[發明專利]二次再熱超超臨界鍋爐汽溫協同控制系統

在審

• 申請號: 202011177961.1
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112648606A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 齊祥柏;陳青;劉明佳;何煦;葉敏
• 申請（專利權）人: 北京國電智深控制技術有限公司
• 主分類號: F22B31/08
• 分類號: F22B31/08;F22G3/00;F22G5/12;F23J13/00
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 徐春

本發明公開了一種二次再熱超超臨界鍋爐的汽溫協同控制系統及其實現方法。該系統通過噴水減溫器、分隔煙道擋板和擺動燃燒器等不同汽溫控制設備的優化組合來協同控制二次再熱超超臨界塔式直流鍋爐的過熱蒸汽和一、二次再熱蒸汽溫度，確保了整個鍋爐汽溫控制系統具有良好的控制一致性和安全可靠性，并通過采用可調整自適應脈沖回路改善了煙氣檔板和擺動燃燒器的調節特性和控制精度。

技術領域

本發明涉及一種大型電站鍋爐汽溫控制方法，尤其涉及一種二次再熱超超臨界鍋爐 的汽溫協同控制系統及其實現方法。

背景技術

為了提高大容量火力發電機組的經濟性，通常可采用中間再熱的方法來提高熱力循 環的平均吸熱溫度，降低熱耗；減少汽輪機低壓末級葉片排氣濕度，延長末級葉片壽命。理論上再熱級數越多熱力循環效率更高，在同等條件下，采用二次再熱比一次再熱的機 組熱效率可提高1.43～1.6％左右。但二次再熱機組的主機設備和熱力系統的投資明顯增加，運行控制也更為復雜。雖然從上世紀60年代起國外已經有50余臺二次再熱超(超) 臨界機組投入運行^[1]，但從技術經濟性綜合考慮，其中絕大多數的超(超)臨界機組仍都 采用的是一次再熱。截止目前，國內已投運的數百臺超(超)臨界機組也大部分采用的 是一次再熱形式^[2]-[4]。

隨著燃料成本和環保壓力的不斷提高，近年來國際上又開始重視對二次再熱機組的 研發和應用^[5][6]。歐盟、美國和日本的700℃及以上參數的先進超超臨界機組都選擇了二 次再熱作為其研究方向之一。我國成立了產學研用聯盟共同開展700℃高效清潔燃煤火力 發電機組的基礎研發^[7]，并啟動了超600℃二次再熱燃煤超超臨界機組的應用示范。

從技術經濟性的角度綜合考慮，在較高的超臨界參數下采用二次再熱方式更為合理。 而國外二次再熱超超臨界機組的發展也經歷了一個先高后低再重新認識的馬鞍型過程， 現有的大部分二次再熱機組都建成于上世紀60～70年代。據不完全統計，全世界至少有 52臺二次再熱超(超)臨界機組投入運行。其中德國共有11臺二次再熱超(超)臨界機組，其中1臺機組為燃油和天然氣鍋爐，8臺機組為燃煤鍋爐，另外兩臺機組燃料情況不 明；美國共投運23臺二次再熱超(超)臨界機組，其中5臺為燃油鍋爐，2臺為燃油和 燃氣鍋爐，其它16臺為燃煤鍋爐，但美國二次再熱機組的投運時間均較早；日本共投運 13臺二次再熱超(超)臨界機組，其中11臺機組為燃重油鍋爐，2臺機組為燃天然氣鍋 爐；另外丹麥分別有兩臺二次再熱超超臨界機組；1臺為燃煤/燃油鍋爐，1臺為燃氣鍋爐。 這其中近二十年新投運的二次再熱機組數量較少，僅有1989年投運的日本中部電力公司 川越電站2臺700MW燃氣二次再熱機組(31MPa/566℃/566℃/566℃)^[4]，以及丹麥分 別在1997和1998年投運的兩臺415MW熱電聯產機組(290bar/582℃/580℃/580℃)， 即電廠№3燃氣二次再熱機組和Nordjyllands電廠№3燃煤/燃油二次再熱機組。

毫無疑問，二次再熱鍋爐是整個超超臨界機組中最為復雜的一個熱工對象，其蒸汽 溫度、壓力等重要熱工參數不僅關系到鍋爐的運行安全，也直接影響到整個機組的經濟性。而隨著鍋爐設計參數的不斷提高，其額定運行參數與現有的成熟金屬材料允許使用 極限之間的裕量已越來越小。國內正在研發的二次再熱超超臨界機組，其蒸汽壓力初參 數達31MPa～35MPa，過熱和一次、二次再熱蒸汽溫度可達到605℃/620℃/620℃^[7]，已 趨近現有成熟金屬材料的極限應用溫度。因此，在鍋爐金屬材料未發生大的變化前提下， 鍋爐的運行控制就成為超600℃二次再熱超超臨界鍋爐設計和應用的關鍵技術問題之一。

與以往采用一次再熱的大容量電站鍋爐一樣，二次再熱超超臨界鍋爐實現汽溫控制 的手段也有多種，包括擺動燃燒器、分隔煙道檔板、煙氣再循環、過燃風和蒸汽旁路、 表面式汽汽交換器等等，但最為可靠和有效的方法仍是在鍋爐各段受熱面之間設置噴水 減溫器，通過噴水來調節過熱蒸汽和一、二次再熱蒸汽的溫度^[8][9]。