刘洪海, 张 磊

(1. 天津国华盘山发电有限责任公司，天津 301999；2. 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240)

随着我国电力改革的进一步深化，如何不断降低发电成本、提高企业效益、提高机组运行的可靠性与经济性已成为发电企业目前面临的重大课题，而机组节能降耗是这个课题中的一个主要环节。为适应新的形势，确保电厂技术领先、机组效率高、资源消耗少、经济效益好，进一步提高竞争力，应积极创造条件，采用先进、成熟的技术对经济性及安全性较差的落后设备进行技术改造，努力挖掘内部潜力，提高机组的可靠性和经济性，降低成本，并进一步适应电网深度调峰的要求，促进发电厂技术装备水平的提高，减轻对环境的污染[1]。

面对国家对火力发电企业越来越严苛的节能减排要求，现役燃煤机组必须进行相关的节能降耗工作，以提高机组运行效率，降低发电成本，提高经济效益和社会效益。

某电厂俄制超临界机组由于受当时技术水平的限制，机组整体经济水平较低，机组设备制造加工水平低，投产初期安全性能基础较差。从投产至今，在500 MW稳定负荷工况下，低温再热器入口与一流道两侧受热面的蒸汽温度存在10～20 K偏差；同时，为了控制壁温，部分流道再热器事故减温水量增大，给运行人员控制汽温造成困难，长时间运行会影响机组经济性。同时，再热器超温，运行人员会加大对水冷壁吹灰的频次，影响机组经济性及安全性。

1 锅炉运行现状

锅炉为俄制ПП-1650-25-545КТ(П-76型)超临界压力、直流、一次中间再热、平衡通风、固态排渣煤粉炉。锅炉设计为室内布置，单炉膛全悬吊结构，左右两侧各有一个竖直烟道，锅炉整体呈T形结构[2]。

再热器系统分低温再热器和高温再热器二级布置，分别布置在锅炉左右两侧竖直烟道和水平烟道中。再热蒸汽管路由4条各自可调的管道构成。自高压缸由2条管道将再热蒸汽送向锅炉，在锅炉处分成4个流道，每个流道在汽-汽热交换器中又分为2个小流道，见图1。

图1 再热器流道管路布置示意图

再热器蒸汽依次通过汽-汽热交换器中再热蒸汽对流受热面КBП-I和КBП-Ⅱ。在КBП-I和КBП-Ⅱ之间设有事故喷水装置。在锅炉出口端，流道成对合并，最后由2条再热蒸汽管道将再热蒸汽送往汽轮机中压缸。

现锅炉低温再热器出口(高温再热器减温前温度)两侧汽温偏差均达到10 K以上。造成低温再热器出口两侧汽温出现较大偏差的原因[3]有两方面：

(1) 低温再热器入口之前两侧管道本身结构导致的蒸汽流量分配偏差。

(2) 低温再热器本身受热面烟气侧吸热偏差。

2 烟气侧分析

在电厂分布式控制系统(DCS)采集到低温再热器不同管屏的出口壁温数据，结合高温再热器入口温度、入口压力、出口压力，计算出各个流道的屏间热偏差系数。管排沿从南至北的方向依次编号1～56，机组负荷分别为350 MW、400 MW、450 MW屏间热偏差系数见图2。

图2 低温再热器沿宽度方向的热偏差系数

由图2可以看出：低温再热器两侧吸热量较少、中部吸热量较大，可推测出两侧烟气温度低，烟气流速也相对较低，中部烟气温度和烟气流速都相对较高。负荷越高，管屏间吸热偏差相对越小。

2016年10月，在500 MW稳定负荷，对低温再热器入口烟气温度分布进行测量，左右两侧墙前后低温再热器入口烟气温度基本相等。因此，目前低温再热器出口气温偏差(前后温度偏差为10～20 K)及再热器事故减温水量较高的主要原因不是烟气侧偏差。

3 蒸汽侧分析

蒸汽侧对低温再热器出口温度的影响主要表现在流量偏差方面，在吸热量相同时，流量大的管道蒸汽温度增加量较小。由于在同一流道低温再热器的两侧未安装流量计，所以无法直接测量出流道两侧的蒸汽流量，需要对特定点进行温度测量来计算流量。

低温再热器入口温度是由经过汽-汽热交换器温度较高的蒸汽与未经过汽-汽热交换器温度较低的旁路蒸汽混合而得，汽-汽热交换器的旁路管道中有一个倒F形分布的管道分配结构(见图3)。

