会对电厂CO2排放限制的增强，发展高参数大容 量的超超临界机组、提高火电机组发电效率、 降低污染物及CO2排放成为我国电力生产行业发 展的必然趋势。 发展超高参数机组，尤其是700℃超超临界 机组是解决目前能源危机的主要方法。700℃超
34
2013年04月
第2期
发电设计 超临界火力发电机组二次再热技术研究
热、二次再热机组在蒸汽温度参数一定时，蒸 汽压力变化对机组热效率的影响。随着蒸汽参 数的增加机组热效率明显提高，在相同蒸汽压 力温度条件下，二次再热机组的热效率比一次 再热机组提高2%左右。
2013年04月 第2期
35
发电设计 超临界火力发电机组二次再热技术研究
在超超临界机组参数范围的条件下，即主 蒸汽压力大于 31MPa ，主蒸汽温度高于 600 ℃ 时，主蒸汽压力每提高1MPa，机组热耗率降低 0.13%～0.15%，主蒸汽温度每提高10℃，机组 热耗率降低 0.25% ～ 0.3% ，再热蒸汽温度升高 10℃，机组热耗率降低0.15%～0.2%，若采用二 次再热，热耗率将进一步降低1.5%左右。图3所 示为超超临界机组单位发电量CO2排放随发电机 组热效率的变化趋势，可见随着火力发电机组 热效率的提高，单位发电量的CO2排放量明显降 低，在相同蒸汽压力温度参数下，二次再热相 比一次再热机组热效率提高 2% ，对应 CO2减排 约 3.6% 。因此二次再热还是一种可行的节能降 耗、清洁环保的火力发电技术。
2.1 循环热效率
典型一次再热与二次再热热力系统如图1所 示，一次再热系统中蒸汽在高压缸做功后进入 锅炉进行一次再加热；而二次再热系统中蒸汽 在超高压缸和高压缸中做功后会分别在锅炉的 一次再热器和二次再热器中再次加热。相比一 次再热系统，二次再热系统锅炉增加一级再热 系统，汽轮机则增加一级循环做功。
Study of Secondly Reheat Technique of Supercritical Fire Power Generators
ZHANG Fang-wei1, LIU Yuan-yi2, TAN Hou-zhang2, ZHANG Jing-wu3
(1.North China Power Engineering Co., Ltd, Beijing 100120, China; 2. Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China; 3.Northeast Power Science Institute Co., Ltd, Shenyang 110006, China) Abstract: The technical characteristics of double-reheat system are proposed and the key technologies for doublereheat boiler are analysed in this paper. The thermal efficiency of the unit could be improved by the applying of double-reheat system and CO2 emission could also be reduced. The Ferrite Alloy and Austenite Alloy which are mature now can meet the requirements for safety operation of double-reheat supercritical units well. Although the structure of boiler, turbine and thermodynamic system will be complicated, the double-reheat technology is a promising method to improve thermal efficiency before the nickel-based materials technology is maturely developed. Key words: double-reheat; supercritical; boiler.
10 9 8
540/540 565/565 600/600 540/540/540 565/565/565 600/600/600
瓶颈。目前合金铁素体 (Ferrite) 和合金奥氏体 (Austenite) 材料已经在600℃等级的超超临界机 组中得到规模化应用。然而为了将机组的热效 率进一步提高到 50% 以上，蒸汽温度参数需达 到 700 ℃等级，那么现在满足 600 ℃运行条件的 合金铁素体和奥氏体材料将无法满足机组安全 运行的要求，新型镍基合金材料就成为必要的 选择。 见图4，当机组蒸汽参数从25MPa/540/540℃ 增加到30MPa/700/720℃时，合金奥氏体材料占 锅炉总材料的份额将增加到 24% ，镍基合金材 料所占锅炉总材料比例亦将增加至 16% ，而镍 基合金材料要占到整个 700 ℃超超临界机组材 料的 29% 。目前美、欧、日和我国都在积极探 索 700 ℃等级镍基合金材料，对于锅炉小口径 薄壁管，Inconel617等材料已经通过了试验，但 A617材料用于制造的大口径厚壁管在现场试验 时发现了焊缝裂纹等问题。在700℃温度条件下 使用的高温材料还没有得以解决。
