王戰(zhàn)鋒，楊艷龍

（陜西商洛發(fā)電有限公司，陜西 商洛 726000）

大型機組均采用了蒸汽再熱循環(huán)，為了在運行過程中維持再熱器蒸汽溫度的穩(wěn)定，必要時需要投用事故噴水。目前，火電廠節(jié)能減排的壓力較大，控制再熱器減溫水量顯得尤為重要。

宋大勇等［1］分析了600 MW 超臨界鍋爐再熱器事故噴水量高的原因，指出再熱器入口蒸汽溫度和入口煙氣溫度高，且再熱器受熱面面積布置偏多是再熱器事故噴水量大的主要原因，可以通過減少再熱系統(tǒng)受熱面、增加省煤器受熱面等措施減小再熱器事故噴水量。鄭偉等［2］應用溫差控制和自適應控制、增加抗積分飽和功能與微分前饋邏輯，以及改進現場設備等方法，使噴水減溫控制取得了良好的效果。邢希東［3］針對某鍋爐再熱器減溫水量波動較大的現象，通過對比機組的日負荷率、日減溫水總量、高負荷時段的長短以及煤質參數等運行工況，分析了運行參數和設備特性導致減溫水用量變化的原因，并定制了相應的改進措施。龐可等［4］基于汽輪機組熱力系統(tǒng)矩陣分析法，對某超超臨界1 000 MW 機組進行了熱經濟分析，研究了再熱器減溫水對汽輪機組熱經濟性的影響，結果表明：噴水減溫對機組經濟性影響較大，應該盡量減少，以避免噴水。鮮光濤［5］對某鍋爐進行了燃燒調整試驗，確認再熱器減溫水量大的原因，并提出了加強入爐煤管理、設備整治和優(yōu)化燃燒等改進措施，取得了較好的效果。李修成等［6］重新整定了某電廠超臨界機組再熱器減溫水系統(tǒng)的比例-積分-微分PID 參數，并優(yōu)化了前饋、手自動切換條件及抗積分飽和功能等方面，改善了再熱器溫度出口調節(jié)品質。柳扣林等［7-8］分析了引起2 000 t/h 鍋爐減溫水超限的原因，通過燃燒調整，采用分級配風和低氧燃燒等措施，使鍋爐減溫水量有所下降，為下一階段的技術改造提供了依據；此外，還通過減少低溫過熱器和低溫再熱器的吸熱面積，將原有光管省煤器改為換熱系數更高的H型省煤器等方案，減少了過熱器的減溫水量，提高了鍋爐運行的經濟性和安全性。楊熙［9］認為湛江發(fā)電廠鍋爐減溫水量偏大的原因有4 個方面：①燃燒器擺動失靈，對再熱蒸汽溫度調節(jié)失去作用；②鍋爐負荷變化較快時，難以快速調節(jié)；③高壓加熱器退出運行時，為保持相同負荷，增大了燃料量，使再熱蒸汽溫度增大；④滑參數停爐需要大量噴水減溫。許堯等［10］分析了某鍋爐減溫水過量的問題，發(fā)現其根本原因是對鍋爐設計煤種的燃燒特性和高海拔地區(qū)煤粉燃燒特性認識不足，爐膛結構尺寸、輻射和對流受熱面分配比例的設計不合理。莊國霖［11］提出了鍋爐受熱面節(jié)能改造方案，解決鍋爐減溫水量偏大的問題，提高了機組運行的安全性及經濟性。嚴林博等［12］針對某電廠鍋爐過熱器減溫水過量的問題，提出了4種受熱面改造方案，通過熱力計算結果的對比分析，確定了最佳改造方案，實現了減溫水量的降低。林正春等［13］分析了某350 MW 亞臨界燃煤鍋爐在實施低氮改造后出現減溫水偏大的問題，提出了改造方案，并通過數值模擬完成驗證，成功減少了減溫水量。周振起等［14］定量分析了過熱器和再熱器噴水調溫系統(tǒng)對機組熱經濟性的影響，指出再熱器噴水調溫對機組熱經濟性的影響較大，機組實際循環(huán)熱效率降低較多，運行時應盡量減少或避免采用噴水調節(jié)再熱汽溫。

控制減溫水量是提高機組經濟性的重要手段。某電廠自投運以來，再熱器減溫水量一直偏高，為了降低再熱器噴水量，尋找再熱器減溫水量的控制規(guī)律，進行了再熱器減溫水的調整試驗。

