超超臨界二次再熱鍋爐運行特性及再熱汽溫調(diào)節(jié)優(yōu)化研究

一、引言1.1研究背景與意義在全球能源格局深度調(diào)整和環(huán)境保護意識日益增強的大背景下，能源形勢正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與變革。隨著世界經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，能源需求不斷攀升，傳統(tǒng)化石能源的有限性與能源需求增長之間的矛盾日益凸顯。與此同時，由能源消耗帶來的環(huán)境污染和氣候變化問題也愈發(fā)嚴峻，如溫室氣體排放導(dǎo)致的全球氣候變暖，給生態(tài)系統(tǒng)和人類社會帶來了諸多負面影響。因此，實現(xiàn)能源的高效利用和可持續(xù)發(fā)展成為了當今世界能源領(lǐng)域的核心議題?；痣娮鳛槿螂娏?yīng)的重要組成部分，在能源體系中占據(jù)著舉足輕重的地位。盡管近年來新能源發(fā)展迅猛，如太陽能、風能、水能等可再生能源在電力結(jié)構(gòu)中的占比逐漸增加，但由于新能源自身存在間歇性、不穩(wěn)定性等特點，火電在保障電力穩(wěn)定供應(yīng)方面仍發(fā)揮著不可替代的作用。在中國，火電同樣是電力供應(yīng)的主力軍。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，中國火電裝機容量達到11.6億千瓦，占全國總裝機容量的47.62%，2023年全國火電發(fā)電量為5.43萬億千瓦時，占總發(fā)電量的69.95%?；痣娫跐M足社會用電需求、推動經(jīng)濟發(fā)展方面做出了巨大貢獻。然而，傳統(tǒng)火電面臨著效率提升瓶頸和環(huán)保壓力的雙重困境。一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)火電的效率提升空間逐漸縮小，難以滿足日益增長的能源高效利用需求；另一方面，環(huán)保政策的日益嚴格對火電的污染物排放提出了更高的要求，火電企業(yè)需要投入大量資金進行環(huán)保改造，以降低二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等污染物的排放。二次再熱鍋爐作為火電領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)，為提升火電效率和環(huán)保性提供了新的途徑。相較于一次再熱鍋爐，二次再熱鍋爐通過增加一級再熱循環(huán)，使蒸汽在汽輪機中經(jīng)過多次膨脹做功，有效提高了機組的熱效率。在超超臨界狀態(tài)下，二次再熱鍋爐的熱機效率可以達到45%以上，比傳統(tǒng)燃煤發(fā)電設(shè)備高出10-15%。這意味著在相同發(fā)電量的情況下，二次再熱鍋爐能夠消耗更少的煤炭資源，從而降低了能源消耗和碳排放。以國家能源博興發(fā)電有限公司規(guī)劃建設(shè)的博興電廠為例，其一期工程采用超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組，設(shè)計發(fā)電煤耗僅為253.92克/千瓦時，比常規(guī)的超臨界機組降低約20克/千瓦時，處于世界領(lǐng)先水平。同時，通過優(yōu)化燃燒過程和采用先進的煙氣凈化技術(shù)，二次再熱鍋爐能夠有效減少污染物的生成和排放，如采用高效脫硫、脫硝和除塵設(shè)施，可使二氧化硫、氮氧化物和煙塵的排放濃度分別控制在較低水平，滿足國家超低排放標準，為實現(xiàn)綠色能源和可持續(xù)發(fā)展目標做出了積極貢獻。二次再熱鍋爐的運行特性較為復(fù)雜，受到多種因素的影響，如煤種變化、負荷波動、燃燒工況等。不同煤種的成分和特性差異較大，會導(dǎo)致燃燒過程中的熱量釋放速率和分布不同，進而影響鍋爐的蒸汽參數(shù)和運行穩(wěn)定性。當煤種的發(fā)熱量降低時，為了維持機組的額定負荷，需要增加燃煤量，這可能會導(dǎo)致爐膛溫度升高、煙氣量增大，從而對再熱汽溫產(chǎn)生影響。負荷波動也是影響二次再熱鍋爐運行的重要因素之一。在機組負荷快速變化時，鍋爐的燃料量、風量和給水流量等參數(shù)需要及時調(diào)整，以適應(yīng)負荷變化的需求，但這種調(diào)整過程往往會引起蒸汽參數(shù)的波動，尤其是再熱汽溫的變化較為明顯。如果再熱汽溫控制不當，過高會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬的蠕變速度加快，影響設(shè)備使用壽命；過低則會導(dǎo)致機組熱效率降低，汽耗率增大，還會使汽輪機末級葉片處蒸汽濕度偏大，造成葉片侵蝕加劇。因此，深入研究二次再熱鍋爐的運行特性，掌握其在不同工況下的運行規(guī)律，對于保障機組的安全穩(wěn)定運行和提高運行效率具有重要意義。再熱汽溫調(diào)節(jié)是二次再熱鍋爐運行中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其調(diào)節(jié)的準確性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到機組的性能和經(jīng)濟性。目前，二次再熱鍋爐的再熱汽溫調(diào)節(jié)手段主要包括燃燒器擺角調(diào)節(jié)、煙氣擋板調(diào)節(jié)、煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)以及噴水減溫調(diào)節(jié)等。這些調(diào)節(jié)手段各有優(yōu)缺點，在實際運行中需要根據(jù)具體工況進行合理選擇和優(yōu)化組合。燃燒器擺角調(diào)節(jié)通過改變?nèi)紵鞯膬A角，調(diào)整火焰中心位置，從而改變爐膛內(nèi)的輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量分配，達到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。這種調(diào)節(jié)方式響應(yīng)速度較快，但調(diào)節(jié)范圍有限，且對燃燒工況有一定的影響。煙氣擋板調(diào)節(jié)則是通過改變煙道內(nèi)煙氣擋板的開度，調(diào)整煙氣流量在不同受熱面之間的分配，進而控制再熱汽溫。該方法調(diào)節(jié)較為平穩(wěn)，但存在一定的慣性和滯后性。煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)是將部分低溫煙氣引入爐膛，改變爐膛內(nèi)的溫度場和煙氣流量，實現(xiàn)再熱汽溫的調(diào)節(jié)，具有調(diào)節(jié)范圍廣、效果明顯等優(yōu)點，但會增加設(shè)備投資和運行成本。噴水減溫調(diào)節(jié)雖然調(diào)節(jié)精度高、響應(yīng)速度快，但會降低機組的熱效率，因此一般作為輔助調(diào)節(jié)手段使用。由于二次再熱鍋爐的受熱面布置更加復(fù)雜，各調(diào)節(jié)手段之間相互影響，使得再熱汽溫調(diào)節(jié)難度較大。在實際運行中，往往會出現(xiàn)再熱汽溫波動大、調(diào)節(jié)不及時等問題，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行。因此，對二次再熱鍋爐的再熱汽溫調(diào)節(jié)進行優(yōu)化研究，探索更加高效、精準的調(diào)節(jié)策略和方法，具有迫切的現(xiàn)實需求和重要的實際意義。綜上所述，研究二次再熱鍋爐的運行特性與再熱汽溫調(diào)節(jié)優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實意義。通過深入研究其運行特性，可以為機組的運行操作提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)運行人員合理調(diào)整運行參數(shù)，提高機組的運行穩(wěn)定性和可靠性。對再熱汽溫調(diào)節(jié)進行優(yōu)化，能夠有效提高再熱汽溫的控制精度，減少汽溫波動，降低設(shè)備損耗，提高機組的熱效率和經(jīng)濟性，同時也有助于減少污染物排放，實現(xiàn)火電行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。在當前能源形勢和環(huán)保要求日益嚴格的背景下，這一研究對于推動火電行業(yè)的技術(shù)進步和轉(zhuǎn)型升級，保障國家能源安全和電力穩(wěn)定供應(yīng)具有重要的戰(zhàn)略意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀二次再熱鍋爐技術(shù)的發(fā)展歷程在國內(nèi)外呈現(xiàn)出不同的軌跡。國外對于二次再熱技術(shù)的研究起步較早，可追溯到20世紀50年代。1956年，西德投運了世界上首臺二次再熱機組，其參數(shù)為34兆帕/610℃/570℃/570℃，容量為88兆瓦。此后，在50年代至70年代期間，二次再熱技術(shù)在歐美國家得到了迅速發(fā)展，美國、德國、日本、丹麥等國家制造了大量二次再熱機組。美國在這一時期起步早，制造了12.5萬千瓦和32.5萬千瓦的高參數(shù)二次再熱機組，成為當時世界上參數(shù)最高、容量最大的機組，截至1973年共計投產(chǎn)25臺。然而，由于當時蒸汽參數(shù)選取過高，超越了材料性能水平，影響了機組的運行可靠性，隨后美國以發(fā)展亞臨界參數(shù)機組為主。日本在60年代引進美國60萬千瓦超臨界機組后，經(jīng)過技術(shù)轉(zhuǎn)換和發(fā)展，到1976年投產(chǎn)二次再熱機組共11臺，1989年投運的川越電廠二次再熱機組代表了當時的先進水平。丹麥1998年投運的諾加蘭德電廠41.1萬千瓦二次再熱機組，采用海水直接冷卻，凈熱效率高達47%-49%，處于當時世界火電機組的領(lǐng)先水平。但自1998年以后，國外因二次再熱機組系統(tǒng)、設(shè)備和運行控制復(fù)雜性較高，且在燃煤價格相對穩(wěn)定的條件下造價較高，缺乏技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，沒有新投運的二次再熱機組。國內(nèi)二次再熱鍋爐技術(shù)的研發(fā)起步相對較晚，2009年才開始進行相關(guān)研發(fā)工作。