超临界火电机组二次再热技术-张经武-ppt

1、超临界火电机组二次再热技术张经武2014-12主要内容 1 二次再热机组的概况 2 二次再热机组的经济分析 3 二次再热系统的特点 4 二次再热锅炉的关键技术 5 国内二次再热机组锅炉的设计特点 6 结束语1 二次再热机组的概况 1.1 简介简介 蒸汽中间再过热，就是将汽轮机（高压部分）内膨胀至某一中间压力的蒸汽全部引出，进入到锅炉的再热器中再次加热，然后回到汽轮机（低压部分）内继续作功。经过再热以后，蒸汽膨胀终了的干度有明显地提高。虽然最初只是将再热作为解决乏汽干度问题的一种办法，而发展到后来，它的意义已远不止此。现代大型机组几乎毫无例外地都采用再热循环，因此它已成为大型机组提高热效率的必要

2、措施。从世界上现有的发电机组来说，再热方式分为一次再热和二次再热两种。1 二次再热机组的概况 1.2 二二次再次再热热应应用用情况情况 近几年来投产的锅炉全采用一次再热方式。而在早期（20世纪50年代至70年代）,受金属材料性能限制，有不少机组采用了二次再热方式。 在国际上，从20世纪50年代开始，美国、西德、日本等国家均建造了大量二次再热发电机组。 在美国的超临界压力锅炉中，一次再热机组除了1964年外，占了绝对优势，在1973年以后的机组，没有再采用二次再热。在二次再热机组中，又以再热汽温逐步升高的 538/552/566这种机组使用得最普遍，共有12 台，占二次再热机组的 48 %。1

3、二次再热机组的概况 日本的超临界压力机组中，二次再热机组中以538/552/566 这种再热蒸汽温度逐步上升的机组用得最普遍，占二次再热机组的54.5%，而且日本二次再热机组采用的燃料多为重油。 由于过分注重初压的提高（大于30MPa）采用二次中间再热而使机组结构复杂、运行困难、可用率不高，导致运行参数被迫下降，出现发展停滞和参数反复的现象。1 二次再热机组的概况 这期间，除了早期美国的三台机组外，只有日本川越电站两台700MW机组（31MPa/566/566/566, 1989年）和丹麦二台415MW（28.5MPa,580/580/580， 1998年）机组采用二次再热的超超临界机组。 国

4、外，近十多年投运的超超临界机组中，主蒸汽压力（3031）MPa的机组台数仅三台，其中两台是二次再热机组。近五年来新投运的超超临界机组没有采用二次再热。 国内，目前在建的有国电泰州电厂21000MW、华能莱芜电厂21000MW、华能安源电厂2660MW、国电蚌埠电厂2660MW等工程的二次再热机组。 2 二次再热机组的技术经济分析 二次再热与一次再热机组的对比分析见下表。由下表可知，在所给参数范围内，在相同的主蒸汽压力下，采用二次再热使机组热经济性得到提高，其相对热耗率改善值约为1.4%1.6%。项目蒸汽温度()汽机入口蒸汽压力（MPa）252830二次再热较一次再热机组耗率改善值（%） ）56

5、5/565/5651.431.431.50二次再热较一次再热机组耗率改善值（%） ）593/593/5931.501.501.602 二次再热机组的技术经济分析2 二次再热机组的技术经济分析 主汽出口压力由15MPa增加到35MPa，相对效率可以增加1%，主汽温度由520增加到640，相对效率可增加4.1%；再热蒸汽温度由520增加到640，相对效率可以增加3%左右。因此，提高机组的参数，可以提高机组的热效率。2 二次再热机组的技术经济分析2 二次再热机组的技术经济分析 机组的参数由25.0MP/600/600提高到30.0MP/600/600， 机组的效率提高约0.5%，若出口温度由600/

6、600提高到 600/610,机组的效率又提高0.25%左右，如蒸汽参数再提 高到600/620，机组的效率又能提高0.25%。 二次再热机组，若汽机入口参数为35.0MPa/600/620/620， 相对于25.0MP/600/600的参数，机组的热效率提高了约 2.4%2.6%左右，可显著降低机组煤耗。因此，采用二次再热 机组是目前阶段具有实施条件的大容量超超临界机组的发展方 向。2 二次再热机组的技术经济分析以1000MW二次再热超超临界机组为例，采用30MPa/600/620/620主机参数。其投资回收年限分析： 基本数据 初投资增加额：P =9.141亿元9.2亿元 机组降低发电标煤

