空气流通，基本上都是钢材构造、全悬吊构造。一、二次再热器都是两级设置，上述不同的再热器按照次序排列在相同烟道中，上述再热器主要位于后竖井前、后烟道中。再热器就是单纯的对流吸热分布。产生的汽温利用相应的挡板+再循进行合理的调整2。图2.2锅炉纵剖面布置示意图2.1.3炉型三:双型炉，墙式双切圆燃烧，燃烧器摆动调节再热汽温锅炉使用双型分布，单炉膛，固态排放，墙式双切圆燃烧，水冷壁采取螺旋提高以及垂直管屏内部结构，烟道划分成两个部分，保持空气的顺畅流通，使用钢材制造、全部是悬吊构造。过热器受热面划分成两个部分，然后一次位于左右两边，最后合并

5、之后利用主汽管道引导汽机超高压缸;一次与二次再热划分成三级分布，低温与中温两个再热器分别位于左右，高再左右一次交叠分布2。图2.3锅炉总体布置图2.2东锅二次再热机组锅炉传热特性例如：1000MW二次再热燃煤锅炉，主蒸汽压力为30MPa、其温度为605摄氏度，一般蒸汽温度为615。与平常1000MW的超临界一次再热燃煤锅炉在参数、吸热的比例对比如下:锅炉BMCR工况下参数对比表2.1锅炉BMCR工况下参数对比参数对比分析:由表2.1可以看出，汽轮机各个参数的升高变化，锅炉主蒸汽出口的流量随之减少。因此我们就可以知道下降明显的就是过热蒸汽吸热比值，全面提升了一次再热蒸汽温度以及压力，对整体研究方

6、案造成显著的作用。由于提升二次再热机组的最初参数，因此持续提高了锅炉进口给水以及低再进口蒸汽温度，为了照顾到温度压力，省煤器出口及进口的烟气温度和预热器出口烟温高于一次再热燃煤锅炉，所以锅炉的热效率随之降低，这样就对于机组来说是很大的损失，所以，迫切需要有效的措施来降低这些损失3。吸热比值变动比较表2.2吸热比例变化对比（BMCR工况下）吸热比例变化对比分析:在同等容量下二次再热燃煤锅炉的总吸热量低于一次再热锅炉5左右; 二次再热锅炉的过热蒸汽吸热比值出现下降，再热蒸汽的综合吸比值提高; 相同容量中有明显变动的就是二次再热锅炉的过热与再热蒸汽的吸热比值和一次再热锅炉，根据吸热状况来分析锅炉各级

7、受热面的吸热比值和受热面积进行一定的调节。 明显提升的是二次再热锅炉的主蒸汽压力以及一级再热蒸汽的压力，对众多系统受压件的选择有显著的作用，二次再热锅炉锅炉的受压件重量和相同容量的一次再热锅炉相比有明显的提升。 二次再热锅炉在负荷变动是吸热比值的变动状况表2.3二次再热锅炉在负荷变化时吸热比例变化对比图2.4各负荷吸热比例趋势负荷变化时吸热比例变化分析: 1)伴随锅炉负荷的降低，一、二级再热蒸汽吸热数目出现降低，过热蒸汽侧部分却得到提升; 2)一、二次再热蒸汽吸热量出现显著的差异，在全部负荷的时候，二次再热蒸汽吸热比值相比一次来说比值低5.22，即使一、二次再热蒸汽的吸热比例差很小，但是相对于

8、总吸热量来说，分别占了一、二次再热蒸汽总吸热量的31.7和46.4，所以在100%负荷时对一、二级再热器系统的受热面布置有非常大的影响; 3)随着负荷降低造成再热蒸汽的吸热比值降低，然而上述双方的的降幅有细微的差异，一次的下降幅度明显更高，所以二次再热锅炉负荷的大小对各级受热面的吸热匹配有较大的影响。 4)因为出现上述吸热变动特别是两级再热器系统间出现吸热差以及变动幅度的差异，所以二次再热锅炉的过热器体系、两级系统的受热面划分需要根据以上变动而出现显著的变动，如此才可以全面满足负荷变动时期参数标准2。 3东锅二次再热机组锅炉再热受热匹配特性3.1二次再热受热面布置位置原则3.1.1二次再热受热

9、面布置位置原则某二次再热锅炉在BMCR工况中具体的吸热比值:表3.1某二次再热锅炉在BMCR工况下吸热比例根据表3.1我们就能知道，增加二次再热系统的二次再热锅炉，其中的吸热比值和过热蒸汽的吸热比值大概是28：72，此处两次再热系统的吸热比值是12：16;在相同容量中，过热蒸汽与再热蒸汽的吸热比值和一次再热锅炉相比有显著的差异，依照吸热状况锅炉各部分受热面的吸热情况和具体面积需要进行相应的调节。二次再热锅炉蒸汽参数大部分使用:过热蒸汽出口蒸汽温度600、两次再热蒸汽出口蒸汽温度是622 ，因此具体的受热面的设计要求就是:因为一、二次再热锅炉的过热蒸汽出口蒸汽温度都在600 左右，所以可以按照一

