二次再热机组的发展和特点

二次再热机组的发展和特点

李云鹏

（大唐东营发电有限公司山东省东营市257000）

摘要：二次再热机组的技术在国外早已成熟，其热经济性相对于一次再热机组也是十分可观的，面对国家政策，火电走可持续发展道路二次再热必定是我国火电今后发展的一个新方向。

关键词：二次再热机组；金属材料；结构区别

1、概述

二次再热机组和一次再热机组有较大差别，二次再热机组的热力系统比一次再热机组的热力系统更加复杂，对运行技术的要求更高。我国的火电刚开始涉及到二次再热技术，欧美以及日本的火电发展对我国火电的发展方向和火电技术的提高有着重要的借鉴意义。

2、国外二次再热技术的发展

2.1美国火电发展状况

早在1957年美国就投运了第一台超超临界机组——俄亥俄州菲罗电厂6号机组，容量为125MW、蒸汽参数为31MPa、621/566/566℃，由B﹠W公司制造；1959年艾迪斯顿电厂投运了一台二次再热机组，容量325MW、蒸汽压力为34.4MPa、蒸汽温度为650/566/566℃，后来该机组将参数将为32.4MPa，610/560/560℃，艾迪斯顿电厂的这一机组同时打破了当时发电机组最高出力，最高压力，最高温度和最高效率4项纪录。从1986年美国电力研究院（EPRL）就致力于开发32MPa，593/593/593℃的燃煤火电机组。

2.2日本火电发展状况

日本于1989年投运了川越电厂1号机组，该机组为中部电力公司设计制造的700MW机组，燃液化天然气，主蒸汽压力为31MPa，蒸汽温度为566/566/566℃，机组热效率为41.9%。日本通过吸收美国技术并成功发展超临界技术的基础上，进一步自主开发超超临界机组。日本投运的超超临界机组蒸汽参数逐步由566℃/566℃提高到566/593℃，600/600℃，蒸汽压力则保持24～25MPa，容量为1000MW。1998年投运的原町2号机组，主蒸汽压力为1000MW，主蒸汽温度和再热蒸汽温度均为600℃，该机组的实测发电机端效率达到了44.7%。日本记录第二电厂6号锅炉为二次再热超临界压力锅炉，1970年订购并经过试运行于1973年11月正式投运。

3、我国火电机组的发展

华能西安热工院于2012年自主研发了“带二次再热的700℃以上参数超超临界锅炉”，该项技术通过了国家知识产权发明专利审核并公告。这是国内第一个涉及二次再热技术的研究成果。采用这项技术的1000MW超超临界二次再热机组的供电煤耗达到272克/千瓦时，相比1000MW超超临界一次再热机组降低了12272克/千瓦时，一年的运行时间按照6000h计算，每台机组每年可以节约标准煤7.2万吨，二氧化碳排放量减少了20万吨，得了很好的经济性和环保效益。

3.1国电泰州发电厂

2012年9月12日，上海电气电站集团与国电江苏电力有限公司签署国电泰州电厂二期2×1000MW超超临界二次再热燃煤发电示范项目主机设备合同。该工程机组设计发电效率高于47.9%，比国内常规超超临界一次再热机组平均效率提高2.1%，比目前全球最好的二次再热发电机组效率提高0.9%以上，机组设计发电煤耗为256.2克/千瓦时，比常规百万超超临界机组发电煤耗降低14克/千瓦时，两台机组每年可节约标煤15.18万吨，达到了国际先进水平。

3.2华能莱芜发电厂

莱芜电厂1000MW工程二次再热机组发电效率高于47.95%，比当今世界上最好的二次再热机组效率高约1%以上，比国内常规超超临界一次再热机组发电效率提高了2.2%，机组设计标准发电煤耗为256.16克/千瓦时，煤耗比当今世界最好水平降低了6.2克/千瓦时，比常规百万机组降低发电煤耗约14.1克/千瓦时，两台机组年可节约标煤15.51万吨，华能莱芜发电厂的建设提高了我国高端大型燃煤机组装备设计制造和运行水平。