7、耗：9.5g/kWh 基准收益率: I=0.08 计算结果初投资增加值的回收年限见下图。2 二次再热机组的技术经济分析由以上曲线可看出，若要收回增加的初投资，当标煤价755元/t时需要30年的运营期，当煤价达到995元/t时需要15年，当煤价涨至1270元/t时需要10年。3 二次再热系统的技术特点 3.1循环热效率循环热效率 典型一次再热与二次再热热力系统如下图所示，一次再热系统中蒸汽在高压缸做功后进入锅炉进行一次再加热；而二次再热系统中蒸汽在超高压缸和高压缸中做功后在锅炉的二次再热器中再次加热。相比一次再热系统，二次再热系统锅炉增加一级再热系统，汽轮机则增加一级循环做功。3 二次再热系统的

8、技术特点 3.2 提高机组循环效率提高机组循环效率 采用二次再热，整个热力循环可以等效为原朗肯循环叠加一个附加循环。由一次再热与二次再热两种系统的热力循环温-熵（T-S）图可见，二次再热系统比一次再热系统多叠加一个高参数的附加循环，其循环效率将比一次再热系统高。3 二次再热系统的技术特点典型一次再热与二次再热热力系统及其循环T-S图3 二次再热系统的技术特点 3.3 减少排放减少排放 随着火力发电机组热效率的提高，单位发电量的CO2排放量明显降低，在相同蒸汽压力温度参数下，二次再热相比一次再热机组热效率提高2%，对应CO2减排约3.6%。因此二次再热还是一种可行的节能降耗、清洁环保的火力发电技

9、术。超超临界机组单位发电量CO2排放随发电机组热效率的变化趋势，见下图。3 二次再热系统的技术特点 机组热效率与CO2排放量的关系 机组热效率与CO2排放量的关系3 二次再热系统的技术特点 3.4 材料性能的要求 蒸汽参数越高，给水温度越高，则机组热效率越高。因此，提高蒸汽参数是现在火电机组提高效率的主要途径之一，然而材料的性能成为制约蒸汽参数大幅提高的主要技术瓶颈。目前合金铁素体（Ferrite）和合金奥氏体（Austenite ) 材料已经在600等级的超超临界机组中得到规模化应用。然而为了将机组的热效率进一步提高到50%以上，蒸汽温度参数需达到700等级，那么现在满足600运行条件的合金

10、铁素体和奥氏体材料将无法满足机组安全运行的要求，新型镍基合金材料就成为必要的选择。3 二次再热系统技术特点 锅炉使用材料不同高温材料的比例3 二次再热系统的技术特点 传统超临界540等级合金钢（TP347H），其单价约为4万元/吨，目前已在超超临界600机组中大量使用的铁素体、奥氏体合金钢（HR3C），单价已达到1215万元/吨，而700等级的镍基合金钢（Inconel 617），其单价估计将高达78万元/吨。目前600一次再热21000MW超超临界机组总投资7080亿元人民币，其中从锅炉至汽轮机单根长度约为160m的主蒸汽管和再热蒸汽管道的造价约3亿元人民币，若将参数提高致700等级，则该高

11、温蒸汽管道的总价格可能上升至25亿元人民币以上，此外锅炉及汽轮机造价亦将相应上升，仅以2%的左右热效率的提高，其代价太大，难以为市场所接受。3 二次再热系统的技术特点 要在技术上和成本上完全解决700等级的高温材料，按照现在美、欧各国的发展计划，实现700等级的超超临界机组大规模投运也还需要10年的时间。而对于采用二次再热技术的机组，在不需要达到700等级蒸汽参数条件下，其机组热效率就可以达到较高水平，且材料上不存在技术瓶颈。因此在未来十年甚至更长一段时间内，发展二次再热技术是提高机组热效率的有效手段。3 二次再热系统的技术特点 3.5 汽轮机汽轮机结构结构 超超临界二次再热机组汽轮机相比传统

12、一次再热机组需增加一级超高压缸，如日本川越电厂，其汽轮机由四个汽缸构成，超高压缸（主蒸汽）和高压缸（高压再热蒸汽）为对向流合缸结构, 中压缸（低压再热蒸汽）为单缸分流式，低压缸为双缸四排汽结钩。汽轮机全长相比一次再热机组有所增加，轴系结构及其应力分布也更加复杂。此外为使超高压、高压汽缸以及相配套的法兰盘、主要阀门和密封垫圈在高温高压工作条件下仍能满足安全运行要求，其结构需重新设计并采用高温强度高的新型材料。此外还应以控制性能更高的数控电气-油压式（EHC）调速器来代替机械-油压式（MHC）调速器，以应对二次再热而产生的控制复杂化等问题。3 二次再热系统的技术特点3.6 热力热力系统系统 对于典

13、型的超临界二次再热机组的热力系统，除增加一套二次再热系统外，高压加热器还需采用外置蒸汽冷却器，而且由于低压抽汽过热度很大，所以低压加热器的回热抽汽通常也采用外置蒸汽冷却器进行过热度热量的跨级利用。其高压加热器的回热抽汽过热度可直接用于提高给水温度，低压加热器的回热抽汽过热度可跨级用于提高除氧器的进水温度。此外，根据机组的具体情况，低压加热器回热抽汽过热度还可能用于提高高压加热器的进水温度或者直接用于提高给水温度。此外，连接汽轮机与锅炉之间的再热蒸汽管道需增加一根再热冷管与再热热管。4 二次再热锅炉的关键技术 4.1 机组机组参数参数 对于超超临界二次再热机组，机组参数的选取非常重要。根据理想工

