三煙道擋板調溫在660MW高效超超臨界二次再熱燃煤電站鍋爐中的應用

賈本康

（國電蚌埠發(fā)電有限公司，安徽 懷遠233411）

1 引言

二次再熱燃煤發(fā)電技術是當前世界領先的燃煤發(fā)電技術[1]。與常規(guī)超超臨界一次再熱機組相比，其熱效率提高約2%，與超臨界機組相比，其熱效率可提高約5%，熱效率的提高意味著大幅度降低了燃煤消耗和減少了污染物排放。

由于新增加了一組再熱回路，二次再熱技術使機組熱力系統更加復雜，鍋爐氣溫精準調節(jié)難度加大。鍋爐氣溫調節(jié)方式的成敗，往往成為二次再熱技術能否取得高效率的關鍵。經過長期的研究，業(yè)內普遍認為二次再熱機組最理想的調溫方式應該是既能確保再熱器調溫范圍大（對于燃煤機組，高、低壓再熱器保證額定氣溫范圍為50%～100%BMCR，BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量），盡量不采用減溫水且有較寬的調節(jié)裕度的調溫方式。

2 二次再熱鍋爐調溫方式

國外二次再熱發(fā)展較早，但機組主要以燃油燃氣為主，因此，大多采用再循環(huán)調溫輔以擋板或噴水等調溫方式。國內二次再熱技術開發(fā)過程中，各主機廠也提出了各自不同的調溫方案，常規(guī)的有擺動燃燒器+擋板調溫、煙氣再循環(huán)+煙氣擋板調溫。

2.1 擺動燃燒器

擺動燃燒器是通過改變火焰中心位置，從而改變爐膛出口煙氣溫度，以調節(jié)再熱氣溫（見圖1）。靠擺動燃燒器調溫通常要求爐內布置輻射式受熱面，理論上燃燒器上下擺動角度20°～30°，調溫幅度可達40～60℃。但大容量超超臨界機組受參數、材料或結構的限制不宜布置輻射式再熱器，使得擺動燃燒器的氣溫調節(jié)能力下降，調節(jié)范圍變小。同時，燃燒器的傾角也不能太大，過大的上傾角會增加燃料的未燃盡損失，而下傾角過大又會造成冷灰斗的結渣。所以，目前擺動燃燒器上傾斜角僅為10°～15°，下傾角僅為20°，調溫范圍約30～50℃。此外，擺動燃燒器調溫方式受煤種變化或者汽輪機熱平衡偏差的影響較大。

再者，二次再熱鍋爐同時存在2個再熱器，擺動燃燒器對2個再熱器氣溫的影響是同向的，擺動調溫不能實現調節(jié)2個再熱氣溫的差值，需要配合煙氣擋板同時調節(jié)。

國內某電廠二次再熱機組即采用擺動燃燒器+煙氣擋板+噴水減溫方式，其保證一次再熱蒸汽出口溫度在50%～100%BMCR工況下達到設計值，而二次再熱氣溫被證明只能在65%～100%BMCR工況范圍內才能達到設計值，再熱氣溫保證范圍小。

圖1 擺動式燃燒器調節(jié)再熱氣溫

2.2 煙氣再循環(huán)

該種調溫方式抽取部分鍋爐冷煙氣再反送入爐膛內，影響爐內溫度場，改變輻射受熱面和對流受熱面吸熱比例，從而調節(jié)鍋爐氣溫。按再循環(huán)煙氣來源不同，業(yè)內煙氣再循環(huán)主要有以下幾種不同方案：

1）從省煤器后抽取再循環(huán)煙氣，煙溫較高，對爐膛燃燒影響小，且再循環(huán)煙氣不影響機組其他輔助設備，再循環(huán)風機壓頭較低，運行時電耗較小，但是該方案的再循環(huán)風機的工作環(huán)境惡劣，長期處于高粉塵濃度，高溫煙溫的環(huán)境下，風機葉片須長期承受煙氣磨損和高溫。因此，材料及制造成本高且風機可靠性差，通常只能保證1～2年甚至更短的使用壽命，需定期進行維護，維護費用較高。

2）從除塵器后或引風機后抽取煙氣（見圖2）。采用此種煙氣再循環(huán)方式的鍋爐，對煙道、空氣預熱器和除塵器而言增加了部分煙氣量，增加了設備改造成本，并且會增加除塵器運行電耗，同時由于除塵器后的負壓最大，而送入爐膛需要微正壓，再循環(huán)風機壓頭較高，電耗也較高。但該方案的風機運行條件較好，風機運行穩(wěn)定、壽命長。

總體來說，煙氣再循環(huán)優(yōu)點是調溫幅度較大且可靠穩(wěn)定，但由于需要新增煙氣再循環(huán)風機，設備成本、電耗及維護成本會大幅度增加，且排煙熱損失有所增加，造成鍋爐熱效率整體降低。