盡管起步晚，但國內(nèi)發(fā)展迅速，通過自主創(chuàng)新和技術(shù)引進相結(jié)合的方式，攻克了一系列技術(shù)難題。國內(nèi)最早的應(yīng)用歷史可追溯到上世紀80年代大力推廣超超臨界發(fā)電技術(shù)時期，二次再熱鍋爐作為關(guān)鍵部件之一得到了發(fā)展。經(jīng)過多年的努力，目前我國的超超臨界二次再熱鍋爐已達到世界先進水平。國內(nèi)已有多臺二次再熱機組在建或建成投運，如華能萊蕪電廠、國電泰州電廠等都擁有超超臨界100萬千瓦二次再熱機組。國家能源博興發(fā)電有限公司規(guī)劃建設(shè)的博興電廠，其一期工程采用超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組，設(shè)計發(fā)電煤耗僅為253.92克/千瓦時，處于世界領(lǐng)先水平。在二次再熱鍋爐運行特性研究方面，國內(nèi)外學(xué)者都進行了大量的工作。國外研究側(cè)重于機組的整體性能優(yōu)化和可靠性分析，通過建立數(shù)學(xué)模型和仿真模擬，深入研究不同工況下機組的熱力性能、能耗特性以及設(shè)備的可靠性和壽命。利用先進的數(shù)值模擬軟件對二次再熱機組的蒸汽循環(huán)過程進行模擬，分析不同參數(shù)對機組熱效率和能耗的影響，為機組的優(yōu)化運行提供理論依據(jù)。國內(nèi)研究則更加注重實際工程應(yīng)用中的問題，針對不同煤種、負荷變化等因素對鍋爐運行特性的影響進行了深入研究。通過對國內(nèi)首臺1000MW對沖燃燒方式二次再熱鍋爐在典型負荷點工況的測試，分析了高溫受熱面壁溫、飛灰底渣含碳量、鍋爐效率、NOx、再熱汽溫等情況，為鍋爐的安全穩(wěn)定運行提供了實際數(shù)據(jù)支持。國內(nèi)還對二次再熱鍋爐的燃燒特性、傳熱特性以及污染物排放特性等進行了研究，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，以提高鍋爐的運行效率和環(huán)保性能。在再熱汽溫調(diào)節(jié)優(yōu)化方面，國內(nèi)外都在不斷探索更加高效、精準的調(diào)節(jié)策略和方法。國外主要采用先進的控制技術(shù)和智能算法，如模型預(yù)測控制、自適應(yīng)控制等，實現(xiàn)對再熱汽溫的精確控制。通過建立再熱汽溫的動態(tài)模型，利用模型預(yù)測控制算法預(yù)測汽溫的變化趨勢，并提前調(diào)整控制參數(shù)，提高汽溫調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度和控制精度。同時，國外還注重設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計，如改進燃燒器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化受熱面布置等，以提高再熱汽溫的調(diào)節(jié)性能。國內(nèi)在再熱汽溫調(diào)節(jié)方面，主要研究燃燒器擺角、煙氣擋板和煙氣再循環(huán)等技術(shù)的應(yīng)用和優(yōu)化。通過調(diào)整燃燒器擺角來改變火焰中心位置，從而調(diào)節(jié)再熱汽溫；利用煙氣擋板調(diào)節(jié)煙氣流量在不同受熱面之間的分配，實現(xiàn)對再熱汽溫的控制；采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，將部分低溫煙氣引入爐膛，改變爐膛內(nèi)的溫度場和煙氣流量，達到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。國內(nèi)還將先進的控制技術(shù)與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)手段相結(jié)合，提出了一些復(fù)合控制策略，以提高再熱汽溫的調(diào)節(jié)效果。針對二次再熱機組煙氣再循環(huán)調(diào)溫手段，通過加入屏過段前饋信號，優(yōu)化控制邏輯，提高了調(diào)溫的準確性和穩(wěn)定性。1.3研究目標與內(nèi)容1.3.1研究目標本研究旨在深入剖析二次再熱鍋爐的運行特性，揭示其在不同工況下的運行規(guī)律，并通過對再熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化，提高二次再熱鍋爐的運行穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及再熱汽溫的控制精度，具體目標如下：精確掌握運行特性：全面分析二次再熱鍋爐在不同煤種、負荷變化、燃燒工況等因素影響下的運行特性，包括蒸汽參數(shù)變化規(guī)律、燃燒特性、傳熱特性以及污染物排放特性等，建立準確的運行特性模型，為機組的優(yōu)化運行提供堅實的理論基礎(chǔ)。顯著提高再熱汽溫調(diào)節(jié)精度：針對二次再熱鍋爐再熱汽溫調(diào)節(jié)難度大、汽溫波動大的問題，通過優(yōu)化現(xiàn)有調(diào)節(jié)手段和開發(fā)新型控制策略，有效提高再熱汽溫的調(diào)節(jié)精度，將再熱汽溫波動范圍控制在±5℃以內(nèi)，確保機組在不同工況下都能穩(wěn)定運行，減少因汽溫波動對設(shè)備造成的損害，延長設(shè)備使用壽命。大幅提升機組運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性：基于對運行特性的深入研究和再熱汽溫調(diào)節(jié)的優(yōu)化，制定合理的運行操作方案，提高機組的運行穩(wěn)定性，降低機組的能耗和運行成本。通過優(yōu)化燃燒過程，使鍋爐效率提高2-3個百分點；通過精準控制再熱汽溫，降低汽輪機的汽耗率，使機組的發(fā)電成本降低5-10%，提高機組的經(jīng)濟效益和市場競爭力。1.3.2研究內(nèi)容圍繞上述研究目標，本研究將從以下幾個方面展開：二次再熱鍋爐運行特性分析不同煤種對運行特性的影響：選取多種具有代表性的煤種，包括煙煤、無煙煤、褐煤等，分析其成分和特性差異，如發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、水分等。通過實驗和仿真模擬，研究不同煤種在二次再熱鍋爐中的燃燒特性，包括著火特性、燃燒速度、燃盡特性等，以及對蒸汽參數(shù)、爐膛溫度場、受熱面?zhèn)鳠岬冗\行特性的影響。建立煤種特性與鍋爐運行參數(shù)之間的定量關(guān)系，為煤種的選擇和摻燒提供科學(xué)依據(jù)。負荷變化對運行特性的影響：研究二次再熱鍋爐在不同負荷工況下的運行特性，包括負荷從低到高的變化過程中，蒸汽流量、壓力、溫度的變化規(guī)律，燃燒器的調(diào)節(jié)特性，以及受熱面的吸熱量分配情況。分析負荷快速變化時，鍋爐的動態(tài)響應(yīng)特性，如蒸汽參數(shù)的波動幅度和響應(yīng)時間，以及對機組穩(wěn)定性的影響。提出在不同負荷工況下的優(yōu)化運行策略，確保機組在負荷變化時能夠安全、穩(wěn)定、高效運行。燃燒工況對運行特性的影響：分析燃燒器的布置方式、燃燒器擺角、過量空氣系數(shù)、風煤配比等燃燒工況參數(shù)對二次再熱鍋爐運行特性的影響。研究不同燃燒工況下，爐膛內(nèi)的燃燒過程、溫度分布、火焰中心位置以及污染物生成和排放情況。通過優(yōu)化燃燒工況參數(shù)，提高燃燒效率，降低污染物排放，改善鍋爐的運行性能。再熱汽溫調(diào)節(jié)現(xiàn)狀及問題分析現(xiàn)有再熱汽溫調(diào)節(jié)手段分析：對二次再熱鍋爐常用的再熱汽溫調(diào)節(jié)手段，如燃燒器擺角調(diào)節(jié)、煙氣擋板調(diào)節(jié)、煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)以及噴水減溫調(diào)節(jié)等進行詳細分析。研究每種調(diào)節(jié)手段的工作原理、調(diào)節(jié)特性、優(yōu)缺點以及適用工況。通過實際運行數(shù)據(jù)和仿真模擬，分析各調(diào)節(jié)手段在不同工況下的調(diào)節(jié)效果，如調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)速度等，為后續(xù)的優(yōu)化研究提供基礎(chǔ)。再熱汽溫調(diào)節(jié)存在的問題分析：結(jié)合實際運行情況，深入分析二次再熱鍋爐再熱汽溫調(diào)節(jié)過程中存在的問題，如汽溫波動大、調(diào)節(jié)不及時、調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性差等。探討這些問題產(chǎn)生的原因，包括調(diào)節(jié)手段之間的相互影響、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制策略不合理、傳感器測量誤差以及設(shè)備老化等因素。通過對問題的分析，明確再熱汽溫調(diào)節(jié)優(yōu)化的方向和重點。再熱汽溫調(diào)節(jié)優(yōu)化策略研究調(diào)節(jié)手段的優(yōu)化組合：根據(jù)不同調(diào)節(jié)手段的特性和適用工況，研究如何對其進行優(yōu)化組合，以實現(xiàn)再熱汽溫的精準調(diào)節(jié)。通過建立數(shù)學(xué)模型和仿真模擬，分析不同調(diào)節(jié)手段組合在不同工況下的調(diào)節(jié)效果，確定最佳的調(diào)節(jié)手段組合方案。在負荷變化較小時，以燃燒器擺角調(diào)節(jié)為主，結(jié)合煙氣擋板微調(diào)，實現(xiàn)再熱汽溫的快速、精確調(diào)節(jié)；在負荷變化較大或煤種變化時，采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)與其他調(diào)節(jié)手段協(xié)同作用，拓寬調(diào)節(jié)范圍，提高調(diào)節(jié)效果。先進控制策略的應(yīng)用：將先進的控制技術(shù)，如模型預(yù)測控制（MPC）、自適應(yīng)控制、模糊控制等應(yīng)用于二次再熱鍋爐再熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。建立再熱汽溫的動態(tài)模型，利用模型預(yù)測控制算法預(yù)測汽溫的變化趨勢，并提前調(diào)整控制參數(shù)，提高汽溫調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度和控制精度。