三烟道挡板调温在660MW高效超超临界二次再热燃煤电站锅炉中的应用

贾本康

（国电蚌埠发电有限公司，安徽 怀远233411）

1 引言

二次再热燃煤发电技术是当前世界领先的燃煤发电技术[1]。与常规超超临界一次再热机组相比，其热效率提高约2%，与超临界机组相比，其热效率可提高约5%，热效率的提高意味着大幅度降低了燃煤消耗和减少了污染物排放。

由于新增加了一组再热回路，二次再热技术使机组热力系统更加复杂，锅炉气温精准调节难度加大。锅炉气温调节方式的成败，往往成为二次再热技术能否取得高效率的关键。经过长期的研究，业内普遍认为二次再热机组最理想的调温方式应该是既能确保再热器调温范围大（对于燃煤机组，高、低压再热器保证额定气温范围为50%～100%BMCR，BMCR为锅炉最大连续蒸发量），尽量不采用减温水且有较宽的调节裕度的调温方式。

2 二次再热锅炉调温方式

国外二次再热发展较早，但机组主要以燃油燃气为主，因此，大多采用再循环调温辅以挡板或喷水等调温方式。国内二次再热技术开发过程中，各主机厂也提出了各自不同的调温方案，常规的有摆动燃烧器+挡板调温、烟气再循环+烟气挡板调温。

2.1 摆动燃烧器

摆动燃烧器是通过改变火焰中心位置，从而改变炉膛出口烟气温度，以调节再热气温（见图1）。靠摆动燃烧器调温通常要求炉内布置辐射式受热面，理论上燃烧器上下摆动角度20°～30°，调温幅度可达40～60℃。但大容量超超临界机组受参数、材料或结构的限制不宜布置辐射式再热器，使得摆动燃烧器的气温调节能力下降，调节范围变小。同时，燃烧器的倾角也不能太大，过大的上倾角会增加燃料的未燃尽损失，而下倾角过大又会造成冷灰斗的结渣。所以，目前摆动燃烧器上倾斜角仅为10°～15°，下倾角仅为20°，调温范围约30～50℃。此外，摆动燃烧器调温方式受煤种变化或者汽轮机热平衡偏差的影响较大。

再者，二次再热锅炉同时存在2个再热器，摆动燃烧器对2个再热器气温的影响是同向的，摆动调温不能实现调节2个再热气温的差值，需要配合烟气挡板同时调节。

国内某电厂二次再热机组即采用摆动燃烧器+烟气挡板+喷水减温方式，其保证一次再热蒸汽出口温度在50%～100%BMCR工况下达到设计值，而二次再热气温被证明只能在65%～100%BMCR工况范围内才能达到设计值，再热气温保证范围小。

图1 摆动式燃烧器调节再热气温

2.2 烟气再循环

该种调温方式抽取部分锅炉冷烟气再反送入炉膛内，影响炉内温度场，改变辐射受热面和对流受热面吸热比例，从而调节锅炉气温。按再循环烟气来源不同，业内烟气再循环主要有以下几种不同方案：

1）从省煤器后抽取再循环烟气，烟温较高，对炉膛燃烧影响小，且再循环烟气不影响机组其他辅助设备，再循环风机压头较低，运行时电耗较小，但是该方案的再循环风机的工作环境恶劣，长期处于高粉尘浓度，高温烟温的环境下，风机叶片须长期承受烟气磨损和高温。因此，材料及制造成本高且风机可靠性差，通常只能保证1～2年甚至更短的使用寿命，需定期进行维护，维护费用较高。

2）从除尘器后或引风机后抽取烟气（见图2）。采用此种烟气再循环方式的锅炉，对烟道、空气预热器和除尘器而言增加了部分烟气量，增加了设备改造成本，并且会增加除尘器运行电耗，同时由于除尘器后的负压最大，而送入炉膛需要微正压，再循环风机压头较高，电耗也较高。但该方案的风机运行条件较好，风机运行稳定、寿命长。