圖2 煙氣再循環(huán)布置示意圖（引風機后抽取煙氣）

2.3 煙氣擋板調節(jié)

煙氣擋板調溫是二次再熱鍋爐最近發(fā)展的調溫方式。與常規(guī)一次再熱鍋爐煙氣擋板調節(jié)類似，二次再熱鍋爐煙氣擋板調溫仍然是通過改變鍋爐尾部煙道內流經再熱器的煙氣流量來調節(jié)再熱氣溫。煙氣擋板調溫優(yōu)點是結構簡單、操作方便，調溫幅度較大，設備投資低，運行維護簡單，不影響爐內燃燒及熱效率。三煙道擋板調溫通過尾部3個煙道擋板調節(jié)（見圖3），可以通過一種調節(jié)手段實現2個再熱氣溫調節(jié)，不增加機組電耗，機組經濟性好。

圖3 擋板總體布置示意圖

3 本工程鍋爐再熱器調溫方案

3.1 三煙道擋板結構布置

本工程在世界范圍內首次采用二次再熱鍋爐三煙道擋板調溫方案。鍋爐尾部并列布置有2個煙道（見圖4），前煙道用于布置一次低再受熱面，中間煙道布置二次低再受熱面，后煙道內則布置有低過受熱面。采用調節(jié)擋板控制每個煙道通過的煙氣量，共布置3個調節(jié)擋板。每個擋板的葉片為對開式平板結構，流線型。每個擋板配置2臺執(zhí)行器，共6臺執(zhí)行器，分別裝在鍋爐的兩側（見圖5）。

圖4 受熱面總體 布置示意圖

圖5 擋板結構詳圖（僅示單側）

3.2 不同負荷下各煙道的煙氣份額

根據過熱器、一次再熱器、二次再熱器吸熱量不同的特點，經過科學分析優(yōu)化了過熱器及再熱器布置方式和結構形式，過熱器采用輻射-對流型，一次再熱為半輻射-對流型，二次再熱為純對流布置。通過熱力學計算，本工程合理分配了再熱器各級受熱面的吸熱比例，增加了低溫再熱器受熱面積，改善了煙氣擋板的氣溫耦合特性。從表1和圖6可以看出，各負荷下各煙道煙氣份額合理，通過煙氣擋板改變煙氣流量，在50%～100%負荷范圍內一次、二次再氣溫均能達到或超過設計值（見表2）。

表1 煙氣份額計算表

圖6 各煙道煙氣份額隨負荷變化曲線

表2 各負荷蒸氣溫度℃

3.3 三煙道擋板控制邏輯

通過一次低再出口煙氣調節(jié)擋板調節(jié)一次高再與二次高再出口氣溫的偏差，低過出口煙氣擋板調節(jié)對象為一次低再與二次低再氣溫的平均值，二次低再出口煙氣擋板自動跟蹤一次低再出口煙氣調節(jié)擋板與低過出口煙氣調節(jié)擋板開度。實際運行中，一次低再與二次低再氣溫的平均值期望值由鍋爐負荷指令計算生成，二次低再出口煙氣擋板開度調節(jié)較小，僅用一次低再出口煙氣調節(jié)擋板和低過出口煙氣調節(jié)擋板動作即可完成氣溫調節(jié)，且調節(jié)性能較好。

4 三煙道擋板調溫的技術指標和經濟效益

隨著蚌埠電廠二期工程2×660MW超超臨界二次再熱機組順利投入商業(yè)運行，標志著三煙道擋板調溫技術在世界范圍內首次應用且成功通過考核。

鍋爐各項指標均達到額定參數：660MW負荷下，鍋爐主汽壓力達32.45MPa、過熱氣溫不低于605℃，一次、二次再熱氣溫均不低于623℃。同時，在50%BMCR以上負荷下，鍋爐兩級再熱蒸氣溫度均能達到623℃，符合三煙道擋板調溫技術預期值。經過優(yōu)化調整后的鍋爐效率達到94.78%；鍋爐出口NOx排放低于180mg/Nm3。機組供電煤耗比常規(guī)一次再熱超超臨界機組低約20g/（kW·h）；與同容量同參數二次再熱機組相比降低約2g/（kW·h），單臺機組每年可節(jié)約8 580t標準煤（按年利用小時數6 500h計），每年減少二氧化碳排放約21 400t，具有良好的節(jié)能環(huán)保效果。

5 項目意義

三煙道擋板調溫技術已在蚌埠電廠二期工程成功應用，該工程的長期運行實踐表明，三煙道擋板調溫技術是可靠、高效的調溫手段，是二次再熱鍋爐最佳的氣溫調節(jié)方案。