超超临界二次再热锅炉技术研究进展

王强

摘 要：超超临界二次再热技术作为煤炭清洁高效利用技术备受关注。本文介绍了二次再热技术的原理，分析了二次再热锅炉关键技术，并简要介绍了全球二次再热技术的应用情况，中国二次再热技术在机组容量及蒸汽参数等方面，处于世界领先地位。

关键词：超超临界锅炉;二次再热;技术改造

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

0 引言

我国一次能源呈现“富煤、贫油、少气”的分布特点，煤炭处于我国能源结构的主导地位。从统计数据来看，截止2016年末，我国发电装机容量16.5亿千瓦，其中燃煤机组装机容量9.5亿千瓦，占总装机容量的57.6%。到2017年末，我国发电装机容量17.8亿千瓦，其中燃煤机组装机容量10.2亿千瓦，占总装机容量的57.3%。虽然燃煤机组装机容量占比略有下降，但是装机容量依然增长了7.4%。显然，我国电力生产中煤电依然处于重要地位。因此，煤炭的清洁高效利用成为了主要发展趋势，其中超超临界二次再热技术作为目前切实可行的煤高效利用及节能减排发电技术，成为目前的研究热点。

1 二次再热技术简介

二次再热技术是在常规一次再热基础上，锅炉增加了一级再热系统，汽轮机增加了超高压缸。蒸汽在超高压缸中做功后进入锅炉进行一次再热，然后进入高压缸，在高压缸中做功后进入锅炉进行二次再热。图1为二次再热的热力系统图。

图2为二次再热循环的T-S图。如图所示，二次再热循环在原朗肯循环的基础上又加入了一级高参数的循环，相当于提高了循环的平均吸热温度，在平均放热温度不变的情况下，机组循环热效率提高。文献[1]中指出，二次再热循环热效率比一次再热高1.5%-2%，CO2减排约3.6%。此外，与一次再热机组相比，二次再熱技术还可以提高汽轮机低压缸的排汽干度，有利于机组的安全运行。

2 二次再热锅炉关键技术

二次再热机组的热力系统决定了二次再热锅炉与常规的一次再热锅炉有很大的不同，目前世界上发展二次再热技术锅炉的关键技术有以下几个方面。

2.1 蒸汽参数的合理选择

对于二次再热机组，蒸汽参数的合理选取有利于提高机组效率，保障机组的安全运行。通过对主汽参数和再热蒸汽参数的提高，可以在一定程度上提高机组的效率，但是由于材料的限制，蒸汽参数过高不利于机组安全运行。经过多年的研发，主蒸汽压力由早期的25MPa左右发展到30-33MPa，主汽温度由早期的560℃左右发展到600℃左右，一次再热蒸汽压力通常选择为约10MPa，二次再热蒸汽压力通常选择为约3MPa，再热温度选择为600℃与620℃之间。

2.2 二次再热锅炉受热面布置

与一次再热机组不同，二次再热机组增加了一级再热受热面，在炉膛中多吸收一次热量，这就导致二次再热锅炉受热面的布置要比传统一次再热受热面布置更复杂，锅炉受热面布置形式需要设计，锅炉各受热面的吸热量需要重新分配。以某厂东锅二次再热锅炉为例，过热蒸汽吸热占总吸热量的72%左右，再热蒸汽占总吸热量的28%左右，其中一次再热受热面吸热比例为16%左右，二次再热受热面吸热比例为12%左右[2]。

2.3 温度调节手段

与一次再热锅炉相比，由于二次再热锅炉增加了一级再热器，锅炉受热面布置更为复杂，受热面吸热温度增加，锅炉气温控制的难度也进一步增加，温度调节手段的精准度也有更高的要求。为了实现快速精准的温度调节，国内三大锅炉厂采取了不同的手段，其中上海锅炉厂采用烟气挡板法和燃烧器的摆动进行温度调节，哈尔滨锅炉厂采用烟气再循环与尾部双烟道挡板进行温度调节，东方锅炉厂采用前后墙对冲燃烧及尾部三烟道烟气挡板进行温度调节[3]。

3 二次再热循环机组应用情况

从1956年，世界上首台二次再热机组在西德投运，二次再热技术已经经过60多年的发展。据统计，截至2015年，全世界至少有57台二次再热机组投运，其中25台在美国，11台在德国，2台在丹麦，13台在日本，6台在中国。表1为我国二次再热机组应用情况，由表可知，我国的二次再热技术在蒸汽参数及机组容量方面处于世界领先水平。

4 结论

二次再热技术比一次再热的机组热效率有所提高。由于增加了一级再热器，锅炉的结构，运行调整方式变得更为复杂。经过多年的研究，我国已掌握了二次再热技术，且在多个方面处于世界领先地位。

参考文献：

[1]王月明，牟春华，姚明宇等. 二次再热技术发展与应用现状[J]. 热力发电，2017，46（08）：1-10.

[2]何维.东方二次再热锅炉再热面受热匹配特性及影响因素研究[D].重庆大学，2015.

[3]郭馨.660MW超超临界二次再热锅炉调温策略研究[D].哈尔滨工业大学，2017.