14、况热力循环的计算结果以及国外现有技术经验，最佳再热蒸汽压力一般选取为高压缸入口初压的20%35%。再热蒸汽温度越高，中间再热的经济性也越好，然而受到材料及烟道布置的影响，二次再热机组再热蒸汽温度一般不大于一次再热机组的再热蒸汽温度。此外为了防止低压加热器蒸汽压力过低应尽量提高过热器出口蒸汽压力，但是受到给水泵、高压加热器选型的影响，主蒸汽出口压力一般选择为30MPa左右，再热蒸汽压力选取为10MPa/3MPa左右。4 二次再热锅炉的关键技术 早期，二次再热机组温度参数多为538/552/566，这种再热蒸汽温度逐步提高的机组应用最为普遍，在美国和日本投运的二次再热机组中分别有12台和6台采用该

15、温度参数，分别占当时该国投运二次再热机组的48%和54.5%。目前国内新建或拟建的超超临界二次再热机组温度均在600/600/600以上，如国电泰州电厂二期21000MW超超临界二次再热燃煤机组温度参数为600/610/610，华能莱芜电厂21000MW超超临界二次再热机组温度参数为600/620/620，国电蚌埠电厂和华能安源电厂的2660MW超超临界二次再热机组温度参数为600/620/620。4 二次再热锅炉的关键技术 4.2 二次再热锅炉过热器和再热器的吸热特点二次再热锅炉过热器和再热器的吸热特点 对于二次再热锅炉，不是简单的增加一级再热器，而是需要系统的考虑锅炉整体布置，设计时要特别

16、考虑高温受热面的布置、调温方式的选择和温度偏差的控制等一系列问题。 目前，国内660MW和1000MW二次再热机组锅炉的参数为32.1（32.97）MPa.a）/605/623/623。二次再热机组的参数和常规的超临界参数相比：过热蒸汽压力比常规的超临界压力（26.25 MPa.a）高6.0 MPa左右，压力参数提高，降低汽轮机的热耗，提高机组的循环效率；提高一次再热蒸汽出口温度使循环效率提高；二次再热的引入使循环效率进一步提高。4 二次再热锅炉的关键技术 从上述的参数可见，二次再热锅炉的过热蒸汽出口温度没有提高，但过热蒸汽的出口压力比常规的超临界压力高6.0 MPa左右；二次再热机组选用的一

17、次再热蒸汽压力有了大幅度的提高，一次再热蒸汽进口压力是常规一次再热机组蒸汽进口压力的两倍；二次再热机组选用的二次再热蒸汽的进口压力较低，仅为常规一次再热机组再热蒸汽压力的一半；一次再热和二次再热蒸汽的出口温度均较常规的超临界一次再热机组提高了20；由于二次再热的引入，二次再热机组的再热蒸汽吸热和过热蒸汽吸热比例和常规的一次再热机组相比有较大的变化，对于一次再热超临界机组，过热蒸汽吸热/再热蒸汽吸热为82/18，对于二次再热超临界机组，过热蒸汽吸热/再热蒸汽吸热为72/28；二次再热机组的给水温度远大于常规一次再热机组；对于1000MW机组，由于二次再热提高效率，与一次再热相比，输入热量可减少5

18、%。4 二次再热锅炉的关键技术 二次再热锅炉与常规的一次再热锅炉相比，由于二次再热的引入，再热器吸热量和过热器吸热量比例发生了较大的变化，再热器吸热量大幅度增加。因此，锅炉的设计重新平衡过热器和再热器的受热面，以适应吸热变化的影响。同时，由于二次再热的引入，高温受热面大幅增加，由原来的两组高温受热面（常规高温过热器受热面、高温再热器受热面）增至三组高温受热面（常规高温过热器受热面、一次再热器高温受热面、二次再热器高温受热面）。高温受热面的增加需要解决高温蒸汽和烟气的换热问题，同时再热蒸汽温度的提高增加了受热面布置的难度，调整受热面的布置形式，以适应二次再热的要求。4 二次再热锅炉的关键技术 二