10、次再热锅炉的布置原则来布置过热器系统的各级受热面:为满足汽机所需要的蒸汽温度需求、满足过热蒸汽所必须的大概80的吸热比值需求，炉膛上部要设定符合的辐射受热面积，一般分布全辐射吸热但是蒸汽温度不高的屏式类型，来保证位于高烟温地区的设备承受合适的热面壁温4。由于管子壁温大概是650摄氏度，因此为全面降低高温设备炉内管子壁温造成的风险，大部分分布在炉膛出口中的辐射地区。低温级过热器在锅炉尾部竖井的设计。 二次再热锅炉是在一次再热系统的前提上增设二次系统，但是在后者蒸汽压力超出11MPa的时候，为了全面满足汽轮机排汽参数需求。前者的蒸汽压力需要提高到11MPa，此外为全面提高汽轮机效率使用622 的温

11、度，前者吸热比值占据综合设备吸热的16;其一次再热系统的受热面划分和一次相比有显著的差异，其重点依照的要求是:为满足一次再热蒸汽所必须的大概16的吸热比值需求，在锅炉中高烟温地区要增设特定的受热面积;但由于一次再热蒸汽温度达到了622 ，如果还按常规一次再热锅炉的低温再热器+高温再热器两级布置、高温再热器依旧划分在高温过热器之后的水平烟道进出口地区，一次再热系统的高温再热器受热面由于烩增提高、壁温太高造成材料超过要求而不能选择。为处理以上不足，要把一次再热系统划分成三级分布:一次低温+一次中温+一次高温，之后把蒸汽温度不高的一次中温再热器划分在高温处理之后的水平烟道入口地区，满足强化一次再热系

12、统吸热且管控一次中温受热面壁温度的目标;此外上述分布模式还可以高效降低一次高温再热器烩增，且把一次高温再热器分布在此后烟温低的地区，以便更好的保证位于此部分的出口蒸汽温度提高到623 之后受热面壁温依旧可以保持正常。显然，二次再热锅炉的一次再热系统划分成三级分布之后，系统的阻力和之前相比需要提升0.2MPa。二次再热锅炉的二次再热系统，一次部分是缺失的;为达到此类型再热机组汽轮机排汽参数的需要，二次再热系统中的蒸汽压力大概是3MPa，此外为持续提高工作效率使用623温度，此系统的吸热比值占据综合数目的12;此类锅炉的二次再热系统其分布要求是:二次再热系统的蒸汽压力通常是3MPa，压力不高，相应

13、的蒸汽面积大，此系统受热面里面的蒸汽流速无法得到全面提升，一般在3kg/m2左右，由于二次再热系统受热面蒸汽质量流速较低对二次再热系统受热面管子的冷却能力有限，二 次再热系统受热面不能布置在辐射或半辐射烟温较高的区域，由于二次再热系统的吸热比值占据综合数目的12%，因此其受热面可使用二次低温+二次高温两个再热器的两级、纯对流分布，可以全面的满足其吸热比值和管控对应系统阻力的需求;二次再热蒸汽温度在达到622之后，因此二次高温再热器可分布在一次中温再热器之后的纯对流传热的烟道地区，让二次蒸汽可以满足参数，进而可以管控受热面壁温的正常运作。二次再热系统的低温再热器受热面分布在锅炉尾部竖井纯对流地区

14、2。我们将东锅蚌埠电厂二次再热锅炉炉型当做案例，使用型划分，单个炉膛，尾部三烟道，使用挡板调整相应的温度。示意图如下:图3.1锅炉总体布置图3.2二次再热受热面布置位置和受热面匹配特性3.2.1二次再热锅炉在负荷变化时吸热比例变化对比表3.2二次再热锅炉在负荷变化时吸热比例变化对比图3.2各负荷吸热比例趋势3.2.2负荷变化时吸热比例变化分析:伴随锅炉负荷的下降，过热蒸汽侧的吸热比值出现提高，两级再热蒸汽的吸热比值降低;一次以及二次再热蒸汽的吸热数目展现明显差异，在达到负荷的时候一次比二次吸热比值高5.22，虽然吸热比值差只占总体吸热的5.22但相比于一次和二次再热蒸汽的总吸热而言，却占了一次

