0、引言
    華能玉環(huán)電廠4×1000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的鍋爐是哈爾濱鍋爐廠采用三菱重工(MHI)技術(shù)設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、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(jí)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(dòng)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(jī)、秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)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(jī)組投入運(yùn)行2年多的實(shí)踐證明，鍋爐選型正確，運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)先進(jìn)，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均能達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值。但在生產(chǎn)運(yùn)行中也暴露出一些不足之處，其中之一是鍋爐在加負(fù)荷過程中再熱蒸汽溫度波動(dòng)大的問題：在再熱器所有調(diào)溫方式均投入自動(dòng)的條件下，加負(fù)荷時(shí)再熱汽溫出現(xiàn)快速升高，經(jīng)常超過報(bào)警值608℃，隨后出現(xiàn)快速下降，波動(dòng)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(shì)。而再熱汽溫波動(dòng)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(duì)于1 000 MW超超臨界直流鍋爐，再熱蒸汽溫度設(shè)計(jì)值為603℃，再熱器管的最高金屬壁溫可達(dá)到640 - 650℃，雖然采用了先進(jìn)的熱強(qiáng)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(huì)降低金屬材料的熱強(qiáng)度，造成再熱器過熱爆管。
    (2)超溫與降溫的交替出現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生很大的交變應(yīng)力，很可能對(duì)再熱器的使用壽命產(chǎn)生不利的影響，同時(shí)也使汽輪機(jī)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(fù)荷過程中再熱蒸汽溫度波動(dòng)大的問題顯得尤為重要。
1、再熱蒸汽系統(tǒng)簡(jiǎn)介
    再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器二級(jí)。
    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?cè)贌崞鱾?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(fù)荷過程再熱蒸汽溫度波動(dòng)大的原因分析
2.1 CCS(機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))投入狀態(tài)下加負(fù)荷的特性對(duì)再熱汽溫的影響
    按照ccs的控制邏輯，加負(fù)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(jī)組負(fù)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(fēng)量的增加是脈動(dòng)的。圖2為玉環(huán)電廠1號(hào)鍋爐加負(fù)荷時(shí)給水量、給煤量和總風(fēng)量的變化趨
    這種加負(fù)荷特性，可以提高機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)的靈敏性，但卻加大了再熱汽溫的波動(dòng)。原因如下：
    如圖3所示，再熱器在負(fù)荷不變的穩(wěn)定態(tài)下，蒸汽流量qi對(duì)應(yīng)再熱器吸熱量，蒸汽流量q2對(duì)應(yīng)再熱器吸熱量Q2，此時(shí)再熱汽溫處于額定狀態(tài)（即圖3中的點(diǎn)劃線To）。加負(fù)荷過程中，再熱器蒸汽流量qi與再熱器吸熱量Q，同時(shí)開始增加，鑒于上述的CCS加負(fù)荷特性和再熱器的對(duì)流傳熱特性，隨著給煤量與風(fēng)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(dá)到Q2，從而造成加負(fù)荷階段（如圖3所示的陰影區(qū)域）再熱器吸熱量大干對(duì)應(yīng)的蒸汽流量，導(dǎo)致再熱汽溫快速上升。直到再熱蒸汽流量達(dá)到qz時(shí)，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(dòng)輔以低溫再熱器入口噴水的調(diào)溫方式。
    因?yàn)闊煔夥峙鋼醢宓奈恢迷诘蜏卦贌崞飨虏浚�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(gè)調(diào)節(jié)過程存在較大的慣性與遲延時(shí)間。
    圖4為玉環(huán)電廠1號(hào)鍋爐加負(fù)荷時(shí)再熱器入口溫度與出口溫度變化趨勢(shì)圖的對(duì)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(shí)間為260 s左右。
    在自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，較大的慣性與遲延可能引起過調(diào)，導(dǎo)致控制量反復(fù)震蕩、無法穩(wěn)定在設(shè)定值，就會(huì)出現(xiàn)再熱汽溫波動(dòng)的情況，尤其是在負(fù)荷大幅度加減對(duì)汽溫產(chǎn)生擾動(dòng)的情況下，極易造成再熱汽溫的大幅波動(dòng)。
3、改進(jìn)方案
3.1對(duì)再熱器汽溫調(diào)節(jié)改進(jìn)方案的選擇
    首先考慮從CCS控制邏輯方面進(jìn)行改進(jìn)，通過降低加負(fù)荷時(shí)給煤量的增加速率來減緩再熱汽溫的波動(dòng)。但如果通過降低給煤量增加速率來減緩再熱汽溫的波動(dòng)，會(huì)造成加負(fù)荷過程給水量的增加量大于燃燒產(chǎn)生熱量的增加量，導(dǎo)致直流鍋爐燃水比失調(diào)，從而導(dǎo)致過熱蒸汽溫度在加負(fù)荷過程中降低。同時(shí)，也會(huì)造成鍋爐加負(fù)荷遲緩，達(dá)不到電網(wǎng)的要求。這樣做從機(jī)組的效率與經(jīng)濟(jì)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(jìn)行改進(jìn)。