1 設備簡介

該電廠系600 MW 燃煤汽輪發(fā)電機組，鍋爐為超臨界壓力、循環(huán)泵式啟動系統(tǒng)、前后墻對沖低NOx軸向旋流燃燒器、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構架的變壓本生直流爐。鍋爐爐膛上部布置有屏式過熱器，水平煙道布置末級過熱器和末級再熱器。尾部為雙煙道，前煙道布置低溫再熱器和省煤器，后煙道布置水平低溫過熱器和省煤器，水平低溫過熱器和再熱器采用水冷吊掛結構。鍋爐前后墻對沖布置低NOx軸向旋流燃燒器，3 層共30 只，配有6 臺中速磨煤機，編號為A、B、C、D、E、F。機組正常運行期間，再熱蒸汽溫度由布置在尾部煙道中的煙氣擋板控制，2 個煙道的擋板以相反的方向動作。因煙氣擋板系統(tǒng)的響應有一定的滯后性，在瞬變狀態(tài)或需要時，可以投噴水減溫。減溫器布置在冷再管道上，再熱器減溫水源取自給水泵的中間抽頭。

2 試驗目的及工況設置

為了尋找再熱器減溫水量偏高的原因，提高機組運行經濟性，進行如下工況的試驗，如表1所示。

表1 試驗工況

表1（續(xù)）

3 試驗結果與分析

再熱器噴水減溫的熱力過程是沿再熱壓力線定壓吸熱、蒸發(fā)并過熱，然后進入汽輪機的中壓缸和低壓缸做功。噴入再熱器的減溫水蒸發(fā)成為壓力較低的蒸汽，使工質做功能力降低，降低了機組的循環(huán)熱效率［15］。同時，在機組負荷不變的情況下，中、低壓缸多做功，勢必會減少高壓缸做功，這相當于用低壓蒸汽循環(huán)代替高壓蒸汽循環(huán)，使機組經濟性降低。在機組出力不變的情況下，由于再熱減溫水的增加，進入中壓缸和低壓缸的再熱蒸汽流量增大，汽輪機排汽量增大，冷源損失增加，機組效率下降［2］。為了控制再熱器的減溫水量，在不同機組負荷下進行省煤器出口氧量變化試驗、變再熱器擋板開度試驗和磨煤機組合方式變化試驗。

3.1 420 MW負荷試驗

3.1.1 省煤器出口氧量變化試驗

在機組負荷為420 MW 時，A 側再熱器擋板開度為35%，過熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度為25%，過熱器擋板開度為80%，磨煤機組合方式為A、C、D、E、F 磨煤機，其他主要運行參數保持穩(wěn)定，進行省煤器出口氧量分別為2.0%、3.0%、3.5%和4.0%的試驗。對應表1 中的工況1、工況2、工況3 和工況4，每個試驗均等待運行工況穩(wěn)定1 h后開始記錄試驗數據，共記錄2 h的運行數據，然后結束該工況的試驗。本文所有試驗均是穩(wěn)定1 h，記錄2 h 的試驗數據，而且下文中的所有圖都選擇了2 h 數據中具有代表性的45 min 數據進行對比分析。

420 MW 負荷下省煤器出口氧量變化試驗的結果如圖1 和圖2 所示。其中，圖1 為省煤器出口氧量不同時，平均再熱蒸汽溫度隨時間的變化情況；圖2 為省煤器出口氧量不同時，減溫器B 的噴水量隨時間的變化曲線。因為減溫器A無噴水，所以省略減溫器A噴水量的曲線圖。

圖1 省煤器出口氧量改變時再熱汽溫隨時間的變化

圖2 減溫器B噴水量在省煤器出口氧量改變時隨時間的變化

當省煤器出口氧量為2.0%、3.0%和4.0%時，再熱蒸汽溫度波動較大，溫度變化范圍為553 ℃～565.5 ℃，再熱蒸汽減溫器B的噴水量偏高，最大可達12.9 t/h，嚴重影響了經濟性；當省煤器出口氧量為3.5%時，再熱蒸汽溫度穩(wěn)定，溫度變化范圍僅為559 ℃～561 ℃，且再熱蒸汽減溫器A側無噴水，再熱蒸汽減溫器B 側的噴水量也較小。由試驗結果可知，在420 MW 負荷下，A 側再熱器擋板開度為35%，過熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度為25%，過熱器擋板開度為80%，磨煤機組合方式為A、C、D、E、F時，氧量應控制在3.5%以上。

