0、引言
    華能玉環(huán)電廠4×1000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組的鍋爐是哈爾濱鍋爐廠采用三菱重工(MHI)技術(shù)設(shè)計制造的超超臨界壓力直流鍋爐。鍋爐采用n型布置、單爐膛、低NOx主燃燒器和MACT燃燒技術(shù)、反向雙切園燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動系統(tǒng)、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。過熱器調(diào)溫方式除煤／水比外，還采用三級噴水調(diào)節(jié)，再熱器調(diào)溫方式為煙氣分配擋板、燃燒器擺動和低溫再熱器入口噴水，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質(zhì)成型顆粒燃料。
    玉環(huán)電廠1期工程超超臨界機組投入運行2年多的實踐證明，鍋爐選型正確，運行穩(wěn)定，技術(shù)先進，各項技術(shù)參數(shù)均能達到或超過設(shè)計值。但在生產(chǎn)運行中也暴露出一些不足之處，其中之一是鍋爐在加負荷過程中再熱蒸汽溫度波動大的問題：在再熱器所有調(diào)溫方式均投入自動的條件下，加負荷時再熱汽溫出現(xiàn)快速升高，經(jīng)常超過報警值608℃，隨后出現(xiàn)快速下降，波動范圍在610℃～580℃之間，再熱汽溫呈現(xiàn)一種先升后降再回升的震蕩走勢。而再熱汽溫波動存在以下弊端：
    (1)因再熱蒸汽壓力低，其放熱系數(shù)低于過熱蒸汽，在相同蒸汽流量和吸熱條件下，再熱器金屬壁溫要高于過熱器，特別對于1 000 MW超超臨界直流鍋爐，再熱蒸汽溫度設(shè)計值為603℃，再熱器管的最高金屬壁溫可達到640 - 650℃，雖然采用了先進的熱強性高、抗蒸汽氧化、抗煙側(cè)高溫腐蝕的新型奧氏體鋼，如果再熱蒸汽溫度頻繁超溫，會降低金屬材料的熱強度，造成再熱器過熱爆管。
    (2)超溫與降溫的交替出現(xiàn)會產(chǎn)生很大的交變應(yīng)力，很可能對再熱器的使用壽命產(chǎn)生不利的影響，同時也使汽輪機中壓主汽門和調(diào)門以及中壓缸和中壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生很大交變應(yīng)力，降低其使用壽命。
    因此，解決加負荷過程中再熱蒸汽溫度波動大的問題顯得尤為重要。
1、再熱蒸汽系統(tǒng)簡介
    再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器二級。
    用于調(diào)節(jié)再熱汽溫的煙氣分配擋板位于鍋爐尾部豎井煙道低溫再熱器下部，鍋爐尾部豎井煙道分為前后兩部分，其中前半部分布置低溫再熱器，后半部分布置低溫過熱器，通過改變再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的煙氣流量分配來調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度。
2、加減負荷過程再熱蒸汽溫度波動大的原因分析
2.1 CCS(機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))投入狀態(tài)下加負荷的特性對再熱汽溫的影響
    按照ccs的控制邏輯，加負荷指令分別送到給水指令和燃料指令，使給水量和給煤量增加，最終使機組負荷發(fā)生變化，但二者的增加速率是不同的：給水指令按均勻的速率增加給水量，而給煤量和風量的增加是脈動的。圖2為玉環(huán)電廠1號鍋爐加負荷時給水量、給煤量和總風量的變化趨
    這種加負荷特性，可以提高機組的負荷響應(yīng)的靈敏性，但卻加大了再熱汽溫的波動。原因如下：