总体来说，烟气再循环优点是调温幅度较大且可靠稳定，但由于需要新增烟气再循环风机，设备成本、电耗及维护成本会大幅度增加，且排烟热损失有所增加，造成锅炉热效率整体降低。

图2 烟气再循环布置示意图（引风机后抽取烟气）

2.3 烟气挡板调节

烟气挡板调温是二次再热锅炉最近发展的调温方式。与常规一次再热锅炉烟气挡板调节类似，二次再热锅炉烟气挡板调温仍然是通过改变锅炉尾部烟道内流经再热器的烟气流量来调节再热气温。烟气挡板调温优点是结构简单、操作方便，调温幅度较大，设备投资低，运行维护简单，不影响炉内燃烧及热效率。三烟道挡板调温通过尾部3个烟道挡板调节（见图3），可以通过一种调节手段实现2个再热气温调节，不增加机组电耗，机组经济性好。

图3 挡板总体布置示意图

3 本工程锅炉再热器调温方案

3.1 三烟道挡板结构布置

本工程在世界范围内首次采用二次再热锅炉三烟道挡板调温方案。锅炉尾部并列布置有2个烟道（见图4），前烟道用于布置一次低再受热面，中间烟道布置二次低再受热面，后烟道内则布置有低过受热面。采用调节挡板控制每个烟道通过的烟气量，共布置3个调节挡板。每个挡板的叶片为对开式平板结构，流线型。每个挡板配置2台执行器，共6台执行器，分别装在锅炉的两侧（见图5）。

图4 受热面总体 布置示意图

图5 挡板结构详图（仅示单侧）

3.2 不同负荷下各烟道的烟气份额

根据过热器、一次再热器、二次再热器吸热量不同的特点，经过科学分析优化了过热器及再热器布置方式和结构形式，过热器采用辐射-对流型，一次再热为半辐射-对流型，二次再热为纯对流布置。通过热力学计算，本工程合理分配了再热器各级受热面的吸热比例，增加了低温再热器受热面积，改善了烟气挡板的气温耦合特性。从表1和图6可以看出，各负荷下各烟道烟气份额合理，通过烟气挡板改变烟气流量，在50%～100%负荷范围内一次、二次再气温均能达到或超过设计值（见表2）。

表1 烟气份额计算表

图6 各烟道烟气份额随负荷变化曲线

表2 各负荷蒸气温度℃

3.3 三烟道挡板控制逻辑

通过一次低再出口烟气调节挡板调节一次高再与二次高再出口气温的偏差，低过出口烟气挡板调节对象为一次低再与二次低再气温的平均值，二次低再出口烟气挡板自动跟踪一次低再出口烟气调节挡板与低过出口烟气调节挡板开度。实际运行中，一次低再与二次低再气温的平均值期望值由锅炉负荷指令计算生成，二次低再出口烟气挡板开度调节较小，仅用一次低再出口烟气调节挡板和低过出口烟气调节挡板动作即可完成气温调节，且调节性能较好。

4 三烟道挡板调温的技术指标和经济效益

随着蚌埠电厂二期工程2×660MW超超临界二次再热机组顺利投入商业运行，标志着三烟道挡板调温技术在世界范围内首次应用且成功通过考核。

锅炉各项指标均达到额定参数：660MW负荷下，锅炉主汽压力达32.45MPa、过热气温不低于605℃，一次、二次再热气温均不低于623℃。同时，在50%BMCR以上负荷下，锅炉两级再热蒸气温度均能达到623℃，符合三烟道挡板调温技术预期值。经过优化调整后的锅炉效率达到94.78%；锅炉出口NOx排放低于180mg/Nm3。机组供电煤耗比常规一次再热超超临界机组低约20g/（kW·h）；与同容量同参数二次再热机组相比降低约2g/（kW·h），单台机组每年可节约8 580t标准煤（按年利用小时数6 500h计），每年减少二氧化碳排放约21 400t，具有良好的节能环保效果。

5 项目意义

三烟道挡板调温技术已在蚌埠电厂二期工程成功应用，该工程的长期运行实践表明，三烟道挡板调温技术是可靠、高效的调温手段，是二次再热锅炉最佳的气温调节方案。