結(jié)合自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)鍋爐運行工況的變化自動調(diào)整控制參數(shù)，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性。引入模糊控制算法，處理調(diào)節(jié)過程中的不確定性和非線性問題，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計：對再熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件和軟件進行優(yōu)化設(shè)計。在硬件方面，選用高精度的傳感器和執(zhí)行器，提高測量和控制的準確性；優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的管路布置和閥門選型，減少阻力損失，提高調(diào)節(jié)效率。在軟件方面，完善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制邏輯，增加前饋控制、反饋控制和復(fù)合控制等功能，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的智能化水平。通過對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，提高再熱汽溫調(diào)節(jié)的整體性能。優(yōu)化策略的實驗驗證與應(yīng)用實驗平臺搭建與實驗方案設(shè)計：搭建二次再熱鍋爐實驗平臺，模擬不同的運行工況，對優(yōu)化后的再熱汽溫調(diào)節(jié)策略進行實驗驗證。設(shè)計詳細的實驗方案，包括實驗工況的設(shè)定、實驗數(shù)據(jù)的采集和分析方法等。在實驗平臺上，分別對不同煤種、負荷和燃燒工況下的再熱汽溫調(diào)節(jié)效果進行測試，對比優(yōu)化前后的汽溫波動情況、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時間等指標，評估優(yōu)化策略的有效性。實際機組應(yīng)用與效果評估：將優(yōu)化后的再熱汽溫調(diào)節(jié)策略應(yīng)用于實際的二次再熱機組中，進行現(xiàn)場測試和運行驗證。通過對實際機組運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測和分析，評估優(yōu)化策略在實際運行中的應(yīng)用效果，包括機組的運行穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及再熱汽溫的控制精度等方面的改善情況。收集運行人員的反饋意見，對優(yōu)化策略進行進一步的改進和完善，確保其能夠在實際生產(chǎn)中發(fā)揮最大的效益。二、二次再熱鍋爐工作原理與結(jié)構(gòu)特性2.1二次再熱鍋爐工作原理二次再熱鍋爐的工作原理基于復(fù)雜而精妙的熱力循環(huán)機制，這一機制是其高效運行的核心所在。在二次再熱鍋爐中，蒸汽的循環(huán)過程經(jīng)歷了多個關(guān)鍵階段，每個階段都對機組的性能產(chǎn)生著重要影響。鍋爐首先將水加熱成具有高能量的過熱蒸汽，這一過程是整個循環(huán)的起始點。過熱蒸汽隨后進入汽輪機的超高壓缸，在超高壓缸內(nèi)，蒸汽憑借其自身的高能量推動葉片旋轉(zhuǎn)，從而將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，實現(xiàn)了第一次做功。做功后的蒸汽壓力和溫度有所降低，此時蒸汽從超高壓缸排出，進入到鍋爐的高壓再熱器中。在高壓再熱器中，蒸汽吸收來自鍋爐燃燒產(chǎn)生的熱量，溫度再次升高，能量得到補充。這一過程至關(guān)重要，因為提高蒸汽的溫度可以顯著增加其做功能力，為后續(xù)的循環(huán)提供更強大的動力支持。經(jīng)過高壓再熱器加熱后的蒸汽回到汽輪機的高壓缸，繼續(xù)進行第二次做功。在高壓缸內(nèi)，蒸汽進一步釋放能量，推動葉片旋轉(zhuǎn)，將更多的熱能轉(zhuǎn)化為機械能。做功后的蒸汽再次排出，進入到鍋爐的低壓再熱器中。在低壓再熱器中，蒸汽再次吸收熱量，溫度進一步升高，能量進一步增強。經(jīng)過低壓再熱器加熱后的蒸汽依次進入汽輪機的中壓缸和低壓缸，進行后續(xù)的做功過程，直至蒸汽的能量被充分利用，壓力和溫度降低到終壓狀態(tài)。與一次再熱技術(shù)相比，二次再熱技術(shù)在提高機組效率和降低熱耗方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。從熱力循環(huán)的角度來看，二次再熱技術(shù)通過增加一級再熱循環(huán)，使蒸汽在汽輪機中經(jīng)過多次膨脹做功，從而更充分地利用了蒸汽的熱能。在一次再熱技術(shù)中，蒸汽僅經(jīng)過一次再熱過程，而二次再熱技術(shù)增加了一次再熱環(huán)節(jié)，使得蒸汽在汽輪機中的焓降更大，能夠更有效地將熱能轉(zhuǎn)化為機械能。這就意味著在相同的蒸汽參數(shù)和機組容量下，二次再熱機組能夠產(chǎn)生更多的電能，從而提高了機組的發(fā)電效率。相關(guān)研究數(shù)據(jù)和實際工程案例充分證實了二次再熱技術(shù)的優(yōu)勢。有研究表明，在相同的主蒸汽壓力下，采用二次再熱使機組熱經(jīng)濟性得到提高，其相對熱耗率改善值約為1.4%-1.6%。以國家能源博興發(fā)電有限公司規(guī)劃建設(shè)的博興電廠為例，其一期工程采用超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組，設(shè)計發(fā)電煤耗僅為253.92克/千瓦時，相比傳統(tǒng)的一次再熱機組，發(fā)電煤耗顯著降低。這表明二次再熱技術(shù)能夠在實際應(yīng)用中有效提高機組的能源利用效率，降低能源消耗，減少碳排放，具有重要的經(jīng)濟和環(huán)境效益。二次再熱技術(shù)還能夠提高蒸汽膨脹終了的干度，減少蒸汽中的水分含量。這對于汽輪機的安全運行具有重要意義，因為蒸汽中的水分會對汽輪機的葉片產(chǎn)生侵蝕作用，降低葉片的使用壽命。通過提高蒸汽的干度，二次再熱技術(shù)可以減少這種侵蝕作用，提高汽輪機的可靠性和穩(wěn)定性，延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備維護成本。2.2鍋爐結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成以某典型的超超臨界二次再熱鍋爐為例，其結(jié)構(gòu)設(shè)計精妙，系統(tǒng)組成復(fù)雜且高效，各部分協(xié)同工作，確保了鍋爐的穩(wěn)定運行和高效性能。該鍋爐為單爐膛、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)的塔式鍋爐，型號為SG-3100/27.46-M6106，其主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。表1：某典型二次再熱鍋爐主要設(shè)計參數(shù)參數(shù)名稱單位數(shù)值過熱蒸汽流量t/h3100過熱蒸汽壓力MPa27.46過熱蒸汽溫度℃605再熱蒸汽流量（一次）t/h2600再熱蒸汽進口壓力（一次）MPa5.5再熱蒸汽出口壓力（一次）MPa5.3再熱蒸汽進口溫度（一次）℃320再熱蒸汽出口溫度（一次）℃623再熱蒸汽流量（二次）t/h2450再熱蒸汽進口壓力（二次）MPa1.6再熱蒸汽出口壓力（二次）MPa1.5再熱蒸汽進口溫度（二次）℃350再熱蒸汽出口溫度（二次）℃623給水溫度℃295該鍋爐爐膛呈長方體形狀，爐膛尺寸（寬×深×高）為32.5m×19.5m×85m。爐膛采用全焊接膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有良好的密封性和傳熱性能，能夠有效防止爐膛漏風，提高鍋爐的熱效率。水冷壁管采用管徑為φ38×6.5mm的SA-213T23鋼管，節(jié)距為57mm。管子之間通過鰭片焊接在一起，形成一個完整的水冷壁壁面。在爐膛的下部，水冷壁采用螺旋管圈結(jié)構(gòu)，螺旋管圈的傾斜角度為25°，從冷灰斗拐點至螺旋管圈出口，螺旋管圈共繞了1.5圈。螺旋管圈水冷壁的優(yōu)點在于其管間吸熱偏差小，能夠有效抵抗燃燒偏斜或局部結(jié)焦而造成的熱負荷不均勻，保證水冷壁的安全運行。在爐膛的上部，水冷壁采用垂直管圈結(jié)構(gòu)，垂直管圈管徑為φ42×7.5mm，節(jié)距為114mm。垂直管圈水冷壁具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便的優(yōu)點，能夠滿足爐膛上部的受熱需求。受熱面是鍋爐實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，該鍋爐的受熱面布置緊湊且合理。省煤器布置在鍋爐的尾部煙道，采用光管省煤器，共有180排管屏，每排管屏由8根管子組成。省煤器的主要作用是利用鍋爐尾部煙氣的余熱來加熱給水，提高給水的溫度，從而提高鍋爐的熱效率。省煤器的管子采用管徑為φ51×6mm的20G鋼管，通過省煤器的換熱，給水溫度能夠從240℃提高到295℃。過熱器系統(tǒng)包括低溫過熱器、屏式過熱器和高溫過熱器。低溫過熱器布置在爐膛出口的水平煙道內(nèi)，采用順流布置方式，主要吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量和部分對流熱量。低溫過熱器由管徑為φ51×7mm的SA-213T12鋼管組成，共192片管屏，每片管屏由12根管子組成。屏式過熱器布置在爐膛上部，直接吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量，其管屏采用垂直懸掛式結(jié)構(gòu)，能夠有效減少熱偏差。屏式過熱器的管子采用管徑為φ48×8mm的SA-213TP347H鋼管，共48片管屏，每片管屏由16根管子組成。高溫過熱器布置在水平煙道的后部，采用逆流布置方式，主要吸收煙氣的對流熱量。高溫過熱器的管子采用管徑為φ42×9mm的SA-213TP310HCbN鋼管，共144片管屏，每片管屏由10根管子組成。通過過熱器系統(tǒng)的加熱，蒸汽能夠從省煤器出口的295℃被加熱到605℃，達到過熱蒸汽的設(shè)計參數(shù)。再熱器系統(tǒng)分為一次再熱器和二次再熱器。