第４９卷第３期 ２０１８年５月 锅 炉 技 术 Ｂ（）Ｉ１，ＥＲ ＴＥＣＨＮ（）Ｉ （）（ Ｙ ＶｏＩ．４９．ＮＯ．３ Ｍａｙ．，２０Ｉ８ ６６０ ＭＷ超超临界锅炉再热抽汽安全性分析 陈晓文 （国家电投黄河上游水电开发有限责任公司，青海西宁８１００００） 摘 要： 某电厂６６０ Ｍｗ超超临界锅炉为单炉膛兀型布置，尾部烟气挡板调节再热汽温。机组运行后拟抽 取再热蒸汽满足外郎供热。锅炉受热面布置按照不抽汽设计，假如抽汽运行，随着再热流量降低，再热器受热 面冷却能力不足易超温影响机组安全运行。通过对６６０ＭＷ额定工况、７５ 负荷和５Ｏ 负荷一［况下不同抽汽 世的计算对比，分析了机组负荷和抽汽量变化关系、比较了再热器受热面最高管壁温度和管子材料许用温度． 对 同ｆ 况ｒＦ锅炉的最大可能抽汽量进行预估。通过计算对比结果表明对机组再热系统的抽汽改造方案选 择具有一定指导意义。 关键词： 超越临界ｎ型锅炉；再热抽汽量：安全性分析 中图分类号：ＴＫ２２９．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ ６７２—４７６３（２０ｌ８）０３—００ｌ ３—０４ ０ 前 言 某电厂２×６６０ Ｍｗ超超临界ｎ型直流锅炉 燃煤机组，锅炉运行方式为带基本负荷并参与调 象，应对锅炉的设计、运行数据、抽汽Ｔ况进行核 算对比，依据对比结果论证可允许的最大抽汽量 范围。 峰，锅炉负荷适应性强，具有ＲＢ功能，能承受一 定额定负荷突然变化并保持稳定运行。锅炉采 用水煤比训节主汽温．尾部双烟道挡板开大、关 小调节再热汽温，即通过凋节尾部前后烟道的烟 １ ６６０ ＭＷ超超临界ｎ型锅炉概况 本文研究对象为６６０ ＭＷ超超临界参数变 压运行螺旋管圈直流锅炉，单炉膛兀型布置、一 次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、干式 机械除渣、全钢架悬吊结构。锅炉尾部布置２台 转子直径为 １５ ｍ的三分仓容克式空气预热 气份额来实现高低负荷一ｒ况再热出口汽温达到 设计额定值。锅炉再热器通常在１Ｏ０ ～５０ 负 荷之问出口汽温达到额定值，从而保证机组在最 佳工况点运行，从设计原理【１］上要在尾部烟道布 置足够多的再热受热面。当低负荷工况运行时， 尾部烟气挡板开大角度使较多烟气量通过低温 再热器侧炯道．低温再热器获得足够的换热量， 器。炉膛断面为近正方形。网ｌ为锅炉结构示 意图。锅炉各工况设计参数见表１。 当高负荷Ｔ况时将低温再热器侧尾部烟气挡板 开度关小，减少烟气流量。满足换热量的需要。 如采用低温再热器进口管道抽汽对外供热时，不 可能无大量抽取再热蒸汽，其原因在于受热 面积不变，再热器极易超温影响安全运行。例 如，机组高负荷运行时，设计低温再热器侧挡板 开度通常较小，大量抽汽后如再减小挡板开度， 调节能力有限并且容易引起前后烟气流速差异 过大，导致受热面振动。凶此判断机组能够安全 运行时，再热蒸汽允许最大抽取量是本文研究对 图１ 锅炉结构示意图 收稿日期：２ｏ１ ７ ｌ ２ ２６ 作者简介：陈晓交（１９７０～）．男．工程硕士，高级Ｔ程师。主要从事电站设备生产运行、电力建设Ｔ程安装等一Ｉ 作。 １４ 锅 炉 技 术 第４９卷 表１ ６６０ ＭＷ超超临界锅炉设计参数 锅炉投运后运行参数良好，机组地处工业园 区，因园区进行了工业供热规划，拟采用锅炉低 温再热器进口管道抽汽。现结合锅炉各工况数 据对不同状态抽汽量进行计算评估，以判断不同 工况下可能允许的最大抽汽量，初步判断机组安 全性的影响。再热器汽水流程见图２。 高 温 再 热 器 图２再热器汽水流程图 ２建立抽汽评估模型 ２．１热力计算模型 根据能量平衡原理基于原设计数据对抽汽 后能量平衡进行估算＿２］，锅炉计算模型采用２种 方式进行能量平衡：（１）调节低温再热器及低温 过热器侧烟气挡板，实现减少低温再热器吸热量 减少其出口汽温，降低管子壁温。（２）低温再热 器侧与低温过热器侧的烟气挡板不动作，即与原 设计相同通过调节再热器微量喷水减温调节再 热器汽温，对低温再热器出口汽温进行管屏壁温 计算评估。 