二次再热机组状况调研

二次再热机组调研

一、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，而发展到今天，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。

二、二次再热使用情况

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。

表一美国超临界压力机组的情况（截止1976年）

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，尤其是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 %。

表二日本超临界压力机组的情况（截止1976年）

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导致机组结构复杂、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。

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(28.5 MPa,580/580/580/1998年)机组采用二次再热的超超临界机组。近十多年投运的超超临界机组中，主蒸汽压力>（30—31）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。

三、采用二次再热的优缺点

一般来说，采用二次再热的目的是为了进一步提高机组的热效率，并满足机组低压缸最终排汽湿度的要求。在所给参数范围内，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1.43%～1.60%。

但采用二次再热方式，将使机组更加复杂：有两个再热器——锅炉结构复杂化；增加一个超高压缸，增加一根再热冷管与再热热管，增加一套超高压主汽、调节阀，机组长度增加，轴系趋于复杂——汽轮机结构复杂化。同时它对锅炉的影响也很大，运行时对控制的要求更高。这都存在大量需要解决的技术问题。

在2006年，西安热工院朱宝田《我国超超临界机组参数与结构选型的研究》一文中提出，在目前参数下，二次再热的经济性得益为1.4%—1.6%左右，但机组的造价要高10%~15%，而机组的投资一般约占电厂总投资的40%~45%左右，电站投资要增加4%—6.8%。

四、二次再热机组的发展前景

根据超超临界机组未来的发展，参数将进一步提高仍是必然的，当温度达到 650~720℃、压力超过30MPa、采用二次再热，届时电站的效率将进一步提高，可以获得与IGCC和PFBC 发电技术相媲美的优良经济性。按照 ABB,SIEMENS,GECALSTOM为主的欧洲汽轮机制造业提出的“高参数燃煤电站（700℃）发展计划，即到2015年左右，超超临界机组的参数达到40mpa/700℃/720℃的水平，即是为此阶段的超超临界机组提出的。

五、典型二次再热机组介绍

日本姬路第二电厂6号炉

日本姬路第二电厂6号炉系二次再热超临界压力锅炉，1970年订购，经过试运行，于1973年11月正式投运。锅炉采用了二次再热以及表面式热交换器来控制温度，采用烟气再循环和二次燃烧方式以减少排烟中的氧化氮。又为了单烧和混烧各种重油、原油、粗汽油以

及液化天然气，采用了管路混合方式。

1）锅炉的型式及参数：石川岛播磨-福斯特·惠勒二次再热直流锅炉受热面型式：

炉膛鳍片管膜式水冷壁，平炉底

过热器辐射式和对流式混合

一次再热器光管

二次再热器光管

省煤器水平光管

暖风器肋片加热管

过热器出口蒸汽量（BMCR）： 1780t/h

最高工作压力：

过热器出口 269公斤/cm2

一次再热器 95公斤/cm2

二次再热器 34公斤/cm2

燃烧方式：重油、原油、粗汽油及液化天然气的单烧和各种油

混烧

通风方式：强制通风

2）锅炉的结构特点：

炉膛受热面布置多次上升

炉膛结构膜式水冷壁

燃烧方式对冲布置

启动旁路方式一级过热器低压启动

控制方式锅炉、汽轮机平衡控制

燃烧器风箱独立风管结构

3）采用表面式热交换器

再热器分一次再热器与二次再热器二个系统，为了提高机组效率，装有再循环风机。再热器通常不用喷水调节，一次再热器布置在尾部平行烟道的一侧(锅炉前侧)，由烟道出口处的烟气挡板调节一次再热器的出口蒸汽温度。

二次再热器的水平段布置在尾部平行烟道的另一侧(锅炉后侧)，其垂直段布置在水平烟道的烟温较高处。二次再热器出口汽温是由布置在水平段与垂直段之间的管壳式热交换器(表面式减温器)进行调节。在热交换器内水平段二次再热器的出口蒸汽(高温工质)与省煤器进口的一部分给水(低温工质)进行热交换。通过调节阀调节热交换器进口的给水量来控制热交换量，使二次再热器的出日蒸汽温度保持在规定值。再热蒸汽通过热交换器降低温度，然后进入垂直段二次再热器，而来自热交换器的给水在炉膛第3回路进口处与流经省煤器、炉膛第1回路及炉膛第2回路的工质汇合。

4）烟气再循环风机和过量空气喷口装置

为了减少氧化氮，采用了烟气再循环与二次燃烧。烟气再循环是由二台50%容量的烟气再循环风机把省煤器出口的一部分烟气升压与空气预热器出口的燃烧空气混合。再循环烟气量为燃烧空气的20%(重量比例)。

考虑到空气预热器的经济性，从省煤器出口的排烟中取出烟气，