19、次再热机组比一次再热多了一次再热蒸汽，对汽温控制增加了难度。在机组运行过程中，要求机组在满负荷和低负荷（一定范围内），过热蒸汽出口温度和再热蒸汽出口温度均能达到设计值，以获得较高的效率，对于二次再热超临界机组，选用600以上的蒸汽出口温度，调温方式的选择就更为重要。 从各级蒸汽的做功能力来看，过热蒸汽的温度级别高于一次再热蒸汽的温度级别，一次再热蒸汽的温度级别高于二次再热蒸汽的温度级别。在进行调温方案选择时需要对各级蒸汽进行分别控制。4 二次再热锅炉的关键技术 二次再热机组各受热面吸热量比例4 二次再热锅炉的关键技术 4.3再热汽温调节再热汽温调节方式方式 再热汽温调节是锅炉的关键技术之一，影

20、响再热汽温的因素可分为烟气侧和蒸汽侧两方面。目前大多数一次再热机组再热蒸汽气温调节采用烟气挡板和喷减温水两种主要手段，必要时配合燃烧调整。为减少热损失，再热器出口蒸汽温度应尽量少使用或不使用喷水调节。对于二次再热机组，主要考虑烟气侧的调温方式，已采用或拟采用的调温方式有：烟气再循环、烟气挡板和摆动燃烧器。4 二次再热锅炉的关键技术 日本川越电厂#1、#2炉、丹麦诺加兰德电厂#3炉采用烟气再循环调节方式，国电泰州电厂21000MW塔式二次再热锅炉采用双烟道烟气挡板及摆动式燃烧器调节二次再热汽温；华能莱芜电厂21000MW塔式二次再热锅炉、华能安源2660MW 型二次再热锅炉均采用烟气再循环和烟气

21、挡板配合，以及摆动式燃烧器调节二次蒸汽温度；此外还有三烟道挡板调节方案。4 二次再热锅炉的关键技术 4.3.1 烟气挡板调温方式 （1）双烟气挡板调温 对于烟气挡板调温方式，是将塔式锅炉的对流竖井上部（或型锅炉尾部竖井）烟道分成两部分，分别布置再热器和过热器。调节分隔烟道下部烟道挡板的开度，以改变流过两烟道的烟气流量比例，从而改变过热器和再热器的吸热量。如负荷降低时，开大装有再热器一侧的烟道挡板，关小另一侧烟道挡板，就可提高再热蒸汽温度。4 二次再热锅炉的关键技术 （2）三烟气挡板调温 烟气挡板调节再热蒸汽温度，还可采用三个烟道并列布置方式，三个烟道分别布置过热器、一、二次低温再热器和省煤器。

22、根据吸热比例确定受热面布置位置和数量，并与高温受热面布置相匹配，一次低温再热器布置后烟道内，二次低温再热器布置在前烟道内，低温过热器布置在中烟道内（也采用其他排列方式）。每个烟道出口分别布置烟气调节挡板，共3个挡板，布置方式见下图。4 二次再热锅炉的关键技术三烟道并列烟气挡板布置示意图4 二次再热锅炉的关键技术 通过研究分析，对于采用三挡板调节再热汽温，由于低温过热蒸汽温变化幅度较小且可通过喷水调节，在二次再热汽温调节过程中，可以固定低温过热器挡板开度不变的策略进行汽温调节控制。采用维持低温过热器烟气挡板基本不变，一级再热器挡板调节一次再热蒸汽温度，二级再热器挡板调节二次再热蒸汽温度的控制方案

23、。在这种方案下，一级再热器烟气挡板和二级再热器烟气挡板可以保持在调节性能较好的开度范围内。由于低温过热器的温升小，可以通过喷水调节汽温。以喷水微调再热器系统的汽温偏差进行辅助调节，直至挡板调温达到平衡，当负荷稳定时做到基本无喷水。4 二次再热锅炉的关键技术 挡板调温方式相对设备简单，操作方便，但有时挡板易产生热变形，降低调温的准确性，此外在低负荷时烟气流量和挡板阻力下降，挡板的调温功能亦随之降低。 采用三挡板的再热蒸汽调温方式，可使一次再热蒸汽出口温度50%100%BMCR工况下达到设计值，二次再热蒸汽出口温度也能满足在50%100%BMCR工况下达到设计值。4 二次再热锅炉的关键技术 4.3

24、.2 烟气再循环调温方式 烟气再循环调节汽温的原理是将锅炉尾部烟道中的一部分低温烟气（250350）通过再循环风机送入炉膛，改变锅炉的辐射和对流受热面的吸热量的比例，从而调节蒸汽温度。汽温调节的能力与烟气再循环量，送入炉膛的位置，以及抽炉烟点的位置有关。烟气再循环对锅炉热力特性的影响见下图。4 二次再热锅炉的关键技术烟气再循环对锅炉热力特性的影响（a）再循环烟气从炉膛下部送入 （b）再循环烟气从炉膛上部送入1炉膛；2高温再热器；3高温过热器；4低温过热器；5省煤器；6去空气预热器；7炉膛出口烟温4 二次再热锅炉的关键技术 再循环烟气从炉底送入时，炉膛温度水平下降，炉膛辐射吸热量减小，结果是炉膛

