高效超超臨界機組再熱熱段溫度選型探討

王偉杰 溫茂森

摘要：目前已經投運的超超臨界機組，無論是600MW級還是1000MW容量等級，其主蒸汽和再熱蒸汽汽機側的溫度參數大多為600℃，對應鍋爐側的溫度，主蒸汽為605℃，再熱蒸汽為603℃。本文對高效超超臨界機組再熱熱段溫度選型進行了探討。

關鍵詞：高效;超超臨界機組;再熱熱段溫度;選型

近期部分高效超超臨界電廠將再熱蒸汽溫度提高到620℃（汽機入口），對應鍋爐出口再熱蒸汽溫度為623℃，考慮溫度偏差，再熱熱段管道設計溫度為628℃，管道采用SA335-P92材質。

1 提高再熱熱段蒸汽溫度的風險

然而部分電廠雖然再熱熱段蒸汽溫度提高到620℃，但是運行人員及部分專家認為存在風險，運行時將汽機入口溫度降低到610攝氏度。他們主要有以下擔心：

風險1：根據ASME B31.1-2012中“B31 CASE 183 Use of Seamless 9Cr-2W in ASME B31.1 Construction” 大管徑的SA335-P92材質管道最高使用溫度僅為621℃，低于再熱熱段管道設計溫度628℃;

風險2：部分資料提出《鍋爐安全技術監察規程》（TSG G0001-2012）規定：“P92鋼制蒸汽管道、聯箱的最高使用溫度低于630℃”，鍋爐出口的蒸汽溫度為623℃，相比630℃溫度偏差裕量太小。

針對上述兩項風險，下面將給出相關的分析。

2 SA335-P92材料的應用

關于SA335-P92材料的使用溫度，需要結合ASME B31.1（動力管道規范）和ASME BPVC（鍋爐及壓力容器規范）來確定，ASME B31.1一般比ASME BPVC有時間上的延遲。“B31 CASE 183 Use of Seamless 9Cr-2W in ASME B31.1 Construction”是與ASME BPVC CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-3中的要求一樣，即“外徑大于89mm的“9Cr-2W”材質最高使用溫度為621℃，但是ASME BPVC CASE后續進行了更新，在CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-6（批準日期：2006年8月4日）取消了2179-3中關于“外徑大于89mm的P92管道最高使用溫度應低于621℃”的規定，認為“9Cr-2W”材質最高使用溫度最高可以達到649℃，并在CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-8（批準日期：2012年7月28日）明確對于無縫鋼管（SEAMLESS PIPE）來說，“9Cr-2W”材質管道的規范和等級為SA335-P92，最高使用溫度為649℃。因此，對于風險1來說，SA335-P92完全滿足要求。

考慮到ASME B31.1（動力管道規范）目前未按照ASME BPVC進行更新，部分電廠選用歐標牌號的管道，即X10CrWMoVNb9-2。該材料出自歐標EN10216-2：2002+A2：2007，規范中給出了材料在各溫度下100000h持久強度值，計算得到的許用應力值比ASME BPVC 稍小一些。因此部分電廠為保守起見會按照歐標EN10216-2：2002+A2：2007來選取管道的材料和相關的許用應力值。

3 鍋爐再熱器溫度控制

首先要明確的是，在《鍋爐安全技術監察規程》（TSG G0001-2012）并沒有P92材質的相關使用溫度限制，因為P92屬于境外牌號的材料。在該規程中，GB5310中的10Cr9MoW2VNbBN與P92材質較為接近，采用該材質的集箱、管道的最高使用溫度低于630℃。

鍋爐溫度偏差的產生是由于存在煙氣流動偏差和介質流動偏差，控制偏差的有效措施如下：

3.1 采取有效地控制手段，控制煙氣側的溫度偏差

本期工程鍋爐采用四角切圓燃燒方式，鍋爐廠已擁有豐富的燃燒經驗，了解燃燒后煙氣的空氣動力場特性。

采用分級燃燒系統，分離燃燼風的設計能有效消除主燃燒器燃燒形成的殘余動量，有效控制煙氣流動過程中的煙溫偏差。

3.2 采用合理的措施，控制介質流動偏差

介質流動偏差分為同屏偏差和屏間偏差。同屏偏差產生的原因是由于在同一屏中管子的長短不同、受熱不同，因此流通阻力大的管子流量小，流通阻力小的管子流量大。流量大的管子冷卻迅速，所以溫度低，流量小的管子冷卻慢，所以溫度高。通過采用合理的“節流”手段可以有效控制不同管間的流通阻力，有效消除同屏的偏差。介質流量屏間偏差產生的原因是由于進出口集箱的動靜壓的分配，通過合理選擇集箱口徑和集箱的引入方式，可以有效控制屏間介質流動偏差。

通過煙氣溫度偏差的控制和介質流動偏差的控制，可以有效消除再熱蒸汽出口溫度最高值和平均值的偏差，有效確保鍋爐運行的安全性。

圖為電廠500MW負荷和660MW負荷時末再壁溫情況（鍋爐生產廠家為上海鍋爐廠）。

500MW負荷：

再熱蒸汽出口溫度：623℃;

再熱器壁溫最大值：637℃;

再熱器壁溫限制值：645℃。

660MW負荷：

再熱蒸汽出口溫度：622℃;

再熱器壁溫最大值：642℃;

再熱器壁溫限制值：645℃。

從運行數據看，在660MW負荷時，再熱蒸汽出口溫度為621℃，設計值為623℃，再熱蒸汽出口溫度滿足設計值要求。

4 結論

經過上述分析，無論管道材質或是鍋爐溫度偏差控制均能滿足要求，因此高效超超臨界機組再熱熱段溫度提高到620℃（汽機入口）是可行的。