15、再热蒸汽总吸热量的31.7，占了二次再热蒸汽总吸热量的46.4，因此对于两级再热器系统的受热面布置影响很大;一次和二次再热蒸汽的吸热比值都会伴随负荷的变动而变动，但是双方降幅出现差异，前者的降幅更加显著，后者的降幅并不明显，所以二次再热锅炉在高低负荷两者之间对受热面的吸热匹配造成显著的作用。因为出现上述吸热变动特别是两级再热器系统间出现吸热差以及变化幅度的差异，所以在现实工作的时候各个系统的受热面分布都要和以上变动相符合，只有如此才可以满足负荷变动时期的汽轮机参数需求。3.2.3二次再热受热面布置位置和受热面匹配特性我们将东锅二次再热超临界锅炉炉型当做典型的案例:使用型分布，单炉膛，前后墙对冲

16、燃烧，挡板调整相应的温度。过热蒸汽出口蒸汽温度是600、一次/二次再热蒸汽则是622，过热以及再热蒸汽的吸热比值是72:28，此处一次以及二次再热系统的吸热比值是16: 12;过热器系统依照蒸汽程序可以划分成:顶棚、包墙/分隔墙、低温、屏式及高温等过热器。依照烟气程序就是:屏式、高温、低温过热器。依照烟气程序就是:屏式、高温、低温过热器。屏式过热器分布在炉膛上部，为了覆盖到受热面，高温过热器放置在折焰角上部分，为半覆盖受热面，低温过热器放置在竖井烟道为对流受热面。为满足汽机所需要的蒸汽温度标准、满足过热蒸汽所必须的80吸热比值标准，炉膛上部要分布特定的过热器辐射受热面积，一般分布全辐射吸热但是

17、蒸汽温度并不高的屏式过热器，来保证位于高烟温地区的设备受热面壁温稳定2。在炉膛出口的半幅射地方布置高温过热器，由于在高温过热器炉内管子壁温将超过650，这样就需要把高温过热器尽量设施置到烟温低一些的区域，使管子壁的温度过大而带来氧化皮腐蚀等更具有可靠性。锅炉尾部的低温级过热器使用竖井式放置模式。一次再热系统研发是: 一次低温+一次中温+一次高温。依照烟气程序放置就是:一次中温再热器管组放置在折烟角上部高过以前，一次高温再热器在二次高再以后水平烟道中，来确保其充足的吸热量，一次低再放置在尾部竖井前烟道中5。在一次再热蒸汽温度为622的时候，假如还依照常见的低温+高温再热器两级分布、高温再热器的设

18、定还是放在之后的水平烟道入口中，那么就会使一次再热系统的高温再热器受热面会因烩增过大、壁温过大导致超过材料允许温度范围内，造成没有办法选取材料。如果要解决以上的问题，就需要将一次再热系统分成三级布置:一次低温再热器+一次中温再热器+一次高温再热器。为提高一次再热系统吸热以及调节受热面壁的温度，我们就要在高温过热器之后的水平烟道入口地方分布不高的一次中温设备，这样就可以达到增强一次再热系统的吸热并且控制一次中温再热器受热面壁温的目的，而且这种布置方式还可以很好的减少一次高温再热器烩增，然后在烟温较低的地方设计一次高温再热器，为了让一次高温再热器出口蒸汽温度提高到622摄氏度之后的受热面壁温仍安全

19、可靠。二次再热可划分成一次高、低温再热器，依照烟气程序分布就是:一次高温再热器放置在高温以后水平烟道中，一次低再分布在尾部竖井中烟道中6。二次再热系统的蒸汽压力大多在3MPa左右，所以蒸汽的体积很大，而压力很小。因为二次再热系统受热面蒸汽质量流速不高，因此造成其受热面管子的冷却效果并不显著，因此就造成其受热面里面的蒸汽质量流速无法得到提高，二次再热系统受热面不能设置在辐射或半辐射烟温较高的地区，由于二次再热系统的吸热比例占整个蒸汽锅炉吸热的11左右2.，所以为了较好的对吸热比例和二次再热系统阻力的控制，通常可以运用二次低温再热器+二次高温再热器的两级、纯对流布置方式;由于锅炉中二次再热蒸汽温度

20、超出622，因此二次高温再热器可分布在一次中温之后的纯对流传热的水平烟道地区，让蒸汽可以满足参数的时候还可以管控受热面壁温的正常运作7。在锅炉尾部竖井纯对流地区分布二次再热系统的低温再热器受热面。4东锅二次再热锅炉的调温方式及对受热匹配特影响4.1蒸汽温度调节的基本要求表征锅炉特点的关键指标就是蒸汽温度，制造的所有锅炉都具备严苛要求的额定蒸汽温度值，此外全面指出在锅炉工作的时候不能出现明显的差异，由于在汽温很高和特定温度值的时候，会造成设备受热面、具体管道和设备金属原料超温提高，机组运作时间会出现降低。但是汽温太低的时候，会造成机组热效率下降，造成汽耗率持续提高，因此会导致设备末级叶片的蒸汽湿