一次再熱器布置在水平煙道內(nèi)，位于低溫過熱器和高溫過熱器之間，包括低溫再熱器和高溫再熱器。低溫再熱器采用逆流布置方式，主要吸收煙氣的對流熱量，其管子采用管徑為φ63.5×5mm的SA-213T22鋼管，共144片管屏，每片管屏由12根管子組成。高溫再熱器采用順流布置方式，主要吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量和部分對流熱量，其管子采用管徑為φ57×6mm的SA-213TP347H鋼管，共96片管屏，每片管屏由14根管子組成。二次再熱器布置在尾部煙道內(nèi)，同樣包括低溫再熱器和高溫再熱器。低溫再熱器采用逆流布置方式，管子采用管徑為φ60×5mm的SA-213T22鋼管，共120片管屏，每片管屏由12根管子組成。高溫再熱器采用順流布置方式，管子采用管徑為φ54×6mm的SA-213TP347H鋼管，共80片管屏，每片管屏由14根管子組成。經(jīng)過再熱器系統(tǒng)的加熱，蒸汽的溫度能夠進一步提高，滿足汽輪機的做功需求。燃燒系統(tǒng)是鍋爐的核心系統(tǒng)之一，該鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，配備了24只低氮燃燒器。燃燒器均勻分布在前后墻，前墻和后墻各布置12只。這種燃燒方式能夠使燃料在爐膛內(nèi)充分燃燒，提高燃燒效率，同時減少氮氧化物的排放。燃燒器采用了先進的低氮燃燒技術(shù)，如分級燃燒、空氣分級和燃料分級等，通過合理控制燃燒過程中的空氣和燃料比例，降低了氮氧化物的生成。燃燒器的一次風率為20%，二次風率為80%，通過調(diào)整一次風和二次風的比例和風速，能夠有效控制燃燒過程中的火焰形狀和溫度分布，確保燃料的充分燃燒和鍋爐的穩(wěn)定運行。汽水系統(tǒng)是保證鍋爐正常運行的重要系統(tǒng)，其流程復(fù)雜且精確。給水首先進入省煤器，在省煤器中吸收煙氣的余熱，溫度升高后進入汽包。汽包是汽水系統(tǒng)的重要部件，它起到汽水分離和儲存的作用。在汽包內(nèi)，水和蒸汽進行分離，分離后的水通過下降管進入水冷壁，在水冷壁中吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量，部分水蒸發(fā)成為蒸汽，形成汽水混合物。汽水混合物再次回到汽包進行分離，分離后的蒸汽進入過熱器系統(tǒng)進行進一步的加熱，成為過熱蒸汽。過熱蒸汽進入汽輪機的超高壓缸做功，做功后的蒸汽從超高壓缸排出，進入一次再熱器進行加熱，加熱后的蒸汽回到汽輪機的高壓缸繼續(xù)做功。高壓缸做功后的蒸汽進入二次再熱器進行加熱，加熱后的蒸汽依次進入汽輪機的中壓缸和低壓缸做功，最后排入凝汽器。在整個汽水系統(tǒng)中，通過各種閥門和管道的精確控制，確保了蒸汽和水的流動順暢，滿足了鍋爐和汽輪機的運行需求。該典型二次再熱鍋爐的爐膛、受熱面、燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)特點和布局緊密配合，共同實現(xiàn)了鍋爐的高效運行和穩(wěn)定工作。通過對各部件的優(yōu)化設(shè)計和合理布置，提高了鍋爐的熱效率、燃燒效率和蒸汽品質(zhì)，為二次再熱機組的安全經(jīng)濟運行提供了有力保障。2.3關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及對運行的影響在二次再熱鍋爐的運行過程中，主蒸汽壓力、溫度以及再熱蒸汽溫度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)起著至關(guān)重要的作用，它們的變化直接影響著鍋爐的性能、機組的效率以及運行的安全性。主蒸汽壓力是衡量鍋爐運行狀態(tài)的重要參數(shù)之一。當主蒸汽壓力升高時，在汽輪機中，蒸汽的焓降會增大，這意味著蒸汽在膨脹做功過程中能夠釋放出更多的能量，從而使機組的輸出功率增加。若主蒸汽壓力升高超出規(guī)定范圍，將會帶來一系列嚴重的危害。主蒸汽壓力升高時，為維持負荷不變，需減小調(diào)速汽閥的總開度，這可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)級動葉片過負荷，因為在關(guān)小調(diào)速汽閥的過程中，蒸汽在調(diào)節(jié)級的焓降最大，容易對動葉片造成損傷。主蒸汽壓力升高后，由于蒸汽比容減小，即使調(diào)速汽閥開度不變，主蒸汽流量也會增加，再加上蒸汽的總焓降增大，將使末級葉片過負荷，威脅機組的安全運行。主蒸汽壓力升高還會使承壓部件和緊固部件的內(nèi)應(yīng)力加大，如主蒸汽管道、自動主汽閥及調(diào)速汽閥室、汽缸、法蘭、螺栓等部件，這會縮短其使用壽命，甚至造成部件損壞。因此，在機組運行過程中，必須嚴格控制主蒸汽壓力，使其保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。當主蒸汽壓力下降時，蒸汽在汽輪機內(nèi)的焓降會減少，蒸汽比容將增大。在這種情況下，即使調(diào)速汽閥總開度不變，主蒸汽流量也會減少，從而導(dǎo)致機組負荷降低。若汽壓降低過多，機組可能無法帶滿負荷，運行經(jīng)濟性也會降低。不過，此時調(diào)節(jié)級焓降仍接近于設(shè)計值，而其它各級焓降均低于設(shè)計值，所以對機組運行的安全性沒有不利影響。但如果主蒸汽壓力降低后，機組仍要維持額定負荷不變，就需要開大調(diào)速汽閥增加主蒸汽流量，這將會使汽輪機末幾級特別是最末級葉片過負荷，影響機組安全運行。因此，當主蒸汽壓力下降超過允許值時，應(yīng)盡快聯(lián)系鍋爐值班員恢復(fù)汽壓；當汽壓降低至最低限度時，應(yīng)采用降低負荷和減少進汽量的方法來恢復(fù)汽壓至正常，同時要考慮滿足抽汽供熱汽壓和除氧器用汽壓力，避免機組負荷降得過低。主蒸汽溫度的變化對機組的影響同樣顯著。當主蒸汽溫度升高時，主蒸汽在汽輪機內(nèi)的總焓降、汽輪機相對的內(nèi)效率和熱力系統(tǒng)的循環(huán)熱效率都會有所提高，熱耗降低，從而使運行經(jīng)濟效益提高。主蒸汽溫度升高超過允許值時，會對設(shè)備的安全造成嚴重危害。主蒸汽溫度升高時，首先調(diào)節(jié)級的焓降增加，在負荷不變的情況下，尤其當高速汽閥中僅有第一調(diào)速汽閥全開，其它調(diào)速汽閥關(guān)閉的狀態(tài)下，調(diào)節(jié)級葉片將發(fā)生過負荷。高溫會使金屬材料的機械強度降低，蠕變速度加快，主蒸汽管道、自動主汽閥、調(diào)速汽閥、汽缸和調(diào)節(jié)級進汽室等高溫金屬部件的機械性能會受到嚴重影響，汽缸、汽閥、高壓軸封堅固件等易發(fā)生松弛，導(dǎo)致設(shè)備損壞或使用壽命縮短。若溫度的變化幅度大、次數(shù)頻繁，這些高溫部件會因交變熱應(yīng)力而疲勞損傷，產(chǎn)生裂紋損壞，且損壞速度會隨著高溫下工作時間的增長而加快。主蒸汽溫度過高還可能導(dǎo)致機組發(fā)生振動，因為汽溫過高會引起各受熱金屬部件的熱變形和熱膨脹加大，若膨脹受阻，則機組可能發(fā)生振動。在機組的運行規(guī)程中，對主蒸汽溫度的極限及在某一超溫條件下允許工作的小時數(shù)都有嚴格規(guī)定。當主蒸汽溫度超過規(guī)定范圍時，應(yīng)聯(lián)系鍋爐值班員盡快調(diào)整、降溫，汽輪機值班員應(yīng)加強全面監(jiān)視檢查，若汽溫尚在汽缸材料允許的最高使用溫度以下時，允許短時間運行，超過規(guī)定運行時間后，應(yīng)打閘停機；若汽溫超過汽缸材料允許的最高使用溫度，應(yīng)立即打閘停機。再熱蒸汽溫度的變化對機組的安全經(jīng)濟運行也有著重要影響。再熱蒸汽溫度升高時，可提高機組的循環(huán)熱效率，使蒸汽在汽輪機中膨脹做功更充分，增加機組的輸出功率。再熱蒸汽溫度過高會使再熱器管道及汽輪機中壓缸等部件的金屬材料承受過高的溫度，導(dǎo)致金屬材料的蠕變速度加快，強度降低，從而縮短設(shè)備的使用壽命，增加設(shè)備損壞的風險。再熱蒸汽溫度降低時，會使機組的熱效率下降，因為蒸汽在汽輪機中的焓降減小，做功能力降低，汽耗率增大。再熱蒸汽溫度過低還會使汽輪機末級葉片處蒸汽濕度偏大，這不僅會降低汽輪機的內(nèi)效率，還會造成葉片侵蝕加劇，嚴重威脅汽輪機的安全運行。在實際運行中，必須嚴格控制再熱蒸汽溫度，使其保持在合理的范圍內(nèi)，以確保機組的安全經(jīng)濟運行。主蒸汽壓力、溫度以及再熱蒸汽溫度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的穩(wěn)定控制對于二次再熱鍋爐的安全、高效運行至關(guān)重要。運行人員應(yīng)密切關(guān)注這些參數(shù)的變化，及時采取有效的調(diào)整措施，確保機組在各種工況下都能穩(wěn)定、可靠地運行，提高機組的運行效率和經(jīng)濟性，降低設(shè)備損耗和安全風險。三、二次再熱鍋爐運行特性分析3.1不同負荷下的運行特性3.1.1高負荷運行特性以某660MW超超臨界二次再熱機組為例，在高負荷工況下，如機組負荷達到90%額定負荷及以上時，鍋爐的運行特性呈現(xiàn)出一系列特點。從燃燒穩(wěn)定性方面來看，高負荷時燃料量增加，燃燒強度增大。該機組在高負荷下，通過優(yōu)化燃燒器的配風，確保了燃料與空氣的充分混合，使燃燒過程更加穩(wěn)定。由于高負荷時爐膛溫度較高，燃料的著火和燃燒條件較為有利，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，能夠維持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)。在實際運行中，當機組負荷達到95%額定負荷時，爐膛內(nèi)的火焰明亮且穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的閃爍或熄火現(xiàn)象，燃燒效率高達98%以上。然而，高負荷運行時也存在一些潛在問題。若燃料供應(yīng)不均勻或燃燒器工作異常，可能導(dǎo)致局部燃燒不充分，出現(xiàn)火焰偏斜或飛邊現(xiàn)象，影響燃燒效率和鍋爐的安全運行。在受熱面吸熱量分配方面，隨著負荷的升高，爐膛輻射受熱面和對流受熱面的吸熱量都相應(yīng)增加。爐膛輻射受熱面的吸熱量占比相對穩(wěn)定，約為40%-45%，而對流受熱面的吸熱量占比則有所上升，達到55%-60%。這是因為高負荷時煙氣量增大，煙氣流速加快，對流換熱增強。在該660MW機組中，高負荷下過熱器和再熱器的吸熱量明顯增加，以滿足蒸汽參數(shù)的要求。高溫過熱器的吸熱量比低負荷時增加了約30%，再熱器的吸熱量也有顯著提升。這就要求在高負荷運行時，要合理調(diào)整受熱面的布置和結(jié)構(gòu)，確保各受熱面能夠充分吸收熱量，避免出現(xiàn)受熱不均的情況。