高效超超临界机组再热热段温度选型探讨

王伟杰 温茂森

摘要：目前已经投运的超超临界机组，无论是600MW级还是1000MW容量等级，其主蒸汽和再热蒸汽汽机侧的温度参数大多为600℃，对应锅炉侧的温度，主蒸汽为605℃，再热蒸汽为603℃。本文对高效超超临界机组再热热段温度选型进行了探讨。

关键词：高效;超超临界机组;再热热段温度;选型

近期部分高效超超临界电厂将再热蒸汽温度提高到620℃（汽机入口），对应锅炉出口再热蒸汽温度为623℃，考虑温度偏差，再热热段管道设计温度为628℃，管道采用SA335-P92材质。

1 提高再热热段蒸汽温度的风险

然而部分电厂虽然再热热段蒸汽温度提高到620℃，但是运行人员及部分专家认为存在风险，运行时将汽机入口温度降低到610摄氏度。他们主要有以下担心：

风险1：根据ASME B31.1-2012中“B31 CASE 183 Use of Seamless 9Cr-2W in ASME B31.1 Construction” 大管径的SA335-P92材质管道最高使用温度仅为621℃，低于再热热段管道设计温度628℃;

风险2：部分资料提出《锅炉安全技术监察规程》（TSG G0001-2012）规定：“P92钢制蒸汽管道、联箱的最高使用温度低于630℃”，锅炉出口的蒸汽温度为623℃，相比630℃温度偏差裕量太小。

针对上述两项风险，下面将给出相关的分析。

2 SA335-P92材料的应用

关于SA335-P92材料的使用温度，需要结合ASME B31.1（动力管道规范）和ASME BPVC（锅炉及压力容器规范）来确定，ASME B31.1一般比ASME BPVC有时间上的延迟。“B31 CASE 183 Use of Seamless 9Cr-2W in ASME B31.1 Construction”是与ASME BPVC CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-3中的要求一样，即“外径大于89mm的“9Cr-2W”材质最高使用温度为621℃，但是ASME BPVC CASE后续进行了更新，在CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-6（批准日期：2006年8月4日）取消了2179-3中关于“外径大于89mm的P92管道最高使用温度应低于621℃”的规定，认为“9Cr-2W”材质最高使用温度最高可以达到649℃，并在CASE OF ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE2179-8（批准日期：2012年7月28日）明確对于无缝钢管（SEAMLESS PIPE）来说，“9Cr-2W”材质管道的规范和等级为SA335-P92，最高使用温度为649℃。因此，对于风险1来说，SA335-P92完全满足要求。

考虑到ASME B31.1（动力管道规范）目前未按照ASME BPVC进行更新，部分电厂选用欧标牌号的管道，即X10CrWMoVNb9-2。该材料出自欧标EN10216-2：2002+A2：2007，规范中给出了材料在各温度下100000h持久强度值，计算得到的许用应力值比ASME BPVC 稍小一些。因此部分电厂为保守起见会按照欧标EN10216-2：2002+A2：2007来选取管道的材料和相关的许用应力值。

3 锅炉再热器温度控制

首先要明确的是，在《锅炉安全技术监察规程》（TSG G0001-2012）并没有P92材质的相关使用温度限制，因为P92属于境外牌号的材料。在该规程中，GB5310中的10Cr9MoW2VNbBN与P92材质较为接近，采用该材质的集箱、管道的最高使用温度低于630℃。

锅炉温度偏差的产生是由于存在烟气流动偏差和介质流动偏差，控制偏差的有效措施如下：

3.1 采取有效地控制手段，控制烟气侧的温度偏差

本期工程锅炉采用四角切圆燃烧方式，锅炉厂已拥有丰富的燃烧经验，了解燃烧后烟气的空气动力场特性。

采用分级燃烧系统，分离燃烬风的设计能有效消除主燃烧器燃烧形成的残余动量，有效控制烟气流动过程中的烟温偏差。

3.2 采用合理的措施，控制介质流动偏差

介质流动偏差分为同屏偏差和屏间偏差。同屏偏差产生的原因是由于在同一屏中管子的长短不同、受热不同，因此流通阻力大的管子流量小，流通阻力小的管子流量大。流量大的管子冷却迅速，所以温度低，流量小的管子冷却慢，所以温度高。通过采用合理的“节流”手段可以有效控制不同管间的流通阻力，有效消除同屏的偏差。介质流量屏间偏差产生的原因是由于进出口集箱的动静压的分配，通过合理选择集箱口径和集箱的引入方式，可以有效控制屏间介质流动偏差。

通过烟气温度偏差的控制和介质流动偏差的控制，可以有效消除再热蒸汽出口温度最高值和平均值的偏差，有效确保锅炉运行的安全性。

图为电厂500MW负荷和660MW负荷时末再壁温情况（锅炉生产厂家为上海锅炉厂）。

500MW负荷：

再热蒸汽出口温度：623℃;

再热器壁温最大值：637℃;

再热器壁温限制值：645℃。

660MW负荷：

再热蒸汽出口温度：622℃;

再热器壁温最大值：642℃;

再热器壁温限制值：645℃。

从运行数据看，在660MW负荷时，再热蒸汽出口温度为621℃，设计值为623℃，再热蒸汽出口温度满足设计值要求。

4 结论

经过上述分析，无论管道材质或是锅炉温度偏差控制均能满足要求，因此高效超超临界机组再热热段温度提高到620℃（汽机入口）是可行的。