3.1.2 變再熱器擋板開度試驗

當機組負荷為420 MW，磨煤機的組合方式為A、C、D、E、F，省煤器出口氧量為3.5%，其他主要運行參數保持穩(wěn)定時，對工況3 和工況5 進行變再熱器擋板開度試驗。其中，工況3 的擋板開度組合為A 側再熱器擋板開度為35%，熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度25%，過熱器擋板開度80%；工況5 的擋板開度組合為A 側再熱器擋板開度45%，B側再熱器擋板開度35%，A側和B側的過熱器擋板開度與工況3一致。試驗結果如圖3、圖4和圖5 所示，圖3 為再熱蒸汽溫度隨時間的變化曲線，圖4 為減溫器A 的噴水量隨時間的變化曲線，圖5為減溫器B的噴水量隨時間的變化曲線。

圖3 再熱汽溫隨時間的變化

圖4 減溫器A的噴水量隨時間的變化

圖5 減溫器B的噴水量隨時間的變化

由圖3～圖5 可知，工況3 的再熱蒸汽溫度穩(wěn)定，溫度的波動幅度較小，而且再熱蒸汽的減溫器B 和減溫器A 均無噴水量；工況5 的再熱蒸汽溫度有明顯升高的趨勢，最高達到了567.7 ℃，為了維持再熱蒸汽溫度，再熱蒸汽減溫器兩側的噴水量也有明顯增多，減溫器B 的最大噴水量達到了43.9 t/h。因此，優(yōu)化擋板開度的組合：A 側再熱器擋板的開度為45%，過熱器擋板開度為70%；B 側再熱器擋板開度為35%，過熱器擋板開度為80%。

3.2 500 MW負荷試驗

3.2.1 變再熱器擋板開度試驗

當機組負荷為500 MW，省煤器出口氧量為3.5 %，磨煤機組合方式為A、C、D、E、F，A 側過熱器擋板開度為70%，B 側過熱器擋板開度為80%，其他主要運行參數保持穩(wěn)定時，進行擋板開度變化試驗。其中，工況6：A 側再熱器擋板開度為45%，B 側再熱器擋板開度為35%；工況7：A 側再熱器擋板開度為35%，B 側再熱器擋板開度為25%。試驗結果如圖6、圖7 和圖8 所示，圖6 為再熱蒸汽溫度在不同擋板開度時隨時間的變化，圖7 為減溫器A的噴水量在不同擋板開度時隨時間的變化曲線，圖8 為減溫器B 的噴水量在不同擋板開度時隨時間的變化曲線。

圖6 再熱汽溫在不同擋板開度時隨時間的變化

圖7 減溫器A噴水量在不同擋板開度時隨時間的變化

圖8 減溫器B噴水量在不同擋板開度時隨時間的變化

由圖6～圖8 可知，工況6 的再熱蒸汽溫度有所波動，波動范圍為558.8 ℃～569.3 ℃，而且再熱蒸汽減溫器兩側的噴水量比工況7 明顯增多。因此，最佳開度組合：A 側過熱擋板開度為70%，再熱擋板開度為35%；B 側過熱擋板開度為80%，再熱擋板開度為25%。

3.2.2 省煤器出口氧量變化試驗

當機組負荷為500 MW，A 側再熱器擋板開度為35%，過熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度為25%，過熱器擋板開度為80%時，減溫水量較低。因此，當磨煤機組合方式為A、C、D、E、F，其他主要運行參數保持穩(wěn)定時，將省煤器出口氧量分別調整至2.5%、3.0%和3.5%進行試驗，分別對應工況9、工況8和工況7，其結果如圖9、圖10和圖11所示。其中，圖9 為再熱蒸汽溫度在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化，圖10 為減溫器A 的噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化，圖11為減溫器B 的噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化。

圖9 再熱汽溫在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化

圖10 減溫器A的噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化

圖11 減溫器B的噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化

由圖9～圖11 可知，工況8 的再熱蒸汽溫度穩(wěn)定，而且接近于設計值，再熱減溫器兩側的噴水量也明顯減小。因此，當A 側再熱擋板開度為35%，過熱擋板開度為70%，B 側再熱擋板開度為25%，過熱擋板開度為80%時，省煤器出口優(yōu)化氧量為3.0%。所以，隨著省煤器出口氧量的升高，再熱蒸汽溫度相應提高，再熱器的噴水量有增大的趨勢，應盡量將省煤器出口的氧量控制在3.0%。