25、出口烟温几乎不变；由于烟气流量增加，导致流速增大，烟气侧的放热系数增加，对流传热量增加，汽温升高。此外，由于降低炉膛温度水平，炉内氧浓度降低，抑制NOX生成量，减少污染。由于热负荷降低，可防止水冷壁管内传热恶化。4 二次再热锅炉的关键技术 再循环烟气从炉膛上部送入烟气时，炉膛辐射吸热量改变很小，但炉膛出口温度降低，靠近烟窗的高温过热器的传热温压减小，传热量降低。在烟气行程后部的受热面，烟气量增加而引起的传热强化作用大于温压减小的作用，使传热量增加。因而从炉膛上部送入烟气，可降低和均匀炉膛出口烟温，防止对流过热器结渣和减少其热偏差，并减少屏式过热器和高温过热器的吸热量，起到保护的作用。 4 二次

26、再热锅炉的关键技术 抽低温炉烟的位置有三种方案：方案一，取自引风机或增压风机出口；方案二，取自静电除尘器后；方案三，取自空气预热器入口。三种方案各有优缺点，采用方案一、二，由于烟气温度低对炉膛的燃烧组织影响较大；方案三，对炉膛的燃烧组织影响相对较小，但抽取的烟气温度和含尘量较大，烟气再循环风机的工作条件很差。根据国内电厂的实际燃煤情况，为保证锅炉较高的可靠性，宜采用方案一或方案二。抽低温炉烟的位置见下图4 二次再热锅炉的关键技术再循环烟气抽取口位置的布置方案4 二次再热锅炉的关键技术 送入炉膛的烟气量有两种方式：一种方式是当锅炉在低负荷运行时，抽取一定量的烟气送入炉膛下部；另一种方式是锅炉在较

27、高负荷区域内，即有一定量的再循环烟气量，这种设计是考虑一旦再热汽温高于设计值即超温时，即可降低烟气再循环量，实现再热汽温调节；否则，只能启动再热器喷水系统，这样即失去二次再热运行经济性的优势。因此，在BMCR工况下投入一定量的烟气再循环。4 二次再热锅炉的关键技术 在运行工况下，采用烟气挡板和烟气再循环调节手段，在负荷变化前调整烟气再循环量，蒸汽温度可较平稳的调整，以提高锅炉的负荷响应速度。 在中负荷至低负荷范围内，可通过调整烟气再循环量的方式，使汽温保持在一定范围：过热蒸汽温度，35%100%BMCR；一次再热蒸汽温度，50%100%BMCR；二次再热蒸汽温度，50%100%BMCR。4 二

28、次再热锅炉的关键技术 4.3.3 摆动燃烧器和烟气挡板调温方式 为了有效解决低负荷时再热蒸汽的调温效果，燃烧器的设计能够满足上下摆动的要求。通过燃烧器的摆动调节燃烧中心的高度，最终改变炉膛出口的烟气温度，炉膛出口温度的变化将影响前置高温再热器的吸热量，从而调节再热蒸汽出口温度，由于一、二次高温再热器都设置了一部分吸收辐射热的受热面，火焰中心的变化对再热汽温的影响显著，可使一、二次再热器在较大负荷范围内通过燃烧器的摆动达到额定值。4 二次再热锅炉的关键技术 为了平衡低负荷时一、二次再热蒸汽出口温度，采用烟气挡板，通过烟气挡板的调节改变进入分隔烟道的烟气量，从而改变一、二次再热器间的吸热分配比例，

29、达到调节一、二次再热器出口温度平衡的目的。 负荷变化时，首先调整燃烧器摆角，将一次再热蒸汽出口温度调整至额定参数，再通过烟气挡板将二次再热蒸汽温度的出口温度降低，另一侧提高，最终达到相同水平。 通过调整，使蒸汽温度保持在一定范围：过热蒸汽温度，35%100%BMCR；一次再热蒸汽温度，50%100%BMCR；二次再热蒸汽温度，65%100%BMCR。4 二次再热锅炉的关键技术 4.4 锅炉使用的材料锅炉使用的材料 二次再热锅炉与一次再热相比，主蒸汽流量降低，水冷壁入口水温提高，水冷壁壁温和分离器温度相对上升，水冷壁需要选择更为可靠的材料，可采用T91，但无实践经验。国内超超/超临界成熟的水冷壁

30、材料为15CrMoG 、12Cr1MoVG。 对于采用28MPa/600/620/620参数的1000MW二次再热机组，可利用国内现有一次再热机组的成熟材料，如高温受热面采用T91、T92/T122、TP347H（TP347HFG）、SUPER304H（喷丸）HR3C等,联箱和管道采用T91、T92/T122等。当压力提高到31MPa，管壁厚度增加，超过现有的计算规范，需要特殊考虑。4 二次再热锅炉的关键技术 螺旋管圈水冷壁在超临界和超超临界锅炉上应用最广泛，美、欧、日和我国很多电厂的锅炉均采用螺旋管圈水冷壁以适应机组变压运行。螺旋管圈水冷壁型式分为光管和内螺纹管，后者可强化传热，使水冷壁运行

