国内外过热器再热器的布置及调温方式

国外二次再热机组过热器、再热器布置的特点及其调温方式
(王萌 2 热A)
摘要：二次中间再热技术是提高火电机组热效率的一种有效方法。

本文从国三大锅炉厂（上锅、哈锅、东锅）和国外经典二次再热机组日本姬路第二电厂6号机组入手，主要论述了，超超临界二次再热机组过热器、再热器布置的特点及其调温方式，并评价了其优缺点。

关键字：上锅哈锅东锅日本姬路第二电厂过热器再热器调温方式
我国是以煤炭为主要一次能源的国家，火力发电在我国电力生产中占有主导地位。

在很长一段时间，我国的能源结构不会发生大的改变。

我们所要做的就是提高燃煤的利用效率和降低燃煤机组的污染物排放来改善能源紧的情况和环境污染的压力。

提高火电机组发电效率是我国电力行业发展的必然趋势。

二次中间再热技术是提高机组热效率的一种有效方法。

一般再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右。

采用再热系统可使电站热经济性提高约4%~~5%。

二次再热可使循环热效率再提高2%。

二次再热系统中蒸汽在超高压缸和高压缸中做功后会分别在锅炉的一次再热器和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。

本文将从国外典型的二次再热机组过热器、再热器布置的特点及其调温方式进行说明，并对其优缺点进行评价。

1.锅炉厂新型二次再热超超临界锅炉机组
1.1锅炉厂二次再热锅炉典型举例
以国电二期工程为例。

国电电厂二期2×1000MW超超临界二次再热燃煤发电示项目是国首个百万级超超临界二次再热机组。

机组发电效率高达47.94%，比当今世界最好的二次再热发电机组效率47%高0.94%，比国常规投运一次再热发电机组最高效率45.82%高2.12%。

机组设计发电煤耗256.2g/kWh，比当今世界最好水平低5g/kWh。

项目采用二次再热综合提效技术较常规百万机组降低发电煤耗约10g/ kWh。

与常规百万级超超临界机组相比，CO2、SO2、 NOx、粉尘排放量减少5%以上。

1.2过热器及再热器的布置
过热器受热面的布置为顶棚和包墙过热器、分隔屏过热器、屏式过热器、末级高温过热器；再热器受热面布置为二级布置，低温再热器和高温再热器。

锅炉的蒸汽温度是温度参数为600/610/610℃，其正负偏差都会影响火力发电设备的正常运行，甚至造成故障，所以要对蒸汽温度进行调节。

过热器的调温方式为二级减温水和燃烧器倾角，煤水比。

喷水减温过热器利用锅炉给水作为减温水直接喷入过热蒸汽中，使其雾化、吸热蒸发，达到降低蒸汽温度的目的。

第一级喷水减温器位于屏式过热器前，主要作用是保护屏式过热器；第二级喷水减温器位于末级高温过热器之前。

水的喷射依靠冷凝器和减温器之间的压差来实现，不需专门的减温水泵。

喷水减温器的特点是结构简单，调温幅度大(可达50℃--65'C)，调节温度灵敏，减温器出口的气温延迟时间仅为5~~10s，压力损失小，一般不超过50kPa，易于实现自动化，锅炉中普遍采用。

但是由于由于减温水直接与水蒸气混合，故对水质要求较高，其品质不能低于蒸汽品质。

再热器的调温方式为双烟道烟气挡板、过量空气系数和摆动燃烧器。

对于烟气挡板调温方式，是将塔式锅炉的对流竖井上部烟道分成两部分，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。

