超超臨界二次再熱鍋爐技術研究進展

王強

摘 要：超超臨界二次再熱技術作為煤炭清潔高效利用技術備受關注。本文介紹了二次再熱技術的原理，分析了二次再熱鍋爐關鍵技術，并簡要介紹了全球二次再熱技術的應用情況，中國二次再熱技術在機組容量及蒸汽參數等方面，處于世界領先地位。

關鍵詞：超超臨界鍋爐;二次再熱;技術改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.045

0 引言

我國一次能源呈現“富煤、貧油、少氣”的分布特點，煤炭處于我國能源結構的主導地位。從統計數據來看，截止2016年末，我國發電裝機容量16.5億千瓦，其中燃煤機組裝機容量9.5億千瓦，占總裝機容量的57.6%。到2017年末，我國發電裝機容量17.8億千瓦，其中燃煤機組裝機容量10.2億千瓦，占總裝機容量的57.3%。雖然燃煤機組裝機容量占比略有下降，但是裝機容量依然增長了7.4%。顯然，我國電力生產中煤電依然處于重要地位。因此，煤炭的清潔高效利用成為了主要發展趨勢，其中超超臨界二次再熱技術作為目前切實可行的煤高效利用及節能減排發電技術，成為目前的研究熱點。

1 二次再熱技術簡介

二次再熱技術是在常規一次再熱基礎上，鍋爐增加了一級再熱系統，汽輪機增加了超高壓缸。蒸汽在超高壓缸中做功后進入鍋爐進行一次再熱，然后進入高壓缸，在高壓缸中做功后進入鍋爐進行二次再熱。圖1為二次再熱的熱力系統圖。

圖2為二次再熱循環的T-S圖。如圖所示，二次再熱循環在原朗肯循環的基礎上又加入了一級高參數的循環，相當于提高了循環的平均吸熱溫度，在平均放熱溫度不變的情況下，機組循環熱效率提高。文獻[1]中指出，二次再熱循環熱效率比一次再熱高1.5%-2%，CO2減排約3.6%。此外，與一次再熱機組相比，二次再熱技術還可以提高汽輪機低壓缸的排汽干度，有利于機組的安全運行。

2 二次再熱鍋爐關鍵技術

二次再熱機組的熱力系統決定了二次再熱鍋爐與常規的一次再熱鍋爐有很大的不同，目前世界上發展二次再熱技術鍋爐的關鍵技術有以下幾個方面。

2.1 蒸汽參數的合理選擇

對于二次再熱機組，蒸汽參數的合理選取有利于提高機組效率，保障機組的安全運行。通過對主汽參數和再熱蒸汽參數的提高，可以在一定程度上提高機組的效率，但是由于材料的限制，蒸汽參數過高不利于機組安全運行。經過多年的研發，主蒸汽壓力由早期的25MPa左右發展到30-33MPa，主汽溫度由早期的560℃左右發展到600℃左右，一次再熱蒸汽壓力通常選擇為約10MPa，二次再熱蒸汽壓力通常選擇為約3MPa，再熱溫度選擇為600℃與620℃之間。

2.2 二次再熱鍋爐受熱面布置

與一次再熱機組不同，二次再熱機組增加了一級再熱受熱面，在爐膛中多吸收一次熱量，這就導致二次再熱鍋爐受熱面的布置要比傳統一次再熱受熱面布置更復雜，鍋爐受熱面布置形式需要設計，鍋爐各受熱面的吸熱量需要重新分配。以某廠東鍋二次再熱鍋爐為例，過熱蒸汽吸熱占總吸熱量的72%左右，再熱蒸汽占總吸熱量的28%左右，其中一次再熱受熱面吸熱比例為16%左右，二次再熱受熱面吸熱比例為12%左右[2]。

2.3 溫度調節手段

與一次再熱鍋爐相比，由于二次再熱鍋爐增加了一級再熱器，鍋爐受熱面布置更為復雜，受熱面吸熱溫度增加，鍋爐氣溫控制的難度也進一步增加，溫度調節手段的精準度也有更高的要求。為了實現快速精準的溫度調節，國內三大鍋爐廠采取了不同的手段，其中上海鍋爐廠采用煙氣擋板法和燃燒器的擺動進行溫度調節，哈爾濱鍋爐廠采用煙氣再循環與尾部雙煙道擋板進行溫度調節，東方鍋爐廠采用前后墻對沖燃燒及尾部三煙道煙氣擋板進行溫度調節[3]。

3 二次再熱循環機組應用情況

從1956年，世界上首臺二次再熱機組在西德投運，二次再熱技術已經經過60多年的發展。據統計，截至2015年，全世界至少有57臺二次再熱機組投運，其中25臺在美國，11臺在德國，2臺在丹麥，13臺在日本，6臺在中國。表1為我國二次再熱機組應用情況，由表可知，我國的二次再熱技術在蒸汽參數及機組容量方面處于世界領先水平。

4 結論

二次再熱技術比一次再熱的機組熱效率有所提高。由于增加了一級再熱器，鍋爐的結構，運行調整方式變得更為復雜。經過多年的研究，我國已掌握了二次再熱技術，且在多個方面處于世界領先地位。

參考文獻：

[1]王月明，牟春華，姚明宇等. 二次再熱技術發展與應用現狀[J]. 熱力發電，2017，46（08）：1-10.

[2]何維.東方二次再熱鍋爐再熱面受熱匹配特性及影響因素研究[D].重慶大學，2015.

[3]郭馨.660MW超超臨界二次再熱鍋爐調溫策略研究[D].哈爾濱工業大學，2017.