蒸汽參數(shù)在高負荷運行時也會發(fā)生明顯變化。主蒸汽壓力和溫度基本維持在額定值附近，以保證機組的發(fā)電效率。在95%額定負荷下，主蒸汽壓力穩(wěn)定在28MPa左右，溫度保持在605℃，偏差控制在±2℃以內(nèi)。再熱蒸汽溫度同樣需要嚴格控制，一般要求再熱蒸汽溫度與主蒸汽溫度的差值不超過10℃。在實際運行中，通過調(diào)節(jié)燃燒器擺角、煙氣擋板等手段，能夠有效控制再熱蒸汽溫度。當機組負荷升高時，適當增大燃燒器擺角，提高火焰中心位置，增加再熱器的吸熱量，從而使再熱蒸汽溫度保持在620℃-625℃之間。高負荷運行時還可能出現(xiàn)一些問題，如受熱面超溫、結(jié)渣等。由于高負荷下煙氣溫度和流速較高，對受熱面的沖刷磨損加劇，容易導(dǎo)致受熱面金屬溫度升高，超過許用溫度。爐膛內(nèi)的高溫環(huán)境也容易使煤灰軟化、熔融，附著在受熱面上形成結(jié)渣，影響受熱面的傳熱效率和鍋爐的安全運行。針對這些問題，需要采取相應(yīng)的應(yīng)對策略。加強對受熱面金屬溫度的監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)溫度接近或超過許用溫度時，及時調(diào)整燃燒工況，降低煙氣溫度和流速，或采取噴水減溫等措施。為防止結(jié)渣，要優(yōu)化燃燒調(diào)整，合理控制爐膛溫度和火焰形狀，避免局部高溫；同時，定期進行吹灰操作，清除受熱面上的積灰和結(jié)渣。3.1.2低負荷運行特性當機組負荷降低至50%額定負荷及以下時，二次再熱鍋爐進入低負荷運行狀態(tài)，此時鍋爐的運行特性與高負荷時有較大差異，面臨著諸多挑戰(zhàn)。低負荷下鍋爐的燃燒特性發(fā)生明顯變化。由于燃料量減少，燃燒強度減弱，爐膛溫度降低，燃料的著火和燃燒變得困難。某300MW二次再熱機組在低負荷運行時，當負荷降至40%額定負荷，爐膛平均溫度比滿負荷時降低了約200℃，這使得燃料的著火延遲，燃燒穩(wěn)定性變差。低負荷時燃料與空氣的混合也不如高負荷時充分，容易導(dǎo)致燃燒不完全，增加飛灰含碳量，降低鍋爐效率。在實際運行中，該機組在低負荷下飛灰含碳量可達10%-15%，比高負荷時增加了5-8個百分點。為了保證低負荷下的燃燒穩(wěn)定性，需要采取一系列措施。優(yōu)化燃燒器的設(shè)計和運行參數(shù)，如調(diào)整燃燒器的配風比例和風速，使燃料與空氣更好地混合；采用穩(wěn)燃技術(shù)，如設(shè)置穩(wěn)燃器、采用等離子點火等，提高燃料的著火穩(wěn)定性。再熱汽溫維持難度在低負荷下顯著增加。這是因為低負荷時煙氣量減少，煙氣流速降低，對流換熱減弱，再熱器的吸熱量不足，導(dǎo)致再熱汽溫下降。低負荷時燃燒工況的變化也會對再熱汽溫產(chǎn)生影響。當負荷降至30%額定負荷時，某660MW二次再熱機組的再熱汽溫比額定值下降了30℃-40℃。為了維持再熱汽溫，可采用的措施包括調(diào)整燃燒器擺角，提高火焰中心位置，增加再熱器的吸熱量；投入煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，增加煙氣量，強化對流換熱；合理使用噴水減溫裝置，在保證再熱汽溫的前提下，盡量減少噴水量，以提高機組的熱效率。低負荷運行時，受熱面磨損問題也較為突出。由于低負荷下煙氣流速降低，部分飛灰顆粒在重力作用下容易沉降在受熱面上，形成積灰層。當煙氣流速發(fā)生波動時，積灰層會對受熱面產(chǎn)生沖刷作用，導(dǎo)致受熱面磨損加劇。低負荷時燃燒不穩(wěn)定，可能會引起爐膛內(nèi)的氣流脈動，進一步加劇受熱面的磨損。某電廠的二次再熱鍋爐在低負荷運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)省煤器和再熱器的部分受熱面出現(xiàn)了明顯的磨損跡象，磨損深度達到了原壁厚的10%-20%。為了減輕受熱面磨損，可采取的措施包括優(yōu)化受熱面的布置和結(jié)構(gòu)，減少飛灰的沉積；采用防磨涂層或防磨裝置，提高受熱面的耐磨性；加強對燃燒工況的調(diào)整，保持燃燒的穩(wěn)定性，減少氣流脈動。為了實現(xiàn)低負荷穩(wěn)燃和優(yōu)化運行，還可以采取以下措施：根據(jù)煤質(zhì)的變化，合理調(diào)整煤種和摻燒比例，選擇著火性能好、發(fā)熱量高的煤種，以提高燃燒的穩(wěn)定性；優(yōu)化磨煤機的運行方式，調(diào)整磨煤機的出力和煤粉細度，使煤粉能夠更充分地燃燒；加強對鍋爐運行參數(shù)的監(jiān)測和控制，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況，確保鍋爐的安全穩(wěn)定運行。在低負荷運行時，要嚴格控制爐膛負壓、氧量等參數(shù)，避免出現(xiàn)燃燒惡化或熄火等事故。3.2煤種變化對運行特性的影響3.2.1不同煤種特性分析為深入探究煤種變化對二次再熱鍋爐運行特性的影響，選取了煙煤、無煙煤和褐煤這三種典型煤種，對其關(guān)鍵特性進行了細致分析，具體數(shù)據(jù)如下表2所示：表2：典型煤種特性參數(shù)煤種熱值（kJ/kg）揮發(fā)分（%）灰分（%）水分（%）煙煤25000-3000025-4010-208-15無煙煤21000-250005-1015-253-8褐煤10000-1500035-5020-3025-40煙煤具有中等的煤化程度，其熱值處于25000-30000kJ/kg之間，揮發(fā)分含量在25%-40%范圍內(nèi)，水分和灰分含量相對較少，分別為8%-15%和10%-20%。這種煤種的發(fā)熱量較高，揮發(fā)分適中，使得其著火和燃盡特性較好，在燃燒過程中能夠較為迅速地釋放熱量，為鍋爐提供穩(wěn)定的熱源。無煙煤的煤化程度最深，硬度高且不易研磨。其熱值為21000-25000kJ/kg，揮發(fā)分含量僅為5%-10%，這導(dǎo)致其著火溫度高，難點燃，火焰短，燃盡過程也相對困難。由于揮發(fā)分少，無煙煤在燃燒初期需要更多的熱量來引發(fā)燃燒反應(yīng)，且在燃燒過程中熱量釋放相對緩慢。褐煤的外觀呈褐色，少數(shù)為黑褐色甚至黑色，礦化年代淺。其揮發(fā)分含量高，達到35%-50%，水分含量也較大，在25%-40%之間，而熱值較低，僅為10000-15000kJ/kg。雖然褐煤的化學(xué)反應(yīng)性強，著火和燃盡特性良好，但因其水分含量高，在燃燒時需要消耗大量的熱量來蒸發(fā)水分，從而降低了燃料的有效發(fā)熱量，并且可能對燃燒設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。3.2.2煤種變化對燃燒的影響煤種變化對二次再熱鍋爐的燃燒過程有著顯著影響，主要體現(xiàn)在著火穩(wěn)定性、燃燒速度和火焰中心位置等方面，進而對鍋爐的整體運行性能產(chǎn)生重要作用。揮發(fā)分是影響著火穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。揮發(fā)分含量高的煤種，如褐煤，在加熱過程中能迅速析出大量揮發(fā)分，這些揮發(fā)分與空氣混合后，在較低溫度下即可著火燃燒，從而為燃料的持續(xù)燃燒提供了良好的初始條件，著火穩(wěn)定性較好。而無煙煤揮發(fā)分含量低，著火溫度高，需要更高的爐膛溫度和更長的預(yù)熱時間才能著火，著火穩(wěn)定性較差。當煤種從煙煤切換為無煙煤時，由于無煙煤著火困難，可能導(dǎo)致爐膛內(nèi)火焰不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，影響鍋爐的正常運行。燃燒速度同樣受到煤種特性的制約。煙煤由于揮發(fā)分含量適中，燃燒速度相對較快，能夠在較短時間內(nèi)釋放出大量熱量，使爐膛內(nèi)溫度迅速升高。無煙煤的燃燒速度則較慢，這是因為其揮發(fā)分少，燃燒反應(yīng)主要以固定碳的燃燒為主，固定碳的燃燒反應(yīng)相對復(fù)雜，需要更高的溫度和更長的時間來完成。在實際運行中，若煤種變化導(dǎo)致燃燒速度改變，可能會影響鍋爐的負荷響應(yīng)能力。當煤種從燃燒速度較快的煙煤切換為燃燒速度較慢的無煙煤時，在相同的燃料供給量下，鍋爐的出力可能會下降，難以滿足機組的負荷需求。煤種變化還會導(dǎo)致火焰中心位置發(fā)生偏移。不同煤種的燃燒特性差異使得火焰的形狀和溫度分布不同，從而影響火焰中心的位置。褐煤水分含量高，燃燒時需要消耗大量熱量來蒸發(fā)水分，這會使火焰中心位置上移，爐膛上部溫度升高。而無煙煤燃燒速度慢，火焰相對較短，火焰中心位置可能會下移?；鹧嬷行奈恢玫淖兓瘯绊憼t膛內(nèi)的受熱面吸熱量分配。當火焰中心上移時，爐膛上部的過熱器和再熱器吸熱量增加，可能導(dǎo)致這些受熱面超溫；當火焰中心下移時，爐膛下部的水冷壁吸熱量增加，可能會造成水冷壁局部過熱。煤種變化對燃燒的影響是多方面的，直接關(guān)系到鍋爐的安全穩(wěn)定運行和機組的性能。在實際運行中，需要根據(jù)煤種的變化及時調(diào)整燃燒工況，以確保鍋爐的正常運行。3.2.3對蒸汽參數(shù)和受熱面的影響煤種變化會引發(fā)蒸汽參數(shù)的波動，對二次再熱鍋爐的受熱面也會產(chǎn)生一系列影響，包括磨損、結(jié)焦和腐蝕等方面。當煤種發(fā)生變化時，由于其發(fā)熱量、揮發(fā)分等特性的改變，會導(dǎo)致燃燒過程中釋放的熱量發(fā)生變化，進而影響蒸汽的產(chǎn)生量和參數(shù)。若煤種的發(fā)熱量降低，為了維持機組的額定負荷，需要增加燃料供應(yīng)量。這會使爐膛內(nèi)的燃燒強度增大，煙氣量增加，煙氣流速加快，從而導(dǎo)致蒸汽流量增加。由于燃燒工況的改變，蒸汽的溫度和壓力也可能發(fā)生波動。煤種的揮發(fā)分含量降低，會使燃燒速度減慢，火焰中心位置下移，爐膛下部的吸熱量增加，而爐膛上部的過熱器和再熱器吸熱量相對減少，導(dǎo)致再熱汽溫下降。煤種中的灰分是影響受熱面磨損的重要因素?；曳趾扛叩拿悍N，如某些劣質(zhì)煙煤和褐煤，在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的飛灰顆粒。這些飛灰顆粒隨著煙氣流高速沖刷受熱面，會對受熱面造成磨損。特別是在煙氣流速較高的部位，如過熱器和再熱器的管束、省煤器的管排等，磨損現(xiàn)象更為嚴重。飛灰顆粒的硬度和形狀也會影響磨損程度，硬度較高、形狀尖銳的飛灰顆粒對受熱面的磨損更為劇烈。長期的磨損會導(dǎo)致受熱面管壁變薄，強度降低，甚至出現(xiàn)爆管等安全事故，嚴重影響鍋爐的安全運行。煤種的灰熔點和成分會影響結(jié)焦情況。當煤種的灰熔點較低時，在爐膛高溫環(huán)境下，灰分容易軟化、熔融，附著在受熱面上形成結(jié)焦。