3.3华能安源发电厂

安源电厂机组采用的二次再热技术，主蒸汽压力为31MPa，主蒸汽温度为600℃，再热蒸汽温度为620℃、620℃，机组设计热效率达到了47.95%。2×660MW机组由华能与东方电气集团有限公司合作生产，利用现有成熟材料，采用创新技术综合提高效率，在使机组效率提高的同时，还降低了温室气体和污染物排放，综合参数、热效率、应用新技术等方面都是世界比较先进的。

4我国二次再热机组面临的问题和解决方案

目前超超临界二次再热机组技术主要在美国、丹麦、日本等国家应用，二次再热技术不但可以提高机组的经济性，还可以改善机组的环保效果。经计算分析二次再热技术在相同的主蒸汽压力条件下，相对热耗率提高了1.4%~1.6%。目前超超临界机组的汽轮机入口参数为25.0MPa/600℃/600℃，二次再热机组的汽轮机入口参数为30.0MPa/600℃/620℃/620℃，二次再热机组的热效率相比普通超超临界机组热效率提高了2.4%~2.6%，机组煤耗也相应降低。

通过技术比较得出二次再热机组相对于一次再热机组的不同点：1随着二次再热机组热效率提高，锅炉的输出热量会相对减少；2再热器热量由高压和低压两部分提供，主汽吸热比例降低，主蒸汽流量减少。3汽轮机排汽温度水平提高。4省煤器入口给水温度升高。根据汽水参数特点，二次再热锅炉同一次再热锅炉相比，存在以下显著的难点：1锅炉增加一级再热器，增加了两组受热面布置。2再热汽温调节更困难，喷水调节将降低系统效率。3锅炉设计参数为600℃/620℃/620℃，三个受热面出口温度达到或超过600℃，最后一级高温受热面传热温差减少，其低负荷性能势必降低。4低压再热器压力相对更低，蒸汽体积流量大，低压再热器压降控制相对一次再热机组更难。5炉膛选取必须同时满足合理组织燃烧的要求和三个高温受热面出口汽温达到额定值。6省煤器的入口烟温和入口水温提高，受热面设计要符合全负荷范围内省煤器出口工质的欠焓足够高。7空气预热器入口烟温升高，降低排烟温度的难度增加。8主汽流量降低，炉膛吸热增加，上部水冷壁壁温和分离器温度上升。

针对以上技术难点，哈锅经过充分和详细的论证，在设计中考虑以下对策：

1合理选择炉膛，在保证合适的热力参数的条件下尽量采用较高的炉膛出口烟温，以利于末级过热器、一次高压再热器和二次高压再热器三个高温受热面同时达到额定汽温。

2在623℃以现有的金属材料条件下高压再热器受热面不宜布置在炉膛高烟温区域。

3在低负荷时，高温受热面传热温压急剧下降，通过增加受热面达到额定汽温的难度增加。

4需要采用多种调温方式来完成一、二次再热汽温的调节，并满足机组调峰特性。

5需要采取有效措施来降低燃料辐射放热并增加对流放热来匹配强对流特性的受热面。

锅炉技术特点：

1采用π形或塔式布置；

2配中速磨制粉系统的切圆燃烧方式；

3经济、高效的低NOx直流燃烧器和分级燃烧；

4适合高蒸汽参数的超超临界锅炉的高热强钢；

5过热器三级布置，有利于合理地分配各级焓增；

6高压再热器分成冷段和热段；

7低压再热器分成冷段和热段；

8过热汽温调节为常规的煤水比＋二级（四点）喷水；再热汽温采用调节挡板、烟气再循环、燃烧器摆动或组合等多种调温方式组合。

5、结论

西方发达国家早在上世纪五十年代就已经研究出了超临界二次再热机组，领先了我国半个世纪，我国也要积极发展二次再热技术，做出适合我国的二次再热机组。

参考文献：

[1]雷敏，安蓓，朱诸.国务院消费“红线”[J].经济参考报，2013

[2]叶东平，张秋鸿.高参数大容量汽轮机选型若干问题探讨[J].热力透平，2011