    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(jí)減溫器，為盡可能地減少汽溫調(diào)節(jié)的遲廷時(shí)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(huì)降低機(jī)組的熱效率，但從實(shí)際應(yīng)用考慮，對(duì)機(jī)組效率的影響可以忽略，原因如下。
    (1)噴水只在機(jī)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(shí)間相比穩(wěn)定工況運(yùn)行的時(shí)間要小很多，對(duì)機(jī)組效率的影響很小。
    (2)噴水流量不到機(jī)組蒸汽流量的1%，按照每向再熱蒸汽噴入1%的給水，機(jī)組效率下降0.1%~0.2%估算，對(duì)機(jī)組效率的影響則遠(yuǎn)小于0.1%。
    因此，采用加裝二級(jí)減溫器的方案來解決再熱汽溫的波動(dòng)對(duì)過熱汽溫沒有影響、對(duì)機(jī)組的效率影響又很小，具有較大的優(yōu)勢(shì)和可行性。
3.2再熱器噴水減溫系統(tǒng)的改進(jìn)方案（噴水管路部分的改進(jìn)）
    再熱器改進(jìn)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(jí)噴水減溫器、2只電動(dòng)隔離閥以及管路組成。
3.3再熱器噴水減溫系統(tǒng)的改進(jìn)方案（控制邏輯部分的改進(jìn)）
    再熱器噴水減溫器的控制邏輯改進(jìn)方案如圖6所示，圖中L是一級(jí)減溫器出口溫度，T是二級(jí)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(jìn)方案新增加的部分。
原先的控制邏輯采用的是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改進(jìn)后的控制邏輯為：當(dāng)二級(jí)減溫器入口電動(dòng)截止閥開啟時(shí)，控制邏輯與原有邏輯相同（雖然邏輯相同，但控制的是兩級(jí)噴水）．不同處是增加一個(gè)由二級(jí)減溫器入口電動(dòng)截止閥關(guān)閉信號(hào)控制的切換器，當(dāng)二級(jí)減溫器入口電動(dòng)截止閥關(guān)閉時(shí)，自動(dòng)切換到按一級(jí)減溫器出口溫度為被調(diào)副參數(shù)的串級(jí)控制方式。
4、改進(jìn)方案的特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果
4.1改進(jìn)方案的特點(diǎn)
    (1)使用原有的一級(jí)噴水調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)兩級(jí)噴水的自由切換和同時(shí)投入：在一級(jí)減溫器噴水管道上裝有手動(dòng)隔離閥，正常運(yùn)行時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，只投入二級(jí)噴水，在二級(jí)減溫器噴水管道上裝有電動(dòng)隔離閥，某些需要只投入一級(jí)噴水的情況下，可以將電動(dòng)隔離閥關(guān)閉，并打開一級(jí)減溫器前的手動(dòng)隔離閥，只投入一級(jí)噴水。減溫水控制邏輯隨電動(dòng)隔離閥關(guān)閉自動(dòng)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(shí)可以開啟一級(jí)噴水手動(dòng)隔離閥，同時(shí)投入一、二級(jí)噴水來防止低溫再熱器和高溫再熱器超溫。
    (2)兩級(jí)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(hào)等配套設(shè)備，降低了系統(tǒng)改造的復(fù)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(jìn)方案要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)，
    (4)可以在原有的熱工控制邏輯基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)。不需要再增加新的控制邏輯。
4.2改進(jìn)方案的應(yīng)用效果
    鑒于l、2、3號(hào)鍋爐都存在加負(fù)荷時(shí)再熱汽溫波動(dòng)大的現(xiàn)象，玉環(huán)電廠二期工程的4號(hào)鍋爐首先在投產(chǎn)前的設(shè)備安裝階段實(shí)施再熱器減溫水系統(tǒng)改造，4號(hào)鍋爐于07年11月投產(chǎn)到目前運(yùn)行近1年來的情況證明其改進(jìn)方案是相當(dāng)成功的。圖7為4號(hào)鍋爐在加負(fù)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(fù)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(dòng)的情況下，鍋爐在加負(fù)荷期間再熱汽溫的波動(dòng)范圍控制在以600℃±6℃以內(nèi)，遠(yuǎn)小于未進(jìn)行改造的鍋爐加負(fù)荷時(shí)6100℃～580℃的波動(dòng)范圍。
    由于4號(hào)鍋爐再熱器減溫水系統(tǒng)改造的成功，2號(hào)鍋爐子2008年2月實(shí)施了相同的改造，今后將利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)完成剩余1、3號(hào)鍋爐的改造。
5、結(jié)語
    4號(hào)鍋爐和2號(hào)鍋爐運(yùn)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(diǎn)需要改進(jìn)：這次改造延用了原來一級(jí)噴水的手動(dòng)隔離閥，筆者認(rèn)為應(yīng)改為電動(dòng)隔離閥或氣動(dòng)隔離閥，這有利于一級(jí)噴水的快速投入。因?yàn)樵谑鹿是闆r下，需要快速投入一級(jí)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(gè)問題：對(duì)比控制再熱汽溫的效果和設(shè)備投資的多少，這種以一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥控制兩級(jí)噴水并兼具自由切換和同時(shí)投入功能的模式是否比采用兩級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥控制兩級(jí)噴水或只有一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)閥控制一級(jí)噴水的模式更具有優(yōu)勢(shì)？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(jì)以及鍋爐再熱器減溫水系統(tǒng)的改造提供了一個(gè)新的思路。


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1、生物質(zhì)蒸鍋
2、秸稈壓塊機(jī)
3、木屑顆粒機(jī)