21、度提高，不只会导致工作效率不如之前，此外造成设施中部分零件侵蚀更加明显8。保持平稳的汽温是确保机组稳定以及正常工作的基础，规模庞大的电站锅炉运作过程中通常要求汽温远离额定值的变化低于士5，因此就需要锅炉设定合适的调温方式，来改正运作因素对汽温变化的作用。二次再热机组让锅炉增多一级再热循环，级数增多，设备受热面分布非常繁杂，锅炉汽温管控的复杂性和困难程度更多，此处最关键的部分就是两级再热汽温的管控，对此部分汽温调节指出更加严苛的标准，合适的汽温调整模式就是机组稳定性、经济性的重要基础9。4.2过热汽温调节方式用煤水比来调整过热汽温是直流锅炉最显著的调整方式，利用提高喷水减温来调整屏过以及高过进口

22、的汽温来调整相应的汽温。喷水减温一般使用在设备重点受热面上，例如屏式、低过至屏式等类型的过热器，和末级设备三者的连接管上全部设置看喷水减温设备。减温水一般出自省煤器出口，此外相同级减温分布2个喷水点位于其左右，一般通过简单调节阀来调整两边的具体数量，然后来减少上述两部分的汽温的差距。喷水点具体的方位图为:图4.1喷水点示意图在研发的时候正确确定各级过热器比值，把众多过热器的烩增合适，让汽侧偏差管控在合适的范畴中，此外末级过热器烩增明显不高，便于管控汽温差异，降低调节惯性，保持调整特性10。4.3再热汽温调节方式对于二次再热锅炉的研发，再热蒸汽温度调整就是其中最关键的部分，对于锅炉再热汽温调整模

23、式的挑选十分关键以及繁杂，要得到有关人员的关注，炉型与二次再热机组的工作模式等。此外要相对于电厂的经济效益的影响，来确定运用哪种调节方式。现在，喷水减温、摆动燃烧器、再热蒸汽旁通等众多类型不一的模式就是目前规模庞大的电站调节的关键方式。4.3.1采用喷水减温调节再热蒸汽调温度喷水减温调整就是在低温再热器的进出口处增加设备，让水泵抽头供应减温水。超过设计温度值时，减温器自动喷水进行减温。此类调整模式只可以减温，无法升温，如此就不利于综合机组工作效率以及工厂的成本节约。因此，在大容量机组中，此类模式目前并非重点，一般会在突发事故或者微调的时候使用。因此在二次再热机组中，用此类模式的时候并不多，一般

24、是出现突发问题、机组启停时期、变负荷时期，使用此类系统，帮助其余调整模式来调整汽温.4.3.2采用燃烧器摆动调节再热蒸汽调温度燃烧器摆动是再热器调温的主要手段之一，广泛应用于大容量锅炉中，对于切圆燃烧锅炉，可以通过在炉膛上部布置一定吸热比例的再热器辐射受热面，调整温度、再热蒸汽温度的反应效率比较高的模式是使用摆动燃烧器。4.3.3采用再热蒸汽旁通调节再热蒸汽温度例如下图所表示的设计方案是通过调节再热蒸汽旁通的手段:超高压缸的排汽分两部分分别进入冷再旁路和一次再热低温受热面，两路先在一次中再出口混合后进入高温再热器。但是这种设计方案有一定的弊端，一是各种负荷下受热面布置匹配困难，仅设置2个烟道(

25、2个挡板)，不能同时调节两级再热汽温汽温，二是冷再旁路起到的降温作用非常小。所以，用这种设计方案作为主要调温手段是不可行的，所以不考虑运用在二次再热锅炉方案中。图4.4锅炉侧视图图4.5锅炉俯视图4.3.4采用尾部烟气挡板调节再热蒸汽温度目前调温的重点模式是烟气挡板，在大部分锅炉中使用。这种调温手段是通过调节烟道内的烟气份额。这种设计方案的优点是零喷水，机组热效率高，设备的结构简单危险系数低，控制方便。在二次再热机组中，两级再热汽温应能单独进行调节。采用尾部双烟道的布置方法，然而运用挡板调温只能对当中的一级再热器进行调温，所以另外一级再热汽温就需要控制受热面积来进行调控，当然在无法调节受热面积、负荷及煤炭质量的时候，汽温就会要么过高要么过低，这样就会使安全和经济性降低。为了解决这种问题，设计方案采用了后竖井烟道按“平行三烟道”或“品字形三烟道”形的布置方案，通过包墙分隔成3个烟道，为确保设备充足吸热，把其放到烟温很高的前烟道中，此时中间放置二次低温再热器，两边对应分布一次低温再热器，后烟道分部低温设备。尾部“平行三烟道”或“品字形三烟道”放置方式可以把两级低再均分