再热器系统设计采用两级受热面布置，低温 再热器布置在尾部烟道前烟道，出口集箱位于低 温再热器上炉顶罩壳内。低温再热器出口集箱 通过连接管道引入水平烟道内布置的高温再热 器，高温再热器顺列布置。连接管道上布置了微 量喷水减温器，其主要作用调节高温再热器进口 汽温偏差，降低高温再热器出口汽温偏差及保证 机组安全运行。 ２．２壁温计算模型 根据热力计算校核结果，对低温再热器、高温 再热器管屏进行管子壁温校核计算。依据传热学 原理分析管屏换热，超超临界锅炉水冷壁管内工 质温度与管子几何结构、内壁换热系数、管子导热 系数、管外烟气热负荷分布有关 ］。根据管壁温 度计算方法［ ，管子正面内壁温度计算式（１）： ｔ 一ｔ，＋Ｊ ｇ （１） ａ ２ 式中：ｔ，——壁温计算点处管内工质温度，℃； ‘， 一管子正面内壁热量均流系数，按《电 站锅炉水动力计算方法》线算图１ 或图２查取； 口一 管子外径与内径的比值； ｑ ——壁温计算点处正面外壁辐射热负 荷，ｋＷ／ｍ 。 管子正面外壁温度计算式（２）： ．， ｑ ＋了ｑ （２） ａ ２ Ａ Ｄ ３－ 上 式中： ——管壁厚度，ｍ； ——管子正面沿厚度方向上的平均热量 均流系数，按《电站锅炉水动力计算 方法》线算图３一ｌ或图３－２查取； 一一管子部分的金属导热系数，ｗ／（ｍ·℃）。 再热器管子壁温校核按内、外壁壁温算数平 均值取用，对管子壁温计算值与管子许用温度对 比，判断运行时管屏是否安全。 ３ 出口汽温、管子壁温计算对比分析 再热系统的微量喷水减温器布置在低温再热 器与高温再热器之间，减少再热器喷水有利于机组 保持更高的经济性。控制低温再热器出口蒸汽温 度对机组经济、安全运行至关重要，高温再热器壁 温、出口蒸汽温度通过减温器喷水进行调节。下面 对低温再热器重点进行模拟计算研究。 对６６０ Ｍｗ额定负荷、７５ 负荷、５０ 负荷 设计运行工况分别进行抽汽量计算，计算对比采 用２种方式：（１）抽汽１计算采用改变控制调节手 段，即调整过量空气系数、通过改变尾部烟气挡 板开度调整前后烟道的烟气份额等措施降低抽 第３期 陈晓文：６６０ Ｍｗ超超临界锅炉再热抽汽安全性分析 汽后低温再热器的吸热量，降低低温再热器出口 最高壁温。低温再热器管子运行壁温控制在许 用管壁温度值以下，保证低温再热器管壁不超 温，运行安全可靠。（２）抽汽２计算采用不改变 控制调节手段，仅改变再热器抽汽量进行计算， 对比低温再热器计算最高壁温与管子许用温度 的关系。 ６６０ Ｍｗ额定负荷工况计算见图３，采用抽 汽１相对抽汽２计算的低温再热器出口汽温、设 计工况低温再热器出口蒸汽温度偏低，抽汽２低 温再热器出口蒸汽温度值为最高。同样抽汽量 条件下抽汽１低温再热器计算管子最高壁温远 低于抽汽２。当低温再热器进口抽汽量达到１４０ ｔ／ｈ时，抽汽２计算值显示壁温没有安全裕量，而 抽汽１计算值显示锅炉通过运行调整措施还有 继续增加抽汽量的潜力，其计算最高壁温低于管 子许用温度５７３℃约２０℃。当计算抽汽量１４０ ｔ／ｈ时，抽汽１微量喷水计算值～５ ｔ／ｈ，抽汽２微 量喷水计算值～５８ ｔ／ｈ，接近微量喷水减温器设 计容量。计算采用过量空气系数２Ｏ ，实际运行 控制～１５ ，那么抽汽１工况仍有继续增加抽汽 量的潜力，即减少高温的烟气流速降低再热器换 热量，但在调整过程中应注意低温再热器、低温 过热器侧的烟气压力平衡，如为避免前后烟道由 于流速差距大引起的受热面振动问题应适度降 低抽汽量，并考虑采取其他防振措施。 赠 秣 藕 睦 赠 髦 图３ ６６０ Ｍｗ负荷低温再热器出口汽温、 壁温计算值与设计值对比 ７５％负荷工况计算见图４，抽汽１、抽汽２低 温再热器出口蒸汽温度计算值分别位于设计运 行值两侧。为保证低温再热器管屏运行安全，在 受热面积不变流量降低的条件下，必然要采取措 施降低抽汽后低温再热器出口蒸汽温度，实现低 赠 船 １止 赠 竖 图４ ７５％负荷低温再热器出口汽温、 壁温计算值与设计值对比 温再热器出口计算最高管屏壁温低于管子许用 温度。