    如圖3所示，再熱器在負荷不變的穩(wěn)定態(tài)下，蒸汽流量qi對應(yīng)再熱器吸熱量，蒸汽流量q2對應(yīng)再熱器吸熱量Q2，此時再熱汽溫處于額定狀態(tài)（即圖3中的點劃線To）。加負荷過程中，再熱器蒸汽流量qi與再熱器吸熱量Q，同時開始增加，鑒于上述的CCS加負荷特性和再熱器的對流傳熱特性，隨著給煤量與風量的迅速增加，流過再熱器的煙氣溫度和流量亦迅速增加，再熱器吸熱量首先達到Q2，從而造成加負荷階段（如圖3所示的陰影區(qū)域）再熱器吸熱量大干對應(yīng)的蒸汽流量，導致再熱汽溫快速上升。直到再熱蒸汽流量達到qz時，蒸汽流量才與其吸熱量相匹配，再熱汽溫向額定值回落，但由于再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)方式的慣性產(chǎn)生的影響（將在下面2.2節(jié)闡述），再熱汽溫繼續(xù)下降到額定值以下，最終再熱汽溫回升到額定值To。
2.2再熱汽溫的煙氣側(cè)調(diào)節(jié)和再熱器入口噴水調(diào)節(jié)都存在慣性與遲延
    玉環(huán)電廠鍋爐再熱器的調(diào)溫方式為煙氣分配擋板和燃燒器擺動輔以低溫再熱器入口噴水的調(diào)溫方式。
    因為煙氣分配擋板的位置在低溫再熱器下部，而再熱器噴水又位于低溫再熱器入口，這兩者的位置決定了其只能通過改變低溫再熱器蒸汽溫度來控制高溫再熱器出口蒸汽溫度，所以這個調(diào)節(jié)過程存在較大的慣性與遲延時間。
    圖4為玉環(huán)電廠1號鍋爐加負荷時再熱器入口溫度與出口溫度變化趨勢圖的對比，可以看出，從低溫再熱器入口蒸汽溫度開始下降（噴水投入），到最終使再熱蒸汽溫度下降，遲延時間為260 s左右。
    在自動調(diào)節(jié)過程中，較大的慣性與遲延可能引起過調(diào)，導致控制量反復震蕩、無法穩(wěn)定在設(shè)定值，就會出現(xiàn)再熱汽溫波動的情況，尤其是在負荷大幅度加減對汽溫產(chǎn)生擾動的情況下，極易造成再熱汽溫的大幅波動。
3、改進方案
3.1對再熱器汽溫調(diào)節(jié)改進方案的選擇
    首先考慮從CCS控制邏輯方面進行改進，通過降低加負荷時給煤量的增加速率來減緩再熱汽溫的波動。但如果通過降低給煤量增加速率來減緩再熱汽溫的波動，會造成加負荷過程給水量的增加量大于燃燒產(chǎn)生熱量的增加量，導致直流鍋爐燃水比失調(diào)，從而導致過熱蒸汽溫度在加負荷過程中降低。同時，也會造成鍋爐加負荷遲緩，達不到電網(wǎng)的要求。這樣做從機組的效率與經(jīng)濟性上來說是得不償失的。
    鑒于以上的原因，考慮第二種方案：從上述分析的原因之二進行改進。
    要降低再熱汽溫調(diào)節(jié)的慣性，最好的辦法是采用蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)，即在再熱器系統(tǒng)加裝二級減溫器，為盡可能地減少汽溫調(diào)節(jié)的遲廷時間，減溫器應(yīng)設(shè)在高溫再熱器入口。
    雖然從理論上講，再熱器采用噴水減溫會降低機組的熱效率，但從實際應(yīng)用考慮，對機組效率的影響可以忽略，原因如下。
    (1)噴水只在機組變工況過程中才投入，正常的穩(wěn)定工況下依靠煙氣擋板和燃燒器擺角來調(diào)溫，減溫水流量接近為0，由于變工況過程的時間相比穩(wěn)定工況運行的時間要小很多，對機組效率的影響很小。
    (2)噴水流量不到機組蒸汽流量的1%，按照每向再熱蒸汽噴入1%的給水，機組效率下降0.1%~0.2%估算，對機組效率的影響則遠小于0.1%。
    因此，采用加裝二級減溫器的方案來解決再熱汽溫的波動對過熱汽溫沒有影響、對機組的效率影響又很小，具有較大的優(yōu)勢和可行性。
3.2再熱器噴水減溫系統(tǒng)的改進方案（噴水管路部分的改進）
    再熱器改進方案如圖5，圖中虛線部分為新增加的減溫水系統(tǒng)，由2只二級噴水減溫器、2只電動隔離閥以及管路組成。
3.3再熱器噴水減溫系統(tǒng)的改進方案（控制邏輯部分的改進）