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。

结构简单、操作方便，在调节再热汽温时，对炉膛燃烧工况影响小，调温幅度大。

但是汽温调节的延迟时间太大，挡板开度与汽温变化不成线性关系，开度的有效围仅为0~~40%，挡板开的较大时易引起磨损，关的较小又易引起积灰。

改变燃烧器的倾角可直接影响炉膛燃烧工况来调节汽温。

这种调温方法具有调温比较灵敏，时滞较小且过热器和再热器布置在延期高温区域，受热面积小及锅炉钢耗较低等优点。

同时这种方法也有一定的问题。

燃烧器的倾角不宜过大，下倾角过大会造成冷灰斗区域结渣，上倾角过大又会增加燃料的未完全燃烧热损失。

由于烟气温度变化同时作用在整个过热系统上，也影响了过热汽温的同向变化。

过量空气系数调温即向炉底注入新鲜空气，改变炉传热工况。

2.锅炉厂二次再热超超临界锅炉机组
2.1过热器及再热器的布置
过热器受热面的布置为低温过热器、分隔屏过热器、屏式过热器、高温过热器。

低温再热器和低温过热器分别布置于尾部烟道的前、后竖井中，逆流布置。

在上炉膛、折焰角和水平烟道分别布置分隔屏过热器、屏式过热器、高温过热器、高温再热器，因为烟温较高，采用顺流布置。

再热器的受热面布置为二级布置，低温再热器和高温再热器。

低温再热器布置在尾部烟道的前竖井中，逆流布置。

在水平烟道中布置高温再热器，因为烟温较高，顺流布置。

锅炉的蒸汽参数为566/566/566℃。

过热器的调温方式为三级减温水和改变燃烧器倾角。

燃烧器的倾角不宜过大，下倾角过大会造成冷灰斗区域结渣，上倾角过大又会增加燃料的未完全燃烧热损失。

在调节过程中，主要以改变燃烧器倾角为主要修正方式，以混合式减温水的喷水量为辅助方式，按照汽温特性，当锅炉负荷降低时，过热器系统汽温的总变化趋势是下降的，因此应减少过热减温水量，但是由于燃烧器向上摆动，使炉膛出口烟温升高，从而使过热器系统的吸热量增加，尤其是辐射受热面吸热量显著增加。

这时，汽温变化总趋势不是下降而是升高，因此，低负荷时反而需要增加过热减温水量；反之，高负荷时减少过热减温水量。

再热器的调温方式为尾部调温挡板和燃烧器倾角。

锅炉尾部对流烟道分为两部分，低温再热器和第温过热器分别置于尾部烟道的前烟道和后烟道，下面布置省煤器。

通过调节布置在省煤器下方的烟气挡板的开度来改变低过和低再侧的烟气量进行汽温调节。

尾部调温挡板的调节对于过热汽温和再热汽温均有影响，不影响炉的燃烧特性及高温受热面的辐射传热特性，调温方式安全、可靠；但调温反应时间较长，符合变化可与事故减温水配合使用，烟气侧阻力引起引风机能耗增加，挡板有较大的磨损。

改变燃烧器倾角不宜作为再热蒸汽调节的主要手段，可以作为对于煤种适应性和负荷变化是的辅助调温手段。

烟气挡板调温方式比喷燃烧器摆动调温方式更为有效，运行中再热器可以不投减温水，使机组循环效率不会因喷入减温水而降低。

但对烟气调节挡板的制造工艺和可靠性要求较高。

3.锅炉厂二次再热超超临界锅炉机组
3.1过热器及再热器的布置
过热器受热面的布置为顶棚和包墙过热器、分隔屏过热器、屏式过热器、末级高温过热器；再热器受热面布置为二级布置，低温再热器和高温再热器。

3.2过热器、再热器的调温方式及其优缺点
过热器的调温方式为煤水比，三级减温水，燃烧器倾角。

和锅炉厂的过热器调温特性基本相同。

再热器的调温方式为尾部调温挡板，燃烧器倾角，事故喷水、尾部调温挡板的调节对于过热汽温和再热汽温均有影响，不影响炉的燃烧特性及高温受热面的辐射传热特性，调温方式安全、可靠；但调温反应时间较长，符合变化可与事故减温水配合使用，烟气侧阻力引起引风机能耗增加，挡板有较大的磨损。

4.国外经典二次再热机组过热器、再热器布置的特点及其调温方式
日本姬路第二电厂6号炉系二次再热超临界压力锅炉采用了二次再热以及表面式热交换器来控制温度。

过热器类型为辐射式和对流式混合。

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。

5.小结
参考资料：
①王刚--中国动力工程学会超超临界机组技术交流2013年会--锅炉厂技术部高级工程师
②黄莺--中国动力工程学会超超临界机组技术交流2013年会--锅炉厂二次再热锅炉研发现状锅炉厂锅炉研究所高级工程师/副所长黄莺
③超超临界机组技术交流2014年会--国电电厂二期百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电示项目设计回顾
④宋宝军--超临界直流锅炉再热蒸汽汽温调温方式探讨-=电站系统工程-第29卷第 3 期2013 年5 月
⑤王振雷奕-=哈锅1000MW超超临界锅炉技术特点简介=-电站系统工程-第22卷第5期2006 年9月
⑥丹花徐雪元--锅炉厂超 (超)临界锅炉主要技术特点--锅炉技术--第40卷第4期 2009 年7月
⑦高昊天浩杰董建聪忠孝--超超临界二次再热机组的发展--锅炉技术-- 第45卷第4期2014 年7月。