图４中的出口计算壁温曲线表明抽汽２计 算最高壁温高于抽汽１计算最高壁温，当抽汽量 为１００ ｔ／ｈ时，抽汽１计算最高壁温接近管子许 用温度，此工况下的抽汽量在采取调节控制措施 后达到了最大值，即实际抽汽量原则上可以小于 计算值。抽汽量７０ ｔ／ｈ低于管子许用温度５℃， 对于机组有了一定的安全调节裕度。 ５Ｏ 负荷工况计算见图５，抽汽１、抽汽２低 温再热器出口蒸汽温度计算值基本位于设计值 上部。当抽汽ｌ计算抽汽量为５０ ｔ／ｈ时，低温再 热器计算最高壁温超出管子许用温度，此时低温 再热器管壁计算点没有温度安全裕量。当抽汽 量为４０ ｔ／ｈ时，低温再热器管屏计算最高金属壁 温略低于管子许用温度。抽汽量为３０ ｔ／ｈ时，低 温再热器管屏计算最高壁温低于管子许用温度 ７￣Ｃ，具备有一定的运行温度控制裕量。 ５９０ ５７０ 餐５稚 ５０ 霰５３０ 位 赠 餐５ｌＯ ４９０ ４７０ １５ ２５ ３５ ４５ ５５ ５０％负荷工况抽汽量／（ｔ·ｈ ） 图５ ５０ 负荷低温再热器出口汽温、 壁温计算值与设计值对比 图６显示了高温再热器在６６０ Ｍｗ额定工 况、７５ 负荷、５０ ９／６负荷按抽汽１计算最大抽汽 量时管屏计算最高壁温。从图６中可以看出高 １６ 锅 炉 技术 第４９卷 温再热器的计算最高管子金属壁温都远低于管 热器计算结果，也证明了分析对象中对低温再热 殛赠稚壤障赠坦 锄 化而变化，当机组负荷降低时，可允许的再热抽 跚 ０ 蛩 汽量随之下降。 子材料许用温度，其温度安全差值远高于低温再 器进口管道抽汽量影响最大的是低温再热器计 （２）６６０ ＭＷ额定工况抽汽量在１４０ ｔ／ｈ时， 通过降低过量空气系数，减小尾部烟气挡板开度 算最高壁温的安全温度裕度范围。当不改变再 热器布置结构时，低温再热器的设计基本决定了 锅炉可允许的再热器抽汽量。 ７ｏ０ 调节低温再热器侧、低温过热器侧烟道烟气份额 等措施可以实现低温再热器计算最高壁温低于 管子许用温度，具有一定温度安全裕量，但应避 免调节挡板动作时带来因烟气偏流量大引起的 振动问题，否则减少抽汽量。 （３）６６０ Ｍｗ超超临界兀型锅炉再热器各 ６８０ 工况下再热器抽汽量大小对机组运行安全性影 响主要是低温再热器最高壁温是否超过管子许 用温度，保持低温再热器足够大温度安全裕量决 定了抽汽量的大小，最终确定了再热器系统进行 抽蒸汽改造的可执行方案。 Ｏ ２０ ４０ ６０ ８０ １ｏ０ １２０ １４０ １６０ 各负荷最大工况抽汽量／（ｔ·ｈ ） 参考文献： ［１］樊泉桂主编．锅炉原理［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００４． Ｅ２３李加护，闰顺林，刘彦丰．锅炉课程设计指导书［Ｍ］．北京： 中国电力出版社，２００７． 各计算最大抽汽工况高、低温再热器出口汽温、 壁温计算值与设计值对比 ４ 结 语 （１）本文分析的工程对象拟采用低温再热器 进口管道抽汽方式，其抽汽量大小随机组负荷变 ［３］杨世铭，陶文铨．传热学［Ｍ］．３版．北京：高等教育出版 社。１９９８． ［４］上海发电设备成套设计研究所等．ＪＢ／Ｚ ２ｏ１一ｌ９８３电站锅 炉水动力计算方法［ｓ］．北京：机械工业出版社，Ｉ９８３． Ｓａｆｅｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｒｅｈｅａｔｅｄ Ｓｔｅａｍ Ｅｘｔ ｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔｅａｍ ａｔ ６６０ ＭＷ Ｕｌｔ ｒａ．Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｂｏｉｌｅｔ ＣＨＥＮ Ｘｉａｏｗｅｎ （Ｓｔａｔｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｈｕａｎｇｈｅ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｉｎｇ ８１００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔ ｒａｃｔ：Ａ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈ ６６０ ＭＷ ｕｌｔｒａ—ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｙｐｅ ＩＩ ｂｏｉｌｅｒ，ｓｉｎｇｌｅ ｆｕｒｎａｃｅ，ａｎｄ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｄａｍｐｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｈｅａｔ ｓｔｅａｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｒｅａｒ ｐａｓｓ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｐｅｒａ— ｔｉｏｎ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔ ｒｅｈｅａｔｅｄ ｓｔｅａｍ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｏｐｅｒａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｌｏｗ ｏｆ ＲＨ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ＲＨ ｗｉｌｌ ｂｅ ｏｖｅｒ— ｈｅａｔｅｄ ｗｈｉｃｈ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ６６０ ＭＷ ｒａｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，７５％ａｎｄ ５Ｏ％ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｕｂｅ ｗａｌｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｏｕｔｌｅｔ ｏｆ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｈｅａｔｅｒ ｉｓ ｇｏｔｔｅｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｔｅａｍ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｓｅｓ ａｒｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．Ｔｈｅｓｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ａ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｎ ｓｅ１ｅｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｔｒｏｆｉｔ ｐｌａｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｕｌｔｒａ—ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｙｐｅ兀ｂｏｉｌｅｒ； ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｈｅａｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｔｅａｍ ｑｕａｎｔｉｔｙ； ｓａｆｅｔｙ