图3 F形管道分布结构

根据倒F形结构静压分布的规律[4]，倒F形结构在末端流量最大，会造成分配管流量分配不均，低温再热器入口前(旁路与主路蒸汽混合后)两边就存在温度偏差。

3.1 流量分配安装测点试验

试验须要测量再热蒸汽经过汽-汽热交换器加热后的主管路温度，以及未经汽-汽热交换器加热的旁路温度，低温再热器进、出口的蒸汽温度，具体试验方案如下：

(1) 在a、b、c、d、e、f、h、j处以及汽-汽热交换器的过热蒸汽进、出口加装温度测点(见图4)。

(2) 选取不同稳定负荷段进行试验。

(3) 选取不同低温再热器入口旁路阀开度进行试验。

(4) 在1-1流道、1-2流道、2-1流道、2-2流道中任选一路或者两路做试验，在保持机组稳定运行下记录相关数据。

(5) 根据表格试验工况进行试验，每个工况稳定10 min后记录数据。

图4 再热汽系统流程图

3.2 流量分配安装测点试验结果

表1(流程1)、表2(流程2)分别为不同负荷以及不同旁路阀开度下的试验结果。

表1 不同负荷试验数据记录表

表2 不同旁路阀开度试验数据记录表

3.3 流量分配计算的理论模型

试验结果选取了350 MW、400 MW、450 MW三个稳定负荷进行测量。根据表1记录温度数据和DCS读出的压力进行计算。再热蒸汽流量也可以从DCS中直接读出。

根据质量守恒定律以及能量守恒定律可得：

qm,a+qm,b+qm,c+qm,d=qm,g

(1)

qm,a×ha+qm,c×hc=(qm,a+qm,c)×he

(2)

qm,b×hb+qm,d×hd=(qm,b+qm,d)×hf

(3)

式中：qm,a、qm,b、qm,c、qm,d、qm,g分别表示a、b、c、d、g处工质质量流量，t/h；ha、hb、hc、hd、he分别表示a、b、c、d、e处工质的比焓，kJ/kg。

工质进出低温再热器前即进入汽-汽热交换器进行换热，进出汽-汽热交换器后分成两路分别与过热蒸汽换热。两路工质出口温度基本相同，考虑到这两路管道结构基本呈对称分布，可推测出这两路中的工质质量流量也基本相同，即

qm,a=qm,b

(4)

根据式(1)～(4)可计算出a、b、c、d四处的质量流量，并计算质量流量偏差，结果见表3～5。

表3 不同负荷下低温再热器各流道质量流量偏差计算结果

表4 不同阀门开度低温再热器2-1流道流量偏差计算结果

表5 满负荷下低温再热器各流道流量偏差计算结果

3.4 流量分配的计算结果

根据试验数据整体情况，低温再热器入口温度偏差为2～6 K。根据流量计算结果，旁路产生的流量相对偏差在7%～18%，旁路与主路混合后的流量相对偏差在3%～4%。当旁路阀度较小时，旁路流量偏差大，但旁路蒸汽流量占总流量的比例小，当旁路阀门开度较大时，旁路流量偏差小，但旁路蒸汽流量占总流量的比例大，混合后的两路蒸汽相对偏差基本保持在3%～4%。假设低温再热器同一流道两侧受热面吸热相同，该流量偏差会造成低温再热器出口处继续扩大5～6 K的温度偏差。蒸汽侧的流量偏差总共会造成低温再热器出口有7～12 K的温度偏差。同一流道低温再热器出口温度偏差在10～17 K，另外3～5 K的温度偏差是由烟气侧造成的。所以，低温再热器同一流道两侧出口汽温偏差主要是由入口旁路的蒸汽侧的流量偏差引起的。

4 研究结果

根据壁温测量试验，以及试验中的表盘记录数据，得出如下结果：

(1) 低温再热器由于入口处旁路的倒F形结构，造成旁路产生了7%～18%的流量相对偏差，该流量偏差导致低温再热器入口处产生2～6 K的温度偏差。旁路与主路混合后的流量相对偏差在3%～4%，假设低温再热器同一流道两侧受热面吸热相同，该流量偏差会造成低温再热器出口处继续扩大了5～6 K的温度偏差。蒸汽侧的流量偏差总共会造成低温再热器出口存在7～12 K的温度偏差。

(2) 水平烟道中部烟气相对于边侧烟气温度高、流速快，造成水平烟道靠近中部的受热面吸热量高于边侧的受热面吸热量，引起低温再热器出口两侧汽温偏差继续扩大了3～5 K。

5 结语

通过对低温再热器系统布置、运行参数进行分析，结合现场试验和模拟计算，在烟气侧和蒸汽侧分别对俄制超临界机组低温再热器入口汽温偏差原因进行分析。最终结合锅炉现场实际情况确定加装调节蝶阀，改变两侧蒸汽流量分配，解决低温再热器入口汽温偏差和超温问题，减少再热器减温水投用，降低锅炉吹灰频率，提高了该机组的经济性和安全性。