某些含有較多堿性氧化物的煤種，其灰熔點較低，容易在爐膛水冷壁、過熱器和再熱器等部位結(jié)焦。結(jié)焦會使受熱面的傳熱效率降低，導(dǎo)致蒸汽溫度下降，同時還會增加受熱面的熱應(yīng)力，加速受熱面的損壞。結(jié)焦還會影響煙氣的流通，使煙氣流速不均勻，進一步加劇受熱面的磨損和結(jié)焦程度。煤種中的硫分是導(dǎo)致受熱面腐蝕的主要原因之一。當煤種中含有較高的硫分時，在燃燒過程中會生成二氧化硫（SO?）和三氧化硫（SO?）等酸性氣體。這些酸性氣體與煙氣中的水蒸氣結(jié)合，形成硫酸蒸汽（H?SO?）。在低溫受熱面，如省煤器和空氣預(yù)熱器等部位，當硫酸蒸汽的露點溫度低于受熱面金屬壁溫時，硫酸蒸汽會凝結(jié)在受熱面上，對金屬產(chǎn)生腐蝕作用。這種腐蝕會使受熱面管壁變薄、穿孔，降低受熱面的使用壽命，增加設(shè)備維護成本。煤種變化對蒸汽參數(shù)和受熱面的影響不容忽視。在實際運行中，需要密切關(guān)注煤種的變化，采取相應(yīng)的措施來穩(wěn)定蒸汽參數(shù)，減輕受熱面的磨損、結(jié)焦和腐蝕，確保二次再熱鍋爐的安全、穩(wěn)定和高效運行。3.3運行特性對機組經(jīng)濟性和安全性的影響二次再熱鍋爐的運行特性對機組的經(jīng)濟性和安全性有著深遠的影響，這不僅關(guān)系到機組的穩(wěn)定運行，還與能源利用效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。在不同運行特性下，機組的發(fā)電效率、煤耗和廠用電率等經(jīng)濟指標呈現(xiàn)出顯著的變化。當機組處于高負荷穩(wěn)定運行狀態(tài)時，發(fā)電效率相對較高。在高負荷下，鍋爐的燃燒充分，燃料的化學(xué)能能夠更有效地轉(zhuǎn)化為熱能，進而轉(zhuǎn)化為電能。此時，蒸汽參數(shù)穩(wěn)定，汽輪機的進汽參數(shù)符合設(shè)計要求，蒸汽在汽輪機內(nèi)的焓降較大，做功能力強，使得機組的發(fā)電效率提高。有研究表明，在高負荷下，二次再熱機組的發(fā)電效率可達到45%以上。煤耗則相對較低，因為高負荷時燃料的利用效率高，單位發(fā)電量所消耗的煤炭量減少。高負荷下廠用電率也會有所降低，這是因為機組的運行負荷接近設(shè)計負荷，設(shè)備的運行效率高，輔助設(shè)備的能耗相對較低。當機組處于低負荷運行狀態(tài)時，情況則有所不同。低負荷下，燃燒穩(wěn)定性變差，燃料的燃燒不充分，導(dǎo)致發(fā)電效率降低。由于燃料不能充分燃燒，部分化學(xué)能無法轉(zhuǎn)化為熱能，使得蒸汽的產(chǎn)生量和參數(shù)下降，汽輪機的做功能力減弱，發(fā)電效率降低。低負荷時為了維持蒸汽參數(shù)，可能需要投入更多的輔助設(shè)備，如增加磨煤機的運行時間、提高風機的出力等，這會導(dǎo)致廠用電率升高。低負荷下煤耗也會增加，因為燃料的燃燒效率低，需要消耗更多的煤炭來產(chǎn)生相同的電量。有數(shù)據(jù)顯示，當機組負荷降至50%時，發(fā)電效率可能會降低5-10個百分點，煤耗則會增加10-20克/千瓦時。煤種變化對機組的經(jīng)濟性也有重要影響。不同煤種的發(fā)熱量、揮發(fā)分和灰分等特性不同，會導(dǎo)致燃燒過程和蒸汽參數(shù)的變化。當煤種的發(fā)熱量降低時，為了維持機組的負荷，需要增加燃料的供應(yīng)量，這會使煤耗增加。低發(fā)熱量煤種的燃燒穩(wěn)定性較差，可能需要投入更多的輔助燃料來穩(wěn)定燃燒，進一步增加了成本。煤種的揮發(fā)分和灰分也會影響燃燒效率和設(shè)備的磨損情況。揮發(fā)分低的煤種著火困難，燃燒速度慢，會降低發(fā)電效率；灰分高的煤種會增加設(shè)備的磨損和維護成本，同時也會影響蒸汽的品質(zhì)，降低機組的經(jīng)濟性。運行特性與鍋爐受熱面壽命和汽輪機安全運行之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)。鍋爐受熱面在長期運行過程中，會受到高溫、高壓、磨損和腐蝕等多種因素的影響。當蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定，如汽溫過高或過低時，會對受熱面的金屬材料產(chǎn)生不利影響。汽溫過高會使金屬材料的蠕變速度加快，強度降低，導(dǎo)致受熱面的使用壽命縮短；汽溫過低則會使蒸汽中的水分含量增加，容易引起受熱面的腐蝕。燃燒工況的不穩(wěn)定也會對受熱面造成損害。燃燒過程中出現(xiàn)的火焰偏斜、飛邊等現(xiàn)象，會使受熱面局部受熱不均，導(dǎo)致熱應(yīng)力增大，從而加速受熱面的損壞。汽輪機的安全運行同樣受到運行特性的影響。再熱汽溫的波動對汽輪機的影響尤為顯著。再熱汽溫過高會使汽輪機的熱應(yīng)力增大，導(dǎo)致部件變形、損壞；再熱汽溫過低則會使汽輪機末級葉片的蒸汽濕度增大，引起葉片的侵蝕和水蝕，降低葉片的使用壽命，嚴重時甚至會導(dǎo)致葉片斷裂，威脅汽輪機的安全運行。負荷的快速變化也會對汽輪機產(chǎn)生沖擊。當負荷快速增加時，汽輪機的進汽量突然增大，會使汽輪機的軸向推力增大，可能導(dǎo)致軸承磨損、軸系振動等問題；當負荷快速減小時，汽輪機的進汽量突然減少，會使汽輪機的轉(zhuǎn)速升高，可能引發(fā)超速保護動作，影響機組的安全運行。二次再熱鍋爐的運行特性對機組的經(jīng)濟性和安全性有著重要的影響。為了提高機組的經(jīng)濟性和安全性，需要深入研究運行特性，優(yōu)化運行參數(shù)，合理選擇煤種，加強設(shè)備的維護和管理，確保機組在各種工況下都能穩(wěn)定、高效、安全地運行。四、二次再熱鍋爐再熱汽溫影響因素分析4.1燃燒工況對再熱汽溫的影響4.1.1燃燒器擺角的作用燃燒器擺角是影響二次再熱鍋爐再熱汽溫的重要因素之一，其通過改變火焰中心位置，對爐膛出口煙溫及再熱汽溫產(chǎn)生顯著影響。當燃燒器擺角發(fā)生變化時，火焰的噴射方向和高度隨之改變，進而導(dǎo)致火焰中心在爐膛內(nèi)的位置發(fā)生偏移。為了深入探究燃燒器擺角的作用，采用數(shù)值模擬的方法對某660MW二次再熱鍋爐進行研究。在模擬過程中，設(shè)定了燃燒器擺角分別為-20°、-10°、0°、10°、20°這五種工況，以全面分析不同擺角下鍋爐的運行特性。模擬結(jié)果清晰地表明，隨著燃燒器擺角的增大，火焰中心位置逐漸上移。當燃燒器擺角從-20°增大到20°時，火焰中心高度上升了約5m。這是因為燃燒器擺角增大，燃料和空氣的噴射方向向上傾斜，使得火焰在爐膛內(nèi)的上升路徑變長，從而導(dǎo)致火焰中心位置升高。火焰中心位置的上移會引起爐膛出口煙溫的顯著變化。當燃燒器擺角為-20°時，爐膛出口煙溫為1050℃；而當燃燒器擺角增大到20°時，爐膛出口煙溫升高至1150℃，升高了100℃。爐膛出口煙溫的升高是由于火焰中心上移，使得爐膛上部的受熱面吸收的熱量增加，煙氣在爐膛內(nèi)的停留時間縮短，熱量來不及充分傳遞給受熱面，從而導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高。再熱汽溫與爐膛出口煙溫密切相關(guān)，爐膛出口煙溫的升高必然導(dǎo)致再熱汽溫上升。在模擬中，當燃燒器擺角從-20°增大到20°時，再熱汽溫從560℃升高到590℃，升高了30℃。這是因為再熱器布置在爐膛出口附近，爐膛出口煙溫的升高使得再熱器的吸熱量增加，從而導(dǎo)致再熱汽溫升高。燃燒器擺角的改變還會對鍋爐的燃燒效率和污染物排放產(chǎn)生影響。當燃燒器擺角過大時，火焰中心位置過高，可能導(dǎo)致燃料在爐膛內(nèi)的停留時間過短，燃燒不完全，從而降低燃燒效率，增加飛灰含碳量?；鹧嬷行奈恢玫母淖冞€會影響爐膛內(nèi)的溫度分布，進而影響氮氧化物的生成。當爐膛內(nèi)局部溫度過高時，會促進氮氧化物的生成，增加污染物排放。因此，在實際運行中，需要綜合考慮再熱汽溫、燃燒效率和污染物排放等因素，合理調(diào)整燃燒器擺角，以實現(xiàn)鍋爐的安全、經(jīng)濟、環(huán)保運行。4.1.2風量配比的影響風量配比是影響二次再熱鍋爐燃燒過程和再熱汽溫的關(guān)鍵因素之一，其中送風量、一次風率和二次風配風等因素相互關(guān)聯(lián)，共同作用于鍋爐的運行。送風量對燃燒過程有著重要影響。當送風量不足時，燃料無法與足夠的氧氣充分混合，導(dǎo)致燃燒不完全。在某二次再熱鍋爐中，當送風量降低10%時，通過對飛灰含碳量的檢測發(fā)現(xiàn)，飛灰含碳量從原來的3%增加到了8%，這表明燃料未能充分燃燒，部分化學(xué)能未被有效釋放。燃燒不完全不僅會降低鍋爐的熱效率，還會導(dǎo)致爐膛內(nèi)的熱量釋放不均勻，影響鍋爐的穩(wěn)定運行。送風量不足還會使爐膛內(nèi)的氧氣含量降低，導(dǎo)致燃燒反應(yīng)速度減慢，火焰?zhèn)鞑ゲ环€(wěn)定，甚至可能引發(fā)熄火事故。一次風率同樣對燃燒過程和再熱汽溫有著顯著影響。一次風主要負責輸送煤粉并提供部分氧氣，以滿足煤粉中揮發(fā)分著火燃燒的需要。對于不同煤種，由于其揮發(fā)分含量和著火特性的差異，所需的一次風率也不同。對于揮發(fā)分含量較低的無煙煤，為了保證煤粉的輸送和著火，需要適當提高一次風率；而對于揮發(fā)分含量較高的煙煤，一次風率可以相對降低。在實際運行中，當一次風率過高時，會使煤粉氣流的著火延遲。在燃用煙煤時，若一次風率從25%提高到35%，通過觀察火焰形態(tài)和測量著火距離發(fā)現(xiàn)，著火距離從原來的0.5m增加到了1.2m，這表明著火延遲，不利于燃燒的穩(wěn)定進行。一次風率過高還會使火焰中心位置上移，導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高，進而使再熱汽溫上升。這是因為一次風率增加，攜帶的煤粉量相對減少，煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒位置上移，使得爐膛上部的受熱面吸收的熱量增加，從而導(dǎo)致爐膛出口煙溫和再熱汽溫升高。二次風配風方式對燃燒過程和再熱汽溫也有著重要影響。常見的二次風配風方式有均等配風、分級配風和正寶塔配風等。均等配風是指各層二次風的風量基本相等，這種配風方式適用于揮發(fā)分含量較高、著火容易的煤種，能夠使燃料與空氣充分混合，保證燃燒的穩(wěn)定性。分級配風則是將二次風分為不同的級別，根據(jù)燃燒過程的需要，在不同位置送入適量的二次風，以實現(xiàn)分級燃燒。這種配風方式可以有效降低氮氧化物的排放，因為在燃燒初期，減少二次風的供給，使燃料在缺氧的條件下燃燒，抑制氮氧化物的生成；在燃燒后期，增加二次風的供給，保證燃料的充分燃燒。