    再熱器噴水減溫器的控制邏輯改進方案如圖6所示，圖中L是一級減溫器出口溫度，T是二級減溫器出口溫度，To是再熱蒸汽溫度。Ts是再熱蒸汽溫度設(shè)定值。圖6中陰影部分為改進方案新增加的部分。
原先的控制邏輯采用的是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改進后的控制邏輯為：當二級減溫器入口電動截止閥開啟時，控制邏輯與原有邏輯相同（雖然邏輯相同，但控制的是兩級噴水）．不同處是增加一個由二級減溫器入口電動截止閥關(guān)閉信號控制的切換器，當二級減溫器入口電動截止閥關(guān)閉時，自動切換到按一級減溫器出口溫度為被調(diào)副參數(shù)的串級控制方式。
4、改進方案的特點及實際應(yīng)用效果
4.1改進方案的特點
    (1)使用原有的一級噴水調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)兩級噴水的自由切換和同時投入：在一級減溫器噴水管道上裝有手動隔離閥，正常運行時處于關(guān)閉狀態(tài)，只投入二級噴水，在二級減溫器噴水管道上裝有電動隔離閥，某些需要只投入一級噴水的情況下，可以將電動隔離閥關(guān)閉，并打開一級減溫器前的手動隔離閥，只投入一級噴水。減溫水控制邏輯隨電動隔離閥關(guān)閉自動切換。在某些事故情況下，低溫再熱器入口蒸汽溫度可能大幅上升，這時可以開啟一級噴水手動隔離閥，同時投入一、二級噴水來防止低溫再熱器和高溫再熱器超溫。
    (2)兩級噴水共用一組調(diào)節(jié)閥，減少了2只調(diào)節(jié)閥以及相應(yīng)的電源、氣源、熱工信號等配套設(shè)備，降低了系統(tǒng)改造的復雜程度，節(jié)約了改造成本。
    (3)調(diào)節(jié)靈敏性高，在抑制再熱蒸汽超溫上效果顯著，這也是這次改進方案要實現(xiàn)的主要目標，
    (4)可以在原有的熱工控制邏輯基礎(chǔ)上稍加改進。不需要再增加新的控制邏輯。
4.2改進方案的應(yīng)用效果
    鑒于l、2、3號鍋爐都存在加負荷時再熱汽溫波動大的現(xiàn)象，玉環(huán)電廠二期工程的4號鍋爐首先在投產(chǎn)前的設(shè)備安裝階段實施再熱器減溫水系統(tǒng)改造，4號鍋爐于07年11月投產(chǎn)到目前運行近1年來的情況證明其改進方案是相當成功的。圖7為4號鍋爐在加負荷過程中再熱汽溫的變化圖，圖7中垂直方向每一格代表溫度的10℃或負荷的50 MW。
    從圖7與表2可以看出，在再熱器減溫水系統(tǒng)投入自動的情況下，鍋爐在加負荷期間再熱汽溫的波動范圍控制在以600℃±6℃以內(nèi)，遠小于未進行改造的鍋爐加負荷時6100℃～580℃的波動范圍。
    由于4號鍋爐再熱器減溫水系統(tǒng)改造的成功，2號鍋爐子2008年2月實施了相同的改造，今后將利用機組檢修機會完成剩余1、3號鍋爐的改造。
5、結(jié)語
    4號鍋爐和2號鍋爐運行情況證明再熱器減溫水系統(tǒng)的改造非常成功，但還有一點需要改進：這次改造延用了原來一級噴水的手動隔離閥，筆者認為應(yīng)改為電動隔離閥或氣動隔離閥，這有利于一級噴水的快速投入。因為在事故情況下，需要快速投入一級噴水來防止低溫再熱器超溫。
    這次改造的成功不禁使我們思考一個問題：對比控制再熱汽溫的效果和設(shè)備投資的多少，這種以一級減溫水調(diào)節(jié)閥控制兩級噴水并兼具自由切換和同時投入功能的模式是否比采用兩級減溫水調(diào)節(jié)閥控制兩級噴水或只有一級減溫水調(diào)節(jié)閥控制一級噴水的模式更具有優(yōu)勢？是否可以作為一種成熟的再熱器減溫水系統(tǒng)布置模式？這為今后超超臨界壓力直流燃煤鍋爐再熱器減溫水系統(tǒng)的設(shè)計以及鍋爐再熱器減溫水系統(tǒng)的改造提供了一個新的思路。


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