3.2.3 磨煤機組合方式變化試驗

當機組負荷為500 MW，A 側再熱器擋板開度為35%，過熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度為25%，過熱器擋板開度為80%，省煤器出口氧量的優(yōu)化運行參數為3.0%，保持其他主要運行參數穩(wěn)定時，進行調整磨煤機組合方式試驗。組合方式分別為工況9（A、C、D、E、F）和工況10（A、B、C、D、F），試驗結果如圖12、圖13 和圖14 所示。其中，圖12 為再熱蒸汽溫度在不同磨煤機組合方式時隨時間的變化，圖13 為減溫器A 的噴水量在不同磨煤機組合方式時隨時間的變化，圖14 為減溫器B 的噴水量在不同磨煤機組合方式時隨時間的變化。

圖12 再熱汽溫在不同磨煤機組合方式時隨時間的變化

圖13 減溫器A的噴水量在不同磨煤機組合方式時隨時間的變化

圖14 減溫器B的噴水量在不同磨煤機組合方式時隨時間的變化

由圖12～圖14 可知，工況9 的A、B 兩側減溫水量比工況10 增多，說明與磨煤機B 的出力相比，磨煤機E的出力不穩(wěn)定，影響了鍋爐帶負荷能力及爐內燃燒的安全性和經濟性。所以，如果5 臺磨煤機運行，應多投磨煤機B，少投磨煤機E。

3.3 600 MW負荷試驗

隨著機組負荷的升高，為了降低再熱器的噴水量，需要降低省煤器出口氧量，且將再熱器側擋板的開度關小，相應增大過熱器側擋板的開度。降低省煤器出口氧量可以降低煙氣總流量，煙氣的對流換熱系數也隨之降低，再熱器側擋板開度關小則降低再熱器側的煙氣流量，即再熱器側煙氣的對流換熱系數降低，這說明再熱器的對流受熱面偏多。因此，在滿負荷時省煤器出口氧量應選擇較小值，而且再熱器側擋板開度宜關小。在設備不做改動的前提下，通過優(yōu)化運行方式降低再熱器的噴水量就顯得非常必要了。所以，在機組負荷為600 MW時，按照運行工況的習慣，設置A 側再熱器擋板開度為20%，過熱器擋板開度為85%，B 側再熱器擋板開度為10%，過熱器擋板開度為90%，磨煤機全部投入運行，保持其他主要運行參數穩(wěn)定，將省煤器出口氧量分別調整至2.0%、2.5%、3.0%和3.5%，分別對應工況11、工況12、工況13 和工況14，試驗結果如圖15、圖16 和圖17 所示。其中，圖15 為再熱汽溫在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化，圖16 為減溫器A 的噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化，圖17 為減溫器B 的噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化。

圖15 再熱汽溫在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化

圖16 減溫器A噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化

圖17 減溫器B噴水量在不同省煤器出口氧量時隨時間的變化

由圖15～圖17 可知，工況11 的再熱蒸汽溫度明顯不穩(wěn)定，波動范圍較大；工況12、工況13 及工況14 的再熱蒸汽溫度穩(wěn)定在565 ℃左右；從再熱蒸汽減溫器兩次噴水量可以明顯看出，工況13 和工況14 的噴水量明顯增多，工況12 的噴水量相對較少。因此，在600 MW 負荷下，最優(yōu)省煤器出口氧量宜為2.5%左右。

4 結論

再熱器噴水量大的主要原因是再熱器對流受熱面布置過多，在設備難以做出改動的前提下，研究并優(yōu)化控制再熱器減溫水量的運行方式可以降低再熱器的減溫水噴水量。本次試驗研究了省煤器出口氧量、再熱器擋板開度和磨煤機組合方式等3 方面對再熱器減溫水量的影響。為了維持穩(wěn)定的再熱蒸汽溫度，控制再熱器的噴水量，推薦如下運行方式：

1）隨著機組負荷的升高，省煤器出口氧量宜降低。在420 MW 負荷下，省煤器出口氧量保持在3.5%左右；在500 MW 負荷下，省煤器出口氧量保持在3.0%左右；在600 MW 負荷下，省煤器出口氧量保持在2.5%左右。

2）隨著機組負荷的升高，過熱器側擋板宜開大，再熱器側擋板宜關小。在420 MW 負荷下，A側再熱器擋板開度保持在45%左右，過熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度保持在35%左右，過熱器擋板開度為80%；在500 MW 負荷下，A側再熱器擋板開度為35%，過熱器擋板開度為70%，B 側再熱器擋板開度為25%，過熱器擋板開度為80%；在600 MW 負荷下，A 側再熱器擋板開度保持在20%左右，過熱器擋板開度為85%，B 側再熱器擋板開度保持在10%左右，過熱器擋板開度為90%。

3）5臺磨煤機運行時，應多投磨煤機B，少投磨煤機E。