正寶塔配風是指下層二次風的風量較小，上層二次風的風量較大，這種配風方式會使火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，再熱汽溫上升。在某二次再熱鍋爐中，當采用正寶塔配風時，爐膛出口煙溫比采用均等配風時升高了約50℃，再熱汽溫也相應(yīng)升高了15℃。這是因為正寶塔配風使得上層二次風的動量較大，能夠?qū)⒒鹧嫦蛏贤衅?，使火焰中心位置上移，從而?dǎo)致爐膛出口煙溫和再熱汽溫升高。為了找出最佳風量配比，通過實驗研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對不同風量配比下的燃燒過程和再熱汽溫進行了詳細分析。實驗結(jié)果表明，當送風量為理論空氣量的1.1-1.15倍，一次風率根據(jù)煤種在20%-30%之間合理調(diào)整，二次風采用分級配風方式，且各層二次風的風量根據(jù)燃燒過程的需要進行合理分配時，鍋爐的燃燒效率最高，再熱汽溫也能保持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)。在燃用煙煤時，送風量為理論空氣量的1.12倍，一次風率為25%，二次風采用分級配風，下層二次風占總二次風量的30%，中層二次風占35%，上層二次風占35%，此時鍋爐的燃燒效率達到98%以上，再熱汽溫波動范圍在±5℃以內(nèi)。風量配比是影響二次再熱鍋爐燃燒過程和再熱汽溫的重要因素。在實際運行中，需要根據(jù)煤種、負荷等工況的變化，合理調(diào)整送風量、一次風率和二次風配風，以實現(xiàn)鍋爐的高效穩(wěn)定運行和再熱汽溫的精準控制。4.2受熱面特性與再熱汽溫的關(guān)系4.2.1受熱面布置與吸熱量分配鍋爐各受熱面的布置方式對再熱蒸汽吸熱量有著顯著影響，不同受熱面之間的熱量分配關(guān)系也較為復(fù)雜。在二次再熱鍋爐中，爐膛水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器等受熱面的布置位置和結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了它們在熱量傳遞過程中的作用和吸熱量分配。爐膛水冷壁主要吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量，其吸熱量占鍋爐總吸熱量的一定比例。爐膛水冷壁的布置形式和面積會影響爐膛內(nèi)的溫度分布和輻射傳熱強度。膜式水冷壁的應(yīng)用能夠增加爐膛的密封性和傳熱面積，提高輻射吸熱量。水冷壁的吸熱量分配與鍋爐的負荷、煤種等因素密切相關(guān)。在高負荷時，爐膛溫度較高，輻射傳熱增強，水冷壁的吸熱量相對增加；而在低負荷時，爐膛溫度降低，輻射傳熱減弱，水冷壁的吸熱量相應(yīng)減少。過熱器和再熱器的布置位置和結(jié)構(gòu)形式對再熱蒸汽吸熱量有著直接影響。過熱器通常布置在爐膛出口和水平煙道中，主要吸收煙氣的對流熱量和部分輻射熱量。再熱器則布置在過熱器之后，進一步吸收煙氣的熱量，提高蒸汽的溫度。過熱器和再熱器的布置方式會影響煙氣在受熱面之間的流動路徑和傳熱效果。順流布置的過熱器和再熱器，煙氣與蒸汽的流動方向相同，傳熱溫差較小，但壁溫較低，安全性較高；逆流布置的過熱器和再熱器，煙氣與蒸汽的流動方向相反，傳熱溫差較大，但壁溫較高，需要注意材料的耐高溫性能。省煤器布置在鍋爐的尾部煙道，主要吸收煙氣的余熱，加熱給水。省煤器的吸熱量分配與給水溫度、煙氣溫度等因素有關(guān)。當給水溫度較低時，省煤器的吸熱量較大，能夠有效提高鍋爐的熱效率；當煙氣溫度較低時，省煤器的吸熱量減少，可能會導(dǎo)致排煙溫度升高，降低鍋爐的熱效率。不同受熱面之間的熱量分配存在著相互關(guān)聯(lián)和制約的關(guān)系。當爐膛水冷壁的吸熱量增加時，爐膛出口煙溫會降低，從而導(dǎo)致過熱器和再熱器的吸熱量減少；反之，當爐膛水冷壁的吸熱量減少時，爐膛出口煙溫會升高，過熱器和再熱器的吸熱量會相應(yīng)增加。過熱器和再熱器之間的熱量分配也會相互影響，當過熱器的吸熱量增加時，再熱器的吸熱量可能會減少，反之亦然。通過對某660MW二次再熱鍋爐的實際運行數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)當鍋爐負荷為70%時，爐膛水冷壁的吸熱量占總吸熱量的35%，過熱器的吸熱量占30%，再熱器的吸熱量占25%，省煤器的吸熱量占10%。當負荷提高到90%時，爐膛水冷壁的吸熱量占比下降到30%，過熱器的吸熱量占比上升到35%，再熱器的吸熱量占比上升到28%，省煤器的吸熱量占比下降到7%。這表明隨著負荷的增加，爐膛水冷壁的吸熱量占比逐漸減少，而過熱器和再熱器的吸熱量占比逐漸增加，省煤器的吸熱量占比也有所下降。受熱面布置與吸熱量分配對再熱汽溫有著重要影響。合理的受熱面布置和熱量分配能夠確保再熱汽溫的穩(wěn)定，提高鍋爐的運行效率和安全性。在鍋爐設(shè)計和運行過程中，需要充分考慮受熱面的布置方式和熱量分配關(guān)系，根據(jù)實際工況進行優(yōu)化調(diào)整，以滿足機組的運行要求。4.2.2受熱面結(jié)焦、積灰的影響受熱面結(jié)焦和積灰是影響二次再熱鍋爐運行的常見問題，它們會改變傳熱系數(shù)，進而對再熱汽溫的變化產(chǎn)生顯著影響。當受熱面發(fā)生結(jié)焦時，焦層會在受熱面表面逐漸堆積。焦層的導(dǎo)熱系數(shù)遠低于金屬受熱面的導(dǎo)熱系數(shù)，一般金屬受熱面的導(dǎo)熱系數(shù)在40-50W/（m?K）之間，而焦層的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.1-0.2W/（m?K）。這就導(dǎo)致熱量傳遞受到阻礙，傳熱系數(shù)大幅降低。在某二次再熱鍋爐中，當再熱器受熱面結(jié)焦后，傳熱系數(shù)從原來的50W/（m2?K）降低到了20W/（m2?K）。由于傳熱系數(shù)的降低，再熱器吸收煙氣熱量的能力減弱，使得再熱汽溫下降。根據(jù)傳熱學(xué)原理，再熱汽溫與傳熱系數(shù)、煙氣與蒸汽的溫差以及受熱面積成正比。當傳熱系數(shù)降低時，在其他條件不變的情況下，再熱汽溫必然會下降。積灰同樣會對傳熱系數(shù)產(chǎn)生負面影響。積灰會在受熱面表面形成一層疏松的沉積物，這層沉積物會增加熱阻，降低傳熱效率。在某660MW二次再熱鍋爐的運行中，發(fā)現(xiàn)省煤器受熱面積灰后，傳熱系數(shù)從原來的30W/（m2?K）下降到了15W/（m2?K）。積灰導(dǎo)致的傳熱系數(shù)降低會使省煤器吸收煙氣熱量的能力下降，進而影響到整個汽水系統(tǒng)的熱量分配。由于省煤器吸熱量減少，進入汽包的水溫降低，使得水冷壁的蒸發(fā)量增加，爐膛出口煙溫升高。爐膛出口煙溫的升高會使再熱器的吸熱量增加，導(dǎo)致再熱汽溫上升。但如果積灰嚴重，再熱器本身的傳熱系數(shù)也會降低，此時再熱汽溫的變化將取決于兩種因素的綜合作用。為了量化受熱面結(jié)焦、積灰對再熱汽溫的影響，通過建立傳熱模型進行分析。假設(shè)再熱器的受熱面積為A，煙氣與蒸汽的溫差為ΔT，傳熱系數(shù)為k，根據(jù)傳熱公式Q=kAΔT（其中Q為傳熱量）。當結(jié)焦或積灰導(dǎo)致傳熱系數(shù)k降低時，在受熱面積A和溫差ΔT不變的情況下，傳熱量Q會減少，從而使再熱汽溫下降。反之，如果積灰導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高，使得溫差ΔT增大，而傳熱系數(shù)k的降低幅度相對較小，那么傳熱量Q可能會增加，再熱汽溫會上升。在實際運行中，受熱面結(jié)焦和積灰往往是同時存在的，且它們的影響相互交織。為了減輕結(jié)焦和積灰對再熱汽溫的影響，需要采取一系列措施。定期進行吹灰操作，清除受熱面上的積灰，保持受熱面的清潔，提高傳熱系數(shù)；優(yōu)化燃燒調(diào)整，合理控制爐膛溫度和火焰形狀，避免局部高溫，減少結(jié)焦的發(fā)生；加強對煤質(zhì)的管理，選擇合適的煤種，降低煤中的灰分和硫分含量，減少積灰和結(jié)焦的產(chǎn)生。受熱面結(jié)焦、積灰會通過改變傳熱系數(shù)對再熱汽溫產(chǎn)生復(fù)雜的影響。在二次再熱鍋爐的運行中，需要密切關(guān)注受熱面的結(jié)焦和積灰情況，采取有效的預(yù)防和處理措施，以確保再熱汽溫的穩(wěn)定，保證鍋爐的安全經(jīng)濟運行。4.3機組負荷與蒸汽流量的影響機組負荷的變化是影響二次再熱鍋爐運行的重要因素之一，它會引發(fā)蒸汽流量的改變，進而對再熱汽溫產(chǎn)生顯著影響。當機組負荷發(fā)生變化時，為了滿足負荷需求，鍋爐的燃料量、風量等運行參數(shù)也會相應(yīng)調(diào)整。在機組負荷增加時，需要增加燃料的供應(yīng)量，以提高鍋爐的出力。這會導(dǎo)致爐膛內(nèi)的燃燒強度增大，產(chǎn)生更多的熱量，從而使蒸汽的產(chǎn)生量增加，蒸汽流量增大。蒸汽流量與再熱汽溫之間存在著密切的動態(tài)響應(yīng)關(guān)系。當蒸汽流量增大時，在相同的熱量輸入情況下，單位質(zhì)量蒸汽所吸收的熱量相對減少。由于再熱器的吸熱量是有限的，隨著蒸汽流量的增加，再熱器內(nèi)蒸汽的溫升會減小，導(dǎo)致再熱汽溫下降。在某660MW二次再熱機組中，當機組負荷從70%提升至90%時，蒸汽流量從1800t/h增加到2300t/h，再熱汽溫相應(yīng)地從620℃下降到610℃。這是因為蒸汽流量的增加使得再熱器內(nèi)的蒸汽流速加快，蒸汽在再熱器內(nèi)的停留時間縮短，熱量來不及充分傳遞給蒸汽，從而導(dǎo)致再熱汽溫降低。反之，當蒸汽流量減小時，單位質(zhì)量蒸汽所吸收的熱量相對增加，再熱汽溫會升高。當機組負荷降低時，蒸汽流量減小，再熱器內(nèi)蒸汽的流速減慢，停留時間延長，蒸汽能夠充分吸收再熱器傳遞的熱量，從而使再熱汽溫升高。在機組負荷從90%降至70%的過程中，蒸汽流量從2300t/h減少到1800t/h，再熱汽溫從610℃升高到620℃。機組負荷的變化速率也會對再熱汽溫產(chǎn)生影響。當機組負荷快速變化時，蒸汽流量的變化也較為迅速，再熱汽溫的波動會更加明顯。這是因為在負荷快速變化過程中，鍋爐的燃燒調(diào)整和蒸汽流量的調(diào)節(jié)存在一定的滯后性，無法及時跟上負荷變化的速度，導(dǎo)致再熱汽溫難以穩(wěn)定控制。當機組負荷在短時間內(nèi)快速增加時，燃料量和風量的增加需要一定的時間來適應(yīng)，而蒸汽流量已經(jīng)迅速增大，這就會導(dǎo)致再熱汽溫急劇下降；反之，當機組負荷快速減小時，蒸汽流量迅速減小，而燃燒調(diào)整還未及時跟上，再熱汽溫會急劇升高。