1 概述
我国是以煤炭为主要一次能源的国家，火 力发电在我国电力生产中占有主导地位。 2011 年我国总发电装机容量为 105576 亿 kWh ，其中 火力发电装机容量为76546亿kWh，约占总装机 容量的72.5%。随着化石燃料的枯竭以及国际社
* 收稿日期：2012-12-10 作者简介：张方炜(1966- )，女，北京人，高级工程师。
超临界火电机组是目前国际上参数最高、最先 进的高效、节能和低排放发电设备，可大幅度 提高机组发电效率。然而推广700℃级别的超超 临界机组首先必须解决在700℃温度条件下金属 材料强度、抗高温腐蚀和使用寿命等问题。目 前的技术条件下，700℃等级金属材料的研制、 加工制造工艺均无法得到大规模的推广，国内 外均未有700℃等级超超临界机组投运。 二次中间再热技术是提高机组热效率的另 一种有效方法。蒸汽中间再热是指将汽轮机高 压缸中膨胀至某一中间压力的蒸汽全部引出， 送入到锅炉再热器中再次加热，然后送回到汽 轮机中压缸或低压缸中继续做功。再热技术可 以提高蒸汽膨胀终了的干度，提高蒸汽的做功 能力，蒸汽中间再热可分为一次再热和二次再 热。 31MPa/566 ℃ /566 ℃ /566 ℃的二次再热技 术相比传统的24.1MPa/566℃/566℃一次再热技 术，其热效率可提高约5%。此外，由于二次再
不同商品温材料占锅炉总材料份额/%
100
热效率增加率 ������ / % 1%
7 6 5 4 3 2 1 0 16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
� � � � / MPa 主汽压力 /MPs
�������������� / %
� ��� 镍基合金 奥氏体 � �� 铁素体 � ��
50
图2 蒸汽参数对g·kWh 单位发电量 CO2排放值 /gkWh-1
1100 � � � � � CO2� � 单位发电量 CO2� 排放值 CO2� �� CO 2减排率
45 40 35 30 25
1000
0
-1
25MPa/540/540
28MPa/600/620 ����
发电设计 超临界火力发电机组二次再热技术研究
超临界火力发电机组 二次再热技术研究
张方炜1，刘原一2，谭厚章2，张经武3 (1. 华北电力设计院工程有限公司，北京 100120； 2. 西安交通大学，陕西 西安 710049； 3. 东北电力科学研究院有限公司，辽宁 沈阳 110006)
摘要：本文指出典型二次再热系统的技术特点，并对二次再热锅炉的关键技术进行分析。二次再热技术可有效 地提高火力发电机组的热效率并降低单位发电量CO2排放，且目前技术成熟的铁素体合金材料和奥氏体合金材料 能够满足二次再热超临界机组的安全要求。虽然二次再热会使得锅炉、汽轮机和热力系统的结构变得复杂，但 是，在我国700℃等级镍基材料解决之前，二次再热技术是提高火力发电机组热效率切实可行的有效手段。 关键词：二次再热；超临界机组；锅炉。 中图分类号：TM621 文献标志码：B 文章编号：1671-9913(2013)02-0034-06
热技术中蒸汽参数相对700℃超超临界机组低很 多，目前已有的材料可满足二次再热机组的大 规模生产，不存在明显的技术瓶颈。然而二次 再热机组的热力系统相对复杂，带来相对高昂 的初期建设投资，运行和操作相对传统一次再 热机组也更为复杂。本文将对二次再热系统的 技术特点及二次再热锅炉关键技术进行分析。
2 二次再热系统的技术特点
一次再热系统
再 热 器 过 热 器 中压缸 低压缸
一 次 再 热 器 过 热 器
二次再热系统
高压缸
低压缸
锅 炉
高压缸
锅 炉
超高压缸 二次再热器
中压缸 冷凝器
给水泵
冷凝器
给水泵
T
T
S
S
图1 典型一次再热与二次再热热力系统及其循环T-S图
由两种系统的热力循环温 - 熵 (T-S) 图 1 可 见，整个热力循环可以等效为原朗肯循环叠加 一个附加循环。由图1可知，二次再热系统比一 次再热系统多叠加一个高参数的附加循环，其 循环效率将比一次再热系统高。图2表示一次再
3 二次再热锅炉关键技术
3.1 机组参数
对于超超临界二次再热机组，机组参数的 选取非常重要。根据理想工况热力循环的计算 结果以及国外现有技术经验，最佳再热蒸汽压 力一般选取为高压缸入口初压的20%～35%。再 热蒸汽温度越高，中间再热的经济性也越好， 然而受到材料及烟道布置的影响，二次再热机 组再热蒸汽温度一般不大于一次再热机组的再 热蒸汽温度。此外为了防止低压加热器蒸汽压 力过低应尽量提高过热器出口蒸汽压力，但是 受到给水泵、高压加热器选型的影响，主蒸汽 出口压力一般选择为 30MPa 左右，再热蒸汽压 力选取为 10MPa/3MPa 左右。早期，二次再热 机组温度参数多为538/552/566℃，这种再热蒸 汽温度逐步提高的机组应用最为普遍，在美国 和日本投运的二次再热机组中分别有12台和6台 采用该温度参数，分别占当时该国投运二次再 热机组的48%和54.5%。目前国内新建或拟建的 超超临界二次再热机组温度均在600/600/600℃ 以上，如江苏国电泰州电厂二期 2 × 1000MW 超超临界二次再热燃煤机组温度参数为 600/610/610℃，华能莱芜电厂2×1000MW超超 临界二次再热机组温度参数为600/620/620℃。