31、更安全可靠。二次再热机组锅炉水冷壁在炉膛下部的两相流区域，应使用传热性能良好的内螺纹管，在炉膛上部热负荷较低的部分，可使用光管。内螺纹管螺旋管圈型式是二次再热超超临界锅炉目前首选的水冷壁型式。5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1 莱芜发电厂1000MW超超临界机组二次再热锅炉 5.1.1 锅炉容量和主要参数5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 锅炉最大连续增发量（BMCR）2720 t/h 一次再热蒸汽流量（BMCR）2389.14 t/h 二次再热蒸汽流量（BMCR）2113.46 t/h 炉膛容积热负荷（BMCR）67.3kW/m3 炉膛断面热负荷（BMCR）4.43MW/m2

32、 燃烧器区壁面热负荷（BMCR）1.03MW/m2 燃尽区高度（上层燃烧器至屏下沿距离）25.8m 锅炉保证热效率（BRL）94.65% NOX排放不高于180mg/Nm35 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.2 设计煤种 （菏泽新汶混煤）检测项目符号单位设计煤(C-09-116)校核煤1(C-09-117)校核煤2全水分Mt%7.0148空气干燥基水分Mad%4.078.491.52收到基灰分Aar%23.071130.89干燥无灰基挥发分Vdaf%37.9036.4430.01收到基碳Car%56.2060.3349.72收到基氢Har%3.503.623.2收到基氮Nar%0.

33、970.690.86收到基氧Oar%8.059.955.58全硫St，ar%1.210.411.75收到基高位发热量Qgr，v，arMJ/kg22.25 收到基低位发热量Qnet，v，arMJ/kg21.3722.7619.325 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.3炉膛和燃烧器设计 锅炉采用塔式炉，单炉膛，水冷壁为螺旋管圈+垂直管屏 切向燃烧方式采用水平浓淡切向布置的摆动燃烧器。5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.4 过热器和再热器设计 5.1.4.1 过热器和再热器的流程 过热器系统采用三级布

34、置。即屏式过热器（一过）、二级过热器、末级过热器（三级）；一次再热器为二级，即低温再热器（一级）末级再热器（二级）。二次再热器为二级，即低温再热器（一级）末级再热器（二级）。其中一次低温再热器和二次低温再热器分别布置炉膛出口烟窗下游的分隔烟道的前、后竖井中，均为逆流布置。再热器采用了二级布置即低温再热器和末级再热器，采用烟气再循环挡板调温，整个再热器系统布置在较低的烟温区，以获得较好的挡板调温。5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.4.2 过热器和再热器的布置 按烟气流向，向上依次经一级过热器、三级过热器、一次末级再热器、二次末级再热器、二级过热器、前竖井二次一级再热器和后竖井一次一

35、级再热器、前后竖井省煤器。5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.5 过热器和再热器的调节方式 5.1.5.1 过热器的调温方式 过热器的调温方式采用煤水比+喷水减温，保证过热蒸汽出口温度在30%100%BMCR工况下均能达到设计值。 以汽水分离器出口工质温度作为汽温调节的前置信号，以喷水减温作为微调手段。 5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.5.2再热器的调温方式 哈锅采用烟气再循环+烟气挡板的调温方式。控制汽温的范围决定于再循环烟气的流量。因此，如果再热汽温高于或低于额定值或设定温度，可以通过增减烟气再循环来实现，锅炉设计烟气再循环率为10%20%。 锅炉设计可采用较低

36、的烟气再循环率，这样的烟气再循环方式仅用于再热汽温低于额定值或设定值。但是一旦再热汽温高于设计值，即超温时，再热汽温无法通过烟气再循环实现调温，只能启动再热器喷水系统。二次再热运行的经济性受到影响。5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 鉴于上述情况，哈锅设计时采用在额定负荷时，也有一定量的烟气循环率，针对莱芜电厂1000MW二次再热锅炉，在各负荷下的烟气再循环率为：5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 哈锅的设计计算表明，一、二次再热器入口汽温均降低20时，烟气再循环率提高到15%可以达到汽温的额定值；一、二次再热器入口温度均升20时，烟气再循环率降低

37、到汽温的额定值；烟气再循环的调温烟气量变化对再热蒸汽温度和负荷调节特性见下图。由图可以看出，烟气再循环率变化3%4%，对再热汽温影响205 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 当高压再热进口汽温和低压再热进口汽温分别出现一高一低（+20/-20）或一低一高（-20/+20）时的组合工况，通过锅炉尾部前后烟道的一次再热调温挡板与二次再热调温挡板分配两个烟道的热量，可以方便地达到两次再热汽温的调温要求。 在中负荷至低负荷范围内，可通过调整烟气再循环量的方式，使汽温保持在一定范围：过热蒸汽温度，35%100%BMCR；一次再热蒸汽温度，50%100%BMCR；二