這種快速的汽溫波動會對機組的安全穩(wěn)定運行造成威脅，可能導(dǎo)致設(shè)備的熱應(yīng)力增大，影響設(shè)備的使用壽命。為了減輕機組負荷變化對再熱汽溫的影響，在實際運行中需要采取一系列措施。要優(yōu)化機組的負荷控制策略，合理控制負荷變化速率，避免負荷的大幅快速波動。在負荷變化過程中，要及時調(diào)整燃燒工況，確保燃料量和風量的匹配，使燃燒過程穩(wěn)定進行，從而為蒸汽的產(chǎn)生提供穩(wěn)定的熱量來源。還可以通過調(diào)整再熱汽溫調(diào)節(jié)手段，如調(diào)節(jié)燃燒器擺角、煙氣擋板開度等，來補償蒸汽流量變化對再熱汽溫的影響，保持再熱汽溫的穩(wěn)定。在機組負荷增加導(dǎo)致蒸汽流量增大、再熱汽溫下降時，可以適當增大燃燒器擺角，提高火焰中心位置，增加再熱器的吸熱量，從而使再熱汽溫回升到正常范圍。機組負荷與蒸汽流量的變化對再熱汽溫有著重要影響，在二次再熱鍋爐的運行中，需要充分認識并掌握這種影響關(guān)系，采取有效的控制措施，以確保再熱汽溫的穩(wěn)定，保障機組的安全經(jīng)濟運行。五、再熱汽溫調(diào)節(jié)方法與優(yōu)化策略5.1傳統(tǒng)再熱汽溫調(diào)節(jié)方法分析5.1.1煙氣擋板調(diào)節(jié)煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫的原理基于對煙氣流量分配的巧妙控制。在二次再熱鍋爐中，通常設(shè)有多個煙道，通過調(diào)整煙道內(nèi)煙氣擋板的開度，能夠改變流經(jīng)不同受熱面的煙氣流量比例。在一些大型二次再熱鍋爐中，設(shè)有主煙道和旁路煙道，再熱器布置在旁路煙道中。當需要提高再熱汽溫時，可適當開大旁路煙道的煙氣擋板開度，使更多的煙氣通過旁路煙道，增加再熱器的煙氣流量，從而提高再熱器的吸熱量，使再熱汽溫升高；反之，當需要降低再熱汽溫時，減小旁路煙道的煙氣擋板開度，減少流經(jīng)再熱器的煙氣流量，降低再熱器的吸熱量，使再熱汽溫降低。這種調(diào)節(jié)方式具有一定的調(diào)節(jié)特性。從調(diào)節(jié)范圍來看，煙氣擋板的開度變化能夠在一定程度上改變煙氣流量分配，從而對再熱汽溫進行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍一般可達10-30℃。在某660MW二次再熱機組中，當煙氣擋板開度從30%變化到70%時，再熱汽溫相應(yīng)地從580℃變化到610℃。在調(diào)節(jié)精度方面，由于煙氣擋板調(diào)節(jié)存在一定的慣性和滯后性，其調(diào)節(jié)精度相對較低，難以實現(xiàn)對再熱汽溫的精確控制。一般來說，煙氣擋板調(diào)節(jié)后的再熱汽溫偏差可能在±5-10℃之間。在不同工況下，煙氣擋板調(diào)節(jié)的效果有所不同。在負荷穩(wěn)定的工況下，煙氣擋板調(diào)節(jié)能夠較為穩(wěn)定地控制再熱汽溫。當機組負荷穩(wěn)定在80%額定負荷時，通過調(diào)整煙氣擋板開度，能夠使再熱汽溫保持在相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，波動較小。在負荷變化較大或煤種變化時，煙氣擋板調(diào)節(jié)的局限性就會凸顯出來。當機組負荷快速增加時，由于煙氣擋板的調(diào)節(jié)速度較慢，無法及時適應(yīng)負荷變化對再熱汽溫的影響，導(dǎo)致再熱汽溫波動較大。當煤種發(fā)生變化時，燃燒工況改變，煙氣的流量、溫度和成分也會發(fā)生變化，這使得煙氣擋板調(diào)節(jié)的效果受到影響，難以準確控制再熱汽溫。如果煤種的發(fā)熱量降低，為了維持機組負荷，需要增加燃料量，導(dǎo)致煙氣量增大，此時僅依靠煙氣擋板調(diào)節(jié)，可能無法有效控制再熱汽溫的升高。煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫的局限性還體現(xiàn)在其對設(shè)備的影響上。長期頻繁地調(diào)節(jié)煙氣擋板，容易導(dǎo)致?lián)醢宓哪p和卡澀，影響其調(diào)節(jié)性能和可靠性。煙氣擋板的調(diào)節(jié)還會對煙道內(nèi)的氣流分布產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致局部煙氣流速過高或過低，加劇受熱面的磨損和積灰。5.1.2煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理是將省煤器后溫度為250-350℃的一部分低溫煙氣，通過再循環(huán)風機升壓后引入爐膛。這部分再循環(huán)煙氣的引入，改變了爐膛內(nèi)的溫度場和煙氣流量分布，從而對再熱汽溫產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。當再循環(huán)煙氣從爐膛下部送入時，隨著再循環(huán)煙氣量的增加，爐膛溫度會降低。這是因為再循環(huán)煙氣的溫度相對較低，進入爐膛后會吸收部分熱量，使得爐膛內(nèi)的平均溫度下降，爐膛輻射吸熱量減少。爐膛出口煙溫則下降不大，這是因為再循環(huán)煙氣在爐膛內(nèi)吸收的熱量在爐膛出口處又被釋放出來，對爐膛出口煙溫的影響較小。再熱器通常布置在對流煙道中，由于再循環(huán)煙氣量的增加，煙氣流速提高，再熱器的傳熱系數(shù)增大，同時再熱器的傳熱溫差變化不大，使得再熱器的吸熱量增多，從而使再熱汽溫升高。通常情況下，燃燒器再循環(huán)煙氣量每增加1%，可使再熱汽溫升高約2℃。如煙氣再循環(huán)率為20%-25%，則再熱氣溫調(diào)節(jié)幅度可達40-50℃。在某二次再熱鍋爐中，當煙氣再循環(huán)率從0增加到20%時，再熱汽溫從560℃升高到600℃，升高了40℃。煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)對機組運行有著多方面的影響。從正面影響來看，它可以有效調(diào)節(jié)再熱汽溫，尤其是在低負荷時，再熱汽溫往往偏低，通過投入煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，增加再循環(huán)煙氣量，能夠提高再熱汽溫，保證機組的正常運行。煙氣再循環(huán)還可以降低爐膛溫度水平，減少爐內(nèi)的輻射傳熱，均勻爐膛熱負荷，防止水冷壁管內(nèi)傳熱惡化。再循環(huán)煙氣的引入還可以降低爐膛內(nèi)的氧濃度，抑制NOx的生成量，減少污染，具有一定的環(huán)保效益。煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)也存在一些負面影響。由于增加了煙氣再循環(huán)風機，會使廠用電增加，提高了機組的運行成本。在某660MW機組中，投入煙氣再循環(huán)系統(tǒng)后，廠用電率增加了約0.5%。使用的是高溫風機，尤其是燃煤鍋爐風機磨損又相當嚴重，故可靠性差、維修費用大。對于燃燒低揮發(fā)分煤和低質(zhì)煤的鍋爐，采用煙氣再循環(huán)可能會影響燃燒穩(wěn)定，增大對流受熱面的磨損，因此不宜采用。5.1.3噴水減溫調(diào)節(jié)噴水減溫的調(diào)節(jié)原理基于熱交換原理，通過向再熱蒸汽中噴入適量的減溫水，使減溫水與高溫再熱蒸汽充分混合，減溫水吸收蒸汽的熱量而蒸發(fā)，從而降低再熱蒸汽的溫度。噴水減溫器通常采用文丘里管式或笛形管式結(jié)構(gòu)。文丘里管式噴水減溫器利用文丘里管的喉部高速氣流，將減溫水霧化成細小的水滴，與蒸汽充分混合，實現(xiàn)快速的熱交換。笛形管式噴水減溫器則是將減溫水通過笛形管上的小孔噴入蒸汽中，使減溫水均勻分布在蒸汽中，達到降溫的目的。這種調(diào)節(jié)方式具有一些顯著特點。其調(diào)節(jié)精度較高，能夠較為準確地控制再熱汽溫的變化。通過精確控制減溫水的噴入量，可以將再熱汽溫控制在較小的偏差范圍內(nèi)，一般可將再熱汽溫偏差控制在±2℃以內(nèi)。噴水減溫的響應(yīng)速度也非?？?，當再熱汽溫出現(xiàn)波動時，能夠迅速噴入減溫水，使汽溫快速下降，及時響應(yīng)汽溫的變化。然而，噴水減溫也存在明顯的缺點，即會對機組經(jīng)濟性產(chǎn)生負面影響。再熱器噴水減溫會降低機組的循環(huán)熱效率。因為減溫水的噴入會使再熱蒸汽的焓值降低，在汽輪機中做功能力減弱，從而導(dǎo)致機組的發(fā)電效率降低。以某660MW超臨界機組為例，當再熱器噴入10t/h的減溫水時，機組的發(fā)電效率降低了約0.5%。噴水減溫還會增加煤耗，為了維持機組的出力，需要消耗更多的燃料，從而增加了能源消耗和運行成本。為了合理使用噴水減溫，避免對機組經(jīng)濟性造成過大影響，應(yīng)遵循以下原則：在其他調(diào)節(jié)手段能夠滿足再熱汽溫調(diào)節(jié)要求時，應(yīng)盡量減少或避免使用噴水減溫。在機組負荷穩(wěn)定、再熱汽溫波動較小時，可以通過調(diào)整燃燒器擺角、煙氣擋板等調(diào)節(jié)手段來控制再熱汽溫，減少噴水減溫的使用。噴水減溫應(yīng)作為輔助調(diào)節(jié)手段，僅在再熱汽溫出現(xiàn)較大偏差或其他調(diào)節(jié)手段無法滿足要求時使用。在使用噴水減溫時，應(yīng)根據(jù)再熱汽溫的變化趨勢，精確控制減溫水的噴入量，避免過度噴水導(dǎo)致再熱汽溫過低或噴水不足導(dǎo)致汽溫無法得到有效控制。還應(yīng)注意減溫水的品質(zhì)，確保減溫水的純度和溫度符合要求，防止減溫水對再熱器和汽輪機造成腐蝕和損壞。5.2再熱汽溫調(diào)節(jié)優(yōu)化策略5.2.1基于智能控制算法的優(yōu)化為了克服傳統(tǒng)再熱汽溫調(diào)節(jié)方法的局限性，引入先進的智能控制算法成為必然趨勢。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制等智能算法以其獨特的優(yōu)勢，為再熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的思路和方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)具有強大的自學(xué)習和自適應(yīng)能力，能夠?qū)?fù)雜的非線性系統(tǒng)進行精確建模和控制。在再熱汽溫調(diào)節(jié)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過對大量歷史運行數(shù)據(jù)的學(xué)習，建立起再熱汽溫與各影