[发明专利]二次再热超超临界锅炉汽温协同控制系统

说明书

本发明公开了一种二次再热超超临界锅炉的汽温协同控制系统及其实现方法。该系统通过喷水减温器、分隔烟道挡板和摆动燃烧器等不同汽温控制设备的优化组合来协同控制二次再热超超临界塔式直流锅炉的过热蒸汽和一、二次再热蒸汽温度，确保了整个锅炉汽温控制系统具有良好的控制一致性和安全可靠性，并通过采用可调整自适应脉冲回路改善了烟气档板和摆动燃烧器的调节特性和控制精度。

技术领域

本发明涉及一种大型电站锅炉汽温控制方法，尤其涉及一种二次再热超超临界锅炉 的汽温协同控制系统及其实现方法。

背景技术

为了提高大容量火力发电机组的经济性，通常可采用中间再热的方法来提高热力循 环的平均吸热温度，降低热耗；减少汽轮机低压末级叶片排气湿度，延长末级叶片寿命。理论上再热级数越多热力循环效率更高，在同等条件下，采用二次再热比一次再热的机 组热效率可提高1.43～1.6％左右。但二次再热机组的主机设备和热力系统的投资明显增加，运行控制也更为复杂。虽然从上世纪60年代起国外已经有50余台二次再热超(超) 临界机组投入运行^[1]，但从技术经济性综合考虑，其中绝大多数的超(超)临界机组仍都 采用的是一次再热。截止目前，国内已投运的数百台超(超)临界机组也大部分采用的 是一次再热形式^[2]-[4]。

随着燃料成本和环保压力的不断提高，近年来国际上又开始重视对二次再热机组的 研发和应用^[5][6]。欧盟、美国和日本的700℃及以上参数的先进超超临界机组都选择了二 次再热作为其研究方向之一。我国成立了产学研用联盟共同开展700℃高效清洁燃煤火力 发电机组的基础研发^[7]，并启动了超600℃二次再热燃煤超超临界机组的应用示范。

从技术经济性的角度综合考虑，在较高的超临界参数下采用二次再热方式更为合理。 而国外二次再热超超临界机组的发展也经历了一个先高后低再重新认识的马鞍型过程， 现有的大部分二次再热机组都建成于上世纪60～70年代。据不完全统计，全世界至少有 52台二次再热超(超)临界机组投入运行。其中德国共有11台二次再热超(超)临界机组，其中1台机组为燃油和天然气锅炉，8台机组为燃煤锅炉，另外两台机组燃料情况不 明；美国共投运23台二次再热超(超)临界机组，其中5台为燃油锅炉，2台为燃油和 燃气锅炉，其它16台为燃煤锅炉，但美国二次再热机组的投运时间均较早；日本共投运 13台二次再热超(超)临界机组，其中11台机组为燃重油锅炉，2台机组为燃天然气锅 炉；另外丹麦分别有两台二次再热超超临界机组；1台为燃煤/燃油锅炉，1台为燃气锅炉。 这其中近二十年新投运的二次再热机组数量较少，仅有1989年投运的日本中部电力公司 川越电站2台700MW燃气二次再热机组(31MPa/566℃/566℃/566℃)^[4]，以及丹麦分 别在1997和1998年投运的两台415MW热电联产机组(290bar/582℃/580℃/580℃)， 即电厂№3燃气二次再热机组和Nordjyllands电厂№3燃煤/燃油二次再热机组。

毫无疑问，二次再热锅炉是整个超超临界机组中最为复杂的一个热工对象，其蒸汽 温度、压力等重要热工参数不仅关系到锅炉的运行安全，也直接影响到整个机组的经济性。而随着锅炉设计参数的不断提高，其额定运行参数与现有的成熟金属材料允许使用 极限之间的裕量已越来越小。国内正在研发的二次再热超超临界机组，其蒸汽压力初参 数达31MPa～35MPa，过热和一次、二次再热蒸汽温度可达到605℃/620℃/620℃^[7]，已 趋近现有成熟金属材料的极限应用温度。因此，在锅炉金属材料未发生大的变化前提下， 锅炉的运行控制就成为超600℃二次再热超超临界锅炉设计和应用的关键技术问题之一。

与以往采用一次再热的大容量电站锅炉一样，二次再热超超临界锅炉实现汽温控制 的手段也有多种，包括摆动燃烧器、分隔烟道档板、烟气再循环、过燃风和蒸汽旁路、 表面式汽汽交换器等等，但最为可靠和有效的方法仍是在锅炉各段受热面之间设置喷水 减温器，通过喷水来调节过热蒸汽和一、二次再热蒸汽的温度^[8][9]。