38、次再热蒸汽温度，50%100%BMCR5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 烟气挡板的布置在炉膛的上方，省煤器出口烟道中，水平布置，分为一次再热挡板及二次再热挡板。烟气挡板示意图，如下图。5 国内二次再热锅炉的设计特点（哈锅） 5.1.6 再循环烟气的抽取位置与烟气余热利用 再循环烟气取在静电除尘器出口，主要目的是避免燃煤机组烟气中灰对再循环风机的磨损问题。从经验来看，丹麦诺加兰德二次再热机组因燃用煤/油两种燃料，为避免燃煤时再循环风机的磨损问题，也采用了在静电除尘器后抽取烟气的方式。从静电除尘器后抽取烟气会使通过空气预热器的烟气量增加，因而会造成空气预热器出口排烟温度升高。因此，采用空气预

39、热器旁通烟道，减少空气预热器的烟气流量，并在旁通烟道内布置低温省煤器回收烟气中的余热。这种布置不仅是锅炉总的排烟降低，提高锅炉效率，也因为将烟气中的余热送入机组的回热系统，从而提升整个机组的热效率。5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.2 泰州电厂1000MW超超临界机组二次再热锅炉 5.2.1 锅炉容量和主要参数 汽轮机侧的参数为 32.94MPa/600/610/610 锅 炉侧的参数为 34.21MPa/600/613/613 主蒸汽流量（BMCR）2691t/h 一次汽流量（BMCR）2548t/h 二次汽流量（BMCR）2184t/h 5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 炉

40、膛容积热负荷71.83kW/m3 炉膛断面热负荷4.842MW/m2 燃烧器区壁面热负荷1.06MW/m2 燃尽区高度（上排燃烧器中心到屏底距离）26.331m 炉膛宽度深度 2418021480mm 锅炉效率不小于94.4% NOX排放不大于180mg/Nm35 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅）5.2.2 设计煤种 5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.2.3 炉膛及燃烧器设计 采用塔式锅炉。煤粉燃烧器为四角切向布置、直流式燃烧器。共有12层煤粉喷口，主燃烧器风箱分成3组，每组风箱有4层煤粉喷口。对应两台磨煤机。不同层煤粉喷口之间布置有二次风，每组燃烧器风箱都有顶部二次风，底部有底部

41、二次风。 在每个角3组主风箱上部布置有两组燃尽风箱，分别为低位燃尽风和高位燃尽风，每组燃尽风包括4层燃尽风喷口。5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.2.4 过热器和再热器设计 5.2.4.1 过热器和再热器的流程 主汽系统：一级过热器（垂直段和管屏段）二级过热器去 汽轮机 一次再热系统：来自汽轮机高压缸排气一次再热低温再热器 一次再热高温再热器去汽轮机高压缸 二次再热系统：来自汽轮机一次再热中压缸排气二次再热 低温再热器二次再热高温再热器去汽轮机 高压缸 5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.4.1.2过

42、热器和再热器的布置 炉膛上部沿烟气流向依次分别布置有低温过热器屏管，一、二次再热高温再热器冷段，高温过热器、一、二次再热高温再热器热段。此后烟气通道分为前后分隔烟道，前烟道布置有一次再热低温再热器和部分省煤器，后烟道布置有二次再热低温再热器和另一部分省煤器。隔墙延伸到第二烟道入口处，并在此处设置烟气挡板，用于调节前后烟道烟气流量。5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.2.4 过热器和再热器的设计特点5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.2.5 二次再热锅炉的调温方式 5.2.5.1 过热器调温方式 过热器的调温方式采用煤水比+喷水减温，保证过热蒸汽出口温度在30%100%BMCR工

43、况下均能达到设计值。 以汽水分离器出口工质温度作为汽温调节的前置信号，以喷水减温作为微调手段。5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 5.2.5.2 再热器调温方式 再热器调温方式采用摆动燃烧器+烟气挡板+喷水减温。采用此调温方式保证一次再热蒸汽出口温度在50%100%BMCR工况下和二次再热器出口温度在65%100%BMCR工况下均能达到设计值。 一、二次再热器受热面面积的比例与一、二次再热器吸热量比例基本一致，故一、二次再热器受热面并列布置可使一、二次再热器吸热量随负荷变化的趋势基本一致。通过摆动燃烧器对火焰中心的调整，可保证一、二次再热器出口汽温都基本达到额定值。5 国内二次再热锅炉的设

44、计特点（上锅） 再热器出口汽温随负荷变化曲线5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 不同负荷下汽温的情况5 国内二次再热锅炉的设计特点（上锅） 考虑到运行中的积灰问题，在锅炉上部省煤器出口处设置导流板，该导流板设置时形与水平面成40的夹角，保证在任何条件下斜坡上不积灰，斜坡的转角点直至挡板入口处。405 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3 蚌埠电厂660MW超超临界二次再热锅炉 5.3.1 锅炉的容量和主要参数 汽轮机侧的入口参数为31.0MPa/600/620/620 锅 炉侧的入口参数为32.55MPa/605/623/623 过热蒸汽流量（BMCR）1950t/h 一次再热蒸汽流

45、量（BMCR）1681.97t/h 二次再热蒸汽流量（BMCR）1431.43t/h5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 炉膛容积热负荷（BMCR）77.22kW/m3 炉膛断面热负荷（BMCR）4.44MW/m2 燃烧器区断面热负荷（BMCR）1.47MW/m2 燃尽区高度（上排燃烧器中心至屏底距离）25.4985m 锅炉保证效率94.75% NOX排放不超过180mg/Nm35 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.2 设计煤种5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.3 炉膛与燃烧器设计 锅炉采用型布置，墙式对冲燃烧方式，旋流燃烧器，前后墙各布置3层燃烧器，每层6只。 前后

46、墙各设置2层燃尽风，前后各12只燃尽风喷口。 在靠近水冷壁侧布置1层侧燃尽风喷口。5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.4 过热器和再热器的设计 5.3.4.1 过热器和再热器的流程 过热器系统：启动分离器顶棚过热器包墙过热器吊挂管出口联箱低温过热器一级减温屏式过热器二级减温高温过热器 一次再热系统汽水流程：一次低温再热器再热器事故喷水减温一次中温再热器再热器微调喷水减温一次高温再热器 二次再热系统汽水流程：二次低温再热器再热器事故喷水减温高次高温再热器5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅）5.3.4.2 过

47、热器和再热器 的布置 5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.5 二次再热锅炉的调温方式 5.3.5.1 过热汽温调节方式 过热汽温采用煤水比+2级喷水减温调节方式 5.3.5.2 再热汽温调节方式 锅炉设计全负荷范围再热汽温采用尾部三烟道平行烟气挡板调节，低负荷时采用烟气引射再循环作为备用调节手段，应对煤质变化范围大时提高低负荷挡板调节性能。5 国内二次再热锅炉设计特点（东锅）采用尾部三烟道平行烟气挡板调节的蒸汽温度保证范围 过热蒸汽温度达到额定值的负荷范围 35%100%BMCR 一次再热蒸汽温度达到额定值的负荷范围 50%100%BMCR 二次再热蒸汽温度达到额定值的负荷范围 5

48、0%100%BMCR5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.5.3 受热面在三烟道内的布置方式 锅炉尾部采用三烟个烟道并列布置，三个烟道内分别布置各级受热面的低温段和省煤器。受热面的位置和数量根据吸热比例确定，根据各级受热面的吸热量并与高温级受热面布置相匹配，一次低温再热器布置在前烟道内，二级再热器布置在中烟道内，低温过热器布置在后烟道内。每个烟道出口分别布置烟气调节挡板，共3个挡板。5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅）5 国内二次再热锅炉设计特点（东锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.5.4 烟气挡板的调节特性 挡板的调节特性，关键 在于挡板的流量特性和热力 特性。

49、从图中看出，挡板开 度在1040范围内，调 节性能较好。5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.5.5 不同负荷下的烟道的烟气份额 根据过热汽、一次再热汽、二次再热汽吸热量不同的特点，过热器和再热器系统采用不同的布置和结构形式，过热器采用辐射-对流型，一次再热为半辐射-对流型，二次再热为纯对流型布置。合理分配再热器各级受热面的吸热比例，适当多布置低温再热器受热面，以控制再热器侧烟道烟气流量随负荷变化幅度，改善烟气挡板的汽温耦合特性。 同时合理选定再热器、过热器侧烟道尺寸，减小气流经过过热器及再热器侧烟道受热面后的阻力差，使烟气挡板在有效的调节范围内。5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅

50、）5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.5.6 不同负荷下个烟道挡板的开度 为了减少调节因素，经过大量数值计算模拟，确定相对固定二次再热器挡板开度，在负荷变化时，仅需对低温过热器和一次再热器进行调节，使汽温调节简单，有较快的相应速度。 由下图可见，在30%100%负荷范围内，个烟道挡板开度处于2037区间，对照挡板调节特性曲线，在此区间，各挡板均有较好的调节性能，5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅）5 国内二次再热锅炉的设计特点（东锅） 5.3.5.7 烟气引射再循环系统备用调温手段 考虑在实际燃用煤质变化大，超出锅炉设计煤质适用范围时，为进一步提高低挡板调节特性，布置烟气引射烟气再循环调温系统，作为备用